水泥混凝土早期裂縫的分類及防治

安永福

[摘要]水泥混凝土早期裂縫的分類有沉降裂縫;干縮裂縫;溫度裂縫;施工裂縫。在研究早期裂縫病害中,應該認識和掌握微裂縫的產生和發展基因,才能從根本上防止和消除微裂縫。

[關鍵詞]水泥混凝土 早期裂縫 分類 防治

根據“早裂”的潛在成因及外部條件的影響,初步歸納后,可將早期裂縫分為四種,分別是:沉降裂縫;干縮裂縫;溫度裂縫;施工裂縫。

一、沉降裂縫

砼澆筑后,水泥和骨料自然下沉,同時引起泌水,在沉降過程中發生的裂縫。產生沉降裂縫主要原因,是砼澆筑后水泥和骨料在下沉階段,如受到鋼筋和其它埋件的局部阻礙、模板移動、基礎沉降,使該處砼產生拉應力和剪應力時,該處就會產生沉降裂縫。裂縫一般均在澆筑后1~3小時產生,屬硬化前裂縫。發現后迅速進行處理,可重新加壓抹平,使裂縫閉合,能達到較好效果。

為防止和減少沉降裂縫,應從以下三方面著手:(1)在保證砼和易性的條件下,降低砼的單位用水量,使用干硬性砼。(2)選擇在沉降結束以前快速硬化,而又不失去粘結力的水泥和外加劑。(3)施工良好震搗,消除因泌水產生的水膜而減少砼沉降。

二、干縮裂縫

水泥砼澆筑后,在硬化的過程中,由于水泥水化生成物的體積比原來物質的體積小,加上游離水在空氣中蒸發及凝膠體失水而緊縮,隨著砼何體積收縮產生拉應力,當拉應力大于當時砼的抗拉強度,而產生干縮裂縫。裂縫的主要特征:表面開裂,縱橫交錯,沒有一定規律;縫寬和長度都很小,與發絲相似,不注意時較難發現。

干縮裂縫是砼路面早期裂縫中最常見危害之一。因內外研究資料表明,砼的干燥收縮也是砼特性之一,正是因為這一特征,能使砼密實,提高砼與鋼筋之間的粘結力。但是干縮量超過一定程度就會產生裂縫。

干縮裂縫的產生與使用材料、配合比、板塊尺寸、養護條件、外加劑等有密切關系,根據對干縮裂縫的認識,對其成因分述如下:(1)在冬季或夏季施工,往往由于養護不及時,讓砼風吹日曬,造成砼表面水分蒸發速度過快,超過了泌水速度,因而產生干縮裂縫。(2)對于塑性砼來說,從凝結到硬化結束,就是早期收縮期間,也是砼快速失去塑性的過程。此時,如果砂率過大,石料含泥量過多,或是采用干縮量較大的水泥,都會造成砼過量收縮而產生裂縫。

三、溫度裂縫

水泥砼具有熱脹冷縮的性質。由于水泥水化作用,是伴隨發熱的化學反應,所以,在硬化的過程中釋放大量熱能,使溫度上升。經參考有關實測資料,在通常溫度范圍內,砼溫度上升1℃,每米膨脹0.01毫米。這種溫度變形,對大面積砼板塊,極為不利。砼路面板的內部溫度增高有時可達到40~60℃,使內部砼產生顯著的體積膨脹,而板面砼隨著晚上氣溫降低,濕水養護而冷卻收縮。內部膨脹與外部收縮,互相制約,產生很大拉應力,而外部砼所受拉應力一旦超過砼當時的極限抗拉強度時,板塊就會產生裂縫。

對溫度裂縫的處理,尚未較成熟的辦法。按常規整塊打掉,返工重澆,浪費較大。我市常用辦法是用切割機垂直切除損壞部分,破除運走,重新澆筑單層鋼筋砼,以保證損壞塊的強度及穩定性。

對于溫度裂縫,應該樹立以防為主的思想。在施工管理的過程中,我們積累了不少的好經驗和預防措施。綜合起來,主要有下面三條:(1)砼單位骨料用量愈大,其熱膨脹系數愈小。水泥漿含量愈多,則砼膨脹系數愈大。因此,合理選擇級配,采用水化熱較低水泥,減少水泥及用水量,降低砼膨脹值,是防止溫度裂縫的主要途徑。(2)施工管理中,應注意人工降溫措施,對表層砼采取保溫保濕防護措施,減少溫度變形。(3)對于大面積砼路面施工,應該做到及時鋸縫,這是防止溫度裂縫的有效措施。

四、施工裂縫

在砼早期裂縫中,可以說沒一種裂縫不與施工因素有關。施工裂縫主要是指由施工因素產生的裂縫。

從我省道路施工中比較常見的施工裂縫,追蹤其成因主要有兩方面:(1)震搗不夠,拆摸過早,因而引起砼表面和邊部開裂。(2)在不中斷交通的情況下,分邊施工,先期施工的砼板塊通車后,影響新澆筑的板塊,產生震動裂縫。

對防止施工裂縫的產生,并非一個純技術問題,在很大程度上是施工管理問題。只要嚴格加強施工質量,正確執行施工技術操作規程,因施工因素產生的裂縫是可以防止和避免的。

除了上述肉眼可見的裂縫外,許多學者對砼變形與破壞的內在原因進行了研究。認為砼在外力作用下的變形裂縫是內部裂縫的發展,是量變到質變的具體體現。

所謂微裂縫,是每一種肉眼無法看到,只有用顯微鏡或超聲波探測器才能發現的裂縫。這種由于沉陷、水化、干燥、碳化等因素產生的微裂縫,在未受外力作用之前,就存在于砼內部。

對于微裂縫,就其存在來說,它是誘發早期裂縫的潛在因素。就其發展來看,它是路面在通車受力后,大開裂或變形破壞的禍根之一。所以我們在研究早期裂縫病害中,應該首先認識和掌握微裂縫的產生和發展基因,才能從根本上防止和消除微裂縫。隨著對微裂縫研究的發展,目前已觀測到對水泥砼力學性質具有很大影響的微裂縫主要有三種:

(1)界面裂縫

界面裂縫存在于砂漿和粗骨料粘結面上。由于砼硬化過程中,砂漿的水化作用和收縮引起砂漿體積變化而產生的應力,破壞了砂漿和粗骨料界面間的粘結力,而形成雜亂無章分布的微細裂縫。

另一原因,是砼成型后的泌水作用,某些上升的水分為骨料所阻,因而聚集于粗骨料的下緣,妨礙粘結而成為界面裂縫,這種裂縫對砼的變形性質起著重要的作用。

(2)砂漿裂縫

砂漿本身產生的裂縫。主要由水泥含堿量和溫度變化引起砂漿膨脹而生產。這種裂縫在受力或其它因素的作用下,將會連接鄰近的界面裂縫而形成連續裂縫,此時砼將會遭到嚴重破壞。

(3)骨料裂縫

骨料粒子內部產生裂縫。這種裂縫在骨料(石料)中因石質和成巖紋理的原因,使其在開采和扎碎過程中形成微裂縫。

以上三種裂縫常常形成兩條粘結裂縫,并且以砂漿裂縫為聯結而形成連續裂縫。微裂縫在外力和溫度、干濕變化、化學作用等因素的影響下,常常引起早期和后期的砼破壞。

五、結束語

水泥砼路面早期裂縫的產生,其內因與外部條件,非常復雜。既有單一因素,也有綜合因素。因此我們對某一種裂縫的產生,也不應看到孤立,應綜合進行分析研究,以確保水泥砼路面的工程質量,減少早期裂縫所造成的損失。