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浅析混凝土产生裂缝的六种收缩及种类和危害

2019-07-23 作者:金泉 浏览数:

热胀冷缩是一切物质的固有属性,混凝土也不例外。本篇将为大家浅析混凝土产生裂缝的六种收缩,和裂缝的种类以及危害。

混凝土收缩可分为以下六种:

干燥收缩

在不饱和空气中,混凝土内部水份迁移散失后产生收缩,收缩过程如图所示。

 

混凝土干燥收缩过程

 

自收缩

水化反应后,胶凝材料生成物的平均密度增大,造成混凝土宏观体积的减少。其过程可以分为三个阶段:第一阶段,自收缩等于化学收缩,与水化程度成正比;第二阶段,骨架初步形成,自收缩受限,小于化学收缩;第三阶段,混凝土硬化,自收缩与化学收缩相比越来越小。自收缩裂缝与外界湿度变化无关,水灰比越低自收缩越大。

 

自收缩的发展过程

 

塑性收缩

水泥混凝土在其浇筑后的几个小时内,当其表面水份蒸发速率大于内部。

水份向表面的迁移速率时,在靠近表面的粒子之间将会形成复杂的毛细管体系,如图 3和图4所示,并在毛细管壁产生毛细压力 Pc,使毛细孔壁之间或由液体膜分开的两颗粒之间产生收缩引力 Fa,使得两粒子被压缩靠近,此时混凝土尚未形成强度,当收缩驱动力大于颗粒间的抗拉强度时,则出现塑性收缩裂缝,主要发生于早期。

Pc=σ(1/R1 +1/R2)

σ:液体的表面张力(N/m);

R1、R2:毛细管水的曲率半径(m)。

 

毛细管压力引起的两粒子间的应力

 

混凝土塑性收缩的过程

 

化学收缩

混凝土的化学收缩就是水泥硬化过程的体积收缩。水泥的矿物成分是硅酸三钙:3CaO.SiO2、硅酸二钙:2CaO.SiO2、铝酸三钙:3CaO.Al2O3 。他们与水相遇时都抓住水分子螯合为自己的结晶水,晶体不断发展,形成强度,放出热量的同时体积收缩,这个过程属于化学变化,产生的收缩称为化学收缩。

硅酸三钙水化反应方程式:

3CaO· SiO2+nH2O=xCaO· SiO2· yH2O+(3-x)Ca(OH)2

硅酸二钙水化反应方程式:

2CaO· SiO2+nH2O=xCaO· SiO2· yH2O+(2-x)Ca(OH)2 

温度收缩

混凝土温度升高时,因材料自身固有属性会产生膨胀(线膨胀系数约为 1×10-5/℃),同时混凝土的毛细管应力松弛也会引起混凝土的附加膨胀,而当混凝土液相迁移时导致混凝土收缩。混凝土结构越厚,其中心温度下降就越慢,引起很大的收缩,当约束引起的温度收缩应力超过混凝土的极限抗拉强度时,导致温缩开裂。

 

混凝土温度升高的过程


 

 

中心温升随结构物断面尺寸变化情况


沉降收缩

沉降收缩裂缝约在混凝土浇筑后半小时发生,并在硬化时停止。其形成原因是浆体在浇捣后发生不均匀沉落,粗骨料下沉,水泥净浆上浮,当沉降受抑制(如钢筋或预埋件的阻挡)时,使混凝土因剪切而开裂。此外在表面形成的浮浆层也会因泌水而开裂。这种裂缝多出现在混凝土表面,且沿主筋或箍筋通长方向分布,中间宽两端窄,是一种常见的早期裂缝,尤其在泵送施工中更常见。

混凝土裂缝的种类和危害:

混凝土裂缝的种类

按照裂缝所处的位置分,裂缝可以分为:贯穿裂缝,深层裂缝和表面裂缝三种。

 

 

按照产生原因,可以分为:塑性收缩裂缝,沉降收缩裂缝和温度裂缝。

裂缝的危害

1.对钢筋的保护缺失:混凝土产生裂缝,里面的钢筋裸露,容易发生锈蚀,进而影响整个建筑工程的施工质量;

 

 

2.使建筑物整体强度降低:裂缝的存在,切断了混凝土结构的整体连续性,损坏了混凝土结构的整体强度;

 

 

3.容易造成渗漏水:混凝土,尤其是地下空间部分,混凝土裂缝极易引起渗水。渗水的四要素是水、压力、路径及长期作用。裂缝提供的就是路径。 

 

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