大體積混凝土裂縫分析和防治

向 暉

隨著發展的需求,工程中大體積混凝土結構也越來越多見,混凝土這一混合材料自然也就成了建筑結構體系里用量最大的建筑材料,同時也是一種極易發生質量問題的建筑材料。現澆混凝土的裂縫就是一種容易發生的缺陷,且很長時間沒有得到有效地防治。裂縫的出現,不僅影響了混凝土表面的觀感質量,更嚴重的是造成了結構內部鋼筋的提前銹蝕,降低了混凝土的抗滲性,影響了結構的正常使用及耐久性能,認真分析這些裂縫原因,采取針對性措施,對保證混凝土工程的施工質量,提高混凝土工程的耐久性有著重要意義。

1 大體積混凝土裂縫的分類

對現澆混凝土的用料、施工過程及混凝土的養護過程進行分析,得知主要裂縫分以下三類：1)干縮裂縫。剛澆筑不久的混凝土,尚處于初凝硬化階段,水化的速度較快,混凝土表面脫水產生干縮裂縫。2)溫度裂縫。混凝土澆筑后,由于水泥的水化熱作用,釋放大量的水化熱,使混凝土結構的溫度梯度過大,從而導致混凝土結構出現溫度裂縫。3)施工不當產生的裂縫。施工縫處理欠妥、早期結構受荷、拆模過早、受到劇烈振動等。

2 大體積混凝土裂縫的成因

1)水泥水化熱。水泥在水化過程中要產生大量的熱量,是大體積混凝土內部熱量的主要來源。由于大體積混凝土截面厚度大,水化熱聚集在結構內部不易散失,使混凝土內部的溫度升高。混凝土內部的最高溫度大多發生在澆筑后的3 d～5 d,當混凝土的內部與表面溫差過大時,就會產生溫度應力和溫度變形。溫度應力與溫差成正比例關系,溫差越大,溫度應力也越大。2)約束條件。大體積鋼筋混凝土與地基澆筑在一起,當早期溫度上升時產生的膨脹變形受到下部地基的約束而形成壓應力。由于混凝土的彈性模量小,徐變和應力松弛度大,使混凝土與地基連接不牢固,因而壓應力較小。但當溫度下降時,產生較大的拉應力,若超過混凝土的抗拉強度,混凝土就會出現垂直裂縫。3)外界氣溫變化。大體積混凝土在施工期間,外界氣溫的變化對大體積混凝土的開裂有重大影響。混凝土內部溫度是由澆筑溫度、水泥水化熱的絕熱溫度和混凝土的散熱溫度三者疊加起來的。外界溫度越高,混凝土的澆筑溫度也越高。外界溫度下降,尤其是驟降,大大增加外層混凝土與混凝土內部的溫度梯度,產生溫差應力,造成大體積混凝土出現裂縫。4)混凝土的收縮變形。混凝土的拌合水中,只有約27%的水分是水泥水化所必需的,其余70%要被蒸發。混凝土中多余水分的蒸發是引起混凝土體積收縮的主要原因之一。5)施工細節處理失誤。混凝土施工過程中,過分振搗會在表面形成一個較大較厚的砂漿層,容易形成凝縮裂縫;模板、墊層過于干燥將會因模板吸水量過大引起混凝土的塑性收縮產生裂縫;澆搗后過分抹平壓光,會使混凝土的細骨料過多地浮到表面,既而形成含水量很大的水泥漿層,導致混凝土表面龜裂。6)養護不當。這也是造成現澆混凝土板裂縫的主要原因之一,過早養護會影響混凝土的膠結能力,反之,混凝土受風吹日曬,表面游離水分蒸發過快,水泥缺乏必要的水化水,極易產生急劇的體積收縮,此時混凝土早期強度低,不能抵抗這種應力,就會產生裂縫。7)鋼筋與混凝土不協調。一方面,鋼筋設計不平衡,布置不均勻,直徑不合適,將直接造成混凝土開裂。另一方面,混凝土與鋼筋的線性膨脹系數及彈模(前者約為后者10倍)差異較大,存在收縮差異,也將導致大體積混凝土的開裂。8)施工管理不到位。大體積混凝土體積龐大、強度高、工期長,施工管理復雜,施工前后關聯性強,任何一個中間環節管理失控將直接影響著混凝土的質量。9)地基不均勻沉降。由于結構地基土質不勻、松軟,或回填土不實或浸水而造成不均勻沉降,或者因為模板剛度不足,模板支撐間距過大或支撐底部松動等導致混凝土出現沉陷裂縫。

3 大體積混凝土裂縫的防治措施

3.1 現澆混凝土材料要求

1)要選用安定性合格、收縮小、抗裂性能好的水泥。應嚴格按批量進行化驗,除強度必須保證外,尤其要保證安定性合格。2)要選用含泥量低的骨料。盡量選用中粗砂,不得使用細砂;其顆粒級配、有害物質含量等指標也應符合相關要求。3)要選用抗裂性能良好的摻料,不僅可以降低用水量,減少混凝土的收縮,而且能增加混凝土的和易性,減小泌水率,提高泵送性能。對混凝土中粉煤灰的質量應嚴格按照規范要求加以控制。4)選擇規模大、技術管理水平高的外加劑廠家,以保證同一品種外加劑的穩定性和使用性。5)混凝土的用水量對混凝土的干縮影響很大,用水量的增加不僅會增加混凝土結構內部毛細孔的數量,而且會增加混凝土成型后毛細孔內的含水量,從而增大混凝土的干縮。

3.2 混凝土施工采取的質量控制措施

1)混凝土攪拌前必須經開盤鑒定,根據砂石的含水率及時調整配合比;計量準確,嚴格控制水灰比、坍落度,對坍落度要隨時抽查;攪拌時間應符合規范要求,不能過長,也不能過短。2)無論采用哪種運輸方法,應嚴格掌握混凝土從攪拌機中卸出后到澆筑的延續時間,不得超過規范的要求和試配的初凝時間。3)嚴格按照施工方案進度計劃施工,避免因盲目追求工期而造成結構質量隱患。混凝土同條件養護試塊的強度達到要求后可拆模,避免早拆模引發混凝土構件裂縫。4)有針對性地改進施工工藝,在混凝土初凝前對局部位置進行二次復振,來減輕因離析引起在混凝土表面的裂縫。混凝土二次復振結束1 h～2 h后、混凝土終凝前,在相等的間隔時間內對混凝土表面進行三次搓毛壓平,可以有效消除混凝土表面收縮產生的裂縫。5)選擇一種合適的保溫保濕養護方式,養護時間不得少于14 d,保持混凝土始終處于濕潤狀態。6)對不同齡期、不同部位進行測溫控制,及時了解混凝土溫度變化規律。布置溫度傳感器,每個測溫點有一組測溫數據(包括空氣溫度、混凝土表面溫度、中心溫度和底部溫度)。7)加強配筋率與混凝土體型平衡。采用平衡配筋方式,對于總拉應力大、結構薄弱、剛度變化大等由于混凝土熟化原因可能造成開裂的部位適當增加配筋率;使鋼筋布置均勻,避免由于出現約束不同,導致混凝土開裂;盡可能使結構體型均衡,以防止剛度差異造成應力集中現象發生。

4 大體積混凝土裂縫的治理

1)對于大體積混凝土表面出現的龜裂,寬度在0.3 mm～0.7 mm,可先將裂縫清洗干凈,待干燥后用環氧樹脂漿液灌縫或加貼玻璃布封補。2)當結構性裂縫寬度超過0.7 mm時,鑿除水泥砂漿找平層,寬度為15 cm～30 cm,結構層鑿毛,沿裂縫方向鑿成V形槽,清洗干凈,灌注防水材料,加上一層鋼絲網(14號鋼絲,200 mm×30 mm方格網),用1∶1膨脹水泥砂漿填補,找平、壓實。3)對深層裂縫、貫穿裂縫、連續性裂縫可以采取鑿除裂縫,可以用風鎬、風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。4)在處理較深的裂縫時,一般是在混凝土已充分冷卻后,在裂縫上鋪設1層～2層的鋼筋后再繼續澆筑新混凝土。對比較嚴重的裂縫可以采取水泥灌漿和化學灌漿。水泥灌漿適用于裂縫寬度在0.5 mm以上時,對于裂縫寬度小于0.5 mm時應采取化學灌漿。化學灌漿材料一般使用環氧—糠醛丙酮系等漿材。

5 結語

雖然大體積混凝土很容易產生裂縫,但是大量的科學研究以及成功的工程實例都表明：施工時可以從控制混凝土的收縮量方面入手,從而最大限度地防止內裂縫貫通,減少由此帶來的耐久性及功能性問題。強化施工管理人員的質量觀念,嚴把材料關,認真執行相關施工工藝,質量、技術人員全程跟蹤監督,加強對勞務層的管理,共同努力,混凝土裂縫可以得到有效的預防。

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[2]GB 50010-2002,混凝土結構設計規范[S].

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[4]王偉超,肖禎雁.混凝土裂縫成因及控制措施探討[J].山西建筑,2007,33(7)：162-163.

[5]馮美云.預拌泵送混凝土施工裂縫的分析和預防及處理[J].山西建筑,2009,35(35)：118-119.