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混凝土干缩变形的原因及改进措施

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混凝土干缩变形的原因及改进措施

发布日期:2015-09-29 11:29 来源:http://www.gzpld.cn 点击:

商品混凝土的干燥收缩是商品混凝土变形中最常见的一种变形,研究各因素下商品混凝土的干缩相关性具有十分重要的意义混凝土加工。收缩裂缝是商品混凝土结构中普遍存在的一种现象,它不仅能降低建筑物的抗渗能力,而且会引起钢筋的锈蚀,从而影响建筑物的使用功能。因而收缩裂缝控制成为控制商品混凝土质量的一项重要内容。

 

1.商品混凝土工程中几种常见收缩

 

1.1干燥收缩

 

商品混凝土的干燥收缩是商品混凝土变形中最常见的一种变形,是一种普遍的而且是难以避免的物理化学行为,而干缩变形又是引起商品混凝土开裂的最常见的也是最主要的原因。干缩裂缝的产生主要是由于商品混凝土内外水分蒸发程度不同而导致变形不同:商品混凝土外部受水分变化影响较大,水分损失快,变形较大,内部水分散失慢,变形较小。变形较大的表面受到内部的约束,产生较大应力而产生裂缝。干缩裂缝多为表面性的平行线状或网状浅细裂缝,宽度多在0.05mm~0.2mm之间,大体积商品混凝土中平面部位多见,较薄的梁板中多沿其短向分布。当商品混凝土处于自由状态时,商品混凝土因水分散失而引起的体积缩小不会引起不良的后果,但实际工程中商品混凝土结构由于基础、钢筋或相邻部分的牵制而处于不同程度的约束状态,商品混凝土收缩因受约束(如两端固定的梁、高配筋的梁、浇筑在老商品混凝土上或坚硬岩基上的新商品混凝土)会引起拉应力,而且商品混凝土抗拉强度不高,因而容易引起商品混凝土开裂。对于承重商品混凝土结构,裂缝会影响承载能力、危及安全和使用寿命;对于挡水建筑物,可能引起渗漏;水分通过裂缝侵入商品混凝土中,容易引起钢筋锈蚀和可溶性侵蚀以及加速冻融破坏,引起一系列危害。

 

1.2温度收缩

 

温度收缩是工程建设中常见的情况。产生温度收缩的原因是商品混凝土硬化过程中水泥水化热、气温、太阳辐射作用使商品混凝土在高温下硬化,硬化后降温产生温差收缩所致。商品混凝土结构突然遇到短期内大幅度的降温,如寒潮的袭击,大坝施工过程中汛期过水等,会产生较大的内外温差,相应产生较大的温度应力而使商品混凝土结构贯穿开裂。温度裂缝宽度大小不一,受温度变化影响较为明显,混凝土加工冬季较宽,夏季较窄。温度裂缝的走向通常无一定规律,大面积结构裂缝常纵横交错;梁板类长度尺寸较大的结构,裂缝多平行于短边;深入和贯穿性的温度裂缝一般与短边方向平行或接近平行,裂缝沿着长边分段出现,中间较密。高温膨胀引起的商品混凝土温度裂缝通常是中间粗两端细,而冷缩裂缝的粗细变化不太明显。此种裂缝的出现会引起钢筋的锈蚀,商品混凝土的碳化,降低商品混凝土的抗冻融、抗疲劳及抗渗能力等。

 

1.3塑性收缩

 

塑性收缩是指商品混凝土在凝结之前,表面因失水较快而产生的收缩。塑性收缩裂缝一般在干热或大风天气出现,裂缝多呈中间宽、两端细且长短不一,互不连贯状态。其产生的主要原因为:商品混凝土在终凝前几乎没有强度或强度很小,或者商品混凝土刚刚终凝而强度很小时,受高温或较大风力的影响,商品混凝土表面失水过快,造成毛细管中产生较大的负压而使商品混凝土体积急剧收缩,而此时商品混凝土的强度又无法抵抗其本身收缩,因此产生龟裂。影响商品混凝土塑性收缩开裂的主要因素有水灰比、商品混凝土的凝结时间、环境温度、风速、相对湿度等。

 

1.4自生收缩

 

商品混凝土的自生收缩是其硬化中由于化学作用引起的,也称为硬化收缩。这种收缩与外界温度变化无关,它发生在整个商品混凝土结构内部,不同于塑性收缩和干燥收缩发生在商品混凝土表面。由于自生收缩量较小,在实际应用中通常将其与干燥收缩一同考虑,而不加以区分。在水泥用量较大、温度较高及水泥较细等情况下,自生收缩趋于增大。

 

1.5碳化收缩

 

大气中的二氧化碳与水泥的水化物发生的碳化反应引起的收缩变形称为碳化收缩。碳化作用只有在适中的温度(约50℃左右)才发生,由商品混凝土表面向内部深入。碳化在二氧化碳浓度高,干湿交替作用的环境中发展更显著。碳化收缩在一般环境中并不作考虑,但在特殊环境中和对耐久性要求很高的工程中则应加以考虑。碳化作用可使商品混凝土抗渗性降低,还可使商品混凝土碱性状态中性化、pH值降低。钢筋的商品混凝土保护层完全碳化后,在水和氧气能渗入的条件下钢筋会发生锈蚀。

 

2.干缩产生的影响

 

2.1干缩对商品混凝土结构物的影响

 

商品混凝土的收缩如果是不受限制的均匀收缩,称自由收缩。自由收缩产生的只是压应力,结果只是使商品混凝土体积缩小而已,所以自由收缩不会引起商品混凝土的开裂。但是,实际工程中,从单一构件到各种结构物,自由收缩的情况是不存在的,上述五种商品混凝土收缩变形总会受某些方面的限制。商品混凝土中干缩裂缝的存在,将影响商品混凝土承受荷载的能力,严重时还会损害商品混凝土的耐久性。现阶段有大量的商品混凝土工程出现了干缩破坏现象,造成了巨大的财产损失。根据我国一些工程和国际上一些著名工程的统计,处理裂缝所花费约为造价的[5%~10%]。

 

(1)商品商品混凝土的干缩裂缝

 

由于商品商品混凝土的“三大一小”,即水泥用量大、水用量大、砂率大、石子用量小;“三高一低”,即高水化热、高气温、高风速、低的相对湿度等特点,商品商品混凝土容易产生干缩裂缝,已成为一项质量通病,尤其是板类或较薄的、平面商品混凝土结构。商品商品混凝土的“三大一小”和“三高一低”是造成干缩裂缝的主要根源之一。

 

(2)商品混凝土给排水构筑物的干缩裂缝

 

在钢筋商品混凝土给水排水构筑物中,裂缝问题是其所特有的一个颇为重要的问题。造成池壁产生裂缝的原因是很复杂的,它与设计、施工和使用的材料等因素有关。裂缝渗水会引起钢筋锈蚀,影响水池的使用年限和结构安全。

 

(3)商品混凝土路面的干缩裂缝

 

水泥商品混凝土路面在施工中,商品混凝土路面或多或少地会出现干缩裂缝。这种裂缝一般是窄、短、浅,不影响路面的正常使用,但会降低路面的耐磨性、耐腐蚀性,加剧商品混凝土面层的风化。

 

(4)离心商品混凝土管的干缩裂缝

 

用离心工艺制作钢筋商品混凝土排水管,因受配料、成型、养护工艺与气温及通风等多种因素的影响,其管内壁经常出现干缩裂缝。离心制管的干缩性裂缝均产生在管承插口内壁,由里向管外壁扩展。可分成两大类:前期干裂与后期干裂,前者出现在蒸养脱模后管承插口内壁处,宽度约为0.5~15mm;后者在脱模时很难发现,但在管子现场堆放半月后,渐渐出现在管承插口处,且随管子曝晒日久,不仅会滋生新的干缩裂缝,又使原裂缝继续扩张延伸,直至裂透管子整个壁厚。

 

(5)泵送商品混凝土的干缩裂缝

 

泵送商品混凝土广泛应用在高层建筑及大体积商品混凝土中,达到了提高施工工效,节约施工成本的良好效果。但是工程实践表明,泵送商品混凝土属于大流动性的商品混凝土,具有塌落度大、水泥用量多、砂率高等特点,因此,在施工中产生温度裂缝、干缩裂缝的概率较高,给结构的整体性和耐久性造成许多不利影响。

 

2.2干缩与开裂

 

商品混凝土的干燥过程总是首先从表面开始,由表及里逐渐深入到内部,因此总是表面收缩大,而内部收缩小,甚至不收缩。因而就商品混凝土整体而言,干缩变形是极不均匀的,表层商品混凝土的收缩变形受到内部商品混凝土的制约,即内部商品混凝土限制了表层商品混凝土的收缩,致使表面商品混凝土承受拉应力,而内部商品混凝土承受压应力。当表面商品混凝土所受到的拉应力超过其抗拉强度时,商品混凝土表面便出现裂纹,这就是干缩导致的开裂。同时,水泥石收缩也受到集料(石子、砂子)的限制作用而使靠近集料表面的水泥石(也称界面)受拉而常常出现裂纹。此外,模具壁对商品混凝土,底部商品混凝土对上部商品混凝土等等,都使商品混凝土受拉而对商品混凝土的收缩起限制作用。不受限制的均匀收缩叫自由收缩,自由收缩产生的只是压应力,结果只是使商品混凝土体积缩小而已,所以自由收缩不会引起商品混凝土的开裂。但是,在实际工程中,从单一构件到尺寸较大的结构物,自由收缩的情况是不存在的,商品混凝土的干缩变形总是受到这个或那个方面的限制。正因为在实际工程中,商品混凝土的干燥收缩均为限制性收缩,使商品混凝土受拉,而在商品混凝土的各种强度中,抗拉强度最低,仅为抗压强度的7~11%,所以说,干缩是使商品混凝土开裂的最常见的原因,尤其要注意保湿,以防止商品混凝土发生干燥而出现干缩裂纹。

 

3.影响商品混凝土干缩的主要因素

 

影响商品混凝土干缩的因素主要有水泥和混合材品种、商品混凝土的配合比、骨料种类及含量、外加剂种类及含量、商品混凝土周围条件、结构特征因素、纤维种类及含量。

 

3.1水泥及混合材品种

 

水泥品种对商品混凝土干缩的影响主要取决于水泥的矿物组成和需水量。一般认为,水泥中含较多的硫铝酸盐会产生较大的收缩,适当的石膏掺量可减小收缩。在水泥中掺入需水量较小的混合材,可以降低商品混凝土的干缩;而在水泥中掺入需水量较大的混合材则使商品混凝土的干缩值增大。水泥中微细颗粒越多,商品混凝土早期的收缩大,而最终干缩值小。在商品混凝土中掺入不同的混合材对商品混凝土的干缩值有不同的影响,这主要与混合材的相对需水量有关。若混合材具有较小的内比表面积和吸附水的能力,掺入商品混凝土中使商品混凝土需水量减小,水泥石中毛细管减少,干缩减小。

 

3.2骨料的影响

 

骨料对商品混凝土干缩的影响主要有两个方面。第一是骨料用量的影响,由于浆体是商品混凝土干缩的主要来源,加入自身无干缩变化的、需水量较小的骨料就相当于减少了水泥浆体,从而降低了商品混凝土的收缩。第二是骨料硬度的影响,在商品混凝土中加入比浆体坚硬、不收缩的骨料可以抑制浆体的干缩运动,有效的减小收缩量。骨料自身的尺寸、形状和级配不影响商品混凝土干缩值,但骨料含量对商品混凝土干缩影响很大,商品混凝土干缩值随骨料含量的增大几乎直线下降。骨料的弹性模量决定了它所能抑制浆体收缩的程度,商品混凝土干缩随骨料弹性模量的增加而明显减小。

 

3.3矿物掺合料的影响

 

已有大量研究资料表明,超细粉煤灰由于其优良的减水性能、密实填充、微集料效应等,可以较好地抑制商品混凝土的干缩。采用粉煤灰等量取代水泥时,同龄期下,商品混凝土干缩先随粉煤灰掺量的增大而减小,但到某个掺量后,干缩又随粉煤灰掺量的增大而增大,即粉煤灰掺量存在一个最佳值。

 

3.4外加剂的影响

 

在商品混凝土中掺加外加剂,由于外加剂的种类和掺量的不同,对商品混凝土的干缩有不同的影响。有试验表明,商品混凝土中掺入减水剂(普通减水剂和高效减水剂)、引气剂以及引气减水剂时,商品混凝土的干缩值基本不变或略有增大。在商品混凝土中掺加适量膨胀剂,可以使商品混凝土在养护期产生适度的体积膨胀。在钢筋和邻位约束存在的情况下,在商品混凝土中将产生一定的化学预应力,这种化学预应力能大致抵消因干缩而产生的拉应力,从而达到补偿收缩、降低干缩的作用。

 

3.5周围条件的影响

 

相对湿度对商品混凝土干缩的影响很大,商品混凝土干缩值随空气相对湿度的增加而减小,在相对湿度为100%时表现为膨胀。在早期对商品混凝土进行湿养护,并不能降低商品混凝土的最终干缩值,但可以推迟商品混凝土产生干缩的时间,从而减少干缩裂缝。温度升高使商品混凝土干缩增大,这是因为温度越高,商品混凝土中毛细孔水及C-S-H凝胶的层间水越容易失去,从而产生毛细管作用,引起商品混凝土收缩混凝土加工。因此,在较高温度下灌注商品混凝土,尤其是面积大、厚度薄的商品混凝土构件,极易出现大量的表面干缩裂缝。商品混凝土表面使用各种覆盖物或涂料,均可减小商品混凝土中的温度湿度梯度,从而降低收缩应力,干缩相应也较小。

 

3.6结构特征因素

 

结构特征因素是指结构物的形状、尺寸及配筋率。在一定结构物体积的情况下,商品混凝土干缩随结构物的表面积增大而增大,即商品混凝土干缩随体积与表面积比值的增加而直线下降。有资料表明:原始构件的表面积越大,最初的收缩速率越快,但后期的收缩值较低;构件表面积越低,早期收缩速率较低,而后期的收缩值大。试件尺寸对商品混凝土干缩的影响的规律是:小试件的干缩值比大试件的干缩值大,其差值随龄期的增大而减小。商品混凝土构件的配筋率对干缩有很大影响,这是因为钢筋对商品混凝土干缩有抑制作用,商品混凝土干缩随配筋率的增加而减小。

 

3.7纤维的影响

 

在商品混凝土中加人纤维可提高商品混凝土的抗开裂能力,某些种类的纤维还可以降低商品混凝土的干缩值,如钢纤维和碳纤维。有文献报道,加入1%的钢纤维使48天龄期的商品混凝土干缩值降低了6%;在商品混凝土中加入短的碳纤维(0.19%体积含量),在潮湿条件下养护14天,其干缩值降低了84%。目前,也有人在商品混凝土中掺加某些种类的有机纤维(如聚丙烯纤维、维纶纤维)的试验研究,并取得了一定的成果。

 

4.防止干缩的有效措施

 

一是选用收缩量较小的水泥,一般采用中低热水泥和粉煤灰水泥,降低水泥的用量。二是商品混凝土的干缩受水灰比的影响较大,水灰比越大,干缩越大,因此在商品混凝土配合比设计中应尽量控制好水灰比的选用,用时掺入合适的减水剂。三是严格控制商品混凝土搅拌和施工中的配合比,商品混凝土的用水量绝对不能大于配合比设计所给定的用水量,必要时请有资质的技术人员进行现场配比。四是加强商品混凝土的早期养护,并适当延长商品混凝土的养护时间。冬季施工时要适当延长商品混凝土保温覆盖时间,并涂刷养护剂养护。五是在商品混凝土结构中设置合适的收缩缝。




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