钢筋混凝土收缩裂缝的成因及控制

❖ 6、构件尺寸
构件尺寸主要影响混凝土内部水分丧失的速
率，因而影响收缩的速率。研究表明，将混 凝土置于50%相对湿度的环境中，混凝土从 表面逐渐向内干燥，一个月后可深入到7.5cm 深处，而10年后也只能深入到60cm。处理具 体工程实践时，实际尺寸构件与试验室小试 件的差别必须予以考虑。
表1 同一水泥不同参数测定收缩值
❖ 3、用水量、水泥用量、水灰比 用水量及水泥用量是影响干缩的重要因素。
如能在增加水泥量的同时 减少混凝土的砂率，混凝 土的收缩值仍可做到没有 明显变化。增加水灰比也 使收缩值增加，这从用水 量、水泥用量和水灰比三 者之中只有二个是独立的 关系就可推知，其中影响 最大的是用水量。
报告思路
❖ 一、研究混凝土裂缝的原因 ❖ 二、钢筋混凝土收缩裂缝产生原因 ❖ 三、钢筋混凝土收缩裂缝的控制
一、研究原因
❖ 混凝土作为目前用量最大的一种建筑材料， 其最大的缺点就是易产生裂缝。目前混凝土 结构裂缝问题，是混凝土工程建设普遍的技 术问题。而混凝土结构的破坏和建筑物的倒 塌也都是从结构裂缝的扩展开始而引起的。
干燥收缩
❖ 干燥收缩是水泥基混凝土的固有特性，是混凝土在 未饱和空气中向外界散失水分而产生的收缩。浇注 时呈流动状态的混合介质，硬化后呈固体状态。除 了硬化生成硅酸钙等固体物质，这是一个化学过程 以外，还伴随着一个蒸发失水干燥的物理过程，养 护不好就出现干燥收缩裂缝。混凝土内的固体水泥 浆体体积会随含水量而改变。而骨料对水泥浆体体 积的变化则起很大的约束作用，使混凝土的体积变 化远低于水泥浆体的体积变化。
自身收缩与干燥收缩占总收缩的比例(%)
影响混凝土干燥收缩的主要因素
❖ 1、水泥
可以肯定的是水泥中的石膏 比值对收缩值有重大影响， 水泥制造厂通过优化石膏含 量来调节由于水泥组分不同 造成的收缩差异。此外，水 泥细度愈大；收缩量会有所 增加，但其影响不大。如果 有条件的话采用低热水泥可 能是减小干缩裂缝的最有效 的措施之一
❖ 2、骨料类型和骨料用量 （1）粗、细骨料占混凝土总体积的65%—75％，对
混凝土的收缩有很大影响。粗、细骨料限制了水泥 浆体的自由收缩，使混凝土的收缩量减少到只有浆 体收缩量的几分之一。 （2）骨料的弹性模量越高，减少收缩作用越明显， 骨料的吸水性反映了骨料孔隙率的大小，也影响骨 料的弹性模量．弹性模量低的吸水率通常较高，表 1是用同一种水泥、相同的用水量配制的不同骨料 混凝土的收缩值比较。砂岩、板岩、石英岩收缩值 较大，而花岗岩、石灰岩要好些。 （3）骨料用量大和最大粒径多的可减少收缩。
二、收缩裂缝产生的原因
收缩裂缝分为自收缩裂缝和干燥收缩裂缝 当表面失水速率超过实际泌水速率时，
新拌混凝土迅速干燥。如果近表面的混凝 土已经稠硬，不能流动，但其强度又不足 以抵抗因收缩受到限制所引起的应力时， 就产生开裂
泌水速率<蒸发速率→开裂
自收缩
在与外界没有水分交换的条件下，混凝 土内部自干燥作用引起的宏观体积收缩
混凝土的自收缩在初凝以后开始产生
自收缩大小与水胶比、胶凝材料组成、 减水剂品种与掺量、骨料品种与比例有关
自收缩机理
水化反应进行过程中，一部分拌合水由 化学反应消耗，一部分填充凝胶孔。当水 灰比较大时，凝胶孔基本上充满水，自身 收缩很小；水灰比较小时，凝胶孔内部只 有部分充满水，形成弯月面，外界的压力 使水泥浆体收缩。
图4 粉煤灰混凝土的自收缩曲线
图4为不同粉煤灰含量、不同水胶比的混凝土从初 凝至7d龄期的自收缩发展曲线。由图可见：
1)粉煤灰混凝土自收缩随龄期的变化与纯水泥混凝 土相似，均可划分为明显不同的两段：初凝至1d前， 自收缩快速增长，混凝土1d的自收缩即达到7d总收 缩的80%以上；随后趋于平缓，自收缩发展明显减 慢。水化早期，浆体的水化反应较快，混凝土的强 度较低，在毛细孔负压作用下，试样自收缩发展较 快;水化中后期，浆体水化反应减慢，试样强度增加， 浆体结构能抵抗毛细孔负压作用，试样自收缩趋于 稳定。
图2 混凝土用水量及水泥用量与干缩的关系
水灰比对干缩的影响
图3显示365天 龄期水灰比0.65 较0.26者其干缩 值大一倍。
图3 水灰比对水泥浆干缩影响
❖ 4、粉煤灰等火山灰质掺料
火山灰质矿物掺台料的种类较多，成份不一， 有些会使需水量增大从而加大收缩，有的即 使不影响用水量也会增加收缩量。也有不少 试验资料认为粉煤灰混凝土的收缩量比不掺 粉煤灰的混凝土要小些。
如地下工程(地下室、地下仓库、地下人防工 程等)，若出现裂缝，将会产生大量的渗水。 使地下工程的使用性能降低或不能使用；而厂 房和住宅、办公楼的墙、板、柱、粱出现裂缝 后，影响外观，使Байду номын сангаас寿命。有严重裂缝的建筑 物将会威胁到人们的生命和财产安全。故在某 些施工验收规范和工程都是不允许混凝土结构 出现有明显的裂缝。
图5 不同风速和相对湿度下的水分蒸发速度
图6 水泥浆体的干缩与失水量的关系
图6表示固体水泥浆体的干燥收 缩量与失水比例的关系，失水率 从0增加到17%（相对湿度为 100%到40%左右），收缩量约 为0.6%，而失水量继续增加时， 则带来的收缩量却迅速增加（右 边陡然下降的折线）因为后一阶 段的收缩多为胶体孔隙水的丧失 所引起。
2)粉煤灰混凝土与纯水泥混凝土均随水胶比 的减小而增加；粉煤灰混凝土与纯水泥混凝 土相比，自收缩明显降低，且随粉煤灰掺量 的增加成比 例降低。这主要是因为粉煤灰早 期(14d前)基本不参与水化反应，因此在水胶 比不变的条件下，增加粉煤灰的掺量相当于 减少了早期参与水化反应的胶凝材料量，增 大了有效水灰比。由于用水量不变，所以水 化产物所需要填充的孔隙基本不变。
粉煤灰替代部分水泥后，浆体早期的水化程 度降低，水化产物对内部结构的填充作用减 弱。粉煤灰掺量增加，水泥石内部结构变得 疏松，粗毛细孔含量提高，细毛细孔含量降 低，毛细孔内的自由水含量增多，临界半径 增大，毛细管负压作用降低，因此粉煤灰混 凝土的自收缩减小。
❖ 5、环境条件
环境因素关系到混凝土表 面蒸发速度或失水程度。 图5表示大气温度和混凝 土温度均为30度时，不同 风速和相对湿度下的水分 蒸发速度。当混凝土失水 时，开始丧失水分的是较 大孔径中的毛细孔隙水， 所以相应的收缩值较小