混凝土抗裂性

开裂应力水平系数a的物理含义和取值
混凝土经受拉伸应力开裂时的应力水平低于混凝土抗拉 强度，开裂应力水平系数a表示混凝土开裂应力与混凝土抗拉
强度之比值。在此应力水平时，混凝土不致产生开裂破坏。
此时混凝土受拉应力低于混凝土内部裂纹扩展阶段。 不同骨料品种混凝土的开裂应力水平系数a不同。开裂应 力水平系数a可通过混凝土拉伸试验获得，为混凝土拉伸应力 -应变曲线（ε-σ）明显脱离线弹性段（σ/E-σ）之点的应力与
C4AF
17.3 16.8 14.2
6.91
59.0
14.6
8.2
15.6
1.20
Ⅴ.水泥细度对混凝土抗裂性的影响：
水泥越细，胶砂强度越高；
水泥越细，水化热越高；
水泥越细，收缩越大。
⑵ 掺合料
ⅰ.粉煤灰 ⅱ.矿渣 ⅲ.硅粉 ⅳ.钢渣 ⅴ.石粉 ⅵ.其它掺合料
ⅰ.粉煤灰
优质粉煤灰减少用水量，减少混凝土泌水率； 随着粉煤灰掺量的增加，混凝土强度降低； 降低胶凝材料水化热，减少混凝土温升；削减温峰， 推迟温升时间。 适量优质粉煤灰可降低混凝土自生体积变形50%； 适量优质粉煤灰可降低混凝土干缩30%； 混凝土早期徐变增加，但后期徐变减小。
混凝土抗拉强度之比值。
水泥浆体、骨料和混凝土的典型应力-应变行为
不同骨料混凝土7d拉伸应变-应力曲线
90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0 0.5 1 1.5 2 混凝土受拉应力(MPa)
S Sσ/e D Dσ/e X Xσ/e Z Zσ/e
混凝土受拉应变(*10 )
-6
不同骨料混凝土28d拉伸应变-应力曲线
混凝土抗裂指标K (黄国兴)
p Rl C G K TR s
混凝土抗裂指数Kl
aRl (1 / E C ) G Kl b (Tr t ) c s
综合反映混凝土抗拉强度、混凝土弹性模量、混凝土徐变、开裂应 力水平系数a、混凝土自生体积变形、混凝土线膨胀系数、混凝土绝热 温升、混凝土表面温度变化△t、温差控制系数b、混凝土干缩和湿度保 证系数c等因素对混凝土抗裂性的影响。
降低混凝土水胶比，可提高混凝土强度，增
加混凝土抵抗开裂的能力。当混凝土强度大于混
凝土构件限制变形应力时，混凝土不开裂。
混凝土水胶比低，胶凝材料用量增加，混凝
土水化热增加，混凝土收缩增加。
⑵ 尽量增加优质粉煤灰掺量
采用优质粉煤灰适量取代水泥，可降低混凝 土自生体积变形； 同时降低混凝土绝热温升，减少温差应力 变形； 并可增加混凝土早期徐变度（对应于非予 应力混凝土）。
湿度保证系数c的物理含义和取值
湿度保证系数c反映混凝土工程施工混凝土湿度
保证控制水平，取值范围同样在0~1.0之间。当混凝
土表面长期处于完全保湿状态时，湿度保证系数c取
值为0；当混凝土表面长期处于完全干燥状态时，湿
度保证系数c取值为1.0。
二、提高混凝土抗裂性措施
1、混凝土原材料 2、混凝土配合比
8.0 16.6
8.0 19.6
ⅱ.水泥矿物组分对水化热的影响
水化热（J/g）
矿物名 称
3d 410 80
7d 461 75
28d 477 184
90d 511 230
180d 507 222
365d 569 260
C3S C2S
C3A
C4AF
712
121
787
180
846
201
787
197
913
⑶ 尽量提高混凝土骨胶比
在保证混凝土工作性和耐久性的前提下，提 高骨胶比，目的为减小混凝土干缩率和自生体积 变形；还可降低混凝土绝热温升，减少温差应力 变形。 适量掺加磨细石粉，有利于改善混凝土工作 性，降低胶凝材料用量。
⑷ 尽量增加粗骨料粒径和用量
在保证混凝土工作性的前提下，尽量降低混 凝土砂率，可减少混凝土用水量，降低混凝土干 缩率。 在满足混凝土骨料粒径限制条件的基础上， 提高粗骨料粒径，可降低混凝土砂率和胶凝材料 用量，提高混凝土抗裂性。
7
14
21
28
内养护剂,可 降低混凝土 干缩20%以 上。
42 35 YSD38 YSD38L
龄期（d）
2、混凝土配合比
⑴ 保证混凝土水胶比
⑵ 尽量增加优质粉煤灰掺量
⑶ 尽量提高混凝土骨胶比
⑷ 尽量增加粗骨料粒径和用量 ⑸ 采用优质混凝土外加剂 ⑹ 掺加适量优质纤维材料 ⑺ 优选混凝土骨料
⑴ 保证混凝土水胶比
提高混凝土抗裂性
混凝土抗裂相关系数
混凝土抗裂相关系数： B ∈ Rl· C/E· (α· ΔT + G )
式中： Rl—混凝土抗拉强度 C—混凝土徐变 E—混凝土弹性模量 α—混凝土线膨胀系数 ΔT—混凝土温升 G—混凝土收缩变形
一、混凝土抗裂性影响因素
混凝土抗裂性与混凝土抗拉强度、混凝土徐变成正比；
23 -6
27 -15
47 86
96 185
161 278
216 348
400 350 300 250 200 150 100 50 0 -50 0
-6 干缩值（× 10 ）
JSX F20J2
20
40 龄期（d）
60
80
混凝土内养护剂的作用
0
掺加混凝土
-6 收缩（× 10 ）
-50 0 -100 -150 -200 -250 -300 -350 -400
土温升。
0 0 -100 -200 -300 -400 -500 -600
20
40
60
80
100
干缩值（×10 ）
-6
YSD361 YSD36 YSD362
龄期（天）
0 0
20
40
60
80
100
干缩值（×10 ）
-100
YSD401 YSD40 YSD402 YSD403
-200 -300 -400 -500 龄期（天）
（ C4AF 对强度的贡献未确定，各人试验结果不同）。
ⅰ.水泥矿物组分对强度的影响
抗压强度（MPa）
矿物名称
3d
C3S C2S 29.6 1.4
7d
32.0 2.2
28d
49.6 4.6
90d
55.6 19.4
180d
62.6 28.6
C3A C4AF
6.0 15.4
5.2 16.8
4.0 18.6
C3A水化收缩率最大，比其它矿物提高3~5倍； C3S、 C2S和C4AF的水化收缩率相差不大。
ⅳ.水泥矿物组分对脆性系数的影响：
水泥胶砂抗压强度与抗折强度比值称为水泥 的脆性系数。 C3A、 C3S含量高，水泥脆性系数大； C2S、 C4AF含量高，水泥脆性系数小。
ⅳ.水泥矿物组分对脆性系数的影响
S Sσ/e D Dσ/e X Xσ/e Z Zσ/e
温差控制系数b的物理含义和取值
温差控制系数b反映混凝土工程施工混凝土表面 温差和内外温差控制水平，取值范围在0~1.0之间。 对应于薄板结构混凝土（如面板混凝土），且混凝 土表面保温措施得当，温差控制系数b可取值为0； 对应于大体积混凝土，且无混凝土表面保温措施， 温差控制系数b可取值为1.0。
脆性 系数 5.78 5.41 6.20 熟料矿物组成（%） MgO （%） 2.13 3.80 2.30
水泥品种 白花中热 32.5水泥 东风中热 32.5水泥 贵州硅酸盐 42.5水泥 柳州硅酸盐 42.5水泥
C 3S
48.9 47.6 50.5
C2 S
28.1 26.1 21.4
C 3A
1.4 2.7 7.5
⑸ 采用优质混凝土外加剂
选用优质混凝土减水剂，在保证混凝土工作
性的条件下，尽量减少混凝土用水量，降低混凝
土干缩率；还可起增强和改善界面特性的作用。
并可掺加混凝土减缩剂和内养护剂，以降低混凝
土干缩率。
在限制条件和潮湿环境下，掺加膨胀剂有利
于改善混凝土抗裂性。
⑹ 掺加适量优质纤维材料
掺加适量聚丙烯睛纤维等优质纤维材料，可
ⅱ.矿渣
矿渣粉对混凝土强度的影响取决于矿渣粉活性指数和矿
渣粉细度。 单掺矿渣粉，混凝土干缩增加；混凝土自生体积变形增 加；混凝土徐变降低。 矿渣粉的二次水化作用，有利于混凝土微裂缝的自愈合。 同时掺加适量硫酸钙，混凝土体积稳定性提高。 矿渣粉对混凝土胶凝材料水化热降低幅度与矿渣粉活性
指数和掺量相关。矿渣粉掺量大于30%，才能有效降低混凝
120
混凝土拉伸应变(*10 )
-6
100 80 60 40 20 0 0 1 2 混凝土拉伸应力(MPa) 3
S Sσ/e D Dσ/e X Xσ/e Z Zσ/e
不同骨料混凝土90d拉伸应变-应力曲线
140
混凝土受拉应变(*10 )
-6
120 100 80 60 40 20 0 0 1 2 3 4 混凝土受拉应力(MPa)
提高混凝土抵抗塑性开裂能力。
低弹性模量纤维（如聚丙烯纤维）可提高混
凝土抗塑性开裂性能；高弹性模量纤维（如改性
聚丙烯睛纤维）可提高硬化混凝土抗裂性能。
⑺ 优选混凝土骨料
混凝土线膨胀系数与混凝土骨料种类关系密 切。在条件许可的情况下，优选混凝土骨料，降 低混凝土线膨胀系数，减少温差应力变形。 尽量选用高强、与水泥砂浆粘结强度高、弹 性模量相对低的混凝土骨料。
306
-
水泥熟料矿物的水化热和水化速度： C3A＞ C3S ＞ C4AF ＞ C2S
ⅲ.水泥矿物组分对收缩的影响
矿物名称 C3A C3S C2S C4AF 收缩率（ %） 0.00224~0.00244 0.00075~0.00083 0.00075~0.00083 0.00038~0.00060
外加剂掺入水泥浆体后的孔径分布比例图
无害孔：孔径＜20nm ；少害孔：孔径为20~100nm；有害孔：
孔径为100~200nm；多害孔：孔径＞200nm 。
外加剂对水泥水化热的影响
混凝土减缩剂的影响
试件 编号 1d JSX F20J2 3d 干缩值（×10-6 ） 7d 14d 28d 60d
混凝土抗裂性与混凝土弹性模量、线膨胀系数、混凝
土温升、混凝土收缩（干缩和自生体积变形）成反比。 但影响程度各有不同。
混凝土抗裂安全系数（朱伯芳）
Rt ——轴向抗拉强度； r ——折减系数，r = 0.5~0.7； σγ——铅直方向拉应力。
混凝土抗裂变形指数B (李光伟)
1 R ( C ) l r E B 0 Tr G
骨料品种
玄武岩 砂岩 大理岩 正长岩
46.9
36.5
⑷ 外加剂
1、改善混凝土拌和物性能 提高混凝土流动度、减少离析和泌水。 2、提高混凝土强度 在保持混凝土和易性的基础上，降低用水量，减少水胶比，提高混凝土强度。 3、提高混凝土耐久性 提高混凝土密实性，改善混凝土内部孔结构，混凝土耐久性提高；引入微小气 泡，提高混凝土抗冻性。 4、提高混凝土体积稳定性 降低混凝土用水量，混凝土干缩减少；降低或延迟水化放热，减少温差收缩变 形；掺加混凝土减缩剂或混凝土微膨胀剂，补偿混凝土收缩，提高混凝土抗裂性。
3、混凝土施工控制
⑴ 拌和均匀，提高强度，避免强度发展不均匀； ⑵ 振捣密实，避免局部应力集中； ⑶ 降低入仓温度，布设冷却管，降低内外温差； ⑷ 加强保湿保温养护，降低温度和干燥收缩应力, 保证水化反应进程。
施桥三线船闸工程
3、混凝土施工控制
1、混凝土原材料
⑴ 水泥：水化热低、C3A含量低、强度高、比表面 积小； ⑵ 掺合料：水化热低、品质好、收缩小； ⑶ 骨料：强度高、线膨胀系数小、弹性模量低； ⑷ 外加剂：减水、增强、改善界面特性。
⑴ 水泥
ⅰ.水泥矿物组分对强度的影响：
C3S具有较高强度，特别是早期强度；C2S的早期强 度较低，但后期强度较高； C3A和C4AF的强度均在早期 发展，后期强度几乎没有发展， C4AF的强度大于C3A
⑶ 骨料
由于混凝土中占体积3/4的为混凝土骨料，优化骨料Baidu Nhomakorabea级配，使骨料具有最大堆积密度，有利于改善混凝土工作 性、降低混凝土胶凝材料用量，提高混凝土强度，增加混
凝土密实耐久性。
尽量使用较大粒径，同样有利于改善混凝土工作性、
降低混凝土胶凝材料用量，提高混凝土抗裂性。
骨料品种对混凝土性能的影响
抗压强度 （MPa） 56.6 44.7 弹性模量 （GPa） 44.0 31.4 31.9 29.4 极限拉伸 线膨胀系数 （×10-6） （ ×10-6 /℃） 75 114 102 126 8.015 9.601 8.138 8.314
在相同的掺合料掺 量和配伍条件下， 水胶比越大，干缩 变形值越小 ；且随 着掺合料中粉煤灰 掺量的增加，干缩 变形减小。单掺矿 渣 ，混凝土干缩变 形增大。
-6
ⅲ.硅粉
混凝土需水量增加；
混凝土强度尤其是早期强度明显提高； 混凝土塑性收缩增加； 混凝土自生体积变形增加； 混凝土干缩增加； 混凝土徐变降低。