淺論高性能混凝土的開裂問題

　　建筑技術發展到今天，對混凝土提出了更高要求，特別是一些施工難度大、環境惡劣、維修工作困難而混凝土質量要求又高的工程，僅僅依靠提高強度是不夠的，必須同等改善混凝土工作性能。為滿足這些要求，混凝土必須向高性能方向發展。

　　1、高性能混凝土的概念及特征

　　高性能混凝土(HPC)是一種新型高技術混凝土，是在大幅度提高普通混凝土性能的基礎上采用現代混凝土技術制作的混凝土。它以耐久性作為設計的主要指標，針對不同用途要求，對下列性能重點予以保證:耐久性、工作性、適用性、強度、體積穩定性和經濟性。為此，高性能混凝土在配置上的特點是采用低水膠比，選用優質原材料，且必須摻加足夠數量的礦物細摻料和高效外加劑。

　　我國著名混凝土科學家吳中偉院士將HPC定義為:在大幅

　　度提高普通混凝土性能的基礎上采用現代混凝土技術制作、以耐久性為設計指標的新型高技術混凝土。并認為高性能混凝土適用于任何強度等級的混凝土。提出HPC內部結構具有以下特點:①孔隙率很低，基本上不存在>100nm的大孔;②水化物中Ca(OH)2減少，C-S-H和AFt增多;③未水化的顆粒多，未水化顆粒和礦物細摻料等各級中心質增多;④界面厚度小，孔隙率低、Ca(OH)2數量減少，且取向程度下降，水化物結晶顆粒尺寸減少，更接近水泥石本體水化的分布。

　　具有這樣微結構的混凝土，必然會有密實度大、干燥收縮小、抗化學腐蝕性強等性質。與普通混凝土相比，高性能混凝土具有如下獨特的性能:

　　(1)高性能混凝土具有一定的強度和高抗滲能力，但不一定具有高強度，中、低強度亦可。

　　(2)高性能混凝土具有良好的工作性，混凝土拌和物應具有較高的流動性，混凝土在成型過程中不分層、不離析，易充滿模型;泵送混凝土、自密實混凝土還具有良好的可泵性、自密實性能。

　　(3)高性能混凝土的使用壽命長，對于一些特護工程的特殊部位，控制結構設計的不是混凝土的強度，而是耐久性。能夠使混凝土結構安全可靠地工作50～100年以上，是高性能混凝土應用的主要目的。

　　(4)高性能混凝土具有較高的體積穩定性，即混凝土在硬化早期應具有較低的水化熱，硬化后期具有較小的收縮變形。

　　概括起來說，高性能混凝土就是能更好地滿足結構功能要求和施工工藝要求的混凝土，能最大限度地延長混凝土結構的使用年限，降低工程造價。

　　2、高性能混凝土的使用范圍

　　高性能混凝土在房屋建筑和一般構筑物中的應用主要有:

　　(1)高層建筑中采用高性能混凝土有利于統一柱子尺寸和模板規格，方便施工，并可利用高性能混凝土的早強特點加快施工進度。密度變小，彈性模量高，提高結構剛度，這對于高層建筑來說是非常重要的。

　　(2)采用高性能混凝土可以顯著降低結構的重量，顯著提高受彎構件剛度，在預應力結構中則可施加更高的預應力值，并可利用早強特點提高張拉。

　　(3)高性能混凝土具有較強的抵抗大氣環境作用和化學物質侵蝕的能力以及耐磨能力，充分利用高性能混凝土具有耐久性的特性，廣泛應用于露天工程或地下工程。

　　3、高性能混凝土開裂問題研究

　　非荷載引起的混凝土開裂，主要是混凝土在約束條件下的收縮或局部的膨脹變形在內部產生應力超過抗力而造成的。早期的混凝土抗拉強度低，較大的變形受到約束時容易引起開裂，這取決于混凝土自身組成材料、配合比以及其所處環境和約束條件。下文主要分析收縮引起的混凝土的早期開裂問題。

　　3.1干燥收縮

　　干燥收縮是指混凝土停止養護后，在不飽和的空氣中失去內部毛細孔和凝膠孔的吸附水而發生的不可逆收縮，它不同于干濕交替引起的可逆收縮。隨著環境中相對濕度的降低，水泥漿體的干縮增大。在大多數土木工程中，混凝土不會連續暴露在使水泥漿體中C—S—H失去結構水的相對濕度下，故引起收縮的主要原因是失去毛細孔和凝膠孔的吸附水。計算完全干燥的純水泥漿體收縮量為10000×10-6;LeeFM實測數值達4000×10-6。混凝土的干縮是由表面逐步擴展到內部的，在混凝土中呈現濕度梯度，因此產生表面收縮大、內部收縮小的不均勻收縮，致使表面混凝土承受拉力內部混凝土承受壓力;當表面混凝土所受的拉力超過其抗拉強度時，混凝土便產生裂縫。另外，水泥石也會由于集料的限制作用而出現裂紋。在約束條件下，混凝土收縮時，混凝土中產生拉應力，如果該拉應力大于其最大抗拉強度時，便產生裂縫。這種現象在混凝土剛拆模后表現尤為明顯，這時混凝土的強度很低，干縮卻非常大，同時由于混凝土拆模后和空氣接觸使周圍空氣溫度上升，由此導致周圍空氣的濕度降低，進一步加大了混凝土干縮。

　　3.2化學收縮

　　水泥水化后，固相體積增加，但水泥體系的絕對體積減小。所有的膠凝材料在水化后都有這個減縮作用，大部分硅酸鹽水泥在水化后體積總減少量為7%～9%。在硬化前，所增加的固相體積填充原來被水所占據的空間，使水泥密實，而宏觀體積減縮;在硬化后，則宏觀體積不變而水泥——水體積減縮后形成內部孔隙。因此，這種化學減縮在硬化前不影響硬化混凝土的性質。化學減縮和水泥的組成有關。化學收縮和水化程度成正比，HPC存在大量未水化水泥顆粒，盡管其單位體積膠凝材料用量較大，其化學收縮和普通混凝土相比仍然較小。但如摻用活性很高的礦物摻和料如硅灰或超細礦渣，則化學收縮會在一定范圍內隨其摻量的增加而增加。

　　3.3塑性收縮

　　塑性收縮發生在硬化前的塑性階段，是指塑性階段混凝土由于表面失水速率大于泌水速率而產生的收縮，多見于道路、地坪、樓板等大面積的工程，以夏季有風的情況下施工最為普遍。混凝土在新拌的狀態下，拌和物中顆粒間充滿水，如果養護不足，表面失水速率超過內部水向表面遷移的速率時，則會造成毛細管中產生負壓，使漿體產生塑性收縮。塑性收縮常伴隨著不可見裂縫的發展。

　　HPC的水灰比低，自由水分少，輔助膠凝材料對水有更高的敏感性，在上述工程中容易發生塑性收縮而引起的表面開裂。影響塑性收縮開裂的外部因素是風速、環境溫度、

凝結時間和相對濕度等，內部因素是水灰比、輔助膠凝材料、漿集比、混凝土的溫度;延緩混凝土凝結速率等措施都能控制塑性收縮，最有效的方法是終凝前(開始常規養護)保持混凝土表面的濕潤，如在表面覆蓋塑料薄膜、噴灑養護劑等。

　　3.4自收縮

　　自收縮是由于混凝土內部相對濕度隨水泥水化的進展而降低進而造成毛細孔中水分不飽和并由此產生的負壓引起的混凝土收縮。混凝土自收縮是在混凝土與外界無水分交換的條件下發生的。低水灰比的HPC和HSC的自收縮比普通混凝土的自收縮大得多。HPC和高強混凝土(以下簡稱HSC)的水膠比很低，能提供水泥水化的自由水分少，近年來由于對早期強度片面的追求，混凝土趨向于使用低的水灰比，較高早期強度發展率會使自由水消耗較快。HPC和HSC由于自干燥產生的原始裂縫，影響混凝土的強度和耐久性。

　　4、結論

　　(1)影響開裂的因素是很復雜的，各種因素還可能會有相反的影響而相互抵消。應當根據不同工程的特點和條件分析不同組成和配合比的混凝土開裂的傾向。

　　(2)在約束條件下的收縮是引起混凝土開裂的潛在因素，通過收縮的測定可以預測混凝土開裂的傾向，但必須有正確的方法和對條件的控制。

　　(3)高性能混凝土是以耐久性為標志的高技術混凝土，所謂高技術，不僅僅指實現混凝土高性能化的材料技術、制備技術，更要強調高性能的施工技術。

篇2：X工程道路混凝土開裂事故分析說明

　　關于z工程道路混凝土開裂事故的分析說明

　　20**年4月10日，****開始澆筑混凝土道路。攪拌站按照施工現場要求開始生產C20混凝土。

　　根據場內材料和國家有關專業技術規程，采用的配比是：

　　水泥PS32.5, 廠家提供的28天檢測強度40MPa，

　　施工配比用量：387公斤

　　天然砂，中砂偏細，含水率5.5%

　　施工配比用量：786公斤

　　碎石，最大粒徑20mm~~25mm，含水率0.7%

　　施工用量：1178公斤

　　砂率：40%

　　考慮室外山地凍融設施，采用限制最大水灰比：0.55

　　要求塌落度，5cm~~7cm

　　4月17日上午，攪拌站新來人員到辦公室說明情況，隨后站長也來說明情況，并商定立刻動身去工地。

　　現場情況是，道路筑基坡度約25度~~~45度，屬山區觀光道路，寬六米，厚度約175mm~~200mm。

　　整個斜坡段澆筑工程已基本完畢，正在澆筑坡道末端水平部分。據對現場施工人員詢問及觀察，混凝土開裂嚴重，肉眼可見縫有的橫貫路面。當時判斷，由于路基傾斜程度過大，新澆筑混凝土受到重力作用，在沒有形成有效強度前被墜裂。這與當時工地施工負責人反映，還沒收活就出現裂縫的情況一致。據反映，現場有一塊沒有裂縫。現場觀察及詢問，施工方案是由山峰頂端，由上至下連續整塊澆筑，伸縮縫后切。

　　工地經理分析原因，一灰希，二灰號大。

　　回到攪拌站后，即重新出配比，加入粉煤灰替代部分水泥。

　　工作說明如下：

　　1. 配合比的設計嚴格按照國家規程要求進行，沒有錯誤；原材料也都經過檢驗，符合國家規范要求。

　　2. 同配合比、同性質材料澆筑同類型的素混凝土結構有先例，如：20**年5月12日、5月13日，攪拌站西邊****地面硬化工程；20**年11月30日****開閉站墊層；上述工程結構均未發生裂縫質量問題。

　　以上資料均有工作紀錄。

　　3. 關于水泥水化熱。在大體積混凝土中，斷面大于1米，表面系數較小的結構，國家有關規范定義為大體積混凝土。在大體積混凝土結構澆筑過程中，當水泥用量超過350公斤時，容易出現結構溫度應力裂縫。普通混凝土結構及大面積混凝土工程結構，單方水泥用量不宜超過550公斤。

　　《公路橋涵施工技術規范》JTJ041規定：混凝土的最大水泥用量不宜超過500千克/立方（包括代替部分水泥的摻合料），大體積混凝土不宜超過350公斤/立方。

　　《水泥混凝土路面施工及驗收規范》GBJ97-87混凝土最大水灰比，應符合下列規定：公路、城市道路和廠礦道路不應大于0.50；混凝土的單位水泥用量，應根據選用的水灰比和單位用水量進行計算。單位水泥用量不應小于300kg/m3。本配合比設計符合技術標準要求。

　　5. 關于本工程應用配比。本工程前期所用配比與本工程出現的裂縫質量問題之間，不存在因果關系。有技術規范為依據，有已完工程事實先例為證。本工程收尾以及****道路工程所用配比，加入了粉煤灰替代了10%的水泥用量，有助于提高混凝土本身的彈性模量，是對原配比的改進。在本配比以及所應用的工程質量結構之間，不起主導作用，沒有因果關系。

　　20**/4/22

篇3：加氣混凝土墻體表面粉刷層空鼓開裂原因分析

　　加氣混凝土墻體表面粉刷層空鼓與開裂原因分析

　　為了解決這一問題經研究在澆水濕潤前提下采用1：1：3～6的水泥、消石灰、砂砂漿即砂子灰做粉刷砂漿。由于在配方中減少了水泥的用量并增加了已經吸水消化的生石灰，即稱熟石灰（或消石灰）。在熟石灰（消石灰）中已含有一定水分，又不再消化吸水，基本上解決了加氣混凝土墻面粉刷層空鼓、開裂問題。經多年使用效果不錯，基本不裂，但操作者必須嚴格按照操作規程辦。近年來，隨著建筑技術發展及熟石灰的供應問題在建筑現場已很少使用或基本不用熟石灰，空鼓、開裂問題仍嚴重存在。

　　加氣混凝土墻體與磚墻一樣，一般都采用水泥砂漿做表面粉刷層。為了保證水泥砂漿中的水泥在粉刷上墻后有足夠的水分進行水化，粘土磚在砌筑前都澆足吸透水分。加氣混凝土砌塊砌筑及粉刷前也需采取澆水措施，但加氣混凝土雖然吸水率高，但吸水速度慢。特別是對于已砌好的墻面，再澆水因掛不住而吸水量少。需多次澆水。結果使地面積水，惡化施工環境。如吸水不足，加氣混凝土。水泥砂漿粉刷層中的水泥因缺水水化不充分粘結不好而導致空鼓、開裂。如水泥砂漿標號越高或水泥用量越多，空鼓、開裂越嚴重。

　　輕質磚薄層灰泥：該產品也是一種建筑干粉，也是由無機膠凝材料，礦物填料，有機外加劑和其他改性劑組成的。產品具有很好的保水性、抗裂性、和易性好便于施工、與墻體粘結了強。能很好地防止沙漿上墻后很快失水，造成抹灰層與砌塊空鼓、開裂等弊病。該產品分底批沙漿和面批沙漿兩種。施工時，配套使用，先抹底批沙漿，厚度為3～4mm（前提是：加氣塊尺寸誤差較小，，墻體砌筑平整。），再抹面批1～2mm。總厚度只有5mm左右，是傳統水泥抹灰層厚度的1/3；是粉刷石膏厚度的1/2。節省了材料用量，減輕了墻體總重量，減輕了房屋基礎的承載，增加了房間的有效空間。大大提高了綜合效益。