混凝土抗裂性

提高混凝土抗裂性陳迅捷2016年10月混凝土抗裂相關系數混凝土抗裂相關系數：B∈Rl·C/E·(α·ΔT+G)式中：

Rl—混凝土抗拉強度

C—混凝土徐變

E—混凝土彈性模量

α—混凝土線膨脹系數

ΔT—混凝土溫升

G—混凝土收縮變形一、混凝土抗裂性影響因素

混凝土抗裂性與混凝土抗拉強度、混凝土徐變成正比；混凝土抗裂性與混凝土彈性模量、線膨脹系數、混凝土溫升、混凝土收縮（干縮和自生體積變形）成反比。但影響程度各有不同。混凝土抗裂安全系數（朱伯芳）Rt——軸向抗拉強度；r——折減系數，r=0.5~0.7；σγ——鉛直方向拉應力。混凝土抗裂變形指數B(李光偉)混凝土抗裂指標K(黃國興)混凝土抗裂指數Kl

綜合反映混凝土抗拉強度、混凝土彈性模量、混凝土徐變、開裂應力水平系數a、混凝土自生體積變形、混凝土線膨脹系數、混凝土絕熱溫升、混凝土表面溫度變化△t、溫差控制系數b、混凝土干縮和濕度保證系數c等因素對混凝土抗裂性的影響。開裂應力水平系數a的物理含義和取值

混凝土經受拉伸應力開裂時的應力水平低于混凝土抗拉強度，開裂應力水平系數a表示混凝土開裂應力與混凝土抗拉強度之比值。在此應力水平時，混凝土不致產生開裂破壞。此時混凝土受拉應力低于混凝土內部裂紋擴展階段。不同骨料品種混凝土的開裂應力水平系數a不同。開裂應力水平系數a可通過混凝土拉伸試驗獲得，為混凝土拉伸應力-應變曲線（ε-σ）明顯脫離線彈性段（σ/E-σ）之點的應力與混凝土抗拉強度之比值。水泥漿體、骨料和混凝土的典型應力-應變行為

不同骨料混凝土7d拉伸應變-應力曲線

不同骨料混凝土28d拉伸應變-應力曲線

不同骨料混凝土90d拉伸應變-應力曲線

溫差控制系數b的物理含義和取值

溫差控制系數b反映混凝土工程施工混凝土表面溫差和內外溫差控制水平，取值范圍在0~1.0之間。對應于薄板結構混凝土（如面板混凝土），且混凝土表面保溫措施得當，溫差控制系數b可取值為0；對應于大體積混凝土，且無混凝土表面保溫措施，溫差控制系數b可取值為1.0。濕度保證系數c的物理含義和取值

濕度保證系數c反映混凝土工程施工混凝土濕度保證控制水平，取值范圍同樣在0~1.0之間。當混凝土表面長期處于完全保濕狀態時，濕度保證系數c取值為0；當混凝土表面長期處于完全干燥狀態時，濕度保證系數c取值為1.0。二、提高混凝土抗裂性措施1、混凝土原材料2、混凝土配合比3、混凝土施工控制1、混凝土原材料⑴水泥：水化熱低、C3A含量低、強度高、比表面積小；⑵摻合料：水化熱低、品質好、收縮小；⑶骨料：強度高、線膨脹系數小、彈性模量低；⑷外加劑：減水、增強、改善界面特性。⑴水泥

ⅰ.水泥礦物組分對強度的影響：

C3S具有較高強度，特別是早期強度；C2S的早期強度較低，但后期強度較高；C3A和C4AF的強度均在早期發展，后期強度幾乎沒有發展，C4AF的強度大于C3A（C4AF對強度的貢獻未確定，各人試驗結果不同）。

ⅰ.水泥礦物組分對強度的影響礦物名稱抗壓強度（MPa）3d7d28d90d180dC3S29.632.049.655.662.6C2S1.42.24.619.428.6C3A6.05.24.08.08.0C4AF15.416.818.616.619.6ⅱ.水泥礦物組分對水化熱的影響礦物名稱水化熱（J/g）3d7d28d90d180d365dC3S410461477511507569C2S8075184230222260C3A712787846787913-C4AF121180201197306-水泥熟料礦物的水化熱和水化速度：C3A＞C3S＞C4AF＞C2Sⅲ.水泥礦物組分對收縮的影響礦物名稱收縮率（%）C3A0.00224~0.00244C3S0.00075~0.00083C2S0.00075~0.00083C4AF0.00038~0.00060C3A水化收縮率最大，比其它礦物提高3~5倍；C3S、C2S和C4AF的水化收縮率相差不大。ⅳ.水泥礦物組分對脆性系數的影響：

水泥膠砂抗壓強度與抗折強度比值稱為水泥的脆性系數。

C3A、C3S含量高，水泥脆性系數大；C2S、C4AF含量高，水泥脆性系數小。ⅳ.水泥礦物組分對脆性系數的影響水泥品種脆性系數熟料礦物組成（%）MgO（%）C3SC2SC3AC4AF白花中熱32.5水泥5.7848.928.11.417.32.13東風中熱32.5水泥5.4147.626.12.716.83.80貴州硅酸鹽42.5水泥6.2050.521.47.514.22.30柳州硅酸鹽42.5水泥6.9159.014.68.215.61.20Ⅴ.水泥細度對混凝土抗裂性的影響：

水泥越細，膠砂強度越高；水泥越細，水化熱越高；水泥越細，收縮越大。⑵摻合料ⅰ.粉煤灰ⅱ.礦渣ⅲ.硅粉ⅳ.鋼渣ⅴ.石粉ⅵ.其它摻合料ⅰ.粉煤灰

優質粉煤灰減少用水量，減少混凝土泌水率；隨著粉煤灰摻量的增加，混凝土強度降低；

降低膠凝材料水化熱，減少混凝土溫升；削減溫峰，推遲溫升時間。適量優質粉煤灰可降低混凝土自生體積變形50%；適量優質粉煤灰可降低混凝土干縮30%；混凝土早期徐變增加，但后期徐變減小。

ⅱ.礦渣

礦渣粉對混凝土強度的影響取決于礦渣粉活性指數和礦渣粉細度。單摻礦渣粉，混凝土干縮增加；混凝土自生體積變形增加；混凝土徐變降低。礦渣粉的二次水化作用，有利于混凝土微裂縫的自愈合。

同時摻加適量硫酸鈣，混凝土體積穩定性提高。礦渣粉對混凝土膠凝材料水化熱降低幅度與礦渣粉活性指數和摻量相關。礦渣粉摻量大于30%，才能有效降低混凝土溫升。在相同的摻合料摻量和配伍條件下，水膠比越大，干縮變形值越小；且隨著摻合料中粉煤灰摻量的增加，干縮變形減小。單摻礦渣，混凝土干縮變形增大。ⅲ.硅粉混凝土需水量增加；混凝土強度尤其是早期強度明顯提高；混凝土塑性收縮增加；混凝土自生體積變形增加；混凝土干縮增加；混凝土徐變降低。⑶骨料

由于混凝土中占體積3/4的為混凝土骨料，優化骨料級配，使骨料具有最大堆積密度，有利于改善混凝土工作性、降低混凝土膠凝材料用量，提高混凝土強度，增加混凝土密實耐久性。盡量使用較大粒徑，同樣有利于改善混凝土工作性、降低混凝土膠凝材料用量，提高混凝土抗裂性。骨料品種對混凝土性能的影響骨料品種抗壓強度（MPa）彈性模量（GPa）極限拉伸（×10-6）線膨脹系數（×10-6/℃）玄武巖56.644.0758.015砂巖44.731.41149.601大理巖46.931.91028.138正長巖36.529.41268.314⑷外加劑1、改善混凝土拌和物性能提高混凝土流動度、減少離析和泌水。2、提高混凝土強度在保持混凝土和易性的基礎上，降低用水量，減少水膠比，提高混凝土強度。3、提高混凝土耐久性提高混凝土密實性，改善混凝土內部孔結構，混凝土耐久性提高；引入微小氣泡，提高混凝土抗凍性。4、提高混凝土體積穩定性降低混凝土用水量，混凝土干縮減少；降低或延遲水化放熱，減少溫差收縮變形；摻加混凝土減縮劑或混凝土微膨脹劑，補償混凝土收縮，提高混凝土抗裂性。外加劑摻入水泥漿體后的孔徑分布比例圖

無害孔：孔徑＜20nm；少害孔：孔徑為20~100nm；有害孔：孔徑為100~200nm；多害孔：孔徑＞200nm。外加劑對水泥水化熱的影響混凝土減縮劑的影響試件編號干縮值（×10-6

）1d3d7d14d28d60dJSX23274796161216F20J2-6-1586185278348混凝土內養護劑的作用摻加混凝土內養護劑,可降低混凝土干縮20%以上。2、混凝土配合比⑴保證混凝土水膠比⑵盡量增加優質粉煤灰摻量⑶盡量提高混凝土骨膠比⑷盡量增加粗骨料粒徑和用量⑸采用優質混凝土外加劑⑹摻加適量優質纖維材料⑺優選混凝土骨料⑴保證混凝土水膠比

降低混凝土水膠比，可提高混凝土強度，增加混凝土抵抗開裂的能力。當混凝土強度大于混凝土構件限制變形應力時，混凝土不開裂。混凝土水膠比低，膠凝材料用量增加，混凝土水化熱增加，混凝土收縮增加。⑵盡量增加優質粉煤灰摻量

采用優質粉煤灰適量取代水泥，可降低混凝土自生體積變形；同時降低混凝土絕熱溫升，減少溫差應力變形；并可增加混凝土早期徐變度（對應于非予應力混凝土）。⑶盡量提高混凝土骨膠比

在保證混凝土工作性和耐久性的前提下，提高骨膠比，目的為減小混凝土干縮率和自生體積變形；還可降低混凝土絕熱溫升，減少溫差應力變形。適量摻加磨細石粉，有利于改善混凝土工作性，降低膠凝材料用量。⑷盡量增加粗骨料粒徑和用量

在保證混凝土工作性的前提下，盡量降低混凝土砂率，可減少混凝土用水量，降低混凝土干縮率。在滿足混凝土骨料粒徑限制條件的基礎上，提高粗骨料粒徑，可降低混凝土砂率和膠凝材料用量，提高混凝土抗裂性。⑸采用優質混凝土外加劑

選用優質混凝土減水劑，在保證混凝土工作性的條件下，盡量減少混凝土用水量，降低混凝土干縮率；還可起增強和改善界面特性的作用。并可摻加混凝土減縮劑和內養護劑，以降低混凝土干縮率。在限制條件和潮濕環境下，摻加膨脹劑有利于改善混凝土抗裂性。

⑹摻加適量優質纖維材料

摻加適量聚丙烯睛纖維等優質纖維材料，可提高混凝土抵抗塑性開裂能力。低彈性模量纖維（如聚丙烯纖維）可提高混凝土抗塑性開裂性能；高彈性模量纖維（如改性聚丙烯睛纖維）可提高硬化混凝土抗裂性能。⑺優選混凝土骨料

混凝土線膨脹系數與混凝土骨料種類關系密切。在條件許可的情況下，優選混凝土骨料，降低混凝土線膨脹系數，減少溫差應力變形。盡量選用高強、與水泥砂漿粘結強度高、彈性模量相對低的混凝土骨料。3、混凝土施工控制⑴拌和均勻，提高強度，避免強度發展不均勻；⑵振搗密實，避免局部應力集中；⑶降低入倉溫度，布設冷卻管，降低內外溫差；⑷加強保濕保溫養護，降低溫度和干燥收縮應力,保證水化反應進程。施橋三線船閘工程透水模板襯墊復合真空脫水（1）采用透水模板襯墊結合真空脫水技術，不改變混凝土設計，有效降低混凝土表層水膠比，減少表面氣泡和孔隙，提高密實性，改善外觀質量。混凝土抗沖磨強度提高50%以上，抗碳化腐蝕性能提高20%以上。施橋三線船閘工程

施橋三線船閘閘室墻倒角全部采用透水模板襯墊技術，大幅提高混凝土外觀質量，應用效果良好，閘室墻全長260m，未出現裂縫。常規模板透水模板模板鋪設倒角效果增設鋼筋網片，降低開裂風險。施橋三線船閘工程混凝土養護1、混凝土澆筑完畢后，應及時覆蓋灑水養護，保持混凝土表面濕潤。2、混凝土養護時間，不宜少于21d。3、混凝土養護應有專人負責，并應作好養護記錄。4、冬季需增設保溫覆蓋層。5