混凝土非結(jié)構(gòu)性裂縫的控制措施

鄧青松

(中國五冶集團(tuán)有限公司，四川成都 610000 )

1 收縮裂縫

1.1 收縮裂縫產(chǎn)生的原因

收縮裂縫是由濕度變化引起的，是混凝土非結(jié)構(gòu)性裂縫中的主要部分?；炷潦且运酁橹饕z結(jié)材料，以天然砂、石為骨料加水拌合，經(jīng)過澆筑成型、凝結(jié)硬化形成的人工石材。在施工中，為保證其和易性，往往加入比水泥水化作用所需的水份多4～5倍的水。多出的這些水分以游離態(tài)形式存在，并在硬化過程中逐步蒸發(fā)，從而在混凝土內(nèi)部形成大量毛細(xì)孔、空隙甚至孔洞，造成混凝土體積收縮。此外，混凝土硬化過程中水化作用和碳化作用也會引起混凝土體積收縮。根據(jù)有關(guān)試驗(yàn)測定，混凝土最終收縮量約為0.04%～0.06%。可見，收縮是混凝土固有的物理特性，一般來說，水灰比越大、水泥強(qiáng)度越高、骨料越少、環(huán)境溫度越高、表面失水越大，則其收縮值越大，也越易產(chǎn)生收縮裂縫。根據(jù)收縮裂縫的形成機(jī)理與形成時間，工程中常見的收縮裂縫主要有塑性收縮裂縫和干燥收縮裂縫兩類。

1.1.1 塑性收縮裂縫

塑性收縮裂縫多產(chǎn)生于新澆混凝土表面，大多產(chǎn)生于混凝土初凝后、終凝前?；炷帘砻嫠菡舭l(fā)速度超過其內(nèi)部初、終凝硬化的速度，致使混凝土表面收縮，但是這種收縮受到結(jié)構(gòu)構(gòu)件和下層配筋約束而產(chǎn)生的淺層開裂，有時還有收縮與壓縮的疊加。裂縫多呈外寬內(nèi)窄，常見為不規(guī)則的多邊形或與鋼筋方向相互平行，長度從幾厘米到幾米不等，一般自表面開始，但也可發(fā)展成貫穿裂縫。在環(huán)境氣溫高、風(fēng)速大，氣候干燥的情況下易于出現(xiàn)，高性能混凝土特別容易產(chǎn)生這種裂縫(圖1)。

圖1 混凝土塑性收縮裂縫

主要成因分析：(1)混凝土澆筑后未及時覆蓋，表面水分蒸發(fā)過快，產(chǎn)生急劇的體積收縮，而此時混凝土強(qiáng)度極低，不能抵抗這種變形應(yīng)力而導(dǎo)致開裂；(2)水泥用量過多，或使用過量粉砂，或混凝土水灰比過大；(3)使用有滲透性的柔性模板、模板、墊層過于干燥，吸水大；(4)振搗不足。

1.1.2 干燥收縮裂縫

這類裂縫一般在混凝土澆筑一段時間后出現(xiàn)，裂縫多為表面性的，寬度較細(xì)，多在0.05～0.2 mm。走向縱橫交錯，沒有規(guī)律性。但薄壁混凝土結(jié)構(gòu)中，多沿結(jié)構(gòu)的短方向分布。此外在結(jié)構(gòu)變截面處以及大體積混凝土的平面部位較多見，嚴(yán)重時裂縫會由表及里，由小到大逐步向深部發(fā)展，形成貫穿裂縫(圖2)。

圖2 混凝土干燥收縮裂縫

主要成因分析：(1)混凝土澆筑后養(yǎng)護(hù)不當(dāng)，表面水份散失快，體積收縮大，而內(nèi)部濕度變化小，收縮也小，因而表面收縮變形受內(nèi)部混凝土約束出現(xiàn)拉應(yīng)力，引起混凝土表面開裂；(2)混凝土連續(xù)長度較長，整體收縮大；(3)混凝土級配中砂石含泥量大，收縮大，抗拉強(qiáng)度低；(4)混凝土過度振搗，表面形成水泥含量較多的砂漿層，收縮增大。

1.2 收縮裂縫的控制措施

1.2.1 塑性收縮裂縫的控制措施

(1)選用干縮值較小早期強(qiáng)度較高的硅酸鹽或普通硅酸鹽水泥。

(2)嚴(yán)格控制水灰比，摻加高效減水劑來增加混凝土的坍落度和和易性，減少水泥及水的用量。

(3)澆筑混凝土之前，將基層和模板澆水均勻濕透。

(4)及時覆蓋塑料薄膜或者潮濕的草墊、麻袋等，保持混凝土終凝前表面濕潤，或者在混凝土表面噴灑養(yǎng)護(hù)劑等進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

(5)在高溫和大風(fēng)天氣要設(shè)置遮陽和擋風(fēng)設(shè)施，及時養(yǎng)護(hù)。

1.2.2 干縮裂縫的控制措施

(1)選用干縮較小的水泥品種：普通水泥的干縮要低于礦渣水泥。

(2)合理調(diào)整混凝土的配合比：采用低水灰比，低單方水泥用量和低用水量，同時還宜降低砂率，盡量采用中粗砂。

(3)適當(dāng)提高混凝土的抗拉強(qiáng)度。在水泥用量一定的條件下，縮小水灰比可使混凝土抗拉強(qiáng)度增高大于混凝土干縮應(yīng)力的增加，有減少裂縫的趨勢。使用早強(qiáng)劑可提高混凝土的早期強(qiáng)度，但干縮也隨之加大，因此，應(yīng)以提高抗裂安全度為目的，綜合考慮后采取措施。

(4)施工時應(yīng)掌握正確的振搗方法，確?；炷恋拿軐?shí)，同時又要避免過振搗。加強(qiáng)濕水養(yǎng)護(hù)，確保養(yǎng)護(hù)質(zhì)量，盡量延遲干縮的發(fā)生。

(5)采用合理的設(shè)計(jì)構(gòu)造措施：合理設(shè)置伸縮縫，減輕約束作用，縮小約束范圍。同時對薄壁構(gòu)件的配筋采用小直徑，增加布筋密度的方式，可以減少裂縫發(fā)展的趨勢。

2 溫度裂縫

2.1 溫度裂縫產(chǎn)生原因

溫度裂縫是由于混凝土內(nèi)外溫差或季節(jié)氣溫變化過大而形成的。表面溫度裂縫走向無一定規(guī)律性，大面積結(jié)構(gòu)溫度裂縫?？v橫交錯。表面溫度裂縫常發(fā)生在施工期間，寬度受溫度變化影響較明顯，冬季較寬，夏季較細(xì)(圖3)。

圖3 混凝土溫度裂縫示意

主要成因分析：表面溫度裂縫多由溫差較大引起。特別是大體積混凝土基礎(chǔ)澆筑后，在硬化期間，水泥放出大量水化熱，內(nèi)部溫度不斷上升，使混凝土表面和內(nèi)部溫差較大，當(dāng)溫度產(chǎn)生非均勻的降溫差時，將導(dǎo)致混凝土表面急劇的溫度變化而產(chǎn)生較大的降溫收縮，此時表面受到內(nèi)部混凝土的約束，將產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力，而混凝土早期抗拉強(qiáng)度很低，因而出現(xiàn)裂縫。

2.2 溫度裂縫控制措施

溫度裂縫的主要控制措施有：

(1)盡量選用低熱或中熱水泥，如礦渣水泥、粉煤灰水泥等。

(2)減少水泥用量,將水泥用量盡量控制在450 kg/m3以下。

(3)降低水灰比，一般混凝土的水灰比控制在0.6以下。

(4)改善骨料級配，摻加粉煤灰或高效減水劑等來減少水泥用量,降低水化熱。

(5)改善混凝土的攪拌加工工藝，在傳統(tǒng)的三冷技術(shù)的基礎(chǔ)上采用二次風(fēng)冷新工藝，降低混凝土的澆筑溫度。

(6)在混凝土中摻加一定量的具有減水、增塑、緩凝等作用的外加劑，改善混凝土拌合物的流動性、保水性，降低水化熱，推遲熱峰的出現(xiàn)時間。

(7)高溫季節(jié)澆筑時可以采用搭設(shè)遮陽板等輔助措施控制混凝土的溫升，降低澆筑混凝土的溫度。

(8)大體積混凝土的溫度應(yīng)力與結(jié)構(gòu)尺寸相關(guān)，混凝土結(jié)構(gòu)尺寸越大，溫度應(yīng)力越大，因此要合理安排施工工序，分層、分塊澆筑，以利于散熱，減小約束。

(9)在大體積混凝土內(nèi)部設(shè)置冷卻管道，通冷水或者冷氣冷卻，減小混凝土的內(nèi)外溫差。

(10)加強(qiáng)混凝土溫度的監(jiān)控，及時采取冷卻、保護(hù)措施。

(11)預(yù)留溫度收縮縫。

(12)減小約束，澆筑混凝土前宜在基巖和老混凝土上鋪設(shè)5 mm左右的砂墊層或使用瀝青等材料涂刷。

(13)加強(qiáng)混凝土養(yǎng)護(hù)，混凝土澆筑后，及時用濕潤的草簾、麻袋等覆蓋，并注意灑水養(yǎng)護(hù)，適當(dāng)延長養(yǎng)護(hù)時間，保證混凝土表面緩慢冷卻。在寒冷季節(jié)，混凝土表面應(yīng)設(shè)置保溫措施，以防止寒潮襲擊。

(14)混凝土中配置少量的鋼筋或者摻入纖維材料將混凝土的溫度裂縫控制在一定的范圍之內(nèi)。