簡述混凝土裂縫的成因與防治措施

劉景剛

1 混凝土裂縫產生原因

混凝土在不受外力的情況下產生混凝土收縮變形,受到外部約束時(支承條件、鋼筋等),將在混凝土中產生拉應力,使得混凝土開裂。引起混凝土裂縫的主要有塑性收縮、干燥收縮和溫度收縮三種。混凝土裂縫的產生原因主要有:外荷載,物理因素,化學因素及施工操作等。其中塑性收縮裂縫、沉降收縮裂縫、干燥收縮裂縫、撞擊裂縫、沉陷裂縫、化學反應裂縫及凍脹裂縫,可通過控制水灰比和水泥用量,材料選用,良好的養護,振搗合理,拆模符合規范,外加劑的選擇等一系列預防措施避免其產生。溫度收縮裂縫可通過控制溫度和改善約束條件兩個方面預防裂縫的產生。

2 塑性收縮裂縫

2.1 現象

塑性收縮裂縫簡稱塑性裂縫,多在新澆筑的基礎,梁,板暴露于空氣中的上表面出現。形狀接近直線,長短不一,互補連貫,裂縫較淺,類似干燥的泥漿面。大多在混凝土初凝后,當外界氣溫高,風速大,氣候干燥的情況下出現。

2.2 原因分析

1)混凝土澆筑后,表面沒有及時覆蓋,受風吹日曬,表面游離水分蒸發較快,產生急劇的體積收縮,而此時混凝土早期強度較低,不能抵抗這種變形應力而導致開裂。2)使用收縮率較大的水泥,水泥用量過多,或使用過量的粉砂,或混凝土水灰比過大。3)混凝土坍落度過大,模板或墊層過于干燥,吸水大。4)澆筑在斜坡上的混凝土,由于重力作用有向下流動的傾向,也是導致這類裂縫出現的因素。

2.3 預防措施

1)配制混凝土時,嚴格控制水灰比和水泥用量,選擇級配良好的石子,減小空隙率和砂率。同時,要振搗密實,以減少收縮量,提高混凝土早期抗裂強度。2)澆筑混凝土前,將墊層和模板澆水濕透,避免吸收混凝土中水分。3)澆筑混凝土后,對裸露表面應及時用潮濕材料覆蓋,認真養護,防止強風吹襲和烈日曝曬。4)在氣溫高,濕度低或風速大的天氣施工,混凝土澆筑后,應及時進行噴水養護,使其保持濕潤。分段澆筑混凝土宜澆完一段,養護一段。在炎熱季節,要加強表面的抹壓和養護。5)在混凝土表面噴養護劑,覆蓋塑料薄膜或濕草袋,使水分不易蒸發。6)加設擋風設施,以降低作用于混凝土表面的風速。

2.4 治理方法

1)如混凝土仍保持塑性,可采用及時壓抹一遍或重新振搗的辦法來消除,再加強覆蓋養護。2)如混凝土已硬化,可向裂縫內裝入干水泥粉然后加水濕潤,或在表面抹薄層水泥漿進行處理。

3 干燥收縮裂縫

3.1 現象

這種裂縫為表面性的,寬度較細,多在0.005 mm～0.2 mm之間。走向縱橫交錯,沒有規律性,裂縫分布不均。但對較薄的梁、板類構件,多沿短方向分布;整體結構多發生在結構變截面處,平面裂縫多延伸到變截面部位或塊體邊緣,大體積混凝土在平面部位較多見,側面也時有出現,預制構件多產生在箍筋位置。

3.2 原因

1)混凝土成型后養護不當,受到風吹日曬,表面水分散失快,體積收縮大,而內部濕度變化很小,收縮也小,因而表面收縮變形受到內部混凝土的約束,出現拉應力,引起混凝土表面開裂,或者平臥薄型構件水分蒸發,產生的體積收縮受到地基或墊層的約束,而出現干縮裂縫。2)混凝土長時間露天堆放,時干時濕,使表面濕度經常發生劇烈變化。3)采用含泥量大的粉砂配制混凝土,收縮大,抗拉強度低。4)混凝土經過度振搗,表面形成水泥含量較多的砂漿層,收縮量增大。5)后張法預應力構件露天生產后長久不張拉等。

3.3 預防措施

1)混凝土水泥用量、水灰比和砂率不能過大;提高粗骨料含量,以降低干縮量;嚴格控制砂石含泥量,避免使用過量粉砂;混凝土應振搗密實,并注意對板面進行抹壓,可在混凝土初凝后,終凝前進行二次抹壓,以提高混凝土抗拉強度,減少收縮量。2)加強混凝土早期養護,并適當延長養護時間。長期露天堆放的預制構件可覆蓋草墊、草袋,避免曝曬,并定期適當噴水,保持濕潤。薄壁構件則應在陰涼地方堆放并覆蓋,避免發生過大濕度變化。

4 溫度裂縫

4.1 溫度裂縫產生的原因

混凝土硬化期間水泥放出大量水化熱,內部溫度不斷上升,在表面引起拉應力。后期在降溫過程中,由于受到基礎或混凝土的約束,又會在混凝土內部出現拉應力。氣溫的降低也會在混凝土表面引起很大的拉應力。當這些拉應力超過混凝土的極限抗拉強度時混凝土表面就會出現裂縫。

4.2 溫度應力的分析

1)早期:自澆筑混凝土開始至水泥放熱基本結束,一般約30 d。這個階段的兩個特征:a.水泥放出大量的水化熱;b.混凝土彈性模量的急劇變化。2)中期:自水泥放熱作用基本結束時起至混凝土冷卻到穩定溫度時止,這個時期中,溫度應力主要是由于混凝土的冷卻及外界氣溫變化所引起,這些應力與早期形成的殘余應力相疊加,在此期間混凝土的彈性模量變化不大。3)晚期:混凝土完全冷卻以后的運轉時期。溫度應力主要是外界氣溫變化所引起,這些應力與前兩種的殘余應力相疊加。

4.3 溫度應力引起的原因

1)自身應力:邊界上沒有任何約束或完全靜止的結構,如果內部溫度是非線性分布的,由于結構本身互相約束而出現的溫度應力。例如,橋梁墩身,結構尺寸相對較大,混凝土冷卻時表面溫度低,內部溫度高,在表面出現拉應力,在中間出現壓應力。

2)約束應力:結構的全部或部分邊界受到外界的約束,不能自由變形而引起的應力。如箱梁頂板混凝土和護欄混凝土。

4.4 溫度的控制和防止裂縫的措施

4.4.1 控制溫度等措施

1)采用粒徑大、強度高、級配好的骨料,用干硬性混凝土摻混合料(如粉煤灰),加引氣劑或塑化劑等措施以減少混凝土中的水泥用量。2)拌和混凝土時加水或用水將碎石冷卻以降低混凝土的澆筑溫度;在施工現場露天堆放的砂石料用布覆蓋,以減少陽光對其的輻射加溫。3)熱天澆筑混凝土時盡量減少澆筑厚度、分層澆筑,利用澆筑層面散熱。4)在混凝土中埋設水管,通入冷卻循環水,采用循環法保溫養護,以便加快混凝土內部熱量的散發。5)規定合理的拆模時間;氣溫驟降時混凝土表面應覆蓋一些織物進行保溫、保濕養護,以免混凝土表面發生急劇的溫度梯度;為了及時掌握混凝土內部溫度與表面溫度變化值,可以在混凝土內埋設一定量的測溫點。6)混凝土冬季施工要防止早期混凝土受凍的問題,所以要求混凝土澆筑時應該具有較高的澆筑溫度,一般以5℃～10℃為宜,對砂石料采取保溫措施,對拌合用水應適度加熱(最高溫度不應超過75℃);混凝土澆筑完成后采用蒸汽養護的方式對混凝土進行養護。

4.4.2 改善約束條件的措施

1)合理地分縫分塊;2)避免基礎過大起伏;3)合理的安排施工工序,避免過大的高差和側面長期暴露。

4.5 裂縫的處理

混凝土裂縫應以預防為主,但是由于實際情況復雜多變,所以實際工程中還是難免出現一些裂縫。對于深層裂縫和貫穿裂縫,可以采用風鎬、風鉆或人工將裂縫鑿除至看不見裂縫為止,鑿槽斷面為梯形,再在上面澆筑混凝土;處理較深的裂縫時,在裂縫上鋪設1層～2層鋼筋網后再澆筑新混凝土。對于比較嚴重的裂縫可以采取水泥灌漿和化學灌漿的方法處理。水泥灌漿適用于裂縫寬度在0.5 mm以上,當裂縫寬度小于0.5 mm時應采取化學灌漿處理,化學灌漿材料一般使用環氧—糠醛丙酮系等漿材。

5 結語

改善混凝土的工作性,提高抗裂能力,特別是保證混凝土的質量對防止裂縫十分重要,應特別注意避免產生貫穿裂縫,出現后要恢復其結構的整體性是十分困難的,因此施工中應以預防貫穿性裂縫的發生為主。為保證混凝土工程質量提高混凝土的耐久性,可通過選用合適的水泥品種和水泥用量、使用高質量的骨料、正確選用和使用外加劑、振搗合理、拆模符合規范、重視后期的養護等一系列預防措施,可以避免危害結構安全的裂縫的產生。

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