淺談新疆高寒干旱地區(qū)混凝土裂縫的預防與處理

摘要：混凝土裂縫問題是一個普遍存在又難以解決的工程實際問題，本文對新疆高寒干旱地區(qū)混凝土工程中常見的一些裂縫問題進行了探討分析，并針對具體情況提出了一些預防、處理措施。

關鍵詞：高寒干旱地區(qū)混凝土 裂縫 預防 處理

0 引言

混凝土是一種由砂石骨料、水泥、水及需要時加入適量外加劑和礦物混合材料按一定比例均勻拌制，并成型養(yǎng)護而成的人工石材，是非均質(zhì)脆性材料。近代科學研究和大量的混凝土工程實踐證明，混凝土的裂縫是不可避免的，其微觀裂縫是本身物理力學性質(zhì)決定的，由于混凝土本身變形和施工等一系列原因，硬化成型的混凝土中存在著許多的氣穴、微孔隙和微裂縫，由于這些初始缺陷的存在才使混凝土呈現(xiàn)出一些非均質(zhì)的特性。微裂縫通常對混凝土的一些使用功能不產(chǎn)生危害。但是在混凝土受到荷載、溫差等作用之后，微裂縫就會不斷的擴展和連通，最終形成我們?nèi)庋劭梢姷暮暧^裂縫。一般混凝土建筑構件通常都是帶縫工作的，因此并不是所有裂縫均有危險，但裂縫發(fā)展到一定程度影響使用，嚴重者將會威脅到人們的生命和財產(chǎn)安全。

近年來，新疆建設突飛猛進，混凝土構件大規(guī)模應用于各項基礎工程建設中，除設計理念、施工管理等原因造成混凝土構件出現(xiàn)裂縫外，該地區(qū)高寒干旱的氣候條件也是混凝土構件裂縫產(chǎn)生的重要原因。處于高寒干旱的典型地區(qū)，晝夜溫差大、氣候干燥，夏季炎熱，冬季寒冷，具有降水量少而不勻、寒暑變化劇烈的顯著特點。不僅對混凝土結構施工造成很大影響，也是混凝土構件溫度裂縫產(chǎn)生的直接原因。而且對混凝土構件裂縫的診治修補方法提出了新挑戰(zhàn)。

1 工程中常見裂縫分析及治理措施

混凝土裂縫產(chǎn)生的原因很多，有變形引起的裂縫：主要是溫度和濕度的變化，混凝土的脆性和不均勻性，以及結構不合理，原材料不合格（如堿骨料反應），模板變形，基礎不均勻沉降等原因引起的裂縫；有外載作用引起的裂縫；有養(yǎng)護環(huán)境不當和化學作用引起的裂縫等實際工程中要區(qū)別對待，根據(jù)實際情況解決問題。

1.1 溫度裂縫原因分析和防治措施

1.1.1 產(chǎn)生原因。水泥在水化過程中產(chǎn)生大量的熱量，從而使混凝土內(nèi)部溫度升高，如果沒有降溫措施，混凝土內(nèi)部溫度有時還會更高。水泥水化熱在1～3天可放出熱量的50%。由于熱量的傳遞、積存，混凝土內(nèi)部的最高溫度大約發(fā)生在澆筑后的3～5天，因為混凝土內(nèi)部和表面的散熱條件不同，所以混凝土中心溫度高，形成溫度梯度，造成溫度應力。特別是初期混凝土抗拉強度很低，當這種溫度應力超過混凝土的抗拉強度時，就會產(chǎn)生裂縫。一般認為，混凝土的內(nèi)外溫差超過25℃，極易產(chǎn)生溫度裂縫，這種裂縫出現(xiàn)在混凝土澆筑后的3～5天，初期出現(xiàn)的裂縫很細，隨著時間的發(fā)展而繼續(xù)擴大，甚至達到貫穿的情況。混凝土內(nèi)部的溫度與混凝土澆筑厚度及水泥品種、用量有關。混凝土分層越厚，水泥用量越大，水化熱越高的水泥，其內(nèi)部溫度越高，形成溫度應力越大，產(chǎn)生裂縫的可能性也越大。對于大體積混凝土，其形成的溫度應力與其結構尺寸相關，在一定尺寸范圍內(nèi)，混凝土結構尺寸越大，溫度應力也越大，因而引起裂縫的危險性也越大，這就是大體積混凝土易產(chǎn)生溫度裂縫的主要原因。

而新疆地區(qū)高寒干旱的自然施工環(huán)境，在目前大規(guī)模的工程建設形勢下，混凝土構件裂縫的產(chǎn)生往往更是不可避免，①年溫差變化幅度顯著。一年中四季溫度不斷變化，雖然其變化時間相對緩慢，但通過對混凝土構件的反復變形而導致構件在縱向位移過程中產(chǎn)生對構件造成不利的溫差內(nèi)力影響，從而在結構位移受到限制時引起溫度裂縫。②日照長及晝夜溫差大。由于新疆地區(qū)日照時間相對較長，混凝土構件受太陽曝曬后，溫度明顯高于其它部位，溫度梯度呈非線形分布；由于受到自身約束作用，導致局部拉應力較大，出現(xiàn)裂縫。③驟然降溫。突降大雨、冷空氣侵襲等在新疆地區(qū)隨處可見，夜間溫度變化幅度大，因而混凝土結構外表面溫度容易出現(xiàn)突然下降的現(xiàn)象，導致內(nèi)部溫度變化相對較慢而產(chǎn)生溫度梯度并產(chǎn)生溫度裂縫。

1.1.2 防治措施。為了防止裂縫，減輕溫度應力可以從控制溫度和改善約束條件兩個方面著手。

一是控制溫度的措施如下：①采用改善骨料級配，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；②拌合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；③熱天澆筑混凝土時減少澆筑厚度，利用澆筑層面散熱；④在混凝土中埋設水管，通入冷水降溫；⑤規(guī)定合理的拆模時間，氣溫驟降時進行表面保溫，以免混凝土表面發(fā)生急劇的溫度梯度；⑥施工中長期暴露的混凝土澆筑塊表面或薄壁結構，在寒冷季節(jié)采取保溫措施。二是改善約束條件的措施是：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。

此外，改善混凝土的性能，提高抗裂能力，加強養(yǎng)護，防止表面干縮，特別是保證混凝土的質(zhì)量對防止裂縫是十分重要的，應特別注意避免產(chǎn)生貫穿裂縫，出現(xiàn)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(fā)生為主。防止大體積混凝土出現(xiàn)裂縫最根本的措施就是合理進行混凝土分層分塊，并在混凝土原材料及配合比選用、混凝土澆筑工藝等方面控制混凝土內(nèi)部和表面的溫度差。

1.2 施工工藝不當產(chǎn)生裂縫及防治措施

1.2.1 產(chǎn)生原因。①混凝土配合比影響：由于混凝土泵送工藝要求，對石子粒徑，級配要求較高，如果石子粒徑偏小、細砂多也產(chǎn)生裂縫。特別是一些施工單位為了保證混凝土的強度等級加大了水泥的用量，如C40、C50混凝土多采用52.5的硅酸鹽水泥，用量都在400公斤以上，水泥用量過大加大了混凝土收縮裂縫的可能。有時為了泵送混凝土不堵管增大混凝土的塌落度，水分大了，達不到應有的密實度，內(nèi)部產(chǎn)生更多的微裂縫，為后續(xù)裂縫的展開埋下了隱患。②養(yǎng)護方法不當。新疆地區(qū)夏季干燥少雨，白天氣溫高，夜間氣溫低，溫差大，春秋季風盛行，致使混凝土水分散失快，如保濕養(yǎng)護跟不上，極易使混凝土產(chǎn)生裂縫。進入夏季施工時，出于施工放線工序的需要，采用不加覆蓋，只在表面澆水的養(yǎng)護方法，在太陽直曬之下，易造成早期失水而發(fā)生表面收縮裂縫。③趕工期。一些施工單位因被迫搶工期而壓縮混凝土技術間歇時間，往往在混凝土澆筑終凝一完成，有些后澆部分還處于半塑性狀態(tài)時即在其上放線、安設模板支撐腳手架，造成混凝土在終凝前后受振動而造成裂縫。④模板拆除時間過早。為了節(jié)約施工設備材料費用，加快施工設備材料周轉(zhuǎn)，沒有充分考慮施工荷載影響，未對拆模程序做周密安排即拆模板。只在下層樓板混凝土強度達到設計強度的85%以上即開始拆模。過早拆模時，一方面下層樓板承受不了超出荷載產(chǎn)生下沉；另一方面下部模板拆除后必然發(fā)生撓度變形，使在施施工層樓板加大變形產(chǎn)生裂縫。⑤施工集中荷載大。一些工程配備一臺塔吊，施工中一次吊運成噸的鋼筋、模板，在向新澆混凝土樓板上堆放時，形成較大沖擊荷載，產(chǎn)生震動，造成樓板裂縫。⑥支撐設置不規(guī)范。模板支撐立桿間距按工藝規(guī)范及經(jīng)驗布設間距1～1.3米，經(jīng)計算立桿當間距超過1m，其撓度即在5mm以上。立桿下未按規(guī)范要求設墊塊和上下層立桿位置不在同一位置上。

1.2.2 防治措施。施工工藝不當是裂縫產(chǎn)生的主要原因，應以改善操作工藝，規(guī)范施工工序入手解決現(xiàn)澆混凝土裂縫問題。制定以下措施：①混凝上品質(zhì)改善措施。認真根據(jù)材料試驗報告對混凝土配合比進行調(diào)整，嚴格控制水灰比，通過水泥用量、用水量、砂率、摻合料控制，將混凝土坍落度控制在15-18cm之間，C30以上級別混凝土時采用525R以上的普通硅酸鹽水泥，以達到減少水泥用量和提高混凝土強度的目的，消除混凝土材料內(nèi)在的不良品質(zhì)。②利用對混凝土二次振搗，提高混凝土密度。在澆注過程前，確定澆注方向。對梁板先用振動棒振搗一遍，用木杠刮平，待過30-40分鐘后，待混凝土中水分散發(fā)開始凝固時，用平板振動器拖振一遍，隨振隨用木抹搓平，在二次振搗后7-8小時前后安排人員對混凝土再進行搓漿抹平，并及時掃除混凝土表面泌出水分，最后在混凝土終凝前對未凝固部分進行局部搓漿，消除表面干縮裂縫。③嚴格養(yǎng)護管理。在混凝土澆筑最后一遍抹平后，隨抹隨用濕麻袋覆蓋，視混凝土干濕及氣溫情況進行混凝土前期澆水養(yǎng)護，待混凝土完全硬化后，再局部掀開覆蓋的保濕麻袋。④加強技術交底內(nèi)容。向操作工人進行現(xiàn)場會交底，提高施工管理人員的思想重視，統(tǒng)一認識，上下一心，共同努力消除建筑裂縫的質(zhì)量缺陷。⑤按規(guī)范、工藝標準要求，嚴格控制工藝間隔時間。嚴格按《鋼筋混凝土施工及驗收規(guī)范》（GB50204-92）中，第4.5.4條規(guī)定施工：“在已澆筑的混凝土強度未達到1.2N/mm2以前，不得在其上踩踏或安裝模板及支架。”并根據(jù)現(xiàn)場實際控制在混凝土澆筑18小時以后方可上人施工。⑥控制施工荷載。規(guī)定在走道、樓梯間等小開間房間上搭堆料腳手架，每吊設備料必須放在堆料架上，堆料架立柱支承在剪力墻上，其上堆積材料也不超過250kg/m2。⑦改善支撐體系，規(guī)范支撐操作。由現(xiàn)場技術員根據(jù)現(xiàn)澆板平面圖，按比例繪制支撐立桿位置圖，要求立桿間距0.9-1.0m之間，嚴禁超距。施工中由班組按立桿布置圖在現(xiàn)澆板上彈線定位立桿位置。每層支模搭設滿堂腳手架均按布置圖施工，確保上下層支撐立杯在同一位置上，防止上下桿錯位產(chǎn)生剪切裂縫，在每個立桿下墊方木板或廢竹模板，以加大現(xiàn)澆樓板的受力面積。⑧保證混凝土有12小時以上技術間歇時間，混凝土澆完表面硬化以腳踩無印跡時方可上人，不允許大量人員、材料上板，嚴禁直接踩踏新澆混凝土板。未設走道的部位嚴禁上人。

另外，為保證技術間歇時間也影響進度，采用控制混凝土澆注時間來解決這一問題，以每次開盤為上午9點開始，基本上在下午7點左右可完成現(xiàn)澆板的澆筑。而且，晚上硬化氣溫低濕度大即不須澆水養(yǎng)護，也無人操作，通過一夜的硬化，可保證第二天一上班即可放線、吊運設備材料。即通過合理的施工組織，有效的現(xiàn)場管理可解決施工進度問題，保證工期。

2 混凝土工程的常見缺陷修補

針對該地區(qū)高寒干旱的自然施工環(huán)境，在目前大規(guī)模的工程建設形勢下，混凝土構件裂縫的產(chǎn)生往往不可避免，采取經(jīng)濟而有效的措施進行修補是非常重要的。常見主要有以下三大類：①表面處理法。包括表面涂抹和表面貼補法。②填充法。用修補材料直接填充裂縫，一般用來修補較寬的裂縫，作業(yè)簡單，費用低。③灌漿法。此法應用范圍廣，從細微裂縫到大裂縫均可適用，處理效果好。

3 結論

裂縫是混凝土結構中普遍存在的一種現(xiàn)象，它的出現(xiàn)不僅會降低建筑物的抗?jié)B能力，影響建筑物的使用功能，而且會引起鋼筋的銹蝕，混凝土的碳化，降低材料的耐久性，影響建筑物的承載能力，因此要對混凝土裂縫進行認真研究、區(qū)別對待，采用合理的方法進行處理，并在施工中采取各種有效的預防措施來預防裂縫的出現(xiàn)和發(fā)展，保證建筑物和構件安全、穩(wěn)定地工作。

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