簡(jiǎn)述混凝土裂縫的成因與防治措施

劉景剛

1 混凝土裂縫產(chǎn)生原因

混凝土在不受外力的情況下產(chǎn)生混凝土收縮變形,受到外部約束時(shí)(支承條件、鋼筋等),將在混凝土中產(chǎn)生拉應(yīng)力,使得混凝土開裂。引起混凝土裂縫的主要有塑性收縮、干燥收縮和溫度收縮三種。混凝土裂縫的產(chǎn)生原因主要有:外荷載,物理因素,化學(xué)因素及施工操作等。其中塑性收縮裂縫、沉降收縮裂縫、干燥收縮裂縫、撞擊裂縫、沉陷裂縫、化學(xué)反應(yīng)裂縫及凍脹裂縫,可通過控制水灰比和水泥用量,材料選用,良好的養(yǎng)護(hù),振搗合理,拆模符合規(guī)范,外加劑的選擇等一系列預(yù)防措施避免其產(chǎn)生。溫度收縮裂縫可通過控制溫度和改善約束條件兩個(gè)方面預(yù)防裂縫的產(chǎn)生。

2 塑性收縮裂縫

2.1 現(xiàn)象

塑性收縮裂縫簡(jiǎn)稱塑性裂縫,多在新澆筑的基礎(chǔ),梁,板暴露于空氣中的上表面出現(xiàn)。形狀接近直線,長(zhǎng)短不一,互補(bǔ)連貫,裂縫較淺,類似干燥的泥漿面。大多在混凝土初凝后,當(dāng)外界氣溫高,風(fēng)速大,氣候干燥的情況下出現(xiàn)。

2.2 原因分析

1)混凝土澆筑后,表面沒有及時(shí)覆蓋,受風(fēng)吹日曬,表面游離水分蒸發(fā)較快,產(chǎn)生急劇的體積收縮,而此時(shí)混凝土早期強(qiáng)度較低,不能抵抗這種變形應(yīng)力而導(dǎo)致開裂。2)使用收縮率較大的水泥,水泥用量過多,或使用過量的粉砂,或混凝土水灰比過大。3)混凝土坍落度過大,模板或墊層過于干燥,吸水大。4)澆筑在斜坡上的混凝土,由于重力作用有向下流動(dòng)的傾向,也是導(dǎo)致這類裂縫出現(xiàn)的因素。

2.3 預(yù)防措施

1)配制混凝土?xí)r,嚴(yán)格控制水灰比和水泥用量,選擇級(jí)配良好的石子,減小空隙率和砂率。同時(shí),要振搗密實(shí),以減少收縮量,提高混凝土早期抗裂強(qiáng)度。2)澆筑混凝土前,將墊層和模板澆水濕透,避免吸收混凝土中水分。3)澆筑混凝土后,對(duì)裸露表面應(yīng)及時(shí)用潮濕材料覆蓋,認(rèn)真養(yǎng)護(hù),防止強(qiáng)風(fēng)吹襲和烈日曝曬。4)在氣溫高,濕度低或風(fēng)速大的天氣施工,混凝土澆筑后,應(yīng)及時(shí)進(jìn)行噴水養(yǎng)護(hù),使其保持濕潤(rùn)。分段澆筑混凝土宜澆完一段,養(yǎng)護(hù)一段。在炎熱季節(jié),要加強(qiáng)表面的抹壓和養(yǎng)護(hù)。5)在混凝土表面噴養(yǎng)護(hù)劑,覆蓋塑料薄膜或濕草袋,使水分不易蒸發(fā)。6)加設(shè)擋風(fēng)設(shè)施,以降低作用于混凝土表面的風(fēng)速。

2.4 治理方法

1)如混凝土仍保持塑性,可采用及時(shí)壓抹一遍或重新振搗的辦法來消除,再加強(qiáng)覆蓋養(yǎng)護(hù)。2)如混凝土已硬化,可向裂縫內(nèi)裝入干水泥粉然后加水濕潤(rùn),或在表面抹薄層水泥漿進(jìn)行處理。

3 干燥收縮裂縫

3.1 現(xiàn)象

這種裂縫為表面性的,寬度較細(xì),多在0.005 mm～0.2 mm之間。走向縱橫交錯(cuò),沒有規(guī)律性,裂縫分布不均。但對(duì)較薄的梁、板類構(gòu)件,多沿短方向分布;整體結(jié)構(gòu)多發(fā)生在結(jié)構(gòu)變截面處,平面裂縫多延伸到變截面部位或塊體邊緣,大體積混凝土在平面部位較多見,側(cè)面也時(shí)有出現(xiàn),預(yù)制構(gòu)件多產(chǎn)生在箍筋位置。

3.2 原因

1)混凝土成型后養(yǎng)護(hù)不當(dāng),受到風(fēng)吹日曬,表面水分散失快,體積收縮大,而內(nèi)部濕度變化很小,收縮也小,因而表面收縮變形受到內(nèi)部混凝土的約束,出現(xiàn)拉應(yīng)力,引起混凝土表面開裂,或者平臥薄型構(gòu)件水分蒸發(fā),產(chǎn)生的體積收縮受到地基或墊層的約束,而出現(xiàn)干縮裂縫。2)混凝土長(zhǎng)時(shí)間露天堆放,時(shí)干時(shí)濕,使表面濕度經(jīng)常發(fā)生劇烈變化。3)采用含泥量大的粉砂配制混凝土,收縮大,抗拉強(qiáng)度低。4)混凝土經(jīng)過度振搗,表面形成水泥含量較多的砂漿層,收縮量增大。5)后張法預(yù)應(yīng)力構(gòu)件露天生產(chǎn)后長(zhǎng)久不張拉等。

3.3 預(yù)防措施

1)混凝土水泥用量、水灰比和砂率不能過大;提高粗骨料含量,以降低干縮量;嚴(yán)格控制砂石含泥量,避免使用過量粉砂;混凝土應(yīng)振搗密實(shí),并注意對(duì)板面進(jìn)行抹壓,可在混凝土初凝后,終凝前進(jìn)行二次抹壓,以提高混凝土抗拉強(qiáng)度,減少收縮量。2)加強(qiáng)混凝土早期養(yǎng)護(hù),并適當(dāng)延長(zhǎng)養(yǎng)護(hù)時(shí)間。長(zhǎng)期露天堆放的預(yù)制構(gòu)件可覆蓋草墊、草袋,避免曝曬,并定期適當(dāng)噴水,保持濕潤(rùn)。薄壁構(gòu)件則應(yīng)在陰涼地方堆放并覆蓋,避免發(fā)生過大濕度變化。

4 溫度裂縫

4.1 溫度裂縫產(chǎn)生的原因

混凝土硬化期間水泥放出大量水化熱,內(nèi)部溫度不斷上升,在表面引起拉應(yīng)力。后期在降溫過程中,由于受到基礎(chǔ)或混凝土的約束,又會(huì)在混凝土內(nèi)部出現(xiàn)拉應(yīng)力。氣溫的降低也會(huì)在混凝土表面引起很大的拉應(yīng)力。當(dāng)這些拉應(yīng)力超過混凝土的極限抗拉強(qiáng)度時(shí)混凝土表面就會(huì)出現(xiàn)裂縫。

4.2 溫度應(yīng)力的分析

1)早期:自澆筑混凝土開始至水泥放熱基本結(jié)束,一般約30 d。這個(gè)階段的兩個(gè)特征:a.水泥放出大量的水化熱;b.混凝土彈性模量的急劇變化。2)中期:自水泥放熱作用基本結(jié)束時(shí)起至混凝土冷卻到穩(wěn)定溫度時(shí)止,這個(gè)時(shí)期中,溫度應(yīng)力主要是由于混凝土的冷卻及外界氣溫變化所引起,這些應(yīng)力與早期形成的殘余應(yīng)力相疊加,在此期間混凝土的彈性模量變化不大。3)晚期:混凝土完全冷卻以后的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)期。溫度應(yīng)力主要是外界氣溫變化所引起,這些應(yīng)力與前兩種的殘余應(yīng)力相疊加。

4.3 溫度應(yīng)力引起的原因

1)自身應(yīng)力:邊界上沒有任何約束或完全靜止的結(jié)構(gòu),如果內(nèi)部溫度是非線性分布的,由于結(jié)構(gòu)本身互相約束而出現(xiàn)的溫度應(yīng)力。例如,橋梁墩身,結(jié)構(gòu)尺寸相對(duì)較大,混凝土冷卻時(shí)表面溫度低,內(nèi)部溫度高,在表面出現(xiàn)拉應(yīng)力,在中間出現(xiàn)壓應(yīng)力。

2)約束應(yīng)力:結(jié)構(gòu)的全部或部分邊界受到外界的約束,不能自由變形而引起的應(yīng)力。如箱梁頂板混凝土和護(hù)欄混凝土。

4.4 溫度的控制和防止裂縫的措施

4.4.1 控制溫度等措施

1)采用粒徑大、強(qiáng)度高、級(jí)配好的骨料,用干硬性混凝土摻混合料(如粉煤灰),加引氣劑或塑化劑等措施以減少混凝土中的水泥用量。2)拌和混凝土?xí)r加水或用水將碎石冷卻以降低混凝土的澆筑溫度;在施工現(xiàn)場(chǎng)露天堆放的砂石料用布覆蓋,以減少陽光對(duì)其的輻射加溫。3)熱天澆筑混凝土?xí)r盡量減少澆筑厚度、分層澆筑,利用澆筑層面散熱。4)在混凝土中埋設(shè)水管,通入冷卻循環(huán)水,采用循環(huán)法保溫養(yǎng)護(hù),以便加快混凝土內(nèi)部熱量的散發(fā)。5)規(guī)定合理的拆模時(shí)間;氣溫驟降時(shí)混凝土表面應(yīng)覆蓋一些織物進(jìn)行保溫、保濕養(yǎng)護(hù),以免混凝土表面發(fā)生急劇的溫度梯度;為了及時(shí)掌握混凝土內(nèi)部溫度與表面溫度變化值,可以在混凝土內(nèi)埋設(shè)一定量的測(cè)溫點(diǎn)。6)混凝土冬季施工要防止早期混凝土受凍的問題,所以要求混凝土澆筑時(shí)應(yīng)該具有較高的澆筑溫度,一般以5℃～10℃為宜,對(duì)砂石料采取保溫措施,對(duì)拌合用水應(yīng)適度加熱(最高溫度不應(yīng)超過75℃);混凝土澆筑完成后采用蒸汽養(yǎng)護(hù)的方式對(duì)混凝土進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

4.4.2 改善約束條件的措施

1)合理地分縫分塊;2)避免基礎(chǔ)過大起伏;3)合理的安排施工工序,避免過大的高差和側(cè)面長(zhǎng)期暴露。

4.5 裂縫的處理

混凝土裂縫應(yīng)以預(yù)防為主,但是由于實(shí)際情況復(fù)雜多變,所以實(shí)際工程中還是難免出現(xiàn)一些裂縫。對(duì)于深層裂縫和貫穿裂縫,可以采用風(fēng)鎬、風(fēng)鉆或人工將裂縫鑿除至看不見裂縫為止,鑿槽斷面為梯形,再在上面澆筑混凝土;處理較深的裂縫時(shí),在裂縫上鋪設(shè)1層～2層鋼筋網(wǎng)后再澆筑新混凝土。對(duì)于比較嚴(yán)重的裂縫可以采取水泥灌漿和化學(xué)灌漿的方法處理。水泥灌漿適用于裂縫寬度在0.5 mm以上,當(dāng)裂縫寬度小于0.5 mm時(shí)應(yīng)采取化學(xué)灌漿處理,化學(xué)灌漿材料一般使用環(huán)氧—糠醛丙酮系等漿材。

5 結(jié)語

改善混凝土的工作性,提高抗裂能力,特別是保證混凝土的質(zhì)量對(duì)防止裂縫十分重要,應(yīng)特別注意避免產(chǎn)生貫穿裂縫,出現(xiàn)后要恢復(fù)其結(jié)構(gòu)的整體性是十分困難的,因此施工中應(yīng)以預(yù)防貫穿性裂縫的發(fā)生為主。為保證混凝土工程質(zhì)量提高混凝土的耐久性,可通過選用合適的水泥品種和水泥用量、使用高質(zhì)量的骨料、正確選用和使用外加劑、振搗合理、拆模符合規(guī)范、重視后期的養(yǎng)護(hù)等一系列預(yù)防措施,可以避免危害結(jié)構(gòu)安全的裂縫的產(chǎn)生。

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