./[建筑工程技術畢業論文]<混凝土裂縫的成因與控制>專業：建筑工程技術姓名：田萬強摘要混凝土的裂縫問題是一個普遍存在而又難于解決的工程實際問題。本文從設計、材料、配合比、施工現場養護等方面對混凝土工程中常見的一些裂縫的成因進行了分析探討。針對混凝土裂縫產生的原因,在混凝土結構設計、混凝土材料選擇、配合比優化、以及施工現場的養護等方面提出了控制裂縫發展的措施。依據相關文獻,并總結了混凝土裂縫的處理方法：表面處理法、填充法、灌漿法、結構補強法、混凝土置換法、電化學防護法、仿生自愈合法等。關鍵詞：混凝土；裂縫；成因；控制；.目錄摘要I第1章概述11.1課題的提出11.2本論文的研究內容11.3本論文的研究方法2第2章裂縫的成因32.1設計原因32.2材料原因42.3混凝土配合比設計原因42.4施工及現場養護原因42.5使用原因<外界因素>5第3章裂縫的控制措施63.1設計方面63.1.1設計中的‘抗’與‘放’6盡量避免結構斷面突變帶來應力集中6采用補償收縮混凝土技術63.1.4設計上要注意容易開裂部位63.1.5重視構造鋼筋73.2材料選擇73.3混凝土配合比設計83.4施工方面83.4.1模板的安裝及拆除83.4.2混凝土的制備93.4.3混凝土的運輸93.4.4混凝土的澆筑103.4.5混凝土的養護113.5管理方面123.6環境方面12第4章混凝土裂縫的處理方法134.1混凝土裂縫的處理方法134.1.1.表面處理法13填充法13灌漿法134.1.4.結構補強法13混凝土置換法13電化學防護法14仿生自愈合法14第5章結論155.1混凝土裂縫產生原因155.2混凝土裂縫的控制措施155.3混凝土裂縫的處理方法16致謝17參考文獻18.第1章概述1.1課題的提出:混凝土結構工程的裂縫,是一個帶著有普通性被工程界很為關注的問題。有些裂縫的繼續擴展可能危及結構安全,因為結構的最終破壞往往是從裂縫開始的,成為結構的破壞的先兆,這主要是指荷載產生的裂縫；有些裂縫的出現造成工程滲漏,影響正常使用,是鋼筋銹蝕,保護層剝落,降低混凝土強度,嚴重損害工程耐久性,縮短工程使用壽命,這主要是指變形產生的裂縫；還有耦合作用下的裂縫和堿骨料反應膨脹應力引起的裂縫及凍融引起的裂縫。同時較大的結構裂縫,也為人的觀瞻難以接受,造成恐懼心理壓力,影響建筑美觀,為裝修造成困難。由于產生裂縫的微觀與宏觀機理的復雜性、動態變化性,它也是困擾工程技術人員一個技術難題。1.2本論文的研究內容:本論文研究混凝土裂縫成因分別從以下幾方面著手研究：1.設計原因.2.材料原因.3.混凝土配合比設計原因.4.施工及現場養護原因.5.使用原因.針對混凝土裂縫成因的分析以下幾方面采取控制措施：1.設計方面.2.材料選擇.3.混凝土配合比設計.4.施工方面.5.管理方面.6.環境方面.1.3本論文的研究方法:資料收集與調研方案資料、數據整理,統計分析運用相關理論與技術進行分析與相關實體工程結合,進行分析研究分析混凝土產生裂縫具體原因針對原因提出相應的措施在工程中應用并驗證成果總結,編制報告圖1.1技術研究路線第2章裂縫的成因裂縫產生的形式和種類很多,有設計方面的原因,但更多的是施工過程的各種因素組合產生的,要根本解決混凝土中裂縫問題,還是需要從混凝土裂縫的形成原因人手。正確判斷和分析混凝土裂縫的成因是有效地控制和減少混凝土裂縫產生的最有效的途徑。裂縫原因是設計、施工、材料、環境及管理等相互影響的綜合性問題,解決裂縫控制問題應當采取綜合方法。由六項主要因素組成的控制鏈見圖2.1。結構材料施工工程結構裂縫控制鏈地基環境裂縫處理圖2.1工程結構裂縫控制鏈2.1設計原因1.設計結構中的斷面突變而產生的應力集中所產生的構件裂縫。2.設計中對構件施加預應力不當,造成構件的裂縫<偏心、應力過大等>。3.設計中構造鋼筋配置過少或過粗等引起構件裂縫<如墻板、樓板>。4.設計中未充分考慮混凝土構件的收縮變形。5.設計中采用的混凝土等級過高,造成用灰量過大,對收縮不利。6.菏載收縮,使用環境溫度變化,管線配置不當,保護層厚度不足,抗溫度收縮配筋不足。2.2材料原因1.粗細集料含泥量過大,造成混凝土收縮增大。集料顆粒級配不良或采取不恰當的間斷級配,容易造成混凝土收縮的增大,誘導裂縫的產生。2.骨料粒徑越細、針片含量越大,混凝土單方用灰量、用水量增多,收縮量增大。3.混凝土外加劑、摻和料選擇不當、或摻量不當,嚴重增加混凝土收縮。4.水泥品種原因,礦渣硅酸鹽水泥收縮比普通硅酸鹽水泥收縮大、粉煤灰及礬土水泥收縮值較小、快硬水泥收縮大。5.水泥等級及混凝土強度等級原因：水泥等級越高、細度越細、早強越高對混凝土開裂影響很大。混凝土設計強度等級越高,混凝土脆性越大、越易開裂。2.3混凝土配合比設計原因1.設計中水泥等級或品種選用不當。2.配合比中水灰比<水膠比>過大。3.單方水泥用量越大、用水量越高,表現為水泥漿體積越大、坍落度越大,收縮越大。4.配合比設計中砂率、水灰比選擇不當造成混凝土和易性偏差,導致混凝土離淅、泌水、保水性不良,增加收縮值。5.配合比設計中混凝土膨脹劑摻量選擇不當。2.4施工及現場養護原因1.現場澆搗混凝土時,振搗或插入不當,漏振、過振或振搗棒抽撤過快,均會影響混凝土的密實性和均勻性,誘導裂縫的產生。2.拌和不均勻〔特別是摻用摻合料的混凝土,攪拌時間不足或過長,拌和后到澆筑時間間隔過長,易產生裂縫。3.連續澆筑時間過長,接茬處理不當,易產生裂縫。4.高空澆注混凝土,風速過大、烈日暴曬,混凝土收縮值大。5.對大體積混凝土工程,缺少兩次抹面,易產生表面收縮裂縫。6.大體積混凝土澆注,對水化計算不準、現場混凝土降溫及保溫工作不到位,引起混凝土內部溫度過高或內外溫差過大,混凝土產生溫度裂縫。7.現場養護措施不到位,混凝土早期脫水,引起收縮裂縫。8.現場模板拆除不當,引起拆模裂縫或拆模過早。9.現場預應力張拉不當<超張、偏心>,引起混凝土張拉裂縫。這些因素都會造成砼較大的收縮,產生龜裂裂縫或疏松裂縫,致使砼微觀裂縫迅速擴展,形成宏觀裂縫。養護是使砼正常硬化的重要手段。養護條件對裂縫的出現有著關鍵的影響。在標準養護條件下,砼硬化正常,不會開裂,但只適用于試塊或是工廠的預制件生產,現場施工中不可能擁有這種條件。但是必須注意到,現場砼養護越接近標準條件,砼開裂可能性就越小。2.5使用原因<外界因素>1.構筑物基礎不均勻沉降,產生沉降裂縫。2.野蠻裝修,隨意拆除承重墻或鑿洞等,引起裂縫。3.周圍環境影響,酸、堿、鹽等對構筑物的侵蝕,引起裂縫。4.意外事件,火災、輕度地震等引起構筑物的裂縫。5.使用中短期或長期超載。6.結構構件各區域溫度、濕度差異過大。第3章裂縫的控制措施3.1設計方面3.1.1設計中的‘抗’與‘放’在建筑設計中應處理好構件中‘抗’與‘放’的關系。所謂‘抗’就是處于約束狀態下的結構,沒有足夠的變形余地時,為防止裂縫所采取的有力措施,而所謂‘放’就是結構完全處于自由變形無約束狀態下,有足夠變形余地時所采取的措施。設計人員應靈活地運用‘抗一放’結合、或以‘抗’為主、或以‘放’為主的設計原則。來選擇結構方案和使用的材料。3.1.2盡量避免結構斷面突變帶來應力集中如因結構或造型方面原因等而不得以時,應充分考慮采用加強措施。3.1.3采用補償收縮混凝土技術在常見的混凝土裂縫中,有相當部分都是由于混凝土收縮而造成的。要解決由于收縮而產生的裂縫,可在混凝土中摻用膨脹劑來補償混凝土的收縮,實踐證明,效果是很好的。3.1.4設計上要注意容易開裂部位根據調查,各類結構的易裂部位如下：1.框架機構和剪力墻結構房屋中的現澆混凝土樓板易裂部位<1>房屋平面體形有較大凹凸時,在凹凸交接處的樓板；<2>兩端陽角處及山墻處的樓板；<3>房屋南面外墻設大面積玻璃窗時,與南向外墻相鄰的樓板；<4>房屋頂層的屋面層<5>與周梁、柱、墻等構件整澆且受約束較強的樓板；<6>樓板中有預埋管線時,洞的四角處；<7>樓板開距形洞時,洞的四角處；<8>設有后澆帶的樓板,沿后澆帶兩側部位。2.框架結構房屋中的框架梁在以下部位易出現裂縫<1>頂層縱向和橫向框架梁的截面上部區域；<2>長度較長的端部或中部縱向框架梁；<3>橫向框架梁截面中部。3.剪力墻結構房屋中在以往部位易出現裂縫<1>端山墻；<2>開間內縱墻；<3>頂層和底層墻體；<4>長度較大〔＞10m的墻。4.當冬季停工春季再繼續施工時,地下室在以下部位易出現裂縫<1>地下室頂板；<2>地下室的窗上墻和窗下墻。對以上易出現裂縫的部位,目前在設計中通常采用了"放"、"抗"或"抗放結合"的控制裂縫措施,工程經驗表明在于材料、施工等部位密切配合的情況下,可取得較好的效果。3.1.5重視構造鋼筋在結構設計中,設計人員應重視對于構造鋼筋的配置,特別是于樓面、墻板等薄壁構件更應注意構造鋼筋的直徑和數量的選擇。3.2材料選擇1．根據結構的要求選擇合適的混凝土強度等級及水泥品種、等級,盡量避免采用早強高的水泥。2．選用級配優良的砂、石原材料,含泥量應符合規范要求。3．積極采用摻合料和混凝土外加劑。摻合料和外加劑目標已作為混凝土的第五、六大組份,可以明顯地起到降低水泥用量、降低水化熱、改善混凝土的工作性能和降低混凝土成本的作用。4．正確掌握好混凝土補償收縮技術的運用方法。對膨脹劑應充發考慮到不同品種、不同摻量所起到的不同膨脹效果。應通過大量的試驗確定膨脹劑的最佳摻量。3.3混凝土配合比設計1.混凝土配合比除應按《普通混凝土配合比設計規程》JGJ55的規定,根據要求的強度等級、抗滲等級、耐久性及工作性等進行配合比設計外,其配制的混凝土還應符合4.3.2-4.3.10的規定。2.干縮率。混凝土90d的干縮率易小于0.06%。3.坍落度。在滿足施工要求的條件下,盡量采用較小的混凝土坍落度；基礎、梁、樓板、屋面用的混凝土坍落度易小于120mm,柱、墻用的混凝土坍落度宜小于150mm；混凝土采用泵送時,高層建筑用的混凝土坍落度根據泵送高度宜控制在180mm左右,多層及高層建筑底部的混凝土坍落度宜控制在150mm。4.用水量。不宜大于170kg/m3。5.水泥用量。普通強度等級的混凝土宜為270-450千克每立方米,高強混凝土不宜大于550千克每立方米。6.水膠比。應采用適當較小的水膠比。混凝土水膠比不已大于0.60。7.砂率。在滿足工作性要求的前提下,應采用較小的砂率。8.宜采用引氣劑或引氣減水劑。9.配合比設計人員應深入施工現場,依據施工現場的澆搗工藝、操作水平、構件截面等情況,合理選擇好混凝土的設計坍落度,針對現場的砂、石原材料質量情況及時調整施工配合比,協助現場搞好構件的養護工作。3.4施工方面3.4.1模板的安裝及拆除1.模板及其支架應根據工程結構形式、荷載大小、地基土類別、施工程序、施工工具和材料供應等條件進行設計。模板及其支架應具有足夠的承載能力、剛度和穩定性,能可靠地承受澆筑混凝土的自重、側壓力、施工過程中產生的荷載,以及上層機構施工時產生的荷載。2.安裝的模板須構造緊密、不漏漿、不滲水,不影響混凝土均勻性及強度發展,并能保證構件形狀正確規整。3.安裝模板時,為確保保護層厚度,應準確配置混凝土墊塊和鋼筋定位器等。4.模板的支撐立柱應置于堅實的地面上,并應具有足夠的剛度、強度和穩定性,間距適度,防止支撐沉陷,引起模板變形。上下層模板的支撐立柱應對準。5.模板及其支架的拆除順序及相應的施工安全措施在制定施工技術方案時應考慮周全。拆除模板時,不應對樓層形成沖擊荷載。拆除模板及支架應隨拆隨清運,不得對樓層形成局部過大的施工荷載。模板及其支架拆除時混凝土結構可能尚未形成設計要求的受力體系,必要時應加設臨時支撐。6.底模及其支架拆除時的混凝土強度應符合設計要求；當無設計要求時,混凝土強度應符合表3.1的規定。7.后澆帶模板的支架及拆除易被忽視,由此常造成結構缺陷,應予以特別注意,須嚴格按施工技術方案執行。8.已拆除模板及其支架的結構,在混凝土強度達到設計要求的強度后,方可承受全部使用荷載；當施工荷載所產生的效應比使用荷載的效應更為不利時,必須經過核算并加設臨時支撐。表3.1底模拆除時的混凝土強度要求構件類型構件跨度/m達到設計混凝土立方體抗壓強度標準值的百分率/%板≤2＞2,≤8＞8≥50≥75≥100梁、拱、殼≤8＞8≥75≥100懸臂構件—≥1003.4.2混凝土的制備1.應優先采用預拌混凝土,其質量應符合《預拌混凝土》GB/T14902的規定進行外,對品質、種類相同的混凝土,原則上要在同一預拌混凝土廠訂貨。如在兩家或兩家以上的預拌混凝土廠訂貨時,應保證各預拌混凝土廠所用主要材料及配合比相同,制備工藝條件基本相同。2.施工者要事先制定好關于混凝土制備的技術操作規程和質量控制措施。3.4.3混凝土的運輸1.運輸混凝土時,應能保持混凝土拌和物的均勻性,不應產生分層離析現象,運送容器應不漏漿,內壁關滑平整,具有防曬、防風、防雨雪、防寒設施,并宜快速運輸。運送頻率,應保證混凝土施工的連續性。2.運輸車在裝料前應將車內殘余混凝土及積水排盡。當需在卸料前補摻外加劑調整混凝土拌和物的工作性時,外加劑摻入后運輸車應進行快速攪拌,攪拌時間應由實驗確定。3.運至澆搗地點混凝土的坍落應符合要求,當有離析時,應進行二次攪拌,攪拌時間應由實驗確定。嚴禁向運輸到澆筑地點的混凝土中任意加水。4.由攪拌、運輸到澆筑入模當氣溫不高于25℃時,持續時間不宜大于90min,當氣溫高于25℃時,持續時間不宜大于60min。當混凝土中摻加外加劑或采用快硬水泥時,持續時間應由實驗確定。3.4.4混凝土的澆筑為了獲得勻質密實的混凝土,澆筑時要考慮結構的澆筑區域、構件類別、鋼筋配置狀況以及混凝土拌和物的品質,選用適當機具與澆筑方法。澆筑之前要檢查模板及其支架、鋼筋及保護層厚度、預埋件等的部位、尺寸,確認正確無誤后,方可進行澆筑。同時,還應檢查對澆筑混凝土有無障礙,必要時予以修正。制定施工方案時應考慮工程情況和實際工作能力,使各環節的施工能力應與混凝土的一次澆筑量相適應,必要時混凝土的連續澆筑。對現場澆筑的混凝土要進行監控,運抵現場的混凝土坍落不能滿足施工要求時,可采取經實驗確認的可靠方法調整坍落度,嚴禁隨意加水。在降雨雪時不宜在露天澆筑混凝土。澆筑墻、柱等較高構件時,一次澆筑高度以混凝土不離析為準,一般每層不超過500m,搗平后再澆筑上層,澆筑時要注意振搗到位時混凝土充滿端頭角落。當樓板、梁、墻、柱一起澆筑時,先澆筑墻、柱,待混凝土沉實后,再澆筑梁和樓板。當樓板與梁一起澆筑時,先澆筑梁,再澆筑樓板。澆筑時要防止鋼筋、模板、定位筋等的移動和變形。澆筑的混凝土要充填到鋼筋、埋設物周圍及模板內各角落,要振搗密實,不得漏振,也不得過振,更不得用振搗器拖趕混凝土。分層澆筑混凝土時,要注意使上下層混凝土一體化。應在下一層混凝土出凝前將上一層混凝土澆筑完畢。在澆筑上層混凝土時,須將振搗器插入下一層混凝土5cm左右以便形成整體。由于混凝土的泌水、骨料下沉,移產生塑性收縮裂縫,此時應對混凝土表面進行壓實抹光；在澆筑混凝土時,如遇高溫、太陽暴曬、大風天氣,澆筑后應立即用塑料膜覆蓋,避免發生混凝土表面硬結。對大體積混凝土,應控制澆筑后的混凝土內部最高溫度及其與表面的溫差、混凝土表面與環境的溫差,內部最高溫度一般不高于70℃,內外溫差不超過25℃,混凝土表面與環境差不超過15℃。滑模施工時應保持模板平整光潔,并嚴格控制混凝土的凝結時間與滑模速率匹配,防止滑模時產生拉裂、塌陷。板類混凝土面層澆筑完畢后,應在初凝前進行二次抹壓。應按設計要求合理設置后澆帶,后澆帶混凝土的澆筑時間應符合設計要求,當無設計要求時,后澆帶易在其兩側混凝土齡期8周后再行澆筑,且應加強該處混凝土的養護工作。施工縫初澆筑混凝土前,應將接茬處剔鑿干凈,澆水濕潤,并在接茬處鋪水泥砂漿或涂混凝土界面劑,保證施工縫結合良好。3.4.5混凝土的養護養護是防止混凝土產生裂縫的重要措施,必須充分重視,并制定養護方案,派專人養護工作。混凝土澆注完畢,在混凝土凝結后即須進行妥善的保溫、保濕養護,盡量避免急劇變化、振動以及外力的擾動。澆筑后采用覆蓋、曬水、噴霧或用薄膜保濕等養護措施；保溫、保濕養護時間,對硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥或礦渣硅酸鹽水泥拌制的混凝土,不得少于7d；對摻用緩凝型外加劑或抗滲要求的混凝土,不得少于14d。底版和樓板等平面結構構件,混凝土澆筑收漿和抹壓后,用塑料薄膜覆蓋,防止表面水份蒸發,混凝土硬化至可上人時,可揭去塑料薄膜,鋪上麻袋或草簾,用水澆透,有條件時盡量蓄水養護。截面較大的柱子,宜用濕麻袋圍裹噴水養護,或用塑料膜圍裹自生養護,也可涂刷養護液。墻體混凝土澆筑完畢,混凝土達到一定強度〔1-3d后,必須時應及時松動兩側模板,離縫約3-5mm,在墻體頂部架設淋水管,噴淋養護。拆除模板后,應在墻兩側掛麻袋或草簾等覆蓋物,避免陽光直照墻面,連續噴水養護時間符合5.6.3條規定；地下室外墻宜盡早回填土。冬期施工不能向裸露部位的混凝土直接澆水養護,應用塑料薄膜和保溫材料進行保溫、保濕養護。保溫材料的厚度應經熱工計算確定。當混凝土外加劑對養護有特殊要求時,應嚴格按其要求進行養護。3.5管理方面應當確定科學的控制裂縫標準,合理的選擇施工進度,避免在混凝土施工中過分搶修工期,監督混凝土施工中制定的各項技術措施,必須嚴格執行。不應當預先指定設計及施工方法,設計圖紙上不應指定施工單位采用尚不成熟的外加劑。施工過程中及驗收后發現有少量的裂縫,應當采取化學灌漿方法和封閉方法加以處理,輕微的收縮裂縫不應作為"事故"處理,不應降低工程質量標準,采取適當措施以確保結構物的正常耐久使用,完全滿足設計要求。除非承載力嚴重不足,不要輕易打掉重建,耗費巨資補強加固。注意到同一設計單位設計,同一材料供應單位,同一施工單位施工,在相同環境中,裂縫程度卻完全不同,這是常遇到的現象,其要害是"非均質性",裂縫控制的作用效應及抗力都是高度離散性和隨機性的問題。3.6環境方面注意施工的季節,環境的溫濕度及氣象變化對混凝土變形性能的影響,嚴格控制現場坍落度、防風、及時和氣象站保持緊密聯系,應當盡可能在較低的溫度環境中開始澆灌混凝土,中間特別注意急劇降溫、急劇干燥對混凝土的不利影響。注意暴雨中不能澆灌混凝土。第4章混凝土裂縫的處理方法4.1混凝土裂縫的處理方法4.1.1.表面處理法表面涂抹和表面貼補法表面涂抹適用范圍是漿材難以灌入的細而淺的裂縫,深度未達到鋼筋表面的發絲裂縫,不漏水的縫,不伸縮的裂縫以及不再活動的裂縫。表面貼補〔土工膜或其它防水片法適用于大面積漏水〔蜂窩麻面等或不易確定具體漏水位置、變形縫的防滲堵漏4.1.2填充法用修補材料直接填充裂縫,一般用來修補較寬的裂縫,作業簡單,費用低。寬度小于0.3mm,深度較淺的裂縫、或是裂縫中有充填物,用灌漿法很難達到效果的裂縫、以及小規模裂縫的簡易處理可采取開Ｖ型槽,然后作填充處理。4.1.3灌漿法此法應用范圍廣,從細微裂縫到大裂縫均可適用,處理效果好。利用壓送設備〔壓力0.2~0.4Mpa將補縫漿液注入砼裂隙,達到閉塞的目的,該方法屬傳統方法,效果很好。也可利用彈性補縫器將注縫膠注入裂縫,不用電力,十分方便效果也很理想。4.1.4.結構補強法因超荷載產生的裂縫、裂縫長時間不處理導致的混凝土耐久性降低、火災造成的裂縫等影響結構強度可采取結構補強法。包括斷面補強法、錨固補強法、預應力法等混凝土裂縫處理效果的檢查包括修補材料試驗；鉆心取樣試驗；壓水試驗；壓氣試驗等。4.1.5混凝土置換法混凝土置換法是處理嚴重損壞混凝土的一種有效方法,此方法是先將損壞的混凝土剔除,然后再置換入新的混凝土或其他材料。常用的置換材料有：普通混凝土或水泥砂漿、聚合物或改性聚合物混凝土或砂漿。4.1.6電化學防護法電化學防腐是利用施加電場在介質中的電化學作用,改變混凝土或鋼筋混凝土所處的環境狀態,鈍化鋼筋,以達到防腐的目的。陰極防護法、氯鹽提取法、堿性復原法是化學防護法中常用而有效的三種方法。這種方法的優點是防護方法受環境因素的影響較小,適用鋼筋、混凝土的長期防腐,既可用于已裂結構也可用于新建結構。4.1.7仿生自愈合法仿生自愈合法是一種新的裂縫處理方法,它模仿生物組織對受創傷部位自動分泌某種物質,而使創傷部位得到愈合的機能,在混凝土的傳統組分中加入某些特殊組分<如含粘結劑的液芯纖維或膠囊>,在混凝土內部形成智能型仿生自愈合神經網絡系統,當混凝土出現裂縫時分泌出部分液芯纖維可使裂縫重新愈合[4]。第5章結論5.1混凝土裂縫產生原因混凝土裂縫產生的原因主要有：設計方面存在斷面突變、施加預應力不當、鋼筋配置過少或過粗、未充分考慮混凝土構件的收縮變形、混凝土等級過高、菏載收縮的原因。材料選擇方面存在粗細集料含泥量過大、骨料粒徑太細、混凝土外加劑和摻和料選擇不當、水泥品種原因、水泥等級及混凝