摘 要:从干缩、沉陷、温度、化学反应、施工工艺等方面分析了混凝土裂缝产生的原因,介绍了在设计和施工方面采取的裂缝预防措施,以保证工程质量,确保建筑物和构件的安全、稳定性。
关键词:混凝土,地基变形,裂缝,早期养护
中图分类号: TU755. 7 文献标识码:A
混凝土是一种由砂石骨料、水泥、水及其他外加材料混合而形成的非均质脆性材料。由于混凝土施工和本身变形、约束等一系列问题,硬化成型的混凝土中存在着众多的微孔隙、气穴和微裂缝,微裂缝通常是一种无害裂缝,对混凝土的承重、防渗及其他一些使用功能不产生危害。但是在混凝土受到荷载、温差等作用之后,微裂缝就会不断的扩展和连通,最终形成肉眼可见的宏观裂缝,也就是混凝土工程中常说的裂缝。
1 裂缝产生的原因
1. 1 干缩裂缝
干缩裂缝产生的主要原因是:混凝土内外水分蒸发程度不同而导致变形不同的结果;混凝土受外部条件的影响,表面水分损失过快,变形较大,内部湿度变化较小变形较小,较大的表面干缩变形受到混凝土内部约束,产生较大拉应力而产生裂缝。相对湿度越低,水泥浆体干缩越大,干缩裂缝越容易产生,大体积混凝土中平面部位多见。干缩裂缝会影响混凝土的抗渗性,引起钢筋的锈蚀影响混凝土的耐久性,在水压力的作用下会产生水力劈裂影响混凝土的承载力等等。混凝土干缩主要和混凝土的水灰比、水泥的成分、水泥的用量、集料的性质和用量、外加剂的用量等有关。
1. 2 塑性收缩裂缝
塑性收缩裂缝产生的主要原因是:混凝土在终凝前几乎没有强度或强度很小,或者混凝土刚刚终凝而强度很小时,受高温或较大风力的影响,混凝土表面失水过快,造成毛细管中产生较大的负压而使混凝土体积急剧收缩,而此时混凝土的强度又无法抵抗其本身收缩,因此产生龟裂。影响混凝土塑性收缩开裂的主要因素有水灰比、混凝土的凝结时间、环境温度、风速、相对湿度等。
1. 3 沉陷裂缝
沉陷裂缝产生的主要原因是:结构地基土质不匀、松软,或回填土不实或浸水而造成不均匀沉降所致;或者因为模板刚度不足,模板支撑间距过大或支撑底部松动等导致,特别是在冬季,模板支撑在冻土上,冻土化冻后产生不均匀沉降,致使混凝土结构产生裂缝,此类裂缝多为深进或贯穿性裂缝,裂缝宽度受温度变化的影响较小。地基变形稳定之后,沉陷裂缝也基本趋于稳定。
1. 4 温度裂缝
温度裂缝多发生在大体积混凝土表面或温差变化较大地区的混凝土结构中。温度裂缝产生的主要原因是:混凝土浇筑后,在硬化过程中, 水泥水化产生大量的水化热(当水泥用量在350 kg/ m3～ 550 kg/ m3 时, 混凝土将释放出17 500 kJ / m3 ～27 500 kJ / m3 的热量,从而使混凝土内部温度升达70 ℃左右甚至更高) 。由于混凝土的体积较大,大量的水化热聚积在混凝土内部而不易散发,导致内部温度急剧上升,而混凝土表面散热较快,这样就形成内外的较大温差,较大的温差造成内部与外部热胀冷缩的程度不同,使混凝土表面产生一定的拉应力(实践证明当混凝土本身温差达到25 ℃～26 ℃时,混凝土内便会产生大致在10 MPa 左右的拉应力) 。当拉应力超过混凝土的抗拉强度极限时,混凝土表面就会产生裂缝,这种裂缝多发生在混凝土施工中后期。在混凝土的施工中当温差变化较大,或者是混凝土受到寒潮的袭击等,会导致混凝土表面温度急剧下降,而产生收缩,表面收缩的混凝土受内部混凝土的约束,将产生很大的拉应力而产生裂缝,这种裂缝通常只在混凝土表面较浅的范围内产生。此种裂缝的出现会引起钢筋的锈蚀,混凝土的碳化,降低混凝土的抗冻融、抗疲劳及抗渗能力等。
1. 5 化学反应引起的裂缝
碱骨料反应裂缝和钢筋锈蚀引起的裂缝是钢筋混凝土结构中最常见的由于化学反应而引起的裂缝。混凝土拌和后会产生一些碱性离子,这些离子与某些活性骨料产生化学反应并吸收周围环境中的水而体积增大,造成混凝土酥松、膨胀开裂。这种裂缝一般出现在混凝土结构使用期间,一旦出现很难补救,因此应在施工中采取有效的措施进行预防。
1. 6 施工工艺引起的裂缝
由于混凝土的拌制、浇筑、振捣、养生不良或者是钢筋保护层较薄,有害物质进入混凝土使钢筋产生锈蚀,锈蚀的钢筋体积膨胀,导致混凝土胀裂,此种类型的裂缝多为纵向裂缝,沿钢筋的位置出现。
2 裂缝的预防措施
2. 1 设计措施
1) 严把原材料质量关。进场材料必须经严格检验达到技术标准后方能使用,对高标号混凝土使用高标号水泥,减少水泥用量,水泥初凝时间必须大于45 min。细集料使用级配良好的中砂,细度模数Mx > 2. 6 ,含泥量小于2 %。粗骨料使用质地坚硬、级配良好的碎石,含泥量小于1 % ,针片状颗粒含量应小于5 %。2) 精心合理地设计混凝土配合比,在保证混凝土具有良好工作性的情况下,严格控制混凝土的水灰比,减少水泥用量,保证水的用量控制在标准范围之内,减少混凝土的坍落度,以便造成不必要的材料浪费,节约成本。在混凝土中合理掺加一定量的具有减水、增塑、缓凝等作用的外加剂,改善混凝土拌合物的流动性、保水性、降低水化热,推迟热峰的出现时间。3) 在混凝土结构中设置合适的收缩缝,对松软土、填土地基在上部结构施工前应进行必要的夯实和加固。保证模板有足够的强度和刚度,且支撑牢固,并使地基受力均匀。4) 避免结构突变产生应力集中,在易产生应力集中的薄弱环节采取加强措施。
2. 2 施工措施
1) 混凝土的拌和:在施工过程中细致分析混凝土集料的级配,控制混凝土的水灰比,减少水泥用量和混凝土的坍落度,严格按照设计配合比进行。混凝土拌合时间控制在2 min ,不能过短,也不能过长。搅拌时间短混合料不均匀,时间过长,会破坏材料的结构。保证混凝土的均匀性,严格控制加水量,经常检测混凝土的坍落度,以保证混凝土具有良好的和易性。2) 混凝土的浇筑:混凝土浇筑之前,将基层和模板浇水均匀湿透,防止混凝土浇灌过程中地基被水浸泡。混凝土浇筑应选择一天中温度较低的时候进行,要振捣密实。采用插入式振捣器振捣时,移动间距不应超过振捣器作用半径的1. 5 倍,对每一振捣部位必须振动到混凝土停止下沉,不再冒出气泡,表面呈现平坦、泛浆,边振动边徐徐提出振动棒,避免过振,造成混凝土离析。也可采用两次振捣技术,改善混凝土强度,提高抗裂性。高温季节浇筑时可以采用搭设遮阳板等辅助措施控制混凝土的温升,降低浇筑混凝土的温度。要合理安排施工工序,分层、分块浇筑,以利于散热,减小约束。3) 要控制混凝土初始温度,加强混凝土温度的监控,及时采取冷却、保护措施,预留温度收缩缝。充分利用混凝土后期强度,可以减少用水量,减少水化热和收缩。4) 混凝土的养护:不论是收缩裂缝还是温度裂缝,混凝土的养护最为关键,所以要加强混凝土的早期养护。等混凝土脱模后才开始洒水养护的方法是错误的。混凝土浇筑收浆完成后,应尽快用潮湿的草帘、麻片等覆盖和洒水养护,使混凝土表面始终保持在湿润状态,不允许混凝土在高温下裸露曝晒。由于水泥在水化过程中产生很大的热量,混凝土浇筑完成后必须在侧模外喷水散热,以免混凝土由于温度过高,体积膨胀过大,在冷却后体积收缩过大产生裂缝,养护时间不少于14 d。可适当延长混凝土的养护时间,保证混凝土表面缓慢冷却。冬季施工时要适当延长混凝土保温覆盖时间,并涂刷养护剂养护。在高温和大风天气要设置遮阳和挡风设施,及时养护。5) 混凝土尽可能晚拆模,且要注意拆模的先后次序。拆模后混凝土表面温度不应下降15 ℃以上,混凝土的现场试块强度不低于C5 。如果在冻土上搭设模板,要注意采取一定的预防措施。6) 为了避免由化学反应引起的裂缝可以在钢筋表层涂刷防腐涂料。
3 结语
裂缝是混凝土结构中普遍存在的一种现象,它的出现和发展不仅破坏混凝土的整体性,影响建筑物的外观、使用功能和使用寿命,而且会引起钢筋的锈蚀,混凝土的碳化,降低材料的耐久性,建筑物的承载能力及抗渗能力。因此要对混凝土裂缝产生的原因,区别对待,根据实际情况具体分析研究,在施工中采取各种有效的预防措施来预防裂缝的出现和发展,并采取合理的方法进行处理,保证工程质量,保证建筑物和构件安全、稳定地工作。
