混凝土结构非荷载裂缝控制.pptx

1、现代混凝土结构非荷载裂缝及其控制现代混凝土结构非荷载裂缝及其控制徐畏婷 深圳大学土木工程学院13066899170目录：目录：一、意义一、意义二、混凝土的裂缝分类与成因二、混凝土的裂缝分类与成因三、现代混凝土开裂的敏感性四、现代混凝土非荷载裂缝的预防五、设计、材料、施工和管理的精设计、材料、施工和管理的精 诚合作诚合作 2一、意义一、意义混凝土混凝土结构非荷载裂缝是影响耐久性的关结构非荷载裂缝是影响耐久性的关键因素键因素&非荷载裂缝导致的最严重后果是极大地降低非荷载裂缝导致的最严重后果是极大地降低混凝土结构的耐久性混凝土结构的耐久性。&其其最基本的原理是，无论强度多高，混凝土最基本的原理是，无

2、论强度多高，混凝土多致密，一旦混凝土出现裂缝，对外界腐蚀介多致密，一旦混凝土出现裂缝，对外界腐蚀介质来说就成为质来说就成为无障碍通道无障碍通道。M美国土木工程师协会美国土木工程师协会于于19801980年代所作的一项调查年代所作的一项调查显示，全国约显示，全国约5050万座桥梁中，有万座桥梁中，有2020万座已经不同万座已经不同程度损坏。程度损坏。*丹麦早丹麦早在在19501950年代，调查了年代，调查了431431座混凝土建筑物，座混凝土建筑物，其中其中3/43/4的建筑物已遭到各种破坏。的建筑物已遭到各种破坏。g我国的北京、天津、浙江和沿海一带均出现了大我国的北京、天津、浙江和沿海一带均出

3、现了大量的混凝土构筑物破坏事例。量的混凝土构筑物破坏事例。5耐久性影响混凝土的使用寿命、安全性、使 用领域、使用效果、经济性、设计理论、设计规范混凝土耐久性与国民经济、社会安定、环境质量、可持续发展等密切相关。耐久性混凝土材料科学的重大研究课题。6 二、二、混凝土的开裂混凝土的开裂裂缝是混凝土结构最为常见的缺陷通常所说的裂缝是指宽度在0.030.05mm以上的宏观裂缝。混凝土裂缝的出现通常是由于混凝土发生体积变化时受到约束，或者是由于荷载作用，在混凝土内引起过大的拉应力（或拉变形）而引起的。7v多数情况下，混凝土出现可见的宏观裂缝只是损害结构的外观。v但是混凝土开裂总是设计、施工或原材料选用不

4、设计、施工或原材料选用不当当产生的，有时还反映了结构存在严重的薄弱环薄弱环节节，或者混凝土材料已经遭受腐蚀和重大损伤，甚至成为结构面临破坏的前兆。v一旦出现裂缝，就要分析其原因并采取适当的补救措施。8 拉应力是产生裂缝的必要条件 除荷载作用外，结构的不均匀沉降、收缩、温度变化等都会引起拉应力 结构中主拉应力达到混凝土（当时）的抗拉强度时，并不立即产生裂缝，而是当拉应变达到极限拉应变时才出现裂缝 硬化后的混凝土极限拉应变约为15010-6，即10m长的构件，产生1.5mm的很小受拉变形即会产生裂缝。由于混凝土材料的不均匀性，裂缝首先在强度最小的位置发生。裂缝发生前瞬间的应变分布会产生应变集中。不

5、同龄期的混凝土，其裂缝断面状况有较大差别。9裂缝断面较为光滑，两裂缝不能完全闭合裂缝断面则呈不规则较为锋锐状态，两断面可以闭合101.1.裂缝裂缝的分类的分类按按裂缝产生的时间裂缝产生的时间一般可分为一般可分为施工阶段裂缝施工阶段裂缝和和使用阶段裂缝使用阶段裂缝根据根据裂缝的形态裂缝的形态来划分；来划分；横向裂缝横向裂缝、斜裂缝斜裂缝、X X形裂缝形裂缝、纵向纵向裂缝裂缝、八字形裂缝八字形裂缝、网状裂缝网状裂缝、云彩状裂缝云彩状裂缝、鼓胀裂缝鼓胀裂缝。根据根据裂缝产生的原因裂缝产生的原因来划分来划分2.2.变形变形(非荷载非荷载)裂缝裂缝和荷载裂缝和荷载裂缝u约约8080%的的裂裂缝缝是是属属

6、于于由由变变形形（温温度度、收收缩缩、不不均均匀匀沉沉降降）引引起的；包括变形和荷载同时作用且以变形为主引起的裂缝；起的；包括变形和荷载同时作用且以变形为主引起的裂缝；u约约2020%的的裂裂缝缝是是属属于于荷荷载载引引起起的的，包包括括变变形形和和荷荷载载共共同同作作用用且以荷载为主引起的裂缝且以荷载为主引起的裂缝；u前前者者并并不不是是所所有有的的裂裂缝缝都都会会对对结结构构的的安安全全造造成成严严重重的的影影响响:比比如如混混凝凝土土梁梁的的受受拉拉区区在在设设计计的的过过程程中中就就是是考考虑虑梁梁在在使使用用过过程程中中带带裂裂缝缝工工作作，如如果果一一根根梁梁在在工工作作阶阶段段，

7、完完全全没没有有裂裂缝缝，说明梁的配筋十分保守，或者没有充分发挥作用说明梁的配筋十分保守，或者没有充分发挥作用；-塑性收缩塑性收缩v是混凝土拌合物处于塑性阶段时（初凝之前），由于出现泌水和水分的急剧蒸发，引起失水收缩。v另外，固体颗粒下沉，集料与水泥之间也产生不均匀的沉缩变形，表面产生泌水而引起的混凝土体积减小。v这些收缩发生在终凝之前的塑性阶段，故称为塑性收缩。塑性收缩值较大，一般约为混凝土体积的1%左右。3.混凝土的早期收缩开裂：混凝土的早期收缩开裂：塑性收缩塑性收缩1314v在塑性状态时混凝土表面失水过快造成的，常发生在混在塑性状态时混凝土表面失水过快造成的，常发生在混凝土板或比表面积较

8、大的墙面上，凝土板或比表面积较大的墙面上，一般长度大约0.22m，宽度为15mm，从外观分为无规则网络状和稍有规则的斜纹状或反映出混凝土布筋情况和混凝土构件截面变化等规则的形状。v塑性收缩裂缝通常延伸不到混凝土板的边缘塑性收缩裂缝通常延伸不到混凝土板的边缘，这一点可做为混凝土早期塑性收缩裂缝与混凝土长期干燥收缩裂缝相区别的依据。v很难区别塑性收缩裂缝与塑性沉降裂缝，但如果裂缝的如果裂缝的走向与钢筋布置的形状和混凝土构件的几何形状有关，走向与钢筋布置的形状和混凝土构件的几何形状有关，则可以判定沉降在裂缝的形成过程中起了一定的作用。则可以判定沉降在裂缝的形成过程中起了一定的作用。-化学收缩化学收缩

9、v水泥水化反应后的水泥水体系的绝对体积则减小，使混凝土产生收缩，这种收缩称为化学收缩。v属不可恢复的变形，在混凝土成型后40多天内增长较快，以后逐渐稳定。水泥硬化后，宏观体积基本不变，但是形成内部孔缝。v如混凝土用量为350kg/m3，则形成孔缝体积约(2530)L/m3。混凝土的化学收缩值约为（4100）10-6，对结构物一般没有破坏作用，但化学收缩是混凝土中微细原生裂缝产生的原因之一。-干湿变形干湿变形混凝土因所含水分的变化而产生的体积变化，包括干缩和湿胀，统称为干湿变形。混凝土含自由水、毛细孔水和凝胶孔内的吸附水三种，当后两种水发生变化时，混凝土就会产生干湿变形。蒸发使毛细孔中形成负压产

10、生收缩；再继续受干燥则吸附水蒸发，引起凝胶体失水而紧缩。-自收缩自收缩v混凝土内部相对湿度随水泥水化的而降低，称为自干燥。自干燥造成毛细孔中的水分不饱和而产生负压，而引起混凝土自收缩。高水灰比的普通混凝土由于毛细孔隙中贮存大量水分，自干燥引起的收缩压力很小。v低水灰比的高强混凝土则不同，早期强度较高的发展率使自由水消耗较快，以至使孔体系中的相对湿度低于80%。而高强混凝土结构致密，外界水很难渗入补充，在这种条件下开始产生自收缩。v自收缩过程开始于头几天，湿度梯度首先引发表面裂缝，随后引发内部微裂缝，若混凝土变形受到约束，则进一步产生收缩裂缝。这是高标号混凝土容易开裂的主要原因之一。-温度变形温

11、度变形水泥水化是个放热过程，随混凝土水泥用量的提高，绝热温升可达50-80。v混凝土是热的不良导体，传热很慢，因此在大体积混凝土（截面最小尺寸在1m以上的混凝土，如大坝、桥墩、底板和大型设备基础等）硬化初期，水泥水化将产生大量的水化热，水化热在混凝土内部蓄积导致混凝土温度升高。19因混凝土材料原因产生的裂缝因混凝土材料原因产生的裂缝 -胶凝材料水化热胶凝材料水化热水泥用量在水泥用量在300kg/m3左右时，温度上升为左右时，温度上升为3040左右。左右。20 在实际结构中，内部因水化热产生蓄热的同时，构件表在实际结构中，内部因水化热产生蓄热的同时，构件表面还产生放热，使得构件温度经上升后再下降

12、。面还产生放热，使得构件温度经上升后再下降。4.服役中混凝土的开裂热胀冷缩混凝土呈现热胀冷缩变形。混凝土的温度膨胀系数约为0.710-51.410-5/，一般取1.010-5/，即温度每升高或降低1，1m长的混凝土将产生0.01mm的膨胀或收缩变形。结构在结构在环境温度变化环境温度变化或或受辐射热作用下受辐射热作用下，造成结构温，造成结构温度各部分的温度差别，引起结构内力过大而产生裂度各部分的温度差别，引起结构内力过大而产生裂缝缝2122u这这种种裂裂缝缝的的特特点点是是会会随随着着温温度度的的变变化化而而变变化化，冬冬季季的裂缝宽度会窄一些，夏季的裂缝宽度会大一些的裂缝宽度会窄一些，夏季的裂

13、缝宽度会大一些。u混凝土梁上的温度裂缝表现为横向受拉细微混凝土梁上的温度裂缝表现为横向受拉细微裂缝。裂缝。u因因为为混混凝凝土土和和砌砌体体之之间间线线膨膨胀胀系系数数不不一一致致，混混凝凝土土和和砖砖砌砌体体的的温温度度线线膨膨胀胀系系数数分分别别为为10101010-6-6/o oC C和和510510-6-6/o oC C，即即在在相相同同的的温温差差和和相相同同长长度度下下，混混凝凝土土的的温温度度变变形形是是砖砖砌砌体体的的一一倍倍。两两者者间间的的不不均均匀匀膨膨胀胀（收缩）产生温度裂缝。（收缩）产生温度裂缝。23 在实际结构中，内部因水化热产生蓄热的同时，构件表在实际结构中，内部

14、因水化热产生蓄热的同时，构件表面还产生放热，使得构件温度经上升后再下降。面还产生放热，使得构件温度经上升后再下降。2425n构件的最小尺寸大于构件的最小尺寸大于800mm时，通常可认为是大体时，通常可认为是大体积积混凝土混凝土n对于大体积混凝土，对于大体积混凝土，内部温度较大内部温度较大，构件外周温度构件外周温度较低较低，内外温差很大，引起内外混凝土膨胀变形差，内外温差很大，引起内外混凝土膨胀变形差异异。n内部混凝土膨胀受到外部混凝土的变形约束，而使内部混凝土膨胀受到外部混凝土的变形约束，而使构件表面产生裂缝构件表面产生裂缝。n大体积混凝土工程，必须采取降温措施！大体积混凝土工程，必须采取降温

15、措施！26-碱骨料反应产生的裂缝u碱碱集集料料反反应应造造成成的的开开裂裂破破坏坏难难以以阻阻止止、难难以以修修补补，而而被被称称为为混混凝凝土土的的癌癌症症。在在日日本本，如如果果在在房房屋屋结结构构鉴鉴定定中中遇遇到到这这种裂缝，可直接定为危险构件种裂缝，可直接定为危险构件d级。级。u碱碱骨骨料料反反应应分分为为碱碱硅硅酸酸反反应应和和碱碱碳碳酸酸盐盐反反应应,目目前前主主要要的的碱碱集料反应是指碱硅酸反应。集料反应是指碱硅酸反应。u一一般般认认为为：对对于于高高活活性性的的硅硅质质集集料料（如如蛋蛋白白石石），混混凝凝土土碱碱含含量量大大于于2.1kg/m3将将发发生生碱碱集集料料反反应

16、应破破坏坏，对对于于中中等等活活性性的的硅硅质质集集料料，混混凝凝土土的的碱碱含含量量大大于于3kg/m3将将发发生生碱碱集集料料反应破坏。反应破坏。u当当集集料料具具有有碱碱碳碳酸酸盐盐反反应应活活性性时时，混混凝凝土土的的碱碱含含量量只只要要大于大于1.0kg/m3就有可能发生碱集料反应。就有可能发生碱集料反应。27骨料引起的裂缝方面骨料引起的裂缝方面碱骨料反应引起的裂缝碱骨料反应引起的裂缝骨料中含有骨料中含有MgO引起的裂缝引起的裂缝28钢筋锈蚀产生的裂缝钢筋锈蚀产生的裂缝开裂锈蚀膨胀29l使使钢钢筋筋产产生生锈锈蚀蚀的的原原因因有有：骨骨料料中中含含氯氯化化盐盐；外外部部进进入入氯氯化化盐盐；混混凝凝土土碳碳化化；保保护护层层不不足足；过过大大的的裂缝宽度。裂缝宽度。l钢钢筋筋锈锈蚀蚀产产生生体体积积膨膨胀胀可可达达原原体体积积的的数数倍倍，使使钢钢筋筋位位置置处处的的混混凝凝土土受受到到内内压压力力而而产产生生裂裂缝缝，并并随随之之剥落。剥落。l这这种种裂裂缝缝沿沿钢钢筋筋方方向向发发展展，且且随随着着锈锈蚀蚀的的发发展展混混凝凝土土剥剥离离产产生生空空隙隙，这这可可从从敲敲