建筑工程中混凝土產(chǎn)生裂縫成因與控制

2015-04-29 00:00:00藤尚賢

基層建設 2015年7期

摘要：裂縫是建筑工程混凝土容易出現(xiàn)的一個質(zhì)量問題，影響結構安全和正常使用，本文著重分析了裂縫產(chǎn)生的原因，并主要從施工角度，提出了控制裂縫的幾項預防措施。

關鍵詞：建筑工程；混凝土；裂縫分析；預防措施

現(xiàn)代建筑工程中時常涉及到混凝土施工，如高層樓房基礎、大型設備基礎、水利大壩、大型樁基承臺等。它主要的特點就是體積大，一般實體內(nèi)部最小尺寸大于或等于1m。它的表面系數(shù)比較小，水泥水化熱釋放比較集中，內(nèi)部溫升比較快。混凝土內(nèi)外溫差較大時，會使混凝土產(chǎn)生溫度裂縫，影響結構安全和正常使用。

1混凝土裂縫危害和成因分析

混凝土內(nèi)出現(xiàn)的裂縫按深度的不同，分為貫穿裂縫、深層裂縫及表面裂縫三種。貫穿裂縫是由混凝土表面裂縫發(fā)展為深層裂縫，最終形成貫穿裂縫。它切斷了結構的斷面，可能破壞結構的整體性和穩(wěn)定性，其危害性是較為嚴重的；而深層裂縫部分地切斷了結構斷面，也有一定危害性；表面裂縫一般危害性較小。

產(chǎn)生裂縫的主要原因有以下幾方面：

①設計原因：設計結構中斷面突變，導致應力集中所產(chǎn)生的構件裂縫。設計中對構件施加預應力不當，造成構件的裂縫（偏心、應力過大等）。設計中構造鋼筋配置過少或過粗等引起構件裂縫（如墻板、樓板）。設計中未充分考慮混凝土構件的收縮變形。

②材料原因：粗細集料含泥量過大，造成混凝土收縮增大。集料顆粒級配不良或采取不恰當?shù)拈g斷級配，容易造成混凝土收縮的增大，誘導裂縫的產(chǎn)生。混凝土外加劑、摻和料選擇不當、或摻量不當，嚴重增加混凝土收縮。

③水泥水化熱原因：單位時間混凝土釋放的水泥水化熱，與混凝土單位體積中水泥用量和水泥品種有關，并隨混凝土的齡期而增長。由于混凝土結構表面可以自然散熱，實際上內(nèi)部的最高溫度，多數(shù)發(fā)生在澆筑后的最初3～5天。

④混凝土配合比原因：設計中水泥等級或品種選用不當，配合比中水灰比（水膠比）過大，單方水泥用量越大、用水量越高，表現(xiàn)為水泥漿體積越大、坍落度越大，收縮越大。配合比設計中砂率、水灰比選擇不當造成混凝土和易性偏差，導致混凝土離淅、泌水、保水性不良，增加收縮值，配合比設計中混凝土膨脹劑摻量選擇不當。

⑤外界氣溫變化原因：大體積混凝土在施工階段，它的澆筑溫度隨著外界氣溫變化而變化。特別是氣溫驟降，會大大增加內(nèi)外層混凝土溫差，這對大體積混凝土是極為不利的。溫度應力是由于溫差引起溫度變形造成的；溫差愈大，溫度應力也愈大。同時，在高溫條件下，大體積混凝土不易散熱，混凝土內(nèi)部的最高溫度一般可達60～65℃，并且有較長的延續(xù)時間。因此，應采取溫度控制措施，防止混凝土內(nèi)外溫差引起的溫度應力。

⑥混凝土的收縮原因：混凝土中約20%的水分是水泥硬化所必須的，而約80%的水分要蒸發(fā)。多余水分的蒸發(fā)會引起混凝土體積的收縮。混凝土收縮的主要原因是內(nèi)部水蒸發(fā)引起混凝土收縮。如果混凝土收縮后，再處于水飽和狀態(tài)，還可以恢復膨脹并幾乎達到原有的體積。干濕交替會引起混凝土體積的交替變化，這對混凝土是很不利的。影響混凝土收縮，主要是水泥品種、混凝土配合比、外加劑和摻合料的品種以及施工工藝（特別是養(yǎng)護條件）等。

⑦施工及現(xiàn)場養(yǎng)護原因：現(xiàn)場澆搗混凝土時，振搗或插入不當，漏振、過振或振搗棒抽撤過快，均會影響混凝土的密實性和均勻性，誘導裂縫的產(chǎn)生。對大體積混凝土工程，缺少兩次抹面，易產(chǎn)生表面收縮裂縫。大體積混凝土澆注，對水化計算不準、現(xiàn)場混凝土降溫及保溫工作不到位，引起混凝土內(nèi)部溫度過高或內(nèi)外溫差過大，混凝土產(chǎn)生溫度裂縫，現(xiàn)場養(yǎng)護措施不到位，混凝土早期脫水，引起收縮裂縫。

2.施工中應采取的主要技術措施

施工中應采取的主要技術措施樓面裂縫的發(fā)生除以陽角45度斜角裂縫為主外，還有較常見的兩類：一類是預埋線管及線管集中處；另一類為施工中周轉材料較集中和較頻繁的吊裝卸料堆放區(qū)域。現(xiàn)從施工角度進行綜合分析，并分類采取以下幾項主要技術措施：

2.1重點加強樓面鋼筋網(wǎng)的有效保護措施。鋼筋在樓面砼板中是受抗拉力，起著抵抗外荷載所產(chǎn)生的彎矩和防止砼收縮和溫差裂縫發(fā)生的雙重作用，而這一雙重作用均需鋼筋處在上下合理的保護層前提下才能確保有效。實際施工中，樓面下層的鋼筋網(wǎng)在受到砼墊塊及模板的依托下保護層較易正確控制。但當墊塊間距放大至1.5米時，鋼筋網(wǎng)的合理保護層厚度就無法保障，所以縱橫向的墊塊間跨限制在1平方米中放2塊。與此相反，樓面上層鋼筋網(wǎng)的有效保護，一直是施工中的一大難題。其原因：板的上層鋼筋一般較細，施工中受到人員踩踏后容易彎曲、變形、下墜，鋼筋離樓層模板的高度較大無法受到模板的依托保護；各工種交叉作業(yè)，造成施工人員眾多、行走十分頻繁，尤其砼泵管裝拆時無處落腳難免被大量踩踏，上層鋼筋網(wǎng)的鋼筋設置間距過大，甚至不設（僅依靠樓面梁上部鋼筋擱置和分離式配筋的拐腳支撐）。

2.2預埋線管處的裂縫防治。預埋線管，特別是多根線管的集中處容易導致裂縫。當預埋線管直徑較大，開間寬度較大，且線管的敷設走向重合時，很容易發(fā)生樓面裂縫。因此對于較粗的管線或多根線管的集中處須加強。根據(jù)我公司的經(jīng)驗，建議增設的抗裂短鋼筋采用Φ6～Φ8，間距≤100。

2.3材料吊卸區(qū)域的樓面裂縫防治，對這類裂縫的綜合防治措施如下：

（1）主體結構的施工速度不能強求過快，樓層澆筑完后的必要養(yǎng)護必須獲得保證主體結構階段的樓層施工速度宜控制在6-7天一層為宜。

（2）科學安排樓層施工作業(yè)計劃，在樓層砼澆筑完畢的24小時后，可做一些測量、定位、彈線等準備工作，最多只允許暗柱鋼筋焊接工作，不允許吊裝大宗材料，避免沖擊負載。砼終凝后可先分批安排運少量暗柱和剪力墻鋼筋進行綁扎活動，做到輕卸、輕放，以控制和減少沖擊振動力。第3天方可開始吊裝鋼管等大宗材料以及從事樓層墻板和樓面的模板正常支模施工。

（3）對計劃中的臨時大開間材料吊裝堆放區(qū)域部位（一般約40平方米左右）的模板支撐架設前，應預先考慮采用加密立桿（立桿的縱、橫向間距均不宜大于800毫米）和擱柵增加模板支撐架剛度的加強措施，以增強剛度、減少變形來加強該區(qū)域的抗沖擊振動荷載，并應在該區(qū)域的新筑砼表面鋪設舊木模板以保護和擴散外力，防止裂縫的發(fā)生。

2.4對樓面砼的養(yǎng)護，防裂措施。

（1）嚴格控制砼的入模溫度在30℃左右。選擇在傍晚開始澆注承臺砼，對粗料進行噴水和護蓋；施工現(xiàn)場設置遮陽設施，搭設彩條布棚，避免陽光直曬；在水箱中加入冰塊，降低拌和水的溫度；在基坑內(nèi)設大功率的鼓風機進行通風散熱。

（2）埋設6層冷卻管，每層冷卻管配潛水泵，在第一批開始砼初凝時由專人負責往冷卻管內(nèi)注入涼水降溫，冷卻水流速應大于15L/min，冷卻水采用嘉陵江水，持續(xù)養(yǎng)生7天。通過冷卻排水，帶走砼體內(nèi)的熱量，許多工程實踐表明，此方法可使大體積砼體內(nèi)的溫度降低3-4攝氏度。

（3）澆注砼時，采用薄層澆注，控制砼在澆注過程中均勻上升，避免砼拌和物堆積過大高差，砼的分層厚度控制在20-30cm。

（4）砼澆注后，搭設遮陽布棚，避免陽光曝曬承臺表面。

（5）砼澆注后，砼表面用土工布覆蓋保溫，并灑水養(yǎng)生，使砼緩慢降溫、緩慢干燥，減少砼內(nèi)外溫差。

（6）砼澆筑后，每2小時量測冷卻管出口的水溫和砼表面溫度，若溫差大于20℃時，及時調(diào)整養(yǎng)護措施，如加快冷卻水的流通速度等措施，以控制溫差小于25℃。

3防止混凝土裂縫出現(xiàn)的預防措施

3.1混凝土的配制

大體積混凝土所選用的原材料應注意以下幾點：

①粗骨料宜采用連續(xù)級配，細骨料宜采用中砂。

②外加劑宜采用緩凝劑、減水劑；摻合料宜采用粉煤灰、礦渣粉等。

③混凝土在保證混凝土強度及坍落度要求的前提下，應提高摻合料及骨料的含量，以降低單方混凝土的水泥用量。

④水泥應盡量選用水化熱低、凝結時間長的水泥，優(yōu)先采用中熱硅酸鹽水泥、低熱礦渣硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥等。

但是，水化熱低的礦渣水泥的析水性比其它水泥大，在澆筑層表面有大量水析出。這種泌水現(xiàn)象，不僅影響施工速度，同時影響施工質(zhì)量。因析出的水聚集在上、下兩澆筑層表面間，使混凝土水灰比改變，而在掏水時又帶走了一些砂漿，這樣便形成了一層含水量多的夾層，破壞了混凝土的粘結力和整體性。混凝土泌水性的大小與用水量有關，用水量多，泌水性大；且與溫度高低有關，水完全析出的時間隨溫度的提高而縮短；此外，還與水泥的成分和細度有關。所以，在選用礦渣水泥時應盡量選擇泌水性的品種，并應在混凝土中摻入減水劑，以降低用水量。在施工中，應及時排出析水或拌制一些干硬性混凝土均勻澆筑在析水處，用振搗器振實后，再繼續(xù)澆筑上一層混凝土。

3.2混凝土的澆筑

澆筑方案，除應滿足每一處混凝土在初凝以前就被上一層新混凝土覆蓋并搗實完畢外，還應考慮結構大小、鋼筋疏密、預埋管道和地腳螺栓的留設、混凝土供應情況以及水化熱等因素的影響，常采用的方法有以下幾種：

3.2.1全面分層

即在第一層全面澆筑全部澆筑完畢后，再回頭澆筑第二層，此時應使第一層混凝土還未初凝，如此逐層連續(xù)澆筑，直至完工為止。采用這種方案，適用于結構的平面尺寸一般不宜太大，施工時從短邊開始，沿長邊推進比較合適。必要時可分成兩段，從中間向兩端或從兩端向中間同時進行澆筑。

3.2.2分段分層：

混凝土澆筑時，先從底層開始，澆筑至一定距離后澆筑第二層，如此依次向前澆筑其他各層。由于總的層數(shù)較多，所以澆筑到頂后，第一層末端的混凝土還未初凝，又可以從第二段依次分層澆筑。這種方案適用于單位時間內(nèi)要求供應的混凝土較少，不象第一種方案那樣集中。這種方案適用于結構物厚度不太大而面積或長度較大的工程。

3.2.3斜面分層：

要求斜面的坡度不大于1/3，適用于結構的長度大大超過厚度3倍的情況。混凝土從澆筑層下端開始，逐漸上移。

3.3混凝土養(yǎng)護時的溫度控制

大體積混凝土的養(yǎng)護，不僅要滿足強度增長的需要，還應通過人工的溫度控制，防止因溫度變形引起混凝土的開裂。

溫度控制就是對混凝土的澆筑溫度和混凝土內(nèi)部的最高溫度進行人為的控制。

在混凝土養(yǎng)護階段的溫度控制應遵循以下幾點：

①混凝土的中心溫度與表面溫度之間、混凝土表面溫度與室外最低氣溫之間的差值均應小于20℃；當結構混凝土具有足夠的抗裂能力時，不大于25℃～30℃。

②混凝土拆模時，混凝土的溫差不超過20℃。其溫差應包括表面溫度、中心溫度和外界氣溫之間的溫差。

③采用內(nèi)部降溫法來降低混凝土內(nèi)外溫差。內(nèi)部降溫法是在混凝土內(nèi)部預埋水管，通入冷卻水，降低混凝土內(nèi)部最高溫度。冷卻在混凝土剛澆筑完時就開始進行，還有常見的投毛石法，均可以有效地控制因混凝土內(nèi)外溫差而引起的混凝土開裂。

④保溫法是在結構物外露的混凝土表面以及模板外側覆蓋保溫材料（如草袋、鋸木、濕砂等），在緩慢的散熱過程中，使混凝土獲得必要的強度，以控制混凝土的內(nèi)外溫差小于20℃。

⑤混凝土表層布設抗裂鋼筋網(wǎng)片，防止混凝土收縮時產(chǎn)生干裂。

4結束語