摘 要:從干縮、沉陷、溫度、化學反應、施工工藝等方面分析了混凝土裂縫產生的原因,介紹了在設計和施工方面采取的裂縫預防措施,以保證工程質量,確保建筑物和構件的安全、穩定性。
關鍵詞:混凝土,地基變形,裂縫,早期養護
中圖分類號: TU755. 7 文獻標識碼:A
混凝土是一種由砂石骨料、水泥、水及其他外加材料混合而形成的非均質脆性材料。由于混凝土施工和本身變形、約束等一系列問題,硬化成型的混凝土中存在著眾多的微孔隙、氣穴和微裂縫,微裂縫通常是一種無害裂縫,對混凝土的承重、防滲及其他一些使用功能不產生危害。但是在混凝土受到荷載、溫差等作用之后,微裂縫就會不斷的擴展和連通,最終形成肉眼可見的宏觀裂縫,也就是混凝土工程中常說的裂縫。
1 裂縫產生的原因
1. 1 干縮裂縫
干縮裂縫產生的主要原因是:混凝土內外水分蒸發程度不同而導致變形不同的結果;混凝土受外部條件的影響,表面水分損失過快,變形較大,內部濕度變化較小變形較小,較大的表面干縮變形受到混凝土內部約束,產生較大拉應力而產生裂縫。相對濕度越低,水泥漿體干縮越大,干縮裂縫越容易產生,大體積混凝土中平面部位多見。干縮裂縫會影響混凝土的抗滲性,引起鋼筋的銹蝕影響混凝土的耐久性,在水壓力的作用下會產生水力劈裂影響混凝土的承載力等等。混凝土干縮主要和混凝土的水灰比、水泥的成分、水泥的用量、集料的性質和用量、外加劑的用量等有關。
1. 2 塑性收縮裂縫
塑性收縮裂縫產生的主要原因是:混凝土在終凝前幾乎沒有強度或強度很小,或者混凝土剛剛終凝而強度很小時,受高溫或較大風力的影響,混凝土表面失水過快,造成毛細管中產生較大的負壓而使混凝土體積急劇收縮,而此時混凝土的強度又無法抵抗其本身收縮,因此產生龜裂。影響混凝土塑性收縮開裂的主要因素有水灰比、混凝土的凝結時間、環境溫度、風速、相對濕度等。
1. 3 沉陷裂縫
沉陷裂縫產生的主要原因是: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所致;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,特別是在冬季,模板支撐在凍土上,凍土化凍后產生不均勻沉降,致使混凝土結構產生裂縫,此類裂縫多為深進或貫穿性裂縫,裂縫寬度受溫度變化的影響較小。地基變形穩定之后,沉陷裂縫也基本趨于穩定。
1. 4 溫度裂縫
溫度裂縫多發生在大體積混凝土表面或溫差變化較大地區的混凝土結構中。溫度裂縫產生的主要原因是:混凝土澆筑后,在硬化過程中, 水泥水化產生大量的水化熱(當水泥用量在350 kg/ m3～ 550 kg/ m3 時, 混凝土將釋放出17 500 kJ / m3 ～27 500 kJ / m3 的熱量,從而使混凝土內部溫度升達70 ℃左右甚至更高) 。由于混凝土的體積較大,大量的水化熱聚積在混凝土內部而不易散發,導致內部溫度急劇上升,而混凝土表面散熱較快,這樣就形成內外的較大溫差,較大的溫差造成內部與外部熱脹冷縮的程度不同,使混凝土表面產生一定的拉應力(實踐證明當混凝土本身溫差達到25 ℃～26 ℃時,混凝土內便會產生大致在10 MPa 左右的拉應力) 。當拉應力超過混凝土的抗拉強度極限時,混凝土表面就會產生裂縫,這種裂縫多發生在混凝土施工中后期。在混凝土的施工中當溫差變化較大,或者是混凝土受到寒潮的襲擊等,會導致混凝土表面溫度急劇下降,而產生收縮,表面收縮的混凝土受內部混凝土的約束,將產生很大的拉應力而產生裂縫,這種裂縫通常只在混凝土表面較淺的范圍內產生。此種裂縫的出現會引起鋼筋的銹蝕,混凝土的碳化,降低混凝土的抗凍融、抗疲勞及抗滲能力等。
1. 5 化學反應引起的裂縫
堿骨料反應裂縫和鋼筋銹蝕引起的裂縫是鋼筋混凝土結構中最常見的由于化學反應而引起的裂縫。混凝土拌和后會產生一些堿性離子,這些離子與某些活性骨料產生化學反應并吸收周圍環境中的水而體積增大,造成混凝土酥松、膨脹開裂。這種裂縫一般出現在混凝土結構使用期間,一旦出現很難補救,因此應在施工中采取有效的措施進行預防。
1. 6 施工工藝引起的裂縫
由于混凝土的拌制、澆筑、振搗、養生不良或者是鋼筋保護層較薄,有害物質進入混凝土使鋼筋產生銹蝕,銹蝕的鋼筋體積膨脹,導致混凝土脹裂,此種類型的裂縫多為縱向裂縫,沿鋼筋的位置出現。
2 裂縫的預防措施
2. 1 設計措施
1) 嚴把原材料質量關。進場材料必須經嚴格檢驗達到技術標準后方能使用,對高標號混凝土使用高標號水泥,減少水泥用量,水泥初凝時間必須大于45 min。細集料使用級配良好的中砂,細度模數Mx > 2. 6 ,含泥量小于2 %。粗骨料使用質地堅硬、級配良好的碎石,含泥量小于1 % ,針片狀顆粒含量應小于5 %。2) 精心合理地設計混凝土配合比,在保證混凝土具有良好工作性的情況下,嚴格控制混凝土的水灰比,減少水泥用量,保證水的用量控制在標準范圍之內,減少混凝土的坍落度,以便造成不必要的材料浪費,節約成本。在混凝土中合理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,推遲熱峰的出現時間。3) 在混凝土結構中設置合適的收縮縫,對松軟土、填土地基在上部結構施工前應進行必要的夯實和加固。保證模板有足夠的強度和剛度,且支撐牢固,并使地基受力均勻。4) 避免結構突變產生應力集中,在易產生應力集中的薄弱環節采取加強措施。
2. 2 施工措施
1) 混凝土的拌和:在施工過程中細致分析混凝土集料的級配,控制混凝土的水灰比,減少水泥用量和混凝土的坍落度,嚴格按照設計配合比進行。混凝土拌合時間控制在2 min ,不能過短,也不能過長。攪拌時間短混合料不均勻,時間過長,會破壞材料的結構。保證混凝土的均勻性,嚴格控制加水量,經常檢測混凝土的坍落度,以保證混凝土具有良好的和易性。2) 混凝土的澆筑:混凝土澆筑之前,將基層和模板澆水均勻濕透,防止混凝土澆灌過程中地基被水浸泡。混凝土澆筑應選擇一天中溫度較低的時候進行,要振搗密實。采用插入式振搗器振搗時,移動間距不應超過振搗器作用半徑的1. 5 倍,對每一振搗部位必須振動到混凝土停止下沉,不再冒出氣泡,表面呈現平坦、泛漿,邊振動邊徐徐提出振動棒,避免過振,造成混凝土離析。也可采用兩次振搗技術,改善混凝土強度,提高抗裂性。高溫季節澆筑時可以采用搭設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。要合理安排施工工序,分層、分塊澆筑,以利于散熱,減小約束。3) 要控制混凝土初始溫度,加強混凝土溫度的監控,及時采取冷卻、保護措施,預留溫度收縮縫。充分利用混凝土后期強度,可以減少用水量,減少水化熱和收縮。4) 混凝土的養護:不論是收縮裂縫還是溫度裂縫,混凝土的養護最為關鍵,所以要加強混凝土的早期養護。等混凝土脫模后才開始灑水養護的方法是錯誤的。混凝土澆筑收漿完成后,應盡快用潮濕的草簾、麻片等覆蓋和灑水養護,使混凝土表面始終保持在濕潤狀態,不允許混凝土在高溫下裸露曝曬。由于水泥在水化過程中產生很大的熱量,混凝土澆筑完成后必須在側模外噴水散熱,以免混凝土由于溫度過高,體積膨脹過大,在冷卻后體積收縮過大產生裂縫,養護時間不少于14 d。可適當延長混凝土的養護時間,保證混凝土表面緩慢冷卻。冬季施工時要適當延長混凝土保溫覆蓋時間,并涂刷養護劑養護。在高溫和大風天氣要設置遮陽和擋風設施,及時養護。5) 混凝土盡可能晚拆模,且要注意拆模的先后次序。拆模后混凝土表面溫度不應下降15 ℃以上,混凝土的現場試塊強度不低于C5 。如果在凍土上搭設模板,要注意采取一定的預防措施。6) 為了避免由化學反應引起的裂縫可以在鋼筋表層涂刷防腐涂料。
3 結語
裂縫是混凝土結構中普遍存在的一種現象,它的出現和發展不僅破壞混凝土的整體性,影響建筑物的外觀、使用功能和使用壽命,而且會引起鋼筋的銹蝕,混凝土的碳化,降低材料的耐久性,建筑物的承載能力及抗滲能力。因此要對混凝土裂縫產生的原因,區別對待,根據實際情況具體分析研究,在施工中采取各種有效的預防措施來預防裂縫的出現和發展,并采取合理的方法進行處理,保證工程質量,保證建筑物和構件安全、穩定地工作。
