早期收缩开裂（精选五篇）
早期收缩开裂 篇1
1 混凝土早期收缩、开裂的原因
近年来, 人们对混凝土早期裂缝的形成越来越关注, 也对其形成原因进行了深入的研究。研究表明, 混凝土早期收缩、开裂的原因主要包括温度、变形和材料等方面。
混凝土收缩形式包括干燥收缩、化学收缩、沉降收缩、塑性收缩等。
干燥收缩就是在混凝土养护停止后, 因不饱和空气使混凝土内部凝胶孔、毛细孔中的吸附水消失而造成的, 这种收缩往往是不可逆的。混凝土早期内部主要包括结晶水、吸附水和自由水三种水分, 在不饱和空气中暴露时, 吸附水会在自由水消失后慢慢消失。当吸附水消失后, 混凝土的内部吸附作用降低, 并在约束变形下产生拉应力。当拉应力增大到一定程度后就会造成开裂现象。
化学收缩指的是在水泥水化反应下, 混凝土体积变小的现象。如果水泥水化反应造成混凝土体积变化太大, 就容易在不均匀应力下出现开裂。当混凝土振捣后, 混凝土中的骨料颗粒会悬浮在水泥浆中。在重力的作用下, 这些骨料有一定的下沉趋势, 骨料的下沉会造成混凝土竖向体积变小, 并发生沉降。一般来说, 这种沉降要持续到硬化完成后, 如果沉降量过大或沉降不均匀, 就很容易造成混凝土开裂。
塑性收缩发生在混凝土浇筑后数小时、硬化之前仍处于塑性状态的时刻。当混凝土表面失水速率大于泌水速率时, 就容易产生收缩。这种现象多见于道路、地坪、楼板、箱梁等大面积的工程, 且在夏季有风的情况下最为普遍。混凝土在新拌的状态下, 拌和物中的颗粒间充满了水, 如果混凝土浇筑后表面没有及时覆盖, 就会受风吹日晒, 造成表面游离水蒸发过快, 当表面失水速率超过内部水向表面迁移的速率时, 就会造成毛细管中产生负压, 使浆体产生急剧的体积收缩。
温度是混凝土早期收缩、开裂的主要原因之一, 在混凝土工程施工过程中, 由于施工温差过大, 使得混凝土内部产生应力, 从而造成开裂现象。混凝土受温度变化形成裂缝主要表现在以下几个方面: (1) 在水泥水化的过程中, 会释放出一定的热量, 在大量混凝土浇筑的过程中, 水化热不能及时散出, 使得混凝土内部温度与外部温度不同, 从而导致裂缝的出现; (2) 混凝土浇筑完成后, 由于昼夜温差、环境湿度等的影响, 使得混凝土材料强度、结构等发生变化, 在这种不均衡变化作用下产生了裂缝; (3) 混凝土中骨料等材料具有易性的膨胀系数, 在热胀冷缩作用下, 混凝土结构也容易发生收缩变形, 从而导致裂缝的出现。
2 提高混凝土耐久性的有效措施
针对上述混凝土早期收缩、开裂的原因, 为了提高混凝土结构的耐久性, 需要以预防为主, 防治结合, 重视混凝土材料的选择和配合比的设计, 优化混凝土施工。
混凝土早期收缩的防治措施: (1) 对于混凝土的干燥收缩, 首先需要加强对其的早期养护工作, 确保混凝土早期表面湿度达到100%;其次, 在混凝土配合比的设计过程中, 降低胶集比, 并在确保混凝土质量的前提下, 减少用水量;最后, 可以在混凝土中掺入一定量的粉煤灰。 (2) 对于混凝土的化学收缩, 水泥用量越多, 水化作用就越明显, 所以需要尽量减少水泥的用量。另外, 在水泥品种的选择过程中, 要选择氯酸三钙含量较少的水泥。 (3) 对于混凝土的沉降收缩, 需要优化混凝土的配合比, 降低浆集比、水胶比等, 提高混凝土的易性。 (4) 造成混凝土塑性收缩的因素包括环境温度、风速、相对湿度等外部因素以及辅助凝胶材料、水灰比、浆集比等。控制混凝土塑性收缩的主要方式为延缓其凝结速度, 在养护开始时确保混凝土的表面湿度, 采取表面喷洒养护剂或表面覆盖塑料薄膜等措施。
针对温度对混凝土结构的影响, 可在施工过程中采取以下措施来防止混凝土早期开裂: (1) 在炎热的夏季, 需要在混凝土搅拌过程中加入适量的冰块, 以降低混凝土的入模温度, 避免因内外温差过大而造成开裂; (2) 尽量避免在温差骤变的环境下施工, 降低温差骤变对混凝土结构的影响; (3) 对于大体积混凝土施工, 一般可在结构内部设置冷却管, 降低其内部温度; (4) 利用保温材料、浇热水、热量灯光照射等方法, 提高混凝土的表面温度, 降低内外温差。
各种措施之间还存在一定的联系, 例如减少混凝土中水泥用量, 不仅能够有效控制混凝土的干燥收缩, 还能减少其塑性收缩和温度裂缝的形成;再如, 加强早期养护对减少混凝土的塑性收缩和干燥收缩都具有十分重要的意义。
3 结束语
综上所述, 导致混凝土早期收缩、开裂的因素很多, 而温度应力、收缩应力是造成混凝土裂缝的主要原因。混凝土的早期收缩和开裂会对其整体结构的稳定性和耐久性造成很大的影响, 所以, 必须要采取有效的防治措施, 增强混凝土结构的耐久性和安全性。通过优化混凝土配合比、加强对施工温度的控制、控制原材料质量等措施, 有效减少混凝土早期收缩、开裂现象的发生。总之, 混凝土早期收缩、开裂的防治是一个综合性的研究课题, 需要相关人员加大研究力度, 综合各方面因素, 提高混凝土结构的耐久性, 为我国建筑行业的发展作出更大的贡献。
摘要：混凝土受温度、施工设计等因素的影响, 早期容易出现收缩、开裂现象, 进而对其耐久性造成很大的影响。分析了混凝土早期产生收缩、开裂现象的原因, 并提出提高其耐久性的有效措施, 以供有关人士参考。
关键词：混凝土,收缩,开裂,水泥
参考文献
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[2]谭伟祖.混凝土的收缩、开裂及其评价与防治[J].混凝土, 2011, 32 (15) :256-257.
早期收缩开裂 篇2
加气混凝土具有保温隔热、隔声、阻燃、可加工性强等特点, 因其资源消耗低, 可大量利用废渣, 单一材料可达到节能50%的要求, 逐渐成为主导的节能墙体材料之一。但长期以来, 加气混凝土工程应用中存在的开裂、空鼓等问题, 严重阻碍了这一产业的发展, 也困扰着相关主管部门、企业和研究者。业内人士从建筑构造、施工工艺、界面处理等方面对加气混凝土砌体工程进行指导和规范, 但由于其增加了施工的工序和成本, 必然受到工程施工者和建设者的抵触, 难以在短时间内普及和发挥效果[1,2,3]。本文根据工程应用实际情况, 从加气混凝土和抹灰砂浆两方面对加气混凝土砌体的收缩、开裂等问题进行了研究。
1 试验
1.1 原材料
所用原材料为3种加气混凝土砌块和3种抹面砂浆, 其基本性能分别见表1和表2。
注:砌块编号C为特殊产品, 吸水率低。
1.2 试验方法
按照实际工程施工水平, 分别使用3种加气混凝土砌块砌筑3堵高2 m、宽3 m的加气混凝土砌体 (墙体一~墙体三) 。每堵砌体正反两面的抹面砂浆均分为3段, 左边砂浆段 (工地自拌砂浆M1) 、中间砂浆段 (自行配制的M5.0砂浆M2) 和右边砂浆段 (市售加气混凝土砌块专用抹灰砂浆M3) , 模拟工程应用情况, 进行工程应用效果分析, 如图1所示, 主要考察砌体经风吹、日晒、雨淋后的裂缝、空鼓、脱落等情况, 具体测试指标及方法如下:
(1) 砌体收缩情况:在抹灰完成7 d的砌体上一段距离内钉上钉子, 用千分尺测量钉子间距变化, 并记录温湿度, 考察自然条件下砌体的收缩;
(2) 砌体裂缝情况:观察裂缝, 用裂缝宽度测量仪测量裂缝的宽度, 并统计规定面积内的裂缝数量。
2 试验结果与分析
2.1 3种加气混凝土砌块的吸水特性
图2为3种加气混凝土砌块吸水率与时间的关系。
从图2可以看出, 强度低的加气混凝土砌块A吸水率较大, 强度较高的加气混凝土砌块B吸水率稍低, 砌块A、B的吸水率在后期差距较大, 主要是其孔隙率差别;加气混凝土砌块C的吸水率相对砌块A、B明显较低, 特别是早期吸水率降低明显, 原因是其相对普通加气混凝土具有一定的憎水性。
2.2 砌体裂缝分析
各实验墙体经自然条件下的风吹、日晒、雨淋一段时间后, 墙体的开裂及裂纹情况分析如下:
(1) 墙体一左边砂浆段约15 d出现2条裂缝, 宽度约0.mm, 约30 d后宽度变为0.5 mm;中间砂浆段约7 d出现1条顶部裂缝, 宽度约1 mm, 约30 d后宽度变为2 mm;右边砂浆段未出现可见裂纹。见图3。
(b) 墙体二左边砂浆段约15 d出现1条裂缝, 宽度约0.mm, 约30 d后宽度变为0.3 mm;中间砂浆段约15 d出现裂缝, 宽度约0.2 mm, 约30 d后宽度变为0.3 mm;右边砂浆段未出现可见裂纹。见图4。
(3) 墙体三中间砂浆段约15 d出现1条裂缝, 宽度约0.1mm, 约30 d后宽度变为0.2 mm;左边砂浆段和右边砂浆段未出现可见裂纹。见图5。
图3~图5结果表明, 使用低吸水率加气混凝土砌块砌筑的砌体开裂情况稍好, 使用专用砂浆 (M3) 抹面的加气混凝土砌体开裂情况可明显改善。但工程实际为了节省成本和方便施工, 较少使用专用砂浆, 使用低吸水率的加气混凝土砌块可有效改善墙体开裂问题[4,5]。
2.3 墙体收缩分析
加气混凝土墙体在不同时间的收缩情况见图6。
由图6可以看出, 墙体三的尺寸变化相对墙体一、墙体二较小, 表明墙体三所用加气混凝土砌块的收缩较小, 即低吸水率加气混凝土砌块的收缩较小;右边砂浆段的收缩相对较小, 表明专用砂浆与加气混凝土砌块匹配性较好;与2.2的开裂试验结果相符。
3 结语
(1) 吸水率低的加气混凝土砌块砌体裂缝较少, 裂缝宽度较小, 使用专用抹面砂浆抹面可改善加气混凝土砌体开裂的问题;
(2) 吸水率低的加气混凝土砌块砌体的收缩较小, 使用专用抹面砂浆的加气混凝土砌体收缩较小;
(3) 除构造等因素外, 加气混凝土砌体开裂存在加气混凝土本身和抹灰砂浆2方面的原因, 应从两方面同时去控制。
参考文献
[1]李海洲.加气混凝土收缩、开裂及空鼓的研究[D].杭州:浙江大学, 2011.
[2]彭军芝.蒸压加气混凝土中孔的形成、特征及对性能的影响研究[D].重庆:重庆大学, 2011.
[3]孙林柱.控制加气混凝土墙体开裂的关键技术[J].新型建筑材料, 2006 (2) :54-58.
[4]王赫, 徐国斌.加气混凝土砌块墙面抹灰空鼓与裂缝的分析及预防[J].建筑技术, 2006 (4) :248-249.
早期收缩开裂 篇3
预应力混凝土箱梁桥收缩徐变影响研究是目前工程界的热点之一,全国众多学者都取得了可喜的成果,但分析中普遍并未考虑裂缝出现后结构部分部位刚度降低而引起的非线性特征。实际工程中裂缝可能在使用阶段初期甚至施工阶段就已经出现。收缩徐变对结构的影响可能因裂缝的出现有较大程度的差异。本文就收缩徐变对开裂后结构性能的影响展开研究。
1 工程概况与模型建立
1.1 工程概况
以河北境内某高速公路跨线桥为背景,分析10 a收缩徐变在开裂状态和未开裂状态对箱梁结构部分构件或部位应力的影响。
跨径为一联五跨,(25+3×28+25) m;设计荷载为公路Ⅰ级;主梁为C50混凝土,容重按25 kN/m3计算;桥面铺装为10 cm厚沥青混凝土+防水层;预应力钢束采用Φs15.2钢绞线,公称面积139 mm2,弹性模量Ep=1.95×105 MPa,抗拉强度1 860 MPa,1束16根;普通钢筋为R235光圆钢筋和HRB335带肋钢筋;施工方式为满樘支架(见图1)。
全桥共五跨,6处支点自左向右分别以第1、第2、……命名。
1.2 模型建立
分析模型只选取全桥1/4。共建立开裂状态和未开裂状态2个模型。它们唯一的不同是SOLID65单元开裂项打开与否。
1)车辆荷载。
为便于研究,选用旧规范的验算荷载挂-120加载,具体布置见图2。利用SURF154表面效应单元加面载来模拟。
2)徐变。
选用C6 = 0的初始蠕变方程来模拟,显式算法。依据JTG D62—2004《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(下文简称《规范》)计算徐变系数。取相对湿度80%,加载龄期14 d。计算3 600 d的徐变,分为20个阶段。T代表自加载阶段起至计算时间的天数。选用C6=0的初始蠕变方程,系数C1见表1。
3)收缩。
采用降温法模拟。依据《规范》计算收缩系数。取相对湿度80%,收缩开始龄期7 d,加载龄期14 d。计算3 600 d的收缩,和徐变一样分为20个阶段。T代表自加载阶段起至计算时间的天数。ΔT取值见表2。
4)混凝土。
混凝土本构关系依然选用Hongnestad曲线,C50混凝土峰值强度fp=0.85fc′,fc′=0.79fcu,k,fp=33.575 MPa,峰值强度对应应变εp=0.002。选用多线性等向强化MISO模型;开口裂缝剪力传递系数0.5,闭口裂缝剪力传递系数0.9,抗拉强度设计值1.83 MPa。
5)普通钢筋。
包括HRB335和R235两种。其中HRB335抗拉强度设计值280 MPa,弹性模量2.0×105 MPa;R235抗拉强度设计值195 MPa,弹性模量1.95×105 MPa。均选用双线性随动强化BKIN模型。
钢筋弥散于混凝土单元中。根据截面配筋分布状态分为5个区(见图3和表3)。
6)预应力筋。
依然用Ramsberg-Osgood关系式表述,选用多线性随动强化模型KINH。预应力筋采用Link8单元模拟,与最近的混凝土节点耦合以协调传力,同时腹板单元划分得足够密以减小锯齿形传力带来的误差。腹板网格密度经过试算2次结果基本一致,显示精度良好。
本文研究的重点不是管道摩擦、锚具变形等预应力损失对结构整体承载力的影响,所以不精确考虑不同位置实常数的不一致。统一赋予对应1 350 MPa的初应变实常数。
2 结果分析
裂缝主要分布在距梁端0～4 m,17～37 m,45～60 m 3个区域内。下面将分析10 a收缩徐变对结构部分构件或部位应力的影响。
以下分析数据中会出现“开裂状态”和“未开裂状态”,它们分别表示开裂项打开与关闭对应的模型。“基本状态”代表考虑自重和车辆荷载的状态;“收缩徐变”表示在“基本状态”基础上考虑10 a收缩徐变的状态。
2.1 挠度
取第2跨跨中(距梁端36 m)中腹板中央处下缘进行研究(见表4)。可以看出,开裂状态下挠度最大增至2.85倍,未开裂状态仅增至2.46倍,两者相差39%。反映出收缩徐变对结构刚度的影响会因为裂缝的出现发生显著变化。
经表5数据分析,可知结构收缩徐变初始100 d是快速增长期,几乎完成10 a总变形的一半。至第2年年底是平稳增长期,完成至80%左右。随后至第10年可称为缓慢增长期,保持缓慢但仍会有较大影响的增长特征。
2.2 预应力筋
以边腹板内侧N1束位于第2跨左支点22.75～27.25 m、跨中35.75～40.25 m与右支点50.75～55.25 m处3个地方各4.5 m左右长度作为研究对象。图4～图6详细表达了开裂状态与未开裂状态3处预应力筋在10 a收缩徐变作用下的应力变化。
表6列出了开裂状态预应力筋应力变化百分比。10 a收缩徐变会造成局部最高69.3 MPa的预应力损失,最高比例为7.50%。箱梁桥由于体表比较小,故成为收缩徐变非常显著的一种桥型,收缩徐变可视为影响预应力损失最显著的因素。但是收缩徐变对预应力筋的影响并未因为裂缝的出现发生显著变化,仅呈现出微小差异。
选取边腹板内侧N1束位于第2跨左支点、1/4跨、1/2跨、3/4跨、右支点处5个点,来研究收缩徐变预应力损失的时间特征和变化数据(见表7)。可知预应力损失与挠度随时间的变化规律基本一致。100 d几乎损失一半,至第2年年底损失75%。
2.3 复合单元主应力
10 a收缩徐变对结构整体应力状态影响显著,有利的一方面是可能会缓和局部应力,不利的一方面则也可能提升局部应力而引发开裂。跨中截面底板下缘主拉应力最高提升0.86 MPa;右支点截面腹板内侧主拉应力最高提升0.66 MPa。
从数据中可以看出,开裂状态和未开裂状态应力数值有较大差别,反映收缩徐变对混凝土单元主应力的影响因为裂缝的出现发生显著变化。跨中截面顶板上缘主拉应力差值最大为-1.53 MPa,此处可能因为应力提升而开裂;跨中截面底板下缘主拉应力差值最大为0.74 MPa;右支点截面顶板上缘主拉应力差值最大为-1.71 MPa,此处也可能因为应力提高而开裂。
2.4 支座反力
收缩徐变产生的变形在超静定结构中会引起支座处次反力,从而产生附加内力。从表8中可以看出支座反力发生了一定的变化。因为裂缝出现造成结构刚度的变化,收缩徐变对支座反力的影响在开裂状态和未开裂状态也有所差别。
3 结语
以河北境内某高速公路跨线桥为背景,分析10 a收缩徐变在开裂状态和未开裂状态对箱梁结构各部位的应力影响,得到以下结论。
1)结果表明选用的初始蠕变方程模拟徐变效应和利用降温法模拟收缩是合适可行的。
2)开裂后结构在10 a收缩徐变作用下挠度增长至2.85倍,反映出收缩徐变对结构刚度影响巨大。收缩徐变对挠度增长的影响会因为裂缝出现而加剧,而且差异还比较显著。
3)收缩徐变造成的预应力损失较为显著,局部最高值达7.5%。收缩徐变对预应力筋应力的影响并未因为裂缝的出现而发生显著变化,仅呈现出微小差异。预应力损失曲线和挠度增长曲线变化规律一致,说明由收缩徐变导致的预应力损失是挠度增长的最重要的和直接的原因。
4)收缩徐变会对混凝土单元主应力产生显著影响,可能造成结构局部应力提升而引发开裂。对混凝土单元主应力影响,会因裂缝的出现发生显著变化。
5)收缩徐变作用下支座反力会发生一定变化,支座反力的变化会对结构内力重分布产生重大影响。收缩徐变对支座反力的影响,也会因裂缝的出现发生一定程度的变化。
由此可见,预应力混凝土箱梁桥开裂后诸多性能会发生较显著的变化,可能加剧结构局部失效,出现意料外的破坏模式。因此设计过程中最好精确考虑收缩徐变等一些重要因素的影响并严格控制主拉应力。
摘要：收缩徐变可能会对结构产生诸多不利影响,如增大挠度、导致预应力损失、在超静定结构中产生次反力等。预应力混凝土箱梁桥收缩徐变影响研究是目前工程界的热点之一。但普遍的分析中并未考虑裂缝出现后结构部分部位刚度降低所引起的非线性特征,而实际工程中裂缝可能在使用阶段初期甚至施工阶段就已经出现。收缩徐变对结构的影响可能因裂缝的出现有较大程度的差异,故从挠度、应力、支反力等方面就收缩徐变对开裂后结构性能的影响展开研究。
水泥混凝土路面早期开裂原因分析 篇4
关键词：水泥路面,路面开裂,早期破坏,原因
广东省清(远)连(州)一级公路升级改造(高速)项目(简称“清连高速化改造项目”)位于广东省清远市境内,是国道107线的组成部分,是珠江三角洲地区与广东省中北部地区及湖南省联系的重要通道。2005年3月广东省政府决定对清连一级公路进行升级改造(高速),于2006年8月开始施工,水泥混凝土路面于2007年8月开始施工,在2007年12月完成合同段双幅行车道和超车道水泥路面。在双幅路面刚拉通完毕,就遇见2008年初罕见的一场冰冻,气温持续低温,水泥路面出现了严重路面开裂现象。根据四月份调查数据显示横向裂缝达到100多处,纵向裂缝达到1 200 m/60处。
1 碾压混合料的离析分析[1,2,3]
因其自身的特点,在没有碾压前,混合料矿料间的粘结力很弱,在装卸、运输、施工过程中容易使混合料离析,主要表现在以下几个方面:1)拌合机向运输车装料时,形成的料堆导致粗集料滚向四周,每装料一次粗集料都会向四周滚,形成第一次离析;2)在运输过程中,由于运输车的颠簸,使混合料表面的粗集料再一次滚向四周,从而使混合料进一步扩大离析;3)当运输车向摊铺机倾倒混碾压混合料时,由于落距,在摊铺机的料斗内形成料堆,从而再次使混合料形成离析;4)每车混合料卸毕,摊铺机收料斗,在料斗四周的大料被摊铺机的输料器送到熨平板下,这样就使粗集料集中,形成“粗集料窝”;5)摊铺机螺旋布料器分料时,由于摊铺机链条箱及螺旋布料器吊架的影响,碾压混凝土混合料不能被螺旋布料器均匀输送混合料,而导致混合料的离析;6)由于沥青摊铺机自身结构的缺陷,由此产生了碾压混凝土的纵向离析和横向离析;7)竖向离析:因碾压混合料是采用沥青摊铺机组织施工,而摊铺机的导料板下沿离地有一个间隙,以适应通过性能的要求。当螺旋在输料时,粗集料极易从这个间隙挤出滚落,从而铺散在基层上,形成一层粗集料(如图1所示)。当水泥混凝土路面施工后,基层裂缝反射到面层,从而使混凝土面板开裂。
2 碾压混凝土基层的碾压
碾压混凝土比起普通混凝土优点就是用水量少,从而采用摊铺机摊铺,振动压路机碾压而成型。因此,在碾压前,混合料矿料间的粘结力较弱,粗细矿料比较易离析。在混合料碾压时,压路机推移混合料而产生壅包,使碾压的平整度难以控制。
在摊铺时,粗集料集中而形成“粗集料窝”,即使在混凝土表面撒上细料后碾压成型,也很难保证碾压成型在施工车辆或社会车辆通行的情况下将其细料带走,从而使其表面也较粗糙。
3 碾压基层的养护和切缝
碾压混凝土混合料是干硬性混凝土,含水量很少,在振动压路机强行振动下压实成型。养护不及时以及切缝不及时,则易导致碾压基层开裂。在碾压基层已开裂缝没有处理好就进行面层混凝土施工,从而导致基层的裂缝反射到面层。在对碾压混凝土基层进行切缝时,对整个基层的切缝没有按照水泥混凝土面板划分切缝,而是采用从碾压基层中间切缝,即一分为二式。而路面面板是按照超车道、行车道和硬路肩来划分切缝,这样就导致基层的切缝刚好在路面面板行车道内,从而导致基层切缝反射到水泥混凝土面板,使面板开裂。对面板纵向裂缝进行破除,经现场实际情况可见,面板的纵向裂缝与基层的纵向开裂基本对应(如图2所示)。
4 碾压基层的维护不到位,交通车辆对基层的破坏
由于全线是改建工程,交通不能采用完全封闭施工,社会车辆和施工车辆对已成型的基层表面造成严重破坏,尤其是超载车在路上相互避让而采取紧急刹车,对基层表面的破坏特别严重。车辆通行造成对碾压基层表面的破坏。
5 蜡质隔离剂封层质量的变异
在基层与面层间,原设计采用2 cm的乳化沥青封层。但在施工过程中,将2 cm的乳化沥青封层更换为蜡质隔离剂封层。社会通行车辆对蜡质隔离剂封层产生破坏;面层混凝土运料车,布料的钩机均在已撒的蜡质隔离剂封层上行驶,这就破坏了蜡质隔离剂的设计作用,同时,蜡质隔离剂的质量、喷撒的厚度、均匀度等都不容易控制。破坏了的蜡质隔离剂导致基层与面层直接连接。由于基层表面的粗糙,将产生很大的摩擦阻力,约束面板的自由伸缩。
6 水泥混凝土路面面层质量的变异[4]
水泥混凝土质量的好坏是保证路面使用质量的关键,但由于施工路线较长,即拌和楼离现场较远,路况较差,颠簸严重,爬坡路线较长,严重影响行车,从而导致水泥混凝土质量的变异,这就使水泥混凝土的水灰比或配合比发生变化,使局部混凝土的实际强度达不到设计强度或个别混凝土强度不均匀,在车辆荷载及环境因素,以及在基层相应因素的作用下,产生裂缝和反射裂缝。
7 温度作用[5]
由于温度变化,在碾压混凝土基层板内和水泥混凝土面板内产生翘曲应力,此时,由于基层表面的粗糙,以及蜡质隔离剂的破坏,使基层和面板间的摩擦力很大,从而使基层与面板间不能自由滑动,这样就类似将基层与面板连接在一起。面板底部将受到自身的翘曲应力和基层在温度作用下产生的水平应力的共同作用。若面板切缝和基层切缝不对应,两力将在基层切缝处应力集中,在两力的反复作用下而拉裂面板。同时,若水泥混凝土路面的接缝切缝不及时或切缝失效,同样会使面板自身翘曲应力的大小超过混凝土的抗折强度,从而使路面不在缩缝处断开。
8 车辆荷载的重复作用
由于是改建工程,交通不能全封闭施工,且该路线是珠江三角洲地区与广东省中北部地区及湖南省联系的重要通道,在现有的交通量中主要是由湖南往南方运煤的超载和重载车辆。在行车荷载的重复作用下,路面板在基础薄弱、基层强度不均匀、面板厚度不均匀或混凝土强度不足处产生开裂。
9 接缝的原因[6]
1)接缝施工不良,如天气突变引起施工缝制作不当;切缝时间不当;缩缝切割深度不足;传力或拉杆施工不良等因素。
2)路面在使用过程中,填缝料没有及时处理,使接缝功能失效,混凝土板不能自由伸缩,板内产生过大拉应力,引起开裂。
3)路面接缝与碾压基层的接缝不对应。
1 0 结语
本文从多方面分析可能导致水泥混凝土路面早期开裂的原因,为今后水泥混凝土路面和碾压混凝土基层的施工、质量控制和现场管理以及路面早期开裂原因分析提供参考。
参考文献
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浅谈高强混凝土早期自收缩 篇5
1 混凝土自收缩的产生原因
混凝土的自收缩是指本身与外界无水分交换的情况下, 混凝土内部自干燥引起的宏观体积收缩, 它是从混凝土初凝后就开始产生。
很多人认为自收缩就是水化收缩, 但实际上是两个概念。水化收缩是指混凝土内水泥水化后产物的体积相对水化前水泥和水的体积之和有减少的现象。然而在初凝前, 拌合物具有良好的流动性, 初凝后失去塑性变成水泥石, 它所引起的宏观体积的变化是以形成孔隙的方式表现的。初凝后, 在无外界水分提供时, 产生了自干燥现象, 从而引起自收缩。所以自收缩是自干燥引起, 而不是水化收缩。
一般认为混凝土自收缩是水泥水化形成内部空隙产生的毛细管张力造成的。其具体过程如下:水泥和水发生作用时, 所形成的水化产物的体积小于水泥和水的总体积。在混凝土还具有较大流动性时, 主要是通过宏观体积的减小来补偿体积的减少。随着水泥水化的进行, 混凝土的流动性逐渐降低, 已不能完全靠宏观体积的减小来补偿体积的变化。这时混凝土通过宏观体积减小和形成内部空隙两种形式补偿水泥水化产生的体积变化。随着水泥水化的进一步进行, 混凝土产生一定的强度。这时混凝土主要通过形成内部空隙来补偿体积损失。在混凝土终凝以后, 虽然水泥水化产生的体积变化主要通过形成内部空隙补偿, 但也产生了毛细管张力将使混凝土的宏观体积收缩。在水灰比较高的情况下, 混凝土内部的毛细管较大, 此时产生的毛细管张力很小, 混凝土的自收缩也很小。但水灰比很低的情况下混凝土中的毛细管很小, 产生的毛细管张力很大, 混凝土的自收缩值也将很大。在早期混凝土强度较低时, 混凝土自收缩的发展速度很大。
2 混凝土自收缩的作用机理
自收缩作用机理可以通过混凝土的自干燥现象得到很好的解释。随着水泥水化的进行, 形成了大量的微裂缝, 且裂缝中自由水不足, 水泥石内部相对湿度降低引起自干燥, 并导致混凝土的收缩变形。由于自干燥产生使毛细孔中的水不足, 形成弯月面, 造成水泥石受负压的作用收缩。
3 自收缩的影响因素
自收缩的根源在于水泥硬化后未水化水泥继续水化引起绝对体积的减缩, 其形成原因直接在于无外界水源或水泥水化引起的耗水速率大于外界水的迁移速率。可以从以下几方面分析。
3.1 水泥矿物成分和水泥类型
不同种类水泥净浆的自收缩能力是不同的。一般来讲铝酸盐水泥的自收缩较大, 使用C2S含量高的或低C4AF的硅酸盐水泥能够降低自收缩。用低热或中热水泥的自收缩比普通水泥低得多, 另外, 水泥越细, 早期自收缩的速度越快。
3.2 水胶比
水胶比是影响混凝土自收缩的主要因素之一。水胶比越低, 自收缩越大, 或确切地说, 自收缩潜在势能越大。对于高水胶比, 其自收缩相对干缩很小, 可忽略不计。根据Tazawa与Miyazawa的研究, 水胶比为0.3的掺硅灰混凝土的自收缩与干缩大致相等。当水胶比小于0.3时, 自收缩成为混凝土的主要收缩类型。
3.3 其他因素的影响
在时, 自收缩随温度的升高而增加。随着龄期的增加而自收缩增大。混凝土中骨料的含量及种类对自收缩也有影响。人工轻骨料的自收缩比普通混凝土小, 且随轻骨料的含湿量和干密度的增加而减少。如果在混凝土中掺加6%体积分数的钢纤维, 可以降低自收缩值20%左右。不同性能和种类的外加剂及矿物掺和物对自收缩的影响不同。
4 自收缩的抑制措施
根据自收缩的机理和影响因素, 可以从以下方面考虑。
从水泥角度考虑, 使用高C2S或低C4AF的硅酸盐可降低自收缩。用中热或低热硅酸盐水泥制备的混凝土比普通水泥混凝土低得多, 应尽量避免使用高细度的水泥。也可在水泥中添加石膏, 因其自膨胀作用也可降低自收缩。
考虑加入吸水性的材料。高吸水性树脂是一种含有羧基、羟基等强亲水性基团的高分子聚合物, 能吸收重于自身重量几百倍的水, 并且速度很快, 吸水量也容易控制。在混凝土中加入少许, 可起到较好的内养护功能。加入高吸水性树脂的混凝土, 在产生毛细管压力时, 对树脂作用压力, 从而使水分得以释放, 减少毛细管压力影响, 自收缩现象也得到了改善。但树脂和树脂的吸水量要加以控制, 否则会影响混凝土的强度等性能。由于树脂本身的强度较低, 掺入量过多, 树脂比例加大, 自然会影响整体强度。吸水过多也会增加孔隙的数量, 增加应力集中, 强度也会降低。所以树脂的掺入量及吸水量有待试验进行确定。
复合骨料是由普通天然骨料与人造轻骨料 (陶粒) 按一定比例复合而成。轻骨料则是一种多孔结构的轻质材料, 其颗粒强度和弹性模量都低于普通骨料。但试验研究已证明, 高强复合骨料混凝土与同配比的高强普通骨料混凝土相比, 其弹性模量略降以外, 混凝土的强度可保持基本不变, 而最大的特点是自收缩变形大大降低, 提高了高强混凝土的早期体积稳定性、长期耐久性, 保证了结构物的使用寿命。
5 结语
混凝土自收缩给工程带来损伤已引起了重视, 在改善措施方面也进行了较多的试验研究工作。但由于混凝土体积变化是一个比较复杂的问题, 需综合考虑多种因素, 且所采用的技术措施还必须兼顾混凝土的一些基本物理、化学和力学性能的要求。因此, 改善混凝土自收缩的方法还有待进行更为深人的研究。
参考文献
[1]吴中伟, 廉慧珍, 高性能混凝土[M].北京:中国铁道出版社, 1999.
[2]杨全兵, 高性能混凝土的自收缩机理研究[J], 硅酸盐学报, 2000.