大體積混凝土裂縫產(chǎn)生原因分析及控制措施

【摘 要】本文分析了大體積混凝土產(chǎn)生裂縫的原因;介紹了預(yù)防控制裂縫的措施，可在工程實踐中參考應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】混凝土;裂縫;分析;控制措施 

Great crack creation of the physical volume concrete reason analysis and control measure

Zhang Yu-hong

(Hebei Province gaocheng city highway management station Gaocheng Hebei 052160)

【Abstract】This text analysis the reason of big creation crack of the physical volume concrete;Introduction prevention control crack of measure， can in the engineering the fulfillment reference application.

【Key words】Concrete;Crack;Analysis;Control measure

1. 論述

近年來，隨著國民經(jīng)濟和建筑技術(shù)的發(fā)展，建筑規(guī)模不斷擴大，大型現(xiàn)代化技術(shù)設(shè)施或構(gòu)筑物不斷增多，大體積混凝土逐漸成為構(gòu)成大型設(shè)施或構(gòu)筑物主體的重要組成部分。所謂大體積混凝土，一般理解為尺寸較大的混凝土，美國混凝土學(xué)會給出了大體積混凝土的定義:任何現(xiàn)澆混凝土，其尺寸達到必須解決水化熱及隨之引起的體積變形問題，以最大限度的減少開裂影響的，即稱為大體積混凝土。這就提出了大體積混凝土開裂的問題，并且如何采取有效措施防止大體積混凝土的開裂，成為了一個值得關(guān)注的問題。

2. 橋梁裂縫產(chǎn)生原因淺析

裂縫產(chǎn)生的原因可分為兩大類:一是材料型裂縫，是由非受力變形變化引起的，主要是由溫度應(yīng)力和混凝土的收縮引起的。二是結(jié)構(gòu)型裂縫，是由外荷載引起的，包括常規(guī)結(jié)構(gòu)計算中的主要應(yīng)力以及其他的結(jié)構(gòu)次應(yīng)力造成的受力裂縫。混凝土橋梁裂縫的種類，就其產(chǎn)生的原因，大致可劃分如下幾種:

(1)溫度變化引起的裂縫 。

混凝土具有熱脹冷縮性質(zhì)，當(dāng)外部環(huán)境或結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度發(fā)生變化，混凝土將發(fā)生變形，若變形遭到約束，則在結(jié)構(gòu)內(nèi)將產(chǎn)生應(yīng)力，當(dāng)應(yīng)力超過混凝土抗拉強度時即產(chǎn)生溫度裂縫。溫度裂縫區(qū)別其它裂縫最主要特征是將隨溫度變化而擴張或合攏。

(2)收縮引起的裂縫。

在實際工程中，混凝土因收縮所引起的裂縫是最常見的。在混凝土收縮種類中，塑性收縮和縮水收縮(干縮)是發(fā)生混凝土體積變形的主要原因，另外還有自生收縮和炭化收縮。

(3)地基礎(chǔ)變形引起的裂縫。

由于基礎(chǔ)豎向不均勻沉降或水平方向位移，使結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生附加應(yīng)力，超出混凝土結(jié)構(gòu)的抗拉能力，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)開裂。

(4)凍脹引起的裂縫。

大氣氣溫低于零度時，吸水飽和的混凝土出現(xiàn)冰凍，游離的水轉(zhuǎn)變成冰，體積膨脹9%，因而混凝土產(chǎn)生膨脹應(yīng)力;同時混凝土凝膠孔中的過冷水(結(jié)冰溫度在-78度以下)在微觀結(jié)構(gòu)中遷移和重分布引起滲透壓，使混凝土中膨脹力加大，混凝土強度降低，并導(dǎo)致裂縫出現(xiàn)。

(5)施工材料質(zhì)量引起的裂縫。

混凝土主要由水泥、砂、骨料、拌和水及外加劑組成。配置混凝土所采用材料質(zhì)量不合格，可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫。

2.1 水泥。

水泥安定性不合格，水泥中游離的氧化鈣含量超標(biāo)。水泥出廠時強度不足，水泥受潮或過期，可能使混凝土強度不足，從而導(dǎo)致混凝土開裂。當(dāng)水泥含堿量較高(例如超過0.6%)，同時又使用含有堿活性的骨料，可能導(dǎo)致堿骨料反應(yīng)。

2.2 砂、石骨料。

砂石的粒徑、級配、雜質(zhì)含量。砂石粒徑太小、級配不良、空隙率大，將導(dǎo)致水泥和拌和水用量加大，影響混凝土的強度，使混凝土收縮加大，如果使用超出規(guī)定的特細砂，后果更嚴重。

2.3 拌和水及外加劑。

拌和水或外加劑中氯化物等雜質(zhì)含量較高時對鋼筋銹蝕有較大影響。采用海水或含堿泉水拌制混凝土，或采用含堿的外加劑，可能對堿骨料反應(yīng)有影響。

(6)施工工藝質(zhì)量引起的裂縫。

在混凝土結(jié)構(gòu)澆筑、構(gòu)件制作、起模、運輸、堆放、拼裝及吊裝過程中，若施工工藝不合理、施工質(zhì)量低劣，容易產(chǎn)生縱向的、橫向的、斜向的、豎向的、水平的、表面的、深進的和貫穿的各種裂縫，特別是細長薄壁結(jié)構(gòu)更容易出現(xiàn)。比較典型常見的有:

2.3.1 混凝土保護層過厚，或亂踩已綁扎的上層鋼筋，使承受負彎矩的受力筋保護層加厚，導(dǎo)致構(gòu)件的有效高度減小，形成與受力鋼筋垂直方向的裂縫。

2.3.2 混凝土振搗不密實、不均勻，出現(xiàn)蜂窩、麻面、空洞，導(dǎo)致鋼筋銹蝕或其它荷載裂縫的起源點。

2.3.3 混凝土澆筑過快，混凝土流動性較低，在硬化前因混凝土沉實不足，硬化后沉實過大，容易在澆筑數(shù)小時后發(fā)生裂縫，既塑性收縮裂縫。

2.3.4 混凝土攪拌、運輸時間過長，使水分蒸發(fā)過多，引起混凝土塌落度過低，使得在混凝土體積上出現(xiàn)不規(guī)則的收縮裂縫。

2.3.5 混凝土初期養(yǎng)護時急劇干燥，使得混凝土與大氣接觸的表面上出現(xiàn)不規(guī)則的收縮裂縫。

2.3.6 用泵送混凝土施工時，為保證混凝土的流動性，增加水和水泥用量，或因其它原因加大了水灰比，導(dǎo)致混凝土凝結(jié)硬化時收縮量增加，使得混凝土體積上出現(xiàn)不規(guī)則裂縫。

2.3.7 混凝土分層或分段澆筑時，接頭部位處理不好，易在新舊混凝土和施工縫之間出現(xiàn)裂縫。

2.3.8 混凝土早期受凍，使構(gòu)件表面出現(xiàn)裂紋，或局部剝落，或脫模后出現(xiàn)空鼓現(xiàn)象。

2.3.9 施工時模板剛度不足，在澆筑混凝土?xí)r，由于側(cè)向壓力的作用使得模板變形，產(chǎn)生與模板變形一致的裂縫。

2.3.10 施工時拆模過早，混凝土強度不足，使得構(gòu)件在自重或施工荷載作用下產(chǎn)生裂縫。

2.3.11 施工前對支架壓實不足或支架剛度不足，澆筑混凝土后支架不均勻下沉，導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)裂縫。

(7)荷載引起的裂縫。

混凝土橋梁在常規(guī)靜、動荷載及次應(yīng)力下產(chǎn)生的裂縫稱荷載裂縫，歸納起來主要有直接應(yīng)力裂縫、次應(yīng)力裂縫兩種。

a.直接應(yīng)力裂縫是指外荷載引起的直接應(yīng)力產(chǎn)生的裂縫。

b.次應(yīng)力裂縫是指由外荷載引起的次生應(yīng)力產(chǎn)生裂縫。

3. 保證大體積混凝土質(zhì)量及控制裂縫的措施

綜上所述，橋梁產(chǎn)生裂縫的原因主要可以歸納為以下三個大的方面:溫度裂縫、沉縮裂縫及抗拉裂縫。在施工中可以通過以下措施控制混凝土結(jié)構(gòu)物裂縫的產(chǎn)生。

3.1 保證混凝土的質(zhì)量。

保證混凝土的質(zhì)量主要有以下幾個措施:

3.1.1 選擇合適水泥和嚴格控制水泥用量。

由于溫差主要是由水化熱產(chǎn)生的，所以為了減小溫差就要盡量降低水化熱，為了降低水化熱，要盡量采取早期水化熱低的水泥，由于水泥的水化熱是礦物成分與細度的函數(shù)，要降低水泥的水化熱，主要是選擇適宜的礦物組成和調(diào)整水泥的細度模數(shù)，在施工中一般采用中熱硅酸鹽水泥和低熱礦渣水泥。

3.1.2 嚴格控制原材料和含泥量 。

(1)粗骨料盡量擴大粗骨料的粒徑，因為粗骨料粒徑越大，級配越好，孔隙率越小，總表面積越小，每立方米的用水泥砂漿量和水泥用量就越小，水化熱就隨之降低，對防止裂縫的產(chǎn)生有利。

(2)細骨料宜采用級配良好的中砂和中粗砂，最好用中粗砂，因為其孔隙率小，總表面積小，這樣混凝土的用水量和水泥用量就可以減少，水化熱就低，裂縫就減少。

3.1.3 選擇優(yōu)化配合比。

選用良好級配的骨料，嚴格控制砂石質(zhì)量，降低水灰比，并在砼中摻加粉煤灰和外加劑等，以降低水泥用量，減少水化熱，以降低砼溫升，從而可以降低砼所受的拉應(yīng)力。

3.2 溫度的控制和防止裂縫的措施。

為了防止裂縫，減輕溫度應(yīng)力可以從控制溫度方面著手。控制溫度的措施如下:

(1)采用改善骨料級配，用干硬性混凝土，摻混合料，加引氣劑或塑化劑等措施以減少混凝土中的水泥用量;

(2)拌合混凝土?xí)r加水或用水將碎石冷卻以降低混凝土的澆筑溫度;

(3)熱天澆筑混凝土?xí)r減少澆筑厚度，利用澆筑層面散熱;

(4)在混凝土中埋設(shè)水管，通入冷水降溫;

(5)規(guī)定合理的拆模時間，氣溫驟降時進行表面保溫，以免混凝土表面發(fā)生急劇的溫度梯度;

(6)施工中長期暴露的混凝土澆筑塊表面或薄壁結(jié)構(gòu)，在寒冷季節(jié)采取保溫措施。

3.3 采用合理的施工方法。

混凝土的拌制

(1)在混凝土拌制過程中，要嚴格控制原材料計量準(zhǔn)確，同時嚴格控制混凝土出機塌落度。

(2) 要盡量降低混凝土拌合物出機口溫度，拌合物可采取以下兩種降溫措施:一是送冷風(fēng)對拌和物進行冷卻，二是加冰拌合，一般使新拌混凝土的溫度控制在6℃左右。

混凝土澆注、拆模

(1) 混凝土澆注過程質(zhì)量控制。

澆注過程中要進行振搗方可密實，振搗時間應(yīng)均勻一致以表面泛漿為宜，間距要均勻，以振搗力波及范圍重疊二分之一為宜，分層澆注時每個澆筑帶的前后布置兩道振動器，第一道布置在混凝土出料口，主要解決上部混凝土的振實;由于底層鋼筋間距較密，第二道布置在混凝土坡腳處，以確保下部混凝土密實。同時保證上層混凝土在下層初凝前結(jié)合緊密，避免縱向施工縫、提高結(jié)構(gòu)整體性和抗剪性能。

混凝土澆注

(2)澆注時間控制。

盡量避開在太陽輻射較高的時間澆注，若由于工程需要在夏季施工，則盡量避開正午高溫時段，澆注盡量安排在夜間進行。

(3) 混凝土拆模時間控制。

混凝土在實際溫度養(yǎng)護的條件下，強度達到設(shè)計強度的75%以上，混凝土中心與表面最低溫度控制在25℃以內(nèi)，預(yù)計拆模后混凝土表面溫降不超過9℃以上允許拆模。

加強砼澆筑后的養(yǎng)護

砼澆筑后，應(yīng)盡快回填土——土是砼最好的養(yǎng)護材料之一。目前這是砼保溫保濕養(yǎng)護的最有效方法，對預(yù)防裂縫是非常有益的。

4. 結(jié)語

大體積混凝土的裂縫是目前學(xué)者和工程界關(guān)注的一個重要問題，通過以上分析可知，只要我們施工中多觀察、多比較，出現(xiàn)問題后多分析、多總結(jié)，結(jié)合多種預(yù)防處理措施，混凝土的裂縫是完全可以控制在充許的范圍內(nèi)。

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[文章編號]1006-7619(2010)07-04-149