再議混凝土早期裂縫的成因及控制措施

甘肅省天水師范學(xué)院 魏曉紅

再議混凝土早期裂縫的成因及控制措施

甘肅省天水師范學(xué)院 魏曉紅

混凝土是當(dāng)今最大宗的土木工程材料之一，被廣泛應(yīng)用于土木工程的各項建設(shè)項目之中。由于混凝土強度越高，混凝土就越干硬，就越不易填充模板，也就越容易產(chǎn)生早期裂縫。近年來，筆者在工程實踐中發(fā)現(xiàn)，使用高性能混凝土后，盡管混凝土結(jié)構(gòu)早期裂縫的現(xiàn)象有所改善，但未到使用年限就遭到破壞的混凝土結(jié)構(gòu)還時有出現(xiàn)。本文，筆者再次將混凝土的耐久性提出來加以研究討論，以期能為控制混凝土早期裂縫的形成尋求措施，提高混凝土結(jié)構(gòu)的使用壽命。

一、早期裂縫產(chǎn)生的原因

混凝土早期裂縫，是指混凝土在受力之前就已有的裂縫，是混凝土在硬化過程中就有的裂縫。這是因為混凝土中的水泥石和骨料會在溫度變化的條件下產(chǎn)生不均勻的體積變化，而它們又黏結(jié)在一起不能自由變形，于是形成相互之間的約束應(yīng)力，一旦此約束應(yīng)力大于水泥石和骨料間的黏結(jié)強度以及水泥石自身的抗拉強度，就會產(chǎn)生裂縫。

1.化學(xué)收縮。在硬化過程中，由于水泥水化產(chǎn)物的體積小于反應(yīng)物（水和水泥）的體積而引起混凝土產(chǎn)生的收縮，稱為化學(xué)收縮。其收縮量隨混凝土齡期的延長而增加，大致與時間的對數(shù)成正比，一般在混凝土成型后40d內(nèi)收縮量增加較快，以后逐漸穩(wěn)定。這種收縮不可恢復(fù)，化學(xué)收縮值很小，對混凝土結(jié)構(gòu)本身沒有破壞作用，但在混凝土內(nèi)部可能產(chǎn)生微細(xì)裂縫。

2.溫度應(yīng)力。在混凝土硬化初期，由于水泥水化放出較多的熱量，混凝土又是熱的不良導(dǎo)體，散熱速度慢，聚集在混凝土內(nèi)部的熱量使溫度升高，造成內(nèi)部膨脹和外部收縮互相制約，混凝土表面將產(chǎn)生很大的拉應(yīng)力，嚴(yán)重時使混凝土開裂，產(chǎn)生裂縫。

3.干燥收縮。混凝土處于干燥環(huán)境時，首先發(fā)生毛細(xì)管的游離水蒸發(fā)，使毛細(xì)管內(nèi)形成負(fù)壓。隨著空氣濕度的降低，負(fù)壓隨之增加，產(chǎn)生收縮力，導(dǎo)致混凝土整體收縮。當(dāng)毛細(xì)管內(nèi)水蒸發(fā)完后，若繼續(xù)干燥，還會使吸附在膠體顆粒上的水蒸發(fā)。由于分子引力的作用，粒子間距離小，引起膠體收縮，這種收縮稱為干燥收縮。

4.塑性收縮。混凝土成型后尚未凝結(jié)硬化時屬于塑性階段，在此階段往往會由于表面失水而產(chǎn)生收縮，這種收縮稱為塑性收縮。新拌混凝土若表面失水速率超過內(nèi)部水分向表面遷移的速率時，會使毛細(xì)管內(nèi)部產(chǎn)生負(fù)壓，因而使?jié){體中固體粒子間產(chǎn)生一定的引力，這便產(chǎn)生了塑性收縮。如果引力不均勻作用于混凝土表面，則表面將產(chǎn)生裂紋。

5.其他原因。

（1）設(shè)計不當(dāng)產(chǎn)生的裂縫。為追求建筑物的外觀樣式，一些建筑物表面設(shè)計過多陰陽角，陰角應(yīng)力集中導(dǎo)致出現(xiàn)裂縫。一些超長建筑物，也易出現(xiàn)伸縮裂縫。

（2）施工方法不規(guī)范。例如，混凝土澆筑間歇過長，超過了規(guī)范規(guī)定，致使新舊混凝土間出現(xiàn)施工縫，施工縫處理不好則可能在施工縫部位出現(xiàn)早期裂縫；在混凝土初凝階段振動模板，使模板產(chǎn)生移位，也會使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫；施工時拆模過早，混凝土強度未達(dá)到設(shè)計要求就提前加荷，構(gòu)件過載使混凝土出現(xiàn)早期裂縫。

二、防治混凝土早期裂縫的措施

從工程實踐來看，混凝土早期裂縫的產(chǎn)生原因主要是由于原材料選擇不當(dāng)、配合比不當(dāng)、材料質(zhì)量把關(guān)不嚴(yán)、稱量不準(zhǔn)、施工、養(yǎng)護(hù)沒有嚴(yán)格按照施工規(guī)范等綜合因素造成的，上述因素導(dǎo)致混凝土強度不高、耐久性不良，即所謂的高性能混凝土性能不高，致使工程設(shè)施使用壽命下降。為此，要做好以下防治工作。

1.盡量選用收縮性較低、低熱或中熱水泥。要根據(jù)工程環(huán)境、工程所處的部位，合理選擇水泥品種。為防止混凝土由于塑性收縮、干燥收縮、溫度變形產(chǎn)生裂縫，應(yīng)盡可能采用收縮性較低的低熱或中熱水泥。如，在大體積混凝土中，多選用硅酸二鈣含量高的低熱水泥。

2.改善骨料級配，降低水灰比。可采用干硬性混凝土、摻混合料、加引氣劑或塑化劑等措施，以減少混凝土中的水泥用量；在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)。

3.改善混凝土的攪拌加工工藝。改變混凝土各材料進(jìn)入攪拌機(jī)的順序，如先將水泥、砂子、石子加入攪拌機(jī)干拌1～2min，然后加入部分拌和水?dāng)嚢?～2min，再加入剩余的拌和水，同時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，以改善混凝土拌和物的流動性、保水性，降低水化熱，從而減少早期裂縫。

4.采用合理的施工方法。拌制混凝土?xí)r，一定要嚴(yán)格控制原材料的質(zhì)量與計量，盡量降低混凝土拌和物出機(jī)口溫度；澆筑過程中，要進(jìn)行振搗密實，澆筑完畢后，表面要壓實、抹平；混凝土施工間歇最長時間不得超過相關(guān)規(guī)定，如超過規(guī)定，需留施工縫；混凝土達(dá)到設(shè)計強度后，方可拆模。

5.加強混凝土養(yǎng)護(hù)。混凝土澆筑完畢后，應(yīng)及時以濕潤的草簾、麻片等覆蓋，并注意灑水養(yǎng)護(hù)，適當(dāng)延長養(yǎng)護(hù)時間，以保證混凝土表面緩慢冷卻，降低干縮與塑性收縮。

三、結(jié)論與建議

綜上，工程實踐中，應(yīng)在強調(diào)混凝土高性能的同時，積極采取各種手段保證混凝土的高性能。只要多觀察、多分析，并結(jié)合具體的防治措施，混凝土早期裂縫是可以防治的。