淺析砼構(gòu)件收縮裂縫

曾 嵩

(贛州市建設(shè)工程質(zhì)量監(jiān)督管理站 江西 贛州 341000)

淺析砼構(gòu)件收縮裂縫

曾 嵩

(贛州市建設(shè)工程質(zhì)量監(jiān)督管理站 江西 贛州 341000)

0 引言

贛州市生佛壇前商品住宅樓，于2003年7月進(jìn)行了初步竣工驗(yàn)收，當(dāng)時(shí)發(fā)現(xiàn)多處砼構(gòu)件出現(xiàn)不同形狀的裂縫。經(jīng)有關(guān)工程技術(shù)人員勘查，出現(xiàn)裂縫的原因有：①材料因素；②施工因素；③外加荷載因素。

構(gòu)件裂縫在砼工程中較為普遍，分析其形成的原因無非以下兩種情況：①外加荷載作用下，砼構(gòu)件發(fā)現(xiàn)形變，當(dāng)這種變形超過砼極限抗拉承載力所能承受的狀態(tài)時(shí)，構(gòu)件就會(huì)產(chǎn)生裂縫，如果首先在受壓區(qū)砼被壓碎，再受拉區(qū)經(jīng)過較大塑性變形后，受拉區(qū)砼急劇開裂而構(gòu)件破壞，這便是典型的外加荷載作用下鋼筋砼的適筋梁破壞形態(tài)；②非荷載作用下的變形引起裂縫，即：混凝土的收縮裂縫，以下將對第②種情況進(jìn)行分析。

1 分析與研究

混凝土收縮裂縫是由混凝土成形過程中發(fā)生收縮變形，當(dāng)收縮變形量超過極限狀態(tài)時(shí)產(chǎn)生收縮裂縫。通常混凝土收縮變形包括：化學(xué)收縮、干縮變形和溫度變化等三種。

1.1 化學(xué)收縮

大氣中的CO2與水泥的水化物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)引起的收縮變形稱為碳化收縮，而且碳化收縮必須在濕度為50%左右才發(fā)生，碳化速度隨二氧化碳濃度的增加而加快，砼是一種非均質(zhì)固態(tài)物質(zhì)，在其成形過程發(fā)生發(fā)熱，體積變化等物理現(xiàn)象的化學(xué)變化大約要持續(xù)4d左右，當(dāng)砼處于干濕交替作用下，并且在CO2存在的環(huán)境中砼體積的變化更為顯著。實(shí)驗(yàn)證明：砼化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的碳化收縮值只占1%，但是我們從顯微鏡中觀察到，砼內(nèi)部存在著許多細(xì)微裂縫，而碳化收縮足可以使砼內(nèi)部產(chǎn)生這種細(xì)微的裂隙。

1.2 干縮變形

砼會(huì)因外界環(huán)境的變化而發(fā)生干縮濕脹的現(xiàn)象。最大的收縮發(fā)生在第一次干燥之后，收縮和膨脹變形是部分可逆的。

一般情況下，砼澆搗完畢后，表面水份在外界環(huán)境影響下，散發(fā)較快而砼內(nèi)部溫度變化相對較小，這樣砼表面的變形受到砼內(nèi)部的約束而產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力，當(dāng)此拉應(yīng)力超過砼極限抗拉強(qiáng)度時(shí)，則表面被拉裂而產(chǎn)生干縮裂縫。

砼中的水主要包括三種：自由水、毛細(xì)管水和凝膠粒子表面的吸附水等三種。這些水在砼的膠凝過程中的散失引起砼的形變而后二種水散失產(chǎn)生砼形變愈加厲害。通常認(rèn)為是干縮裂縫的主要因素。混凝土在水化硬化過程中，首先失去自由水，然后毛細(xì)管水蒸發(fā)，這時(shí)要產(chǎn)生孔隙壓力產(chǎn)生收縮力，然后吸附水蒸發(fā)，這時(shí)凝膠粒子因失水而收縮，產(chǎn)生較大的收縮力，同時(shí)在這一過程中，由于水泥顆粒不斷水化而轉(zhuǎn)化為凝膠及結(jié)晶而形成水泥石，這就產(chǎn)生了強(qiáng)度。一般毛細(xì)管中的水及吸附水逸失導(dǎo)致水泥石收縮。這些因素共同形成砼的干縮變形。而由于干縮引起的裂縫即是干縮裂縫。

干縮裂縫一般發(fā)生在砼終凝前，而跟砼的養(yǎng)護(hù)關(guān)系較為緊密，另外干縮裂縫也與砼材料等因素有關(guān)。

1.2.1 水泥因素

水泥是砼的膠凝材料，水泥用量越多，細(xì)度越細(xì)，砼干縮變形厲害，另外水泥的品種將直接影響砼干縮率。采用摻混合材料的硅酸鹽水泥配置的砼，比普通水泥配置的混凝土干縮率大，礦渣水泥混凝土及摻粉煤灰混凝土的干縮率較小。

1.2.2 水灰比因素

一般情況下，砼的干縮隨水灰比的增大而增大，砼單位用水量的多少是影響其干縮率的重要因素。

1.2.3 粗、細(xì)材料的因素

當(dāng)砼產(chǎn)生干縮變形時(shí)，粗骨料在局部阻礙干縮變形，這無形中在砼內(nèi)部要產(chǎn)生力的作用，當(dāng)這種力的作用失去平衡時(shí)，砼便發(fā)生干縮裂縫，實(shí)驗(yàn)證明，粗骨料的吸水率會(huì)影響砼干縮變形。粗骨料越小，越容易產(chǎn)生干縮裂縫。另外在顆粒級配越好的情況下，越可避免干縮裂縫的產(chǎn)生。

1.2.4 鋼板因素

由于鋼材質(zhì)量及存放條件等因素，往往在鋼材的表面容易形成鐵銹或油污等物質(zhì)，這些物質(zhì)當(dāng)未除去時(shí)，更容易在鋼筋附近，將砼內(nèi)部細(xì)微裂縫連接起來，從而發(fā)展成為可以看得見的裂縫。當(dāng)然，鋼材的正面作用是抵抗砼的拉應(yīng)力，從而限制砼開裂。實(shí)驗(yàn)證明，板狀砼構(gòu)件宜采用鋼筋直徑小而密的鋼筋網(wǎng)。

1.3 溫度變化

溫度變化引起的砼裂縫習(xí)慣上稱為溫差裂縫，影響溫差變化的因素包括外環(huán)境溫度的變化及大體積砼水化過程中產(chǎn)生熱量的作用，在顯微鏡下的砼內(nèi)部存在著許多彼此相對獨(dú)立的不規(guī)則細(xì)小裂縫，而一般認(rèn)為砼的溫度膨脹系數(shù)為1.0×10-5/℃，而實(shí)驗(yàn)中表明當(dāng)砼受熱溫度在 60℃?100℃時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生細(xì)微裂縫，當(dāng)超過100℃時(shí)，水泥石產(chǎn)生收縮變形，砼內(nèi)部比裂將貫通而產(chǎn)生溫差裂縫。在結(jié)構(gòu)工程中，為避免因溫度的因素導(dǎo)致砼開裂，可采用分層散熱澆灌，其后保溫保濕延長養(yǎng)護(hù)時(shí)間（不少于1個(gè)月），緩慢均勻降溫，加強(qiáng)水平構(gòu)造配筋，合理選定材料及配比。

2 結(jié)語

構(gòu)件的最終變形由彈性變形和徐變變形兩部分組成，而影響徐變變形的因素和影響收縮變形的因素是共同的，所以通常情況下我們習(xí)慣于合二而一地考慮。

砼收縮裂縫的產(chǎn)生都有它必然的因素，仔細(xì)研究都可以找到其產(chǎn)生裂縫的原因，從源頭上著手，在裂縫的產(chǎn)生之前便消除產(chǎn)生裂縫的因素，這是我們研究砼裂縫最有意義的一個(gè)環(huán)節(jié)。①化學(xué)收縮產(chǎn)生裂縫，我們可以從砼材料方面下手，首先選擇正規(guī)廠家生產(chǎn)的水泥，其次適當(dāng)使用膨脹外加劑；②干縮變形產(chǎn)生的裂縫，可以通過加強(qiáng)砼養(yǎng)護(hù)工作來實(shí)現(xiàn)；③溫差裂縫，可以通過人為控制砼溫度和濕度的方式來實(shí)現(xiàn)，如覆蓋保溫膜，控制砼表面濕度來實(shí)現(xiàn)；④加強(qiáng)水平構(gòu)造配筋；⑤提高極限拉伸；⑥在屋面上人為地增設(shè)架空隔熱層；⑦另外，保證施工質(zhì)量是控制裂縫產(chǎn)生的最常見，最簡單最有效的手段。

［1］王鐵夢.工程結(jié)構(gòu)裂縫控制[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1997.

曾嵩(1977—)，男，大專學(xué)歷，工程師。

湯靜］