某高速混凝土構件裂縫成因分析及防治措施

趙翔宇

(山西省交通科學研究院，山西太原 030006)

0 引言

近年來由于混凝土構件技術的飛速發展，鋼筋混凝土結構在工程中得到了充分的發展，特別是混凝土構件在大跨度、高墩柱方面發揮出自己的特點，但同時也出現了好多技術問題，在混凝土施工后由于施工、設計等方面的原因，使得構件出現了裂縫，造成了結構的安全隱患及破壞。當然結構的破壞一般是從發生裂縫開始。所以我認為在設計起初，就應該從結構的受力等方面加強設計，避免裂縫的發生;再有就是施工時嚴格按照設計及規范的要求組織施工和加強混凝土構件的養生工作。在裂縫出現時，我們一定要仔細觀察、分析、研究，搞清裂縫事故產生的原因，從受力至施工全方位的分析，查找裂縫的內在原因至關重要。現就裂縫的成因從以下幾個方面進行分析。

1 裂縫病害描述

以某高速矩形墩柱為例進行分析，墩柱在墩高從承臺往上約3 m～5 m的范圍出現兩道豎向裂縫。一般墩柱裂縫多以豎向受力裂縫和斜向裂縫為主，在施工后或通車后都有可能出現，裂縫寬度豎向裂縫大多在0.1 mm～0.3 mm范圍，平均為0.15 mm;斜向裂縫在0.3 mm～1.1 mm之間，斜向裂縫多數是由于結構設計存在缺陷及構件設計安全系數考慮不足所致。

2 裂縫成因分析

1)設計計算的原因。

結構設計時存在計算模型不合理;荷載作用考慮不全;構件實際受力與假設不符;結構設計尺寸斷面不滿足設計荷載的要求;結構內力與配筋驗算存在偏差;受力主筋與分布筋布置不當;結構設計安全系數考慮偏小，富余度不足使得構件在設計時就剛度不足;結構設計時也未從施工的因素考慮，使得結構設計在施工上存在缺陷。

2)施工過程未嚴格按照設計及規范施工。

a.混凝土攪拌原因:混凝土在攪拌過程中，水泥作為膠凝材料，產生大量的水化熱，在未澆筑時這些熱量被包裹在混凝土里面，經過灌注車輛的運輸又引起混凝土坍落度的損失，在混凝土澆筑振搗后及硬化期間水泥又放出大量水化熱，使得混凝土內部溫度不斷上升，在表面引起拉應力。而后期在降溫過程中，混凝土彈性模量的急劇變化，又會在混凝土內部出現拉應力。在這種內外應力的作用下，混凝土極易出現溫縮裂縫。同時混凝土的攪拌時間短，使得混凝土和易性較差，局部產生離析。混凝土澆筑后構件的均勻性不好;b.振搗的原因:振搗時間太短，混凝土不密實，使得混凝土表面出現麻面、蜂窩、色澤不一等缺陷，更嚴重的是在若干年后，將會導致鋼筋銹蝕，出現銹脹等因素，致使構件出現裂縫;振搗時間太長，使得混凝土粗細骨料分層，粗骨料沉入澆筑層底層，細骨料上浮，使得構件在強度增長過程中出現收縮裂縫;c.構件養護不到位:混凝土構件在施工后由于施工單位未能及時進行養護或者養護方式不合理，未起到養生的作用，以及在混凝土構件澆筑后，養生時間少于7 d，使得混凝土內外溫差較大，就會出現溫縮裂縫;d.施工工藝的原因:混凝土構件施工方法不當在澆筑過程中混凝土的澆筑順序及作業面分段不合理，致使混凝土澆筑先后順序受初終凝的影響結合不好，以及脫模拆除支架順序未按照規范的要求進行，使得構件未達到設計拆除支架模板的強度就進行拆除而出現受力裂縫。再有就是施工管理混亂，管理不到位等綜合因素使得構件也會出現應力裂縫;e.其他原因:混凝土施工配合比未按照設計進行，鋼筋保護層厚度控制不好;混凝土構件在硬化前擾動或外荷載作用等因素也會使構件出現受力或非受力裂縫。

3)材料性質因素。

在混凝土施工中水泥是至關重要的材料之一，水泥的質量不符合規范要求，勢必會使混凝土在拌和和運輸過程中出現泛漿、離析現象以及塑性和縮水收縮;骨料粒徑、級配、雜質含量不符合要求，如:砂石粒徑太小、級配不良、空隙率大將導致水泥和拌和水用量加大，影響混凝土的強度，使混凝土收縮加大，如果使用超出規定的細砂，后果更嚴重;混凝土外加劑的摻量在實際施工時未按照設計配比進行摻加，使得混凝土的硬化過程過長或過短，都會使混凝土收縮較大。

4)環境條件的因素。

在寒冷地區的混凝土施工，由于濕度和溫度的變化，造成混凝土內外溫度相差較大，混凝土會產生不均勻的溫縮裂縫，所以混凝土施工要按照相關季節的要求組織施工。

3 混凝土裂縫的防治措施

1)在配合比設計時，對原材料就要認真選擇，使得所配置的混凝土強度收縮小、和易性好。2)細集料應級配良好、質地堅硬、顆粒潔凈，粗骨料應采用堅硬的卵石或碎石，卵石或碎石應選擇5 mm～40 mm具有連續級配的碎石，且其壓碎值、含泥量等應符合規范要求，拌和用水不應含有影響水泥正常凝結和硬化的有害雜質、油脂游離酸類等;外加劑的材料必須經過試驗驗證和有資質的試驗部門進行檢驗，經檢驗合格后方可用于混凝土的施工。3)在施工過程中，嚴格按照混凝土的配合比進行施工，不得任意調整混凝土的配合比，特別是要控制好混凝土的坍落度;混凝土的攪拌時間應符合規范要求。混凝土在施工過程中要控制好澆筑層厚，一般以30 cm～50 cm為宜，以及合理分層的工作段落，以保證混凝土的硬化期間強度增長值的均勻性。4)混凝土的澆筑時間要嚴格按照規范要求的溫度執行，盡量避開高溫或冬季低溫時間施工，混凝土澆筑完應及時加強養護，保持好混凝土內外較小的溫度差和充分的濕潤度。5)改善混凝土的性能，提高抗裂能力，加強養護，防止表面干縮，特別是保證混凝土的質量對防止裂縫是十分重要的，應特別注意避免產生貫穿裂縫。6)水灰比是影響混凝土收縮的重要因素，使用高效減水劑可使混凝土用水量減少20%～25%，這樣使得混凝土的收縮有效降低。7)墩柱設計時要在鋼筋骨架的外側加設一層鋼筋網片，這樣可以從設計上更有效的防止裂縫的發生。

總之混凝土裂縫產生的原因，不是單方面引起的，為有效控制好裂縫的產生，要從設計、施工等主要方面合理的控制，這樣才能有效地減少和控制好混凝土構件裂縫的發生，從而增加混凝土構件的耐久性能。