混凝土裂縫產生的原因及措施探析

許培杰　陶俊鋒

一、概述

混凝土是一種由砂石骨料、水泥、水及其他外加材料混合而形成的非均質脆性材料。由于混凝土施工和本身變形、約束等一系列問題,硬化成型的混凝土中存在著眾多的微孔隙、氣穴和微裂縫,正是由于這些初始缺陷的存在才使混凝土呈現出一些非均質的特性。混凝土裂縫有表面裂縫、貫穿裂縫和深層裂縫三種。微裂縫通常是一種無害裂縫,對混凝土的承重、防滲及其他一些使用功能不產生危害。但是在混凝土受到荷載、溫差等作用之后,微裂縫就會不斷地擴展和連通,最終形成我們肉眼可見的宏觀裂縫,也就是混凝土工程中常說的裂縫。混凝土建筑和構件通常都是帶縫工作的,由于裂縫的存在和發展通常會使內部的鋼筋等材料產生腐蝕,降低鋼筋混凝土材料的承載能力、耐久性及抗滲能力,影響建筑物的外觀、使用壽命,嚴重者將會威脅到人們的生命和財產安全,很多工程的失事都是由于裂縫的不穩定發展所致。

二、混凝土裂縫產生的原因

混凝土產生裂縫的原因有多種,但根本原因是混凝土中的拉應力超過了混凝土的抗拉強度。具體可歸結為溫度和濕度變化、外荷載產生的變形過大和施工方法不當這三種原因。具體類型有: 一是水泥干縮產生的裂縫。二是溫差變化,由熱脹冷縮效應引起的裂縫。三是應力集中引起的裂縫。四是使用不當造成過載,變形過大引起的裂縫。五是張拉力引起的裂縫。六是不均勻沉降引起的裂縫。七是施工中,在混凝土初凝階段因模板振動、變形或移位會使結構產生裂縫。八是加荷過早產生的裂縫。九是施工縫處理不好則可能在施工縫部位出現裂縫。十是混凝土預制構件,在脫模、運輸、堆放、起吊過程中因各種原因使構件受壓區處于受拉狀態,都可能使構件產生裂縫。

三、裂縫的修補措施

國內外修補裂縫的方法很多,歸納起來主要有以下三大類:

(一)開槽法修補裂縫。該法適合于修補較寬裂縫大于0.5mm,材料的配合比為:采用環氧樹脂:聚硫橡膠:水泥:砂=10:3:12.5:28.首先用人工將曬干篩后的砂、水泥按比例配好攪拌均勻后,將環氧樹脂聚硫橡膠也按配比拌勻。然后摻入已拌好的砂、水泥當中,再用人工繼續攪拌。最后用少量的丙酮將已拌好的砂漿稀釋到適中稠度(約0.4斤丙酮就可以了)。及時將已拌好的改性環氧樹脂砂漿用橡膠桶裝到已鑿好洗凈吹干后的混凝土鑿槽內進行嵌入。從砂漿開始拌和到嵌入混凝土縫內,一組砂漿的整個施工過程需要30分鐘左右完成。嵌入后的砂漿養護即砂漿嵌入縫槽內處理好后兩小時以內及時用毛氈、麻袋將聚硫橡膠改性環氧樹脂砂漿進行覆蓋,待完全初凝后,開始用水養護。

(二)低壓注漿法修補裂縫。低壓注漿法適用于裂縫寬度為0.2mm~0.3mm的混凝土裂縫修補。修補工序如下:裂縫清理—試漏—配制注漿液—壓力注漿—二次注漿—清理表面。當裂縫數量較多時,先要在裂縫位置上貼醫用白膠布,再用窄毛刷蘸漿沿裂縫來回涂刷封縫,使裂縫封閉,大約10分鐘后,揭去膠布條,露出小縫,粘貼注漿嘴用漿包嚴。固化后周邊可能有裂口,必須反復用漿補上,以避免注漿漏漿。注漿操作一般在粘嘴的第二天進行,若氣溫高的話,半天就可注漿。操作時先用補縫器吸取注漿液,插入注漿嘴,用手推動補縫器活塞,使漿液通過注漿嘴壓入裂縫,當相鄰的嘴中流出漿液時,就可拔出補縫器,堵上鋁鉚釘。一般由上往下注漿,水平縫一般從一端到另一端逐個注漿。為了保證漿液充滿,在注漿后約半小時可以對每個注漿嘴再次補漿。

(三)表面覆蓋法修補裂縫。這是一種在微細裂縫(一般寬度小于0.2mm)的表面上涂膜,以達到修補混凝土微細裂縫的目的。分涂覆裂縫部分及全部涂覆兩種方法,這種方法的缺點是修補工作無法深入到裂縫內部,對延伸裂縫難以追蹤其變化。表面覆蓋法所用材料視修補目的及建筑物所處環境不同而異,通常采用彈性涂膜防水材料,聚合物水泥膏、聚合物薄膜(粘貼)等。施工時,首先用鋼絲刷子將混凝土表面打毛,清除表面附著物,用水沖洗干凈后充分干燥,然后用樹脂充填混凝土表面的氣孔,再用修補材料涂覆表面。

四、防裂的主要措施

(一)合理選擇配合比

1.應選用水化熱低、凝結時間長的水泥,優先選用礦渣硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥、火山灰質硅酸鹽水泥。在保證混凝土強度和拌合物的坍落度要求的前提下,提高摻合物料及骨料的含量,降低單方混凝土的水泥用量。

2.粗骨料宜采用連續級配的石子,最大粒徑不宜大于40mm,含泥量不大于1%;細骨料宜采用中粗砂,含泥量不大于3%。

3.宜摻用緩凝劑、減水劑等外加劑,以減小水泥水化熱,或推遲水化熱的峰值期;宜摻入適量的微膨脹劑或使用膨脹水泥,使混凝土得到補償收縮,降低收縮應力。

4.大體積混凝土配合比的計算和試配除按規定執行外,宜在配合比確定后進行水化熱的驗算和測定。

(二)施工的綜合措施

1.大體積混凝土的澆筑應根據整體連續澆筑的要求,結合結構尺寸的大小、鋼筋疏密、混凝土供應條件等具體情況,采用全面分層、分段分層或斜面分層的澆筑方法,也可以配合采用二次振搗,增加混凝土的密實度,提高抗裂能力。為使上下層混凝土在初凝前結合良好,也可在下層混凝土面預留溝槽,以加強上下層混凝土的黏結。

2.為減少大體積混凝土的內外約束,混凝土澆筑前宜在基層設置滑移層。滑移層可采用設置瀝青油氈或鋪砂石層緩沖的做法。

3.當大體積混凝土平面尺寸過大時,可以適當設置后澆帶,以減小外約束力和溫度應力,同時也有利于散熱及降低混凝土內部的實際溫度,為減少分塊間后澆帶處鋼筋的連接約束,應將鋼筋的連接設置在后澆帶處。

4.暑期施工時應采取有效措施降低混凝土內部的實際溫度,如采取拌合水中摻入冰屑、使用冷卻水作為拌合用水、砂石采取遮陽措施和噴冷水降溫等。在混凝土澆筑后采用冷水養護降溫,或采用覆蓋材料養護。但要注意水溫和混凝土溫度之差不宜超過20℃。冬期施工可采用蓄熱法,利用保溫模板和保溫材料防止冷空氣侵襲,以達到降低混凝土內外溫差的目的。

5.進行溫度監測控制,當發現混凝土的內部溫度與表面溫度、以及表面溫度與環境溫度之差超過25℃時,應及時加強保溫或延緩拆除保溫材料,以防止混凝土因過大的溫度應力而產生裂縫。□(編輯/穆楊)