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1、预拌混凝土裂缝防治预拌混凝土裂缝防治一、预拌混凝土的开裂问题一、预拌混凝土的开裂问题裂缝的概念裂缝的概念 裂缝是固体的一种裂缝是固体的一种不连续不连续现象。现象。裂缝在裂缝在一定程度上一定程度上是一种人们是一种人们可以接受可以接受的材料属的材料属性。性。通常所称裂缝是指宽度大于通常所称裂缝是指宽度大于0.050.05mmmm的可见裂缝，的可见裂缝，无缝是相对的。混凝土结构无缝是指没有可见裂无缝是相对的。混凝土结构无缝是指没有可见裂缝，但其中的微裂纹仍然存在，甚至大量存在。缝，但其中的微裂纹仍然存在，甚至大量存在。裂缝对混凝土工程的影响裂缝对混凝土工程的影响 影响结构的挠度，特别是大跨度结构；影
2、响结构的挠度，特别是大跨度结构；损害结构的连续性，降低结构承载能力；损害结构的连续性，降低结构承载能力；影响结构的使用功能，如引起渗漏等；影响结构的使用功能，如引起渗漏等；影响工程外观质量；影响工程外观质量；为环境中侵蚀介质向混凝土结构提供通道，为环境中侵蚀介质向混凝土结构提供通道，加速混凝土的碳化、钢筋锈蚀和中酸碱腐加速混凝土的碳化、钢筋锈蚀和中酸碱腐蚀等，降低结构耐久性。蚀等，降低结构耐久性。预拌混凝土开裂问题预拌混凝土开裂问题 预拌混凝土开裂问题普遍存在；预拌混凝土开裂问题普遍存在；裂缝发生的时间相对较早；裂缝发生的时间相对较早；非结构性裂缝非结构性裂缝占绝大多数，占绝大多数，；影响因素
3、复杂，包括设计、材料、施工及施工环境条件，影响因素复杂，包括设计、材料、施工及施工环境条件，引起的引起的质量问题质量问题纠纷繁多，准确界定责任困难；纠纷繁多，准确界定责任困难；解决预拌混凝土开裂问题是一项复杂的系统工程，需要解决预拌混凝土开裂问题是一项复杂的系统工程，需要研究、检测、完善相关标准和规程、优化设计、结合施研究、检测、完善相关标准和规程、优化设计、结合施工环境条件精心组织施工、优选原材料并优化配合比、工环境条件精心组织施工、优选原材料并优化配合比、加强施工监理和监督等整体推进。加强施工监理和监督等整体推进。混凝土严重开裂画面混凝土严重开裂画面预拌混凝土开裂原因分析（预拌混凝土开裂原
4、因分析（1）来自水泥品质方面原因：来自水泥品质方面原因：细度：细度：5%5%8%8%1%1%3%3%碱含量：低、中碱含量：低、中中、高；多数地区中、高；多数地区 平均值达平均值达0.9%0.9%NaONaOequivequiv.以上；以上；强度发展：普通型强度发展：普通型早强型；早强型；混合材种类：单一混合材种类：单一多元化；多元化；混合材掺量：低混合材掺量：低高。高。同等条件下提高混凝土的收缩同等条件下提高混凝土的收缩预拌混凝土开裂原因分析（预拌混凝土开裂原因分析（2）来自混凝土组成的原因：来自混凝土组成的原因：胶集比提高胶集比提高 水胶比降低水胶比降低 引气型外加剂应用引气型外加剂应用 砂
5、率提高砂率提高 粗集料用量和最大粒径降低粗集料用量和最大粒径降低 混凝土收缩提高混凝土收缩提高预拌混凝土开裂原因分析（预拌混凝土开裂原因分析（3）混凝土强度等级不断提高；混凝土强度等级不断提高；C30C80/C100；超细矿物掺合料应用，如硅灰、超细矿渣粉等；超细矿物掺合料应用，如硅灰、超细矿渣粉等；施工不规范（施工不规范（一次浇筑高度、欠一次浇筑高度、欠/过振、覆盖不过振、覆盖不及时、养护不及时及时、养护不及时/时间过短、支撑体系变形过时间过短、支撑体系变形过大、现场无序加水等大、现场无序加水等）；）；设计欠合理（设计欠合理（缺少必要的构造措施如施工缝设置、缺少必要的构造措施如施工缝设置、防
6、裂筋间距防裂筋间距/位置欠合理等位置欠合理等）；）；施工工期要求高。施工工期要求高。混凝土收缩增大混凝土收缩增大二、混凝土变形二、混凝土变形混凝土自收缩混凝土自收缩概念概念 一个一个密闭、恒温密闭、恒温的胶凝材料体系在无的胶凝材料体系在无外荷载作用下，由于内部相对湿度减小而外荷载作用下，由于内部相对湿度减小而引起的宏观体积收缩，称为自干燥收缩引起的宏观体积收缩，称为自干燥收缩（简称自收缩）。其占混凝土总收缩的比（简称自收缩）。其占混凝土总收缩的比例随水胶比降低和混凝土强度等级提高呈例随水胶比降低和混凝土强度等级提高呈增长趋势。增长趋势。混凝土自收缩混凝土自收缩发展水平（发展水平（1）混凝土自收
7、缩随龄期的变化混凝土自收缩随龄期的变化混凝土自收缩混凝土自收缩发展水平（发展水平（2）混凝土自收缩随温度的变化曲线混凝土自收缩随温度的变化曲线混凝土化学减缩混凝土化学减缩机理机理 早期化学收缩可分为溶解收缩和水化收缩，宏观上反映水泥体系体积减小。早期化学收缩可分为溶解收缩和水化收缩，宏观上反映水泥体系体积减小。溶解如溶解如：C C3 3S(+HS(+H2 2O)CaO)Ca2+2+,OH,OH-,H,H2 2SiOSiO4 42-2-，(体积减少体积减少0.320.32ml/g)ml/g)Na Na2 2O O，K K2 2O O（H H2 2O O）NaNa+,K,K+,OH,OH-，(体积
8、减少体积减少0.430.43ml/g)ml/g)水化如水化如：C C3 3S S2HCSH2HCSH2 2，(体积减少体积减少0.100.10ml/g)ml/g)C C3 3A A3CSH3CSH2 2+26H+26H2 2OCOC6 6ASAS3 3H H3232 (体积减少体积减少0.240.24ml/g)ml/g)在饱和水泥分散体系中，水泥溶解和水化所产生的体积变化（在饱和水泥分散体系中，水泥溶解和水化所产生的体积变化（V/V/VcVc）可按下式进行计算：可按下式进行计算：V/V/VcVcCcCcPcPcW/C+W/C+VchVch/Vc Vc （2 2）式中，式中，V V水泥溶解和水化
9、产生的绝对体积减少；水泥溶解和水化产生的绝对体积减少；VcVc水泥原始体积；水泥原始体积；CcCc饱和时饱和时的水泥浓度；的水泥浓度；PcPc水泥密度；水泥密度；W/CW/C水灰比；水灰比；VchVch水泥水化后的体积。水泥水化后的体积。式（式（2 2）右边第一部分为水泥溶解所产生的体积变化，其大小与水灰比（）右边第一部分为水泥溶解所产生的体积变化，其大小与水灰比（W/CW/C）成线性关系；成线性关系；第二部分为水泥水化体积变化，与水灰比有关。第二部分为水泥水化体积变化，与水灰比有关。BelzungBelzung和和WittmanWittman实验研究显示，实验研究显示，1 1升料浆，水灰比为
10、升料浆，水灰比为3 3，水泥的早期化学收缩（溶解收缩和，水泥的早期化学收缩（溶解收缩和水化收缩）值为水化收缩）值为3.23.2mlml，并且早期化学收缩在很短的时间（并且早期化学收缩在很短的时间（0.50.5小时左右）内即达到了相对较大值，小时左右）内即达到了相对较大值，之后，在整个诱导期内（约之后，在整个诱导期内（约5-65-6小时），只有较小的发展。小时），只有较小的发展。水泥熟料矿物化学收缩水泥熟料矿物化学收缩水泥熟料矿物化学收缩随龄期的变化变化水泥熟料矿物化学收缩随龄期的变化变化混凝土塑性沉降收缩混凝土塑性沉降收缩 在干燥前，新拌混凝土粒子间充满水分，浇注后，固体粒在干燥前，新拌混凝土
11、粒子间充满水分，浇注后，固体粒子沉降，水分上升（泌水），形成一层表面水。水泥净浆子沉降，水分上升（泌水），形成一层表面水。水泥净浆浮至混凝土表面产生外分层；水泥浆浮至粗集料下方，产浮至混凝土表面产生外分层；水泥浆浮至粗集料下方，产生内分层。如果沉降均匀发展就不会产生裂缝。生内分层。如果沉降均匀发展就不会产生裂缝。塑性沉降和毛细管压力产生的收缩都发生在混凝土拌合塑性沉降和毛细管压力产生的收缩都发生在混凝土拌合物凝结硬化前（塑性阶段）的几个小时内，有时没有明显物凝结硬化前（塑性阶段）的几个小时内，有时没有明显区别，交织在一起。区别，交织在一起。可以认为塑性沉降引起的收缩是塑性可以认为塑性沉降引起的
12、收缩是塑性收缩的一部分收缩的一部分。混凝土塑性收缩混凝土塑性收缩 19421942年年SwayzeSwayze定义塑性收缩为定义塑性收缩为“水泥浆体积收缩（水泥浆体积收缩（收缩值的大小是干水泥绝收缩值的大小是干水泥绝对体积的对体积的1 1）”。目前目前ACIACI将其定义为将其定义为“发生在水泥浆、砂浆、灰浆或混凝土凝结前的收缩发生在水泥浆、砂浆、灰浆或混凝土凝结前的收缩”。WittmanWittman认为塑性收缩机理是由于水分蒸发使得新拌混凝土表面变干时，在认为塑性收缩机理是由于水分蒸发使得新拌混凝土表面变干时，在靠近表面的粒子（水泥和集料）之间的水中将形成复杂的毛细管弯月面体系，靠近表面的
13、粒子（水泥和集料）之间的水中将形成复杂的毛细管弯月面体系，随着水分的丧失，毛细管水负压得以发展，从而产生塑性收缩。同时，他也随着水分的丧失，毛细管水负压得以发展，从而产生塑性收缩。同时，他也用实验证实了塑性收缩与毛细管压力存在直接的比例关系。用实验证实了塑性收缩与毛细管压力存在直接的比例关系。)11(21RRPc混凝土塑性收缩与毛细管压力的发展混凝土塑性收缩与毛细管压力的发展 塑性收缩、毛细管压力与时间的关系塑性收缩、毛细管压力与时间的关系 塑性收缩与毛细管压力的关系塑性收缩与毛细管压力的关系混凝土干燥收缩混凝土干燥收缩 由于混凝土内容水份丧失引起混凝土体积减小。由于混凝土内容水份丧失引起混凝
14、土体积减小。普通混凝土的干燥收缩一般在普通混凝土的干燥收缩一般在200200 6006001010-6-6。发。发展速率与环境温、湿度有关，标准试验条件下，展速率与环境温、湿度有关，标准试验条件下，至至180180天龄期趋于缓慢增长。天龄期趋于缓慢增长。混凝土干燥收缩与环境湿度的关系混凝土干燥收缩与环境湿度的关系混凝土干燥收缩随环境相对湿度的变化曲线混凝土干燥收缩随环境相对湿度的变化曲线混凝土干燥收缩发展混凝土干燥收缩发展图1 机制砂与中砂配制混凝土各龄期的收缩（注：图中L、Z编码与表7及表9对应）010020030040050060070080002040608010012014016018
15、0200混凝土龄期（天）收缩值（10-6）LZ混凝土徐变变形混凝土徐变变形 混凝土在持续荷载作用下，因凝胶的粘性混凝土在持续荷载作用下，因凝胶的粘性流动引起的变形。与荷载水平、环境条件、流动引起的变形。与荷载水平、环境条件、胶凝材料的种类和用量等多种因素有关。胶凝材料的种类和用量等多种因素有关。对预应力钢筋混凝土结构的挠度控捉制和对预应力钢筋混凝土结构的挠度控捉制和预应力损失密切相关。预应力损失密切相关。混凝土的热变形混凝土的热变形 因温度变化引起的变形。含因水化热引起因温度变化引起的变形。含因水化热引起的变形。的变形。三、混凝土收缩的控制三、混凝土收缩的控制混凝土的干燥过程混凝土的干燥过程混
16、凝土干燥收缩预测模式混凝土干燥收缩预测模式AlmudaiheenAlmudaiheen和和HansentHansent（HAHA式）：式）：式中：式中：NsNs为达到一半最终收缩时的时间，为达到一半最终收缩时的时间，d d。AlmudaiheenAlmudaiheen和和HansentHansent得出得出NsNs与与体积体积/表面积（表面积（V/SV/S）比有如下关系：比有如下关系：当当V/S7.6mmV/S7.6mm时，时，Ns=0.33exp(0.522V/S)Ns=0.33exp(0.522V/S)当当V/S7.6mmV/S7.6mm时，时，Ns=13.28exp(0.030V/S)Ns=13.28exp(0.030V/S)然而对于上述然而对于上述AHAH式，式，Bazant12Bazant12认为不符合扩散理论认为不符合扩散理论1313，不能很好地解释尺寸效，不能很好地解释尺寸效应的影响。之后，应的影响。之后，AlmudaiheenAlmudaiheen和和Hansent14Hansent14又提出用下式预测干燥收缩：又提出用下式预测干燥收缩：N N为达到一半最终收缩时的时间
