混凝土裂縫的成因及預(yù)防措施

王福虎

混凝土在建筑業(yè)中是最廣、用量最大的建筑材料之一。混凝土是一種抗拉能力很低的脆性材料，在現(xiàn)實(shí)的施工中由于混凝土本身變形及所受約束等一系列問(wèn)題，硬化成型的混凝土中存在著眾多的微裂縫。微裂縫通常是一種無(wú)害裂縫，對(duì)混凝土的承重、防滲及其他一些使用功能不產(chǎn)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(huì)不斷的擴(kuò)展和連通，最終形成我們?nèi)庋劭梢?jiàn)的宏觀裂縫，即混凝土工程中的裂縫。盡管在設(shè)計(jì)、施工過(guò)程中采取各種措施，小心謹(jǐn)慎，但在實(shí)際工程中混凝土裂縫仍時(shí)有發(fā)生，混凝土裂縫越來(lái)越引起各方的關(guān)注。如何消除、維護(hù)和修理，確保其安全運(yùn)行，是設(shè)計(jì)和施工人員所要重視的技術(shù)問(wèn)題。本文就施工中混凝土裂縫的形成原因及其處理、預(yù)防措施作些探討。

1 混凝土裂縫形成的原因

混凝土裂縫形成的原因復(fù)雜而繁多，大致可分如下幾種:

1)結(jié)構(gòu)和材料引起的裂縫。混凝土主要由水泥、砂、骨料、拌和水及外加劑組成。混凝土所采用原材料不均勻，混凝土外加劑、摻合料選擇不當(dāng)或摻量不當(dāng)，會(huì)增加混凝土的收縮，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫。

2)荷載引起的裂縫。混凝土結(jié)構(gòu)在外部荷載作用下產(chǎn)生的裂縫。結(jié)構(gòu)受荷載后產(chǎn)生裂縫的因素很多，施工中和使用中都可能出現(xiàn)裂縫。

3)溫度變化引起的裂縫。混凝土硬化期間水泥放出大量水化熱，內(nèi)部溫度不斷上升，在表面引起拉應(yīng)力。后期在降溫過(guò)程中，由于受到基礎(chǔ)或老混凝土的約束，又會(huì)在混凝土內(nèi)部出現(xiàn)拉應(yīng)力。氣溫的降低也會(huì)在混凝土表面引起很大的拉應(yīng)力。當(dāng)這些拉應(yīng)力超出混凝土的抗裂能力時(shí)，即會(huì)出現(xiàn)裂縫。

4)無(wú)荷載變形裂縫。混凝土受外部環(huán)境的影響(氣溫、水化熱、太陽(yáng)輻射熱作用等)和自身材料的特性而發(fā)生的變形在受到約束時(shí)產(chǎn)生的拉應(yīng)力大于混凝土的抗拉強(qiáng)度所出現(xiàn)的裂縫。這種裂縫會(huì)隨溫度的變化而變化，冬季的裂縫會(huì)窄一點(diǎn)，夏季寬一些。

5)基礎(chǔ)不均勻沉降引起的裂縫。由于地質(zhì)勘察精度不夠，試驗(yàn)資料不準(zhǔn)、地基地質(zhì)差異太大、結(jié)構(gòu)荷載差異太大、結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)類(lèi)型差別大、基礎(chǔ)分期建造、地基凍脹、基礎(chǔ)置于滑坡體、原有地基條件變化等原因，使基礎(chǔ)豎向不均勻沉降或水平方向位移，使結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生附加應(yīng)力，超出混凝土結(jié)構(gòu)的抗拉能力，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)開(kāi)裂。

6)養(yǎng)護(hù)不當(dāng)造成的裂縫。混凝土施工現(xiàn)場(chǎng)養(yǎng)護(hù)措施不到位，引起混凝土早期脫水，導(dǎo)致混凝土的收縮裂縫。

2 溫度應(yīng)力分析

溫度應(yīng)力的形成過(guò)程可分為以下3個(gè)階段:

1)早期，自澆筑混凝土開(kāi)始至水泥放熱基本結(jié)束，一般約30 d。這個(gè)階段的特征是水泥放出大量的水化熱，并且混凝土彈性模量急劇變化。由于彈性模量的變化，這一時(shí)期在混凝土內(nèi)形成殘余應(yīng)力。

2)中期，自水泥放熱作用基本結(jié)束時(shí)開(kāi)始至混凝土冷卻到穩(wěn)定溫度時(shí)為止，這個(gè)時(shí)期中，溫度應(yīng)力主要是由于混凝土的冷卻以及外界氣溫的變化而引起，這些應(yīng)力與早期所形成的殘余應(yīng)力相疊加。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(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)期。溫度應(yīng)力主要是外界氣溫變化所引起，這些應(yīng)力與前兩種的殘余應(yīng)力相疊加。

3 裂縫的補(bǔ)救及預(yù)防措施

3． 1 裂縫的補(bǔ)救

裂縫修補(bǔ)方法主要有表面抹漿法、灌漿法等。表面抹漿法適用于處理微細(xì)裂縫(裂縫寬度小于0．3 mm)，采用彈性涂膜防水材料、聚合物水泥膏及滲透性防水劑等，涂刷于裂縫表面，達(dá)到恢復(fù)其防水性和耐久性的目的。灌漿法是將樹(shù)脂漿液、水泥漿液或聚合物水泥漿液等灌入裂縫內(nèi)部，達(dá)到恢復(fù)結(jié)構(gòu)整體性、耐久性和防水性的目的，適用于修補(bǔ)寬度較大(＞0．3 mm)、深度較深的裂縫，尤其是受力裂縫。

3． 2 裂縫的預(yù)防措施

3．2．1 材料選擇

1)應(yīng)選用水化熱較低的水泥，根據(jù)結(jié)構(gòu)的要求選擇合適的混凝土強(qiáng)度等級(jí)及水泥品種和等級(jí)，盡量避免采用早強(qiáng)高的水泥;2)粗集料應(yīng)用表面粗糙、質(zhì)地堅(jiān)硬的石料，并應(yīng)級(jí)配良好、空隙率小、無(wú)堿性反應(yīng)，有害物質(zhì)及黏土含量不超過(guò)規(guī)定;3)細(xì)集料應(yīng)用顆粒較粗、空隙率較小、含泥量較低的中砂;4)采用摻合料和混凝土外加劑，可以明顯起到降低水泥用量、降低水化熱、改善混凝土的工作性能和降低混凝土成本的作用;5)正確掌握好混凝土補(bǔ)償收縮技術(shù)的運(yùn)用方法。對(duì)膨脹劑應(yīng)充分考慮到不同品種、不同摻量所起到的不同膨脹效果，應(yīng)通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)確定膨脹劑的最佳摻量。

3．2．2 設(shè)計(jì)方面

1)設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量避免結(jié)構(gòu)斷面突變帶來(lái)的應(yīng)力集中，如因結(jié)構(gòu)或造型方面等而不得已時(shí)，應(yīng)充分考慮采用加強(qiáng)措施。2)控制建筑物的長(zhǎng)高比。建筑物的長(zhǎng)高比越小，整體剛度越大，調(diào)整不均勻沉降的能力越強(qiáng)。3)合理調(diào)整各部分承重結(jié)構(gòu)的受力情況，使荷載分布均勻，盡量防止受力過(guò)于集中。4)減少地基的不均勻沉降。可以采取調(diào)整基礎(chǔ)的埋置深度、不同的地基計(jì)算強(qiáng)度和不同的墊層厚度等措施來(lái)調(diào)整地基的不均勻變形。5)正確地設(shè)置沉降縫。沉降縫的位置和縫寬的選定應(yīng)合適，構(gòu)造要合理，可以和其結(jié)構(gòu)縫合并設(shè)置。6)限制伸縮縫間距。對(duì)體形復(fù)雜、地基不均勻沉降值大的建筑物更應(yīng)嚴(yán)格控制，同樣也可以和其他結(jié)構(gòu)縫合并使用。7)積極采用補(bǔ)償收縮混凝土技術(shù)。在混凝土裂縫中，很多是由于混凝土收縮而造成的。這種情況可采用在混凝土中摻用膨脹劑來(lái)補(bǔ)償混凝土的收縮。

3．2．3 施工現(xiàn)場(chǎng)操作

1)混凝土澆筑時(shí)振搗應(yīng)均勻、適度，這樣才能防止離析現(xiàn)象。2)混凝土養(yǎng)護(hù)應(yīng)按規(guī)范要求做好養(yǎng)護(hù)工作，以保證新澆混凝土在早期盡可能少產(chǎn)生收縮。主要是控制好構(gòu)件的濕潤(rùn)養(yǎng)護(hù)，對(duì)于大體積混凝土，有條件時(shí)宜采用蓄水或流水養(yǎng)護(hù)。3)加強(qiáng)地基的檢查與驗(yàn)收工作，基坑開(kāi)挖后，監(jiān)理單位應(yīng)及時(shí)通知勘察及設(shè)計(jì)單位到現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收。對(duì)于較復(fù)雜的地基，設(shè)計(jì)單位在基坑開(kāi)挖后應(yīng)要求勘察單位補(bǔ)鉆探，當(dāng)探出有不利的地質(zhì)情況時(shí)，必須先對(duì)其加固處理，并經(jīng)聯(lián)合驗(yàn)收合格后，方可進(jìn)行下一步施工。4)合理安排施工順序。當(dāng)相鄰建筑物間距較近時(shí)，一般應(yīng)先施工較深的基礎(chǔ)，以防基坑開(kāi)挖破壞已建基礎(chǔ)的地基。一般應(yīng)先施工重、高部分，后施工輕、低部分。5)避免在雨中或大風(fēng)中澆筑混凝土，溫度高時(shí)澆筑應(yīng)減少澆筑厚度，利用澆筑層面散熱，在寒冷季節(jié)應(yīng)對(duì)長(zhǎng)期暴露在外的混凝土澆筑塊表面采取保溫措施。6)對(duì)于地下結(jié)構(gòu)混凝土，應(yīng)盡量回填土方，這是對(duì)減少裂縫有利的措施。

4 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)混凝土裂縫的成因及補(bǔ)救、預(yù)防措施進(jìn)行了探討，如何有效地消除混凝土裂縫的影響是設(shè)計(jì)和施工兩個(gè)環(huán)節(jié)加強(qiáng)控制的內(nèi)容。1)從設(shè)計(jì)上保證混凝土裂縫在合理的設(shè)計(jì)控制范圍之內(nèi);2)在具體施工中對(duì)混凝土的各類(lèi)裂縫要區(qū)別對(duì)待、認(rèn)真研究，多分析、多總結(jié)，避免混凝土裂縫的出現(xiàn)和發(fā)展。

［1］ 楊德斌．公路工程材料手冊(cè)［M］．北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2009:12．

［2］ 全袼利．建筑施工質(zhì)量管理［Z］．2002．

［3］ 代仲兵．大體積混凝土施工裂縫控制方法［J］．中國(guó)產(chǎn)業(yè)，2011(4):105-107．

［4］ 李 瓊．混凝土裂縫防治技術(shù)［J］．山西建筑，2010，36(15):160-161．