建筑工程混凝土裂縫成因分析

荊 哲,李志剛

(1.綏化市公路管理處;2.黑龍江龍捷市政軌道交通工程有限公司)

近些年,隨著我國經濟的快速發展,無論城市設施建設還是工業與民用建筑的建設,用的商品混凝土也越來越多,尤其是的,但施工中的混凝土溫度裂縫問題日顯突出,并成為具有相當普遍性的問題,給帶來了嚴重的安全隱患。因此,對混凝土裂縫的成因進行分析,并在材料、施工等方面提出了相對應的裂縫控制方法有很重大的實際工程意義。

1 混凝土裂縫原因分析

1.1 混凝土本身的影響

主要是水泥水化熱過高,混凝土在澆筑振搗以后,水泥水化過程中產生一定的熱量,水化熱聚在結構內部不易散失,引起急劇升溫,在建筑工程中一般為 20～30℃甚至更高。由于結構物在一個自然散熱條件中,實際混凝土內部的最高溫度多數發生在混凝土澆筑的最初 3～5d。隨著混凝土齡期的增長,彈性模量的增高,對混凝土內部降溫收縮的約束也就愈來愈大,以致產生很大的拉應力,當混凝土的抗拉強度不足以抵抗這種應力時,開始出現溫度裂縫。

1.2 混凝土的收縮變形

混凝土的收縮,也是產生裂縫的重要原因。實際所需拌和水比水泥水化所需的水要多得多。拌和水中只有約 20%的水是水泥水化所必須的,其余的都要被蒸發掉。水分蒸發之后,引起混凝土收縮,當收縮受到約束時,則產生收縮應力,當收縮應力大于當時混凝上的抗拉應力時,則裂縫隨之產生。

1.3 地基和老混凝土與約束

當混凝土澆筑在比較堅硬的基巖或老混凝土上時,混凝土澆注初期的水化熱升溫,產生膨脹,受到巖石或老混凝土的約束,將產生較小的壓應力。而當混凝土溫度繼續下降時,由于基巖或老混凝土對溫降引起的收縮變形約束的結果,混凝土塊內將出現較大的拉應力,裂縫隨之產生。

1.4 施工方面的因素

違章施工、不當施工造成混凝土裂縫,夏季施工時由于運輸車交通不暢耽擱時間,在泵車出料時混凝上的經時坍損較大,混凝土的和易性和流動性較差,現場工人人為加水,造成混凝土強度的降低,加水部分的混凝土水灰比和強度與原配合比的混凝土不同造成不同配比混凝土的凝縮裂縫和干縮裂縫。另外,振搗方式不當引起裂縫不正確的振搗方式會造成混凝土分層離析、表面浮漿而使混凝土面層開裂,或造成混凝土砂漿大量向低處流淌致使混凝土產生不均勻沉降收縮而在結構厚薄交界處出現裂縫。另外,現場養護不當是造成混凝土收縮開裂最主要的原因。目前,許多施工現場在澆筑混凝土時都不能做到及時覆蓋保溫養護,一般總要等到最后一遍抹光結束后才覆蓋,還有很多工地根本就不予覆蓋,結果混凝上表面開裂。

1.5 環境氣候的因素

混凝土結構施工期間,外界氣溫的變化情況對防止混凝土開裂有重大影響。外界氣溫越高,混凝土的澆筑溫度也越高。如果外界溫度下降,會增加混凝土的降溫幅度,特別是在外界溫度驟降時,會增加外層混凝土與內部混凝土的溫差,這時對混凝土抗裂極為不利。

2 混凝土溫度裂縫控制要點

2.1 重視材料的選用

使用低熱水泥如礦渣水泥和大壩水泥等,能明顯降低混凝土的絕熱溫升,降低混凝土的最高溫度。伴隨減小混凝土內表溫差,起到減小溫度應力的作用。從而減少產生裂縫的充分條件。水泥水化熱測定按現行國家標準《水泥水化熱實驗方法(直接法)》測定,要求配制混凝土所用水泥 7d的水化熱不大于 25kJ/kg。為降低水化絕熱溫升、減小體積變形,混凝土一般不宜使用水化熱高水泥,應使用水化熱較低的中熱硅酸鹽水泥和低熱礦渣水泥:更不宜使用早強型水泥。因此,在滿足混凝土設計要求的前提下,盡量采用低水化熱水泥。其次是優化混凝土的配合比,以便在保證混凝土強度及流動度條件下,盡量節省水泥、降低混凝土絕熱溫升。按照基于絕熱溫升控制的綠色高性能混凝土配合比優化設計四功能準則對配合比進行優化。最后,摻用混合材料以減少用水量、節約水泥,降低混凝土的絕熱溫升,提高混凝土的抗裂能力。

2.2 施工階段的裂縫控制措施

(1)控制澆灌溫度。要降低混凝土的最高溫度和溫差,比較直接的措施是降低澆筑溫度,但其實施必須擁有一定的條件才能實現,在特大型工程中可能才用得到。為了降低混凝土從攪拌機出料到卸料,泵送和澆灌振搗后的溫度,減少結構的內外溫差,一般按季節采取措施,如夏季施工時,則應以減少冷量損失、著手在整個長度的水平輸送管道上覆蓋草包并經常噴灑冷水、在澆灌混凝土時,采用一個坡度、薄層澆灌、循序推進、一次到頂等措施來縮小混凝土暴露面積以及加快澆灌速度,縮短澆灌時間。在冬季施工時,對結構厚度在 1.0m以上的混凝土可繼續施工,但應保證保溫澆灌、保溫養護,一般可利用混凝土本身散發的水化熱養護自己,并要求在混凝土沒有達到允許臨界強度以前防止凍害。根據試驗資料證明,混凝土的早期強度達到臨界強度后,在零下溫度作用下不會遭到凍害,小于該“臨界”強度時則會遭到凍害。

(2)合理安排施工進度。對混凝土澆筑,應遵循“同時澆搗,分層堆累,一次到頂,循序漸進”的成熟工藝。在每次澆筑中,又分幾層,其層間的間隔時間應盡量縮短,必須在上層混凝土初凝之前,開始澆筑下層混凝土。層間最長的時間間隔不大于混凝土的初凝時間。當層間間隔時間超過混凝上的初凝時間。層面應按施工縫處理:①消除澆筑表面的浮漿、軟弱混凝上層及松動的石子,并均勻露出粗骨料;②在上層混凝土澆筑前,應用壓力水沖洗混凝土表面的污物,充分濕潤,但不得有水;③對非泵送及低流動度混凝土,在澆筑上層混凝土時,應采取接漿措施。

(3)改進攪拌工藝和振搗工藝。在攪拌的混凝土時,改變以往的投料程序,采取先把水、水泥和砂拌和后,再投放石子進行攪拌的新方法。這種攪拌工藝被為“裹砂法”,也可稱為二次投料法。這種攪拌工藝的主要優點是無泌水現象,混凝土上下層強度差減少,可有效地防止水分向石子與水泥砂漿面的集中,從而使硬化后的界面過渡層的結構致密、粘結加強。

2.3 混凝土的養護

為了保證混凝土有適宜的硬化條件,混凝土終凝后,筏板邊緣、剪力墻中間等不易被塑料薄膜完全覆蓋部位,可采用澆水保濕。混凝土升溫階段如果因表面未能完全覆蓋而出現局部干燥時,可澆熱水(40～50℃)濕潤表面,防止出現干燥裂縫。降溫階段可澆自來水養護,保溫保濕養護時間為14d。施工前還應再準備好一層養護用塑料薄膜和一層再生棉氈,以便根據環境氣溫變化情況對保溫保濕質量作以調整。如果養護階段混凝土表面溫度過低,導致溫差過大,可在混凝土表面采取加熱措施,如碘鎢燈照射。澆筑后的一段時間內對混凝土內部及表面溫度進行跟蹤監測,并根據溫度的變化情況及時采取適當的保溫、保濕養護措施。

近幾年,隨著我國經濟的發展,工程規模的擴大,施工中混凝土出現逐步增多的趨勢。混凝土剛度較大,裂縫的存在將嚴重影響其正常使用,本文對混凝土裂縫的成因及控制問題進行了探討,在工程實踐中不斷發現問題,總結經驗教訓,確保工程質量。