混凝土结构荷载施工温度等八种裂缝的产生.pptx
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1、混凝土渗漏裂研讨会混凝土结构裂缝成因及控制措施设计管理小组2022年6月1、背景简介2、混凝土裂缝产生原因3、混凝土裂缝分类4、混凝土裂缝控制措施目录页CONTENTS PAGECONTENTS1、背景简介1.1混凝土裂缝产生的影响 1.2混凝土材料基础知识1.3裂缝允许宽度目录页CONTENTS PAGECONTENTS口o 1.1背景简介混凝土裂缝产生的影响影响结构的防水性。具有防水要求部位的混凝土产生裂缝,除了影 响结构安全性外,给使用者带来的最直接的问题是 渗漏水的危害,尤其是没有做防水的部位表现突出。影响结构耐久性及使用寿命。化学侵蚀、冻融循环、碳化、钢筋锈蚀、碱骨料反应等 都会对混
2、凝土结构体产生破坏功能。这些破坏功能的发生进 行的快慢,除了受混凝土自身材料性质的影响外,裂缝也是 一个重要的影响因素。空气中的二氧化碳、二氧化硫气体及 雨水等会顺着裂缝进入混凝土内部,促成钢筋锈蚀的加快、碱骨料反应及碳化速度的加快进行,从而引起耐久性的下降 和缩短建筑物的使用寿命。1、混凝土材料的特点:混凝土是多种相态(固、液、气)、多种物质构 成的复合材料。固相:由粗骨料(碎石、砾石或人工轻骨料)、细骨料 (砂)以及水泥水化后的水泥石组成。液相:拌合用水以及各种液态添加剂(视需要添加)。气相:存在于粗骨料、细骨料、水泥石的间隙中以及多余 的水分蒸发之后形成的孔隙中,其主要成分是正常环境空
3、气中的氧和二氧化碳。同时,由于搅拌、运输、泵送、振捣等引起混凝土拌合物 的离析、泌水现象,混凝土中各种相态、各种物质的分布是 不均匀的,这种复合型材料的特点决定了混凝土内部是不连 续的,因此,混凝土结构自浇筑成形后,内部就存在裂缝,即微裂缝。口o 1.2背景简介混凝土材料基础知识2、混凝土的收缩:在混凝土凝结出气或硬化过程中,混凝土在不受力情况下出现体 积缩小现象,即收缩。从而引起约束内应力,在混凝土内部形成裂缝。胶凝收缩(自收缩):水泥浆胶体结晶固化成水泥石过程,混凝 土体积大幅减少,形成混凝土内部裂隙,细小不连通,呈弥散状 态分布在骨料周边。干燥收缩:本质是水泥石的收缩。除水化作用消耗掉的
4、水,其余 部分水在长期干燥环境中逐步逸出挥发。失水造成的空隙以及毛 细孔内水的表面张力,均造成了混凝土的体积收缩。干燥收缩多 发生在结构表面,也是混凝土形成表面裂缝的原因之一。碳化收缩:CO2+Ca(OH)2CaCO3+H2O碳化过程长期、持续 地由混凝土表面向内发展,同时伴随体积收缩。一般发生在年代 较长、暴露于潮湿环境中的混凝土结构。总结:自收缩和干燥收缩在混凝土中普遍存在,对结构影响较大,是工程界研究的重点。口o 1.2背景简介混凝土材料基础知识3、收缩的影响因素:水泥品种:一般来说影响大小顺序为:矿渣水泥普通硅酸盐水泥早期水泥粉煤灰水泥(但这并不绝对,还 与活性掺合料的种类、掺量、混凝
5、土水灰比有关)。水胶比、水泥用量、含水量:单位体积混凝土的水泥用量相同时,水灰比越大,收缩越大;单位体积混凝土的含 水量越大,收缩越大;水用量不变时,单位体积水泥用量越大,收缩越大。(目前项目一般水胶比控制在0.4左 右)骨料:骨料基本不会发生收缩变形,故可约束水泥石的收缩变形,从而减小收缩。相同强度的混凝土,骨料的用 量越多,收缩越小;骨料的弹性模量越大,收缩越小;粗骨料的效应比细骨料显著。养护期:湿养护相对于自然养护能显著减小混凝土收缩,延长养护时间也能有效地延缓收缩变形的发展。(以自 然养护7d为标准,自然养护3d收缩增加9%,自然养护14d收缩减少14%)环境状态:以环境湿度W=50%
6、为标准,当相对湿度为25%时,混凝土收缩约增加25%;当相对湿度为80%时,混凝土收缩约减少30%;风速越大,混凝土表面水分散失加速,收缩变形大;温度高,有利于水泥水化和水分蒸发,收缩增大,低温下收缩趋于稳定。构件尺寸:水分迁移的阻力受迁移路径控制,在其他条件一致时,失水速率取决于构件的尺寸,混凝土的收缩随 构件体表比的增大而减小。口o 1.2背景简介混凝土材料基础知识4、混凝土的内应力:混凝土在固化过程中发生体积减小而收缩。无论何种 类型的收缩,都只限在胶凝固化后的水泥石中发生。而 石子和砂等骨料,体积是稳定不变的。因此,这种收缩 就会使骨料收到围箍压力,而骨料之间的水泥石变形收 到约束,则
7、会产生拉力。这种拉、压应力,在混凝土内部保持了一种自平衡 的状态。一旦混凝土收到外界作用。其内部应力平衡收 到破坏,则沿受拉的方向就极有可能产生裂缝。因此,混凝土内部积聚的潜在拉应力,是导致裂缝的内部条件。口o 1.2背景简介混凝土材料基础知识一般肉眼可见裂缝0.05 0.02mm。讨论范围:宏观裂缝0.05mm。裂缝宽度0.05mm,属无害裂缝。混凝土结构设计规范 GB50010:口o 1.3背景简介裂缝允许宽度l 非预应力采用荷载准永久值;预应力采用荷载标准值。l 与配筋有关,体现的是配筋率;配筋率越大,裂缝越小。l 与保护层厚度有关Cs,保护层厚度越大,裂缝宽度越大。口o 1.3背景简介
8、裂缝允许宽度裂缝的计算:混凝土结构设计规范 GB50010:口o 1.3背景简介裂缝允许宽度裂缝的快速计算表格:2、混凝土裂缝产生原因2.1荷载作用引发裂缝2.2非荷载作用引发裂缝 2.3形成裂缝的因素目录页CONTENTS PAGECONTENTS1、荷载裂缝产生机理荷载裂缝亦成为受力裂缝,其宽度随荷载加大而增 宽,成为结构构件破坏前的征兆。l 轴心受拉构件:由于全截面受拉,因而出现横向的 贯穿全截面的裂缝。如图(a)l 偏心受拉构件:如图(b)l 偏心受压构件:如图(c)l 简支受弯构件:如图(d)l 受扭构件:在其表面出现连续的斜裂缝,形成空间 螺旋状裂缝。如图(e)口o 2.1混凝土裂
9、缝产生的原因荷载作用引发裂缝2、荷载裂缝发展过程l 受力之初:弹性状态;弥散状裂缝。如图(a)l 荷载逐渐增大:已存在裂缝逐渐发展、延伸。如图 (b)l 荷载继续增加:这些微小裂缝将会互相衔接、交叉、连贯起来,将水泥石在垂直于主拉应力方向上切割 破碎,成为不连续的块体。失去弹性,呈非线性的 受力状态。如图(c)l 荷载继续加大:应力不断增加,这些内部微小裂缝 将沿主压应力方向继续延伸、变宽,最后发展到构 件表面。如图(d)口o 2.1混凝土裂缝产生的原因荷载作用引发裂缝1、混凝土自身特性引发裂缝l 混凝土的收缩:水泥胶体结晶、凝固为水泥石过程中,不可避免的会 发生体积收缩。由工程实践可知,造成
10、收缩量大幅度增加的原因是为 满足泵送、免振等新的工艺要求,对混凝土的原材料及配合 比做了很大的调整:粗骨料比例减小,粒径也大幅减小;细 骨料(砂)、粉剂(水泥、矿粉等)的含量大大增加;为了 达到使用效果大量使用掺合料、外加剂等。组成成分的变化,造成了混凝土体积稳定性变化,因此,收缩量也随之增加。l 混凝土的脆性:混凝土是一种脆性材料,除抗拉强度很低以外,承受 拉应变的能力同样很差,很小的强迫受拉变形即可造成其断 裂。口o 2.2混凝土裂缝产生的原因非荷载作用引发裂缝2、环境作用引发裂缝:l 温差引起的约束应力:由于阳光暴晒、暴雨冲淋或 季节性温差引起的裂缝(多见于屋盖、山墙等环境 温度变化剧烈
11、的部位);由于水泥水化热的原因,收到约束的墙体和断面大的构件发生开裂(多见于 大体积混凝土)l 强迫位移引起的约束应变由于地基不均匀沉降、地震作用及其他外界作用,往往以非荷载的形式造成混凝土结构的强迫位移。l 耐久性环境作用与混凝土成形早期出现收缩裂缝不同,有些裂缝是 在环境长期作用下形成的,比如:混凝土碳化、严寒 地区混凝土内部水分结冰后冻胀、攀爬植物、水生植 物的长期作用等。口o 2.2混凝土裂缝产生的原因非荷载作用引发裂缝3、设计和施工缺陷引发裂缝:l 设计:结构体型设计不合理(例如大体量结构之间的细弱瓶颈部 位),或者构造做法失当(例如凹槽、内角曲率半径过小而容 易引起应力集中等),都
12、可能使结构刚度突变、体型比例失调 或应力集中,从而引发裂缝。l 施工:混凝土结构体量庞大,不得不分期、分段浇筑成型,这就 不可避免的形成不同龄期混凝土的接槎。尽管可以采取各种措 施减小混凝土接槎的影响,但该处混凝土在施工期间所造成的 不连续,终究是可能引发裂缝的薄弱环节。口o 2.2混凝土裂缝产生的原因非荷载作用引发裂缝1、原材料及配合比:混凝土材料本身的性能对于控制裂缝起决定性作用。l 胶凝材料:水泥用量越多,水泥浆的量相对越大,收缩量也越大,容易开裂;水泥强度等级越高,水泥细度越小,比表面积越大,则水化热越多,收缩约大,越容易开裂;水泥活性越强,其水化热越大,冷凝过程中收缩加大,容易开裂;
13、活性较小,低水化热的矿渣水泥、粉煤灰水泥等收缩 较小,对防止开裂有利;水胶比越大,含水量大,收缩越大,越容易开裂。l 骨料:粗骨料粒径越小,骨架的体积稳定性越差,混凝土收缩越大,越容易开裂;砂岩较软,做粗骨料时收缩较大,容易开裂;细骨料(砂)含量越高,体积稳定性越差,收缩较大,容易开裂;粗、细骨料中含泥量越大,收缩越大且抗拉强度降低,容易开裂。l 掺合料和外加剂适当掺入掺合料(粉煤灰等)可以提高体积稳定性,减少收缩,遏制裂缝出现。外加剂(包括减水剂、膨胀剂等)选择失误、掺量不当,或养护不良,会加大收缩,引起混凝土开裂。口o 2.3混凝土裂缝产生的原因形成裂缝的因素2、设计缺陷:l 混凝土结构体
14、型复杂、怪异,抗力和刚度分布不均匀(如不规则的结构布置),往往会在薄弱处引起局部裂缝。l 设计考虑不周,遭受非设计工况而引起意外内力或应力状态,从而导致裂缝。l 配筋方式不当,细而密的钢筋可较好的控制裂缝,少而粗的配筋方式往往无法有效控制裂缝而开裂。l 局部区域配筋不足,混凝土无法承担由于承载受力或各种间接作用引起的拉力而开裂。l 混凝土结构设缝不当,体量、尺度过大,约束应变积累过多而无法释放,就会在相对薄弱处引起裂缝。高规 3.4.13l 在混凝土结构受力的敏感部位(如凹角处等)未做妥善的构造处理,导致应力集中而引发局部裂缝。l 混凝土保护层厚度处理不当,引起钢筋锈蚀以及相应的锈胀裂缝。l
15、设计时环境类别选择不当,不满足耐久性要求,长久使用以后发生耐久性裂缝。【裂缝控制限值】高规 混规口o 2.3混凝土裂缝产生的原因形成裂缝的因素3、施工质量:l 混凝土拌合物在搅拌、运输、浇筑时不均匀,造成分层、离析、泌水,引起裂缝。l 在混凝土强度较低的情况下进行预应力施工(张拉、放张,特别是骤然放张预应力),导致裂缝。l 地基处理不当,不均匀沉降引起裂缝。l 快速施工,养护时间不足,早期收缩得不到控制,导致开裂。l 分层振捣混凝土的时间、工艺失控,间隔时间过长而造成接槎处已凝固的混凝土被振散,从而形成“冷缝”。l 浇筑后混凝土缺乏养护,在空气中暴露失水,收缩增大,引起裂缝。l 管线、埋件布置
16、在混凝土保护层中,实际保护层过薄而引发顺着管线的开裂。l 施工时超载或意外荷载(例如撞击、大量堆载等)的非设计工况,引起裂缝。l 后浇带处模板支撑不足,改变受力形态而引起的裂缝。l 拆模过早或模板刚度不足,在混凝土强度较低的情况下承受施工荷载,引起裂缝。l 保温、隔热施工质量欠缺,气温变化引起混凝土构件变形差造成的温度裂缝。口o 2.3混凝土裂缝产生的原因形成裂缝的因素4、使用状态:设计、施工质量良好的混凝土结构,在服役期间同样会出现裂缝。l 粗暴使用在役结构,严重超载、承受动力荷载、疲劳荷载等非设计工况的作用,引发安全隐患及裂缝;l 擅自改变结构用途,任意改造结构形式,甚至在传力的关键部位钻
17、孔、穿墙、打洞,干扰结构传力体系,引发安全隐患及裂缝。l 由于改变用途造成结构使用环境的变化,如高温、潮湿、腐蚀性介质引起的安全隐患及裂缝。l 结构长期使用而未进行定期检查维护,环境侵蚀引起的裂缝。口o 2.3混凝土裂缝产生的原因形成裂缝的因素3、混凝土裂缝的类型3.1结构荷载裂缝3.2施工裂缝3.3温度裂缝3.4收缩裂缝3.5结构构造裂缝3.6强迫位移裂缝3.7装配式结构裂缝3.8装饰性和耐久性裂缝目录页CONTENTS PAGECONTENTS口o 3.1混凝土裂缝的类型结构荷载裂缝口o 3.2混凝土裂缝的类型施工裂缝季节温差引起的裂缝,冬天裂缝宽度较大,而夏季宽度较小,甚至闭合。裂缝形态
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