混凝土裂缝机理及控制措施.pdf

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1、混凝土裂缝机理及控制措施曲连宇吴鑫旖陈红磊张耀珊大连G_．v-大学建设工程学部大连理工大学管理与经济学部摘要：裂缝是混凝土工程中最常见的一种缺陷。本文在总结混凝土裂缝成因、机理、分析理论的基础上，建议了几种混凝土裂缝控制措施，对实际工程具有一定的参考意义。关键词：混凝土；裂缝；机理；控制措施1前言裂缝是混凝土工程中最常见的一种缺陷，裂缝过宽时气体和水分、化学介质侵人裂缝，会引起钢筋锈蚀，不仅削弱了钢筋面积，还会因钢筋体积的膨胀引起保护层剥落，从而损害结构承载能力、使用功能和使用寿命。裂缝根据成因分为如下几类：荷载作用下产生的裂缝、温度裂缝、干缩裂缝、地基不均匀沉降引起的裂缝、钢筋

2、腐蚀引起的裂缝，等等。2混凝土裂缝产生的机理2．1常规裂缝机理裂缝产生的机理相当复杂，单因素裂缝是很少的。但是，一般来说，裂缝主要是由一种或几种因素引起的，其它因素只是起了裂缝继续发展或加剧劣化的作用。裂缝是某种固体材料中的某种不连续现象，在学术上属于结构材料强度理论范畴。可以把混凝土的强度理论大致分为惟象理论、统计理论、构造理论、分子理论四种。2．2混凝土结构的微观裂缝与宏观裂缝微观裂缝的特点是细而短，肉眼不可见。这种裂缝缝一般产生于混凝土凝结硬化时，由于内应力或应力的转向而致，它可用混凝土的构造理论加以解释。微观裂缝的存在是混凝土材料本身固有的物理性质，它对弹塑性、徐变、强度

3、、变形、泊松比、刚度、化学反应等有较大影响。荷载实验表明，当混凝土受压时，荷载在30％的极限强度以下时，裂缝几乎不变动，在30％～70％的极限强度时，裂缝开始扩展或增加，到70％～90％极限强度时，微裂显著扩展并迅速增多，其裂缝之间相互串联起来，形成工程上广泛研究的宏观裂缝，直至完全破坏。3裂缝机理的分析理论3．1粘结滑移理论由D．Watstein等人在20世纪40～60年代建立和发展起来的裂缝计算理论，一直被认为是“经典的裂缝理论”。这个理论认为裂缝控制主要取决于钢筋和混凝土之间的粘结性能，当裂缝出现后，钢筋和混凝土之间的粘结发生局部破坏，这时，在裂缝处钢筋与混凝土之间的变形不

4、再协调，出现相对滑移。而在一个裂缝区间内’钢筋伸长和混凝土伸长之差就是裂缝开展宽度，因此，裂缝区间越大，裂缝开展深度也越大，而裂缝区间又取决于钢筋与混凝土之间粘结应力的分布和大小。根据这一理论，影响裂缝间距的主要因素是钢筋直径d与配筋率斗的比值，而影响裂缝宽度的主要因素是裂缝间距和钢筋的平均应变，同时，这一理论还意味着混凝土表面裂缝宽度与钢筋表面处的裂缝宽度是一样的。3．2无滑移理论1966年英国水泥混凝土学会G．D．Base、J．B．Read等人提出无滑移理论。在通常允许的裂缝宽度范围内，钢筋与混凝土之间的粘结力并不破坏，相对滑移很小可以忽略不计，钢筋表面处的裂缝宽度要比构件表

5、面的裂缝宽度小得多。按此理论，表面裂缝宽度是由钢筋至构件表面的应变梯度控制的，即裂缝宽度随着离钢筋距离的增大而增大，因此，钢筋的混凝土保护层厚度是影响裂缝宽度的主要因素。3．3综合理论即为粘结滑移理论与无滑移理论的综合。1971年日本的Y．Goto在轴心拉杆的钢筋周围预埋导管并用墨汁注人，试验后剖开试件发现在主裂缝附近变形钢筋的周围形成内部微裂缝，主裂缝附近区段粘结力遭到破坏，同时证明裂缝宽度在构件外表面处最大’钢筋表面处最小。这为综合理论的研究提供了试验观察现象。综合理论既考虑了保护层厚度对裂缝宽度的影响，也考虑了钢筋和混凝土之间可能出现的滑移，这无疑比前两种理论更为合理。4混

6、凝土裂缝控制措施4．1合理的构造设计一是增配构钢筋，增强其抗裂性能。应该采用小间距、小直径的配筋方式。全截面配筋率应该控制在0．3％一0．5％之间。二是避免结构突变产生的应力集中在容易产生应力集中的环节采取一些加强措施。三是在容易裂缝的边缘位置设置暗梁，以提高这个部位的配筋率增强混凝土极限抗拉的强度。四是在结构设计中应合理设置后浇带后浇带的保留时间不应少于天。五是当基础设置于岩石类地基上时，宜在混凝土垫层上设置滑动层，可采用一毡二油等，来减少基础的约束。4．2原材料的控制措施(1)对混凝土的配合比精心设计。要在保证混凝土有良好工作性的前提下，要尽可能减少每单位混凝土的用水量，采用

7、“一高高粉煤灰掺量、二掺掺高性能引气剂和高效能减水剂、三低低水胶比、低坍落度、低砂率”的设计准则，产出“高韧性、高强、高抗拉直、低热和中弹”的抗裂混凝土。(2)选择合适的水泥。优先采用525R普通水泥，425R普通水泥等高标号水泥，以减少水泥用量。选用低热水泥，减少水化热降低混凝土的温升值。并尽量选用后期强度，降低水泥量并延缓峰值。(3)适当掺加粉煤灰。在混凝土中掺加上粉煤灰之后，可以提高混凝土的持久性和抗渗性，减少混凝土的收缩，从而降低胶凝材料的水化热，增强混凝土抗拉强度，减少