1、预防混凝土开裂的方法和措施土木工程材料期中论文胡歌2017/11/25混凝土作为工程中的基础材料，它的开裂将会给工程带来巨大的困难。本文简要介绍了混凝土开裂形成裂缝的种类，并就混凝土开裂的具体原因及控制或预防混凝土开裂的方法和措施做了详细探讨。1预防混凝土开裂的方法和措施班级：2017120403 姓名：胡歌 学号：2017901888摘要：混凝土作为工程中的基础材料，它的开裂将会给工程带来巨大的困难。本文简要介绍了混凝土裂缝的种类，并就混凝土开裂的具体原因及控制或预防混凝土开裂的方法和措施做了详细探讨。关键词：混凝土开裂 变形裂缝 荷载裂缝 控制或预防混凝土开裂一、引言混凝土是由水泥、掺合料
2、、外加剂与水按一定比例配制而成的胶结浆体将分散的砂、石子经搅拌而粘结在一起的气硬性胶凝材料。它具有较高的抗压强度和良好的耐久性，但其最显著的特点就是抗拉强度低、抵抗变形的能力差并容易开裂产生裂缝，给人民的生产生活带来了不便。为什么混凝土容易产生裂缝呢?二、混凝土裂缝种类分析混凝土出现裂缝的原因很复杂，不能一概而论，要研究裂缝分裂的原因，首先要将裂缝的种类进行分析。裂缝是建筑施工中材料由于某种原因或几种原因共同引起的结构中产生不连续的现象。而混凝土裂缝是指混凝土在温度和湿度变化的条件下，硬化并产生体积变形，由于各种材料变形不一致，互相约束而产生初始应力，造成在骨料与水泥石粘结面或水泥石本身之间出
3、现肉眼看不见的微观裂缝。其分布是不规则、不连贯的，但是在荷载作用下或进一步产生温差、于缩的情况下，裂缝开始发展，并逐渐互相串通，从而出现较大的连贯的肉眼可以看见的裂缝，称为宏观裂缝。混凝土搅拌后是一种不定型的可塑性材料，其中水泥是混凝土增强的主要胶结材料。水泥的化学收缩与水泥的品种、标号、细度、用量及施工工艺有关。一般来说，水泥的标号越高、细度愈大、用量愈多，混凝土的收缩率也就随之增加。混凝土在经过收缩阶段后，总的收缩率应控制在 0.05左右。混凝土收缩是其固有的物理特性，也是混凝土出现裂缝的根本原因。一般地在工程中出现裂缝的部位不同，产生裂缝的原因也不同。特别是泵送混凝土出现裂缝一般是难以避
4、免的。关键在于正确认识、及时处理，将工程质量控制在允许的范围内。混凝土裂缝一般可以分为荷载裂缝和变形裂缝。荷载裂缝又可以分为外荷载裂缝和荷载次应力裂缝；变形裂缝也可以分为材料自身变形裂缝和结构变形2裂缝。a. 由于温度、收缩、不均匀沉降等所引起的裂缝称为变形裂缝。这类裂缝是混凝土开裂的主要原因b. 在荷载作用下，结构的强度、刚度或稳定性不够而出现的裂缝称为荷载裂缝。这类裂缝主要是由于混凝土早期抗拉强度和弹性模量低，在外部荷载的作用下导致结构变形，从而出现裂缝。三、混凝土开裂的具体原因及控制预防混凝土开裂的方法和措施3.1 水泥水化热过高（1）分析：混凝土内的水泥在水化反应过程中散发出大量热量，
5、是混凝土升温，并与外部气温形成一定的温差，从而产生温度应力，其大小与温差有关，并直接影响到混凝土的开裂及裂缝的宽度。（2）防控措施：a.提高粉煤灰用量，从而降低水泥用量。b.降低用水量，从而降级胶凝材料用量。c.掺加矿粉，进一步降低水泥用量。d.采用低热水泥（3d、7d 水化热低的水泥） 。3.2 水泥体积安定性不良（1）分析：体积安定性是指水泥在凝结硬化过程中体积变化是否均匀的性能。如果水泥硬化后产生不均匀的体积变化，即为体积安定性不良，安定性不良会使水泥制品或混凝土构件产生膨胀性裂缝，降低建筑物质量，甚至引起严重事故。引起水泥安定性不良的原因主要有以下三种：熟料中所含的游离氧化钙过多、熟料
6、中所含的游离氧化镁过多或掺入的石膏过多。国家标准规定：水泥安定性经沸煮法检验（CaO）必须合格；水泥中氧化镁（MgO ）含量不得超过 5.0%，如果水泥经压蒸安定性试验合格，则水泥中氧化镁的含量允许放宽到 6.0%；水泥中三氧化硫（SO3）的含量不得超过 3.5%。（2）防控措施：安定性不合格的水泥应作废品处理，不能用于工程中。3.3 混凝土碳化（1）分析：3混凝土的碳化是混凝土所受到的一种化学腐蚀。空气中 CO2 气渗透到混凝土内，与其碱性物质起化学反应后生成碳酸盐和水，使混凝土碱度降低的过程称为混凝土碳化，又称作中性化。空气中 CO2 气渗透到混凝土内，与其碱性物质起化学反应后生成碳酸盐和
7、水，使混凝土碱度降低的过程称为混凝土碳化，又称作中性化，其化学反应为：Ca（OH ）2+CO2=CaCO3+H2O。水泥在水化过程中生成大量的氢氧化钙，使混凝土空隙中充满了饱和氢氧化钙溶液，其碱性介质对钢筋有良好的保护作用，使钢筋表面生成难溶的 Fe2O3 和 Fe3O4，称为钝化膜。碳化后使混凝土的碱度降低，当碳化超过混凝土的保护层时，在水与空气存在的条件下，就会使混凝土失去对钢筋的保护作用，钢筋开始生锈，混凝土产生裂缝。（2）防治措施：混凝土碳化破坏的防治,对于混凝土的碳化破坏，我们在施工中总结出了一系列治理措施：一是，在施工中应根据建筑物所处的地理位置、周围环境，选择合适的水泥品种；对于
8、水位变化区以及干湿交替作用的部位或较严寒地区选用抗硫酸盐普通水泥；冲刷部位宜选高强度水泥；二是，分析骨料的性质，如抗酸性骨料与水、水泥的作用对混凝土的碳化有一定的延缓作用；三是，要选好配合比，适量的外加剂，高质量的原材料，科学的搅拌和运输，及时的养护等各项严格的工艺手段，以减少渗流水量和其它有害物的侵蚀，以确保混凝土的密实性；另外，若建筑物地处环境恶劣的地区，宜采取环氧基液涂层保护效果较好，对建筑物地下部分在其周围设置保护层；用各种溶注液浸注混凝土，如：用溶化的沥青涂抹。还有，若建筑物一旦发生了混凝土碳化，最好采用环氧材料修补，若碳化深度较大，可凿除混凝土松散部分，洗净进入的有害物质，将混凝土
9、衔接面凿毛，用环氧砂浆或细石混凝土填补，最后以环氧基液做涂基保护。3.4 气温变化大（1）分析：根据温度应力的形成过程可分为以下三个阶段：早期：自浇筑商品混凝土开始至水泥放热基本结束。这个阶段的两个特征，一是水泥放出大量的水化热，二是混凝上弹性模量的急剧变化。由于弹性模量的变化，这一时期在商品混凝土内形成残余应力。中期：自水泥放热作用基本结束时起至商品混凝土冷却到稳定温度时，温度应力主要是由于商品混凝土的冷却及外界气温变化引起，这些应力与早期形成的残余应力相叠加，在此期间混凝上的弹性模量变化不大。晚期：商品混凝土完全冷却以后的时期。温度应力主要是外界气温变化引起，这些应力与前两种的残余应力相迭
10、加。4（2）防治措施：热天浇筑商品混凝土时减少浇筑厚度，利用浇筑层面散热。a.在商品混凝土中埋设水管，通入冷水降温。b.合理的拆模时间，气温骤降时进行表面保温，以免商品混凝土表面发生急剧的温度梯。c.施工中长期暴露的商品混凝土浇筑块表面或薄壁结构，在寒冷季节采取保温措施。3.5 碱骨料反应（1）分析：碱-骨料反应 (Alkali-Aggregate Reaction，简称 AAR）条件是在混凝土配制时形成的，即配制的混凝土中只有足够的碱和反应性骨料，在混凝土浇筑后就会逐渐反应，在反应产物的数量吸水膨胀和内应力足以使混凝土开裂的时候，工程便开始出现裂缝。这种裂缝和对工程的损害随着碱骨料反应的发展
11、而发展，严重时会使工程崩溃。（2）防治措施：降低混凝土中水泥和外加剂的总碱性物质含量。一般情况下，水泥含量低于 0.6%作为预防碱骨料反应的安全界限。加上外加剂和水个其他成分中加入的碱性物质，一般控制混凝土含碱量低于 3kg/m3 可防止碱骨料反应。不使用含有活性成分的骨料。如果水泥含碱量高或混凝土总碱量高于3kg/m3，则应对骨料进行活性检测，如经检测为活性骨料，则不能使用，或经与非活性骨料按一定比例混合后，经试验对工程无损害时，方可按试验规定的比例混合使用。掺如某些活性混合材可缓解、抑制混凝土的碱骨料反应，如硅粉、粉煤灰、高炉矿渣等。隔绝水和湿空气的来源。如果在担心混凝土工程发生碱骨料反应
12、的部位能有效地隔绝水和空气的来源，也可以取得缓和碱骨料反应对工程损害的效果。3.6 混凝土早期受冻（1）分析：低温条件对混凝土体积稳定性的影响对处于低温条件下的混凝土结构，其表面温度的降低速率比内部要明显的多，从而产生较大的温度梯度和由此引起的温度应力，若混凝土的抗拉强度尚不足以抵抗该温度的应力，混凝土表面便会产生不规则的可见或不可见裂缝。这些裂缝绝大多数是不可恢复的，并且会在荷载作用下逐渐扩展，慢慢成为侵蚀性成分进入混凝土内部的通道，也正是这些裂缝的存在使得混凝土长期5耐久性大大降低。（2）防控措施：a.改善混凝土配合比：低温条件浇筑混凝土时，为减少冬季临时防护的时间，需要混凝土具有较高的早
13、期强度，通过如下方法可适当提高混凝土的早期强度。使用早强型水泥，在混凝土结构不受硫酸盐腐蚀时，可以采用C3S、 C3A 含量较高的水泥，因为这类水泥水化比较快，而且释放的水化热较高，利于混凝土凝结硬化和早期强度的发展。适当提高水泥用量，一般提高 60-120kg/m3，通常认为每 45kg 硅酸盐水泥水化产生的热量可以使混凝土温度增高 5-9。适当降低混凝土的水灰比或采用富水泥浆的拌合物，可以缩短凝结时间和加快早期强度发展。b.提高混凝土某些组分的温度当露天堆放的集料中含有结冰颗粒或冰块时，在拌合之前须将集料中的冰块融化，以免在搅拌和浇筑过程中出现集料成团现象。若单纯加热水不足以提高混凝土温度
14、，也可加热骨料，但骨料温度不宜超过52。如当气温低于 4，拌合水的温度已经加热到 60时，集料温度应加热到 15左右即可；若粗集料干燥且无冰冻现象，拌合水温度已经加热到 60时，只需将细集料加热到 40左右即可；若集料中无结冰颗粒或冰块时，则可以不需加热集料，只加热拌合水就可使混凝土达到合适的拌合温度。虽然混凝土中集料和水泥的质量之和比拌合水质量大很多，但是水的比热容约是集料和水泥的五倍。在混凝土组分中，加热拌和水操作方便且温度易控制从而成为实际工程中应用最广泛的方法，加热后的水温不宜超过 60-80，拌合水温度过高容易造成水泥闪凝和水泥团聚等不良现象。若拌合水温度超过 80，在拌合时一定要避
15、免水泥与热拌合水的直接接触，所以必须合理安排各组分的投料顺序，一般可先将热水和骨料混合搅拌后再投入水泥。拌合物各组分的温度必须加以控制，以保证混凝土的温度利于水泥水化凝结而不产生过高的内部温度，否则会影响混凝土的强度发展。此外，拌合物温度过高在低温环境下容易造成混凝土内外温差过大，这将对体积稳定性和长期耐久性不利。c.掺入混凝土外加剂掺加早强剂，在低温条件下掺入小剂量的早强剂可以加快混凝土的凝结及早期强度的发展。但是含氯的早强剂不得用于有潜在腐蚀危险的混凝土中，也不宜用于可能发生碱骨料反应的混凝土中，早强剂的使用并不能取代必要的养护和防冻措施。d.采取合理的养护和保温措施希望混凝土能在 7-2
16、1下水化凝结，最重要的是保证混凝土浇筑后的前 3 天之内温度不要降到 10以下，最好是能在 21条件6下保持较长的时间。在混凝土表面覆盖一层隔热毯或其他保温材料可以将水化热和拌合水保留在混凝土内部。保温材料应保持干燥且与混凝土或模板紧密接触。水泥混凝土结构浇筑完成后，可将混凝土与大气隔绝起来，并向其中加热。加热的方式应不能使混凝土表面失水加快，不能使局部温度过高而且不能产生较高浓度的CO2。实践证明，蒸汽养护是一个很好的方法。3.7 混凝土养护时缺水(1)分析：混凝土是水硬性材料，混凝土养护是保证混凝土施工质量的一项重要工序。在混凝土强度增长期，为避免表面蒸发和其他原因造成的水分损失，使混凝土
17、水化作用得到充分的进行，保证混凝土的强度、耐久性等技术指标，同时为防止由于干燥而产生裂缝，必须对其进行养护。（2）防控措施：混凝土养护期间，应重点加强混凝土的湿度和温度控制，尽量减少表面混凝土的暴露时间，及时对混凝土暴露面进行紧密覆盖（可采用蓬布、塑料布等进行覆盖） ，防止表面水分蒸发。暴露面保护层混凝土初凝前，应卷起覆盖物，用抹子搓压表面至少二遍，使之平整后再次覆盖，此时应注意覆盖物不要直接接触混凝土表面，直至混凝土终凝为止。3.8 混凝土遭硫酸盐腐蚀（1）分析：a. 物理作用 物理作用是指在没有化学反应发生时,混凝土内的某些成分在各种环境因素的影响下,发生溶解或膨胀,引起混凝土强度降低,导
18、致结构受到破坏.物理作用主要包括 2 类:侵蚀作用和结晶作用. (1)侵蚀作用: 当环境中的侵蚀性介质 (如地下软水,河流、湖泊中的流水 )长期与混凝土接触时,将会使混凝土中的可溶性成分(如 Ca(OH)2)溶解.在无压力水的环境下,基础周围的水容易被溶出的 Ca(OH)2 饱和 ,使溶解作用终止.侵蚀作用仅仅发生在混凝土表面,影响不大.但在流水或压力水作用下, Ca(OH)2 会不断溶解、流失,使混凝土强度减小,pH 值降低,孔隙率增大,腐蚀性介质更容易进入混凝土内部,如此循环,导致混凝土结构破坏.(2)结晶作用: 混凝土是一种非常典型的孔隙材料 .环境中的某些盐类侵入到混凝土的毛细孔道中,
19、在湿度较大时会溶解,但在湿度较低或低温环境下会吸水结晶.随着孔隙中晶体的不断析出、积累,毛细孔中的晶体体积将不断膨胀,对混凝土孔壁造成极大的结晶压力,从而引起混凝土的膨胀开裂.寒冷地区的冻融破坏也属于此类反应. 7b.化学腐蚀 化学腐蚀是指混凝土中的某些成分与外部环境中腐蚀性介质(如酸、碱、盐等) 发生化学反应生成新的化学物质而引起混凝土结构的破坏.化学腐蚀可归纳为两大类:分解类腐蚀和分解结晶复合类腐蚀. (1)分解类腐蚀 混凝土中的有效成分与某些腐蚀性介质发生复分解反应,生成了新的物质. (2)分解结晶复合类腐蚀 混凝土中的 Ca(OH)2 与腐蚀性介质发生反应,生成某些新的钙盐,这些钙盐在
20、混凝土的毛细孔中可结合大量的水而形成体积较大的晶体,造成水泥石胀裂破坏. c.微生物腐蚀 从目前来看,生物对混凝土的腐蚀问题尚未引起国内重视4.据了解,独联体国家由于混凝土遭受生物腐蚀所造成的经济损失,到 20 世纪 90 年代初已达到55 亿美元/a, 而且还有继续增加的趋势.生物对混凝土的腐蚀大致有 2 种形式:生物力学作用.类似于混凝土的化学腐蚀.(2)防控措施：a.深入研究外加剂的后期工作机理.由于外加剂的的发展历史并不长,人们对其后期工作机理研究得并不是很透彻,对它们进行全面、正确的认识还有待于长期的、大量的工程实践和研究;否则,难以保证其长期有效性 . b.综合考虑外加剂的所有不利
21、影响.使用外加剂时,除了要看到它有利的一面,还要重视其不利的一面.严格控制外加剂中的有害杂质含量.积极推广技术成熟的外加剂产品,慎用技术不成熟的外加剂. c. 矿物掺合料 矿物掺合料是影响混凝土耐久性的重要组分.大量的试验研究与工程实践表明,使用矿物掺合料能显著改善混凝土的微观结构,增加混凝土的密实性和抗冻性.尤其在硫酸盐环境、冻融环境下,合理使用矿物掺合料能显著提高混凝土的耐久性.尽管如此,在今后使用掺合料时还应注意 2 点: (1)加强对各种矿物掺合料的综合性能研究.同种掺合料会对混凝土耐久性产生多种不同的影响.如硅灰的使用虽然能提高混凝土的抗硫酸盐侵蚀,但它也会引起混凝土的早裂问题,对基础结构的影响较严重.此外,同种掺合料在不同环境下对提高混凝土的耐久性也有差别. d.特种钢筋 特种钢筋在耐腐蚀性方面是普通钢筋难以相比的.在恶劣的海洋环境、干湿交替环境以及对结构物耐久性要求较高的环境下,建议选择特种钢筋.根据国外的研究表明不锈钢筋在不需要维护的条件下,在极其恶劣的海洋腐蚀环境下可达到 60a 以上不损坏 ,这足以满足绝大多数建筑物的使用寿命要求.
