混凝土结构裂缝的产生原因及控制措施

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混凝土结构裂缝的产生原因及控制措施

  
  中图分类号TV543+.6
  
   混凝土是工程施工中很难解决的“多发病”,本文分析了混凝土裂缝产生的原因及控制措施。
  关键词混凝土裂缝;产生原因;控制措施
  
  在结构混凝土施工过程中,混凝土表面常会出现各种病害,其中混凝土裂缝是很普遍的结构性病害之一。它不仅影响结构的美观,也会降低结构混凝土的强度,影响结构的使用性能和使用寿命,给人们的生活、生产带来不便。因此,对引发结构混凝土裂缝的成因进行分析、归纳及采取预防措施很有必。
  1混凝土裂缝的成因
   1.1关于水化裂缝
   水泥水化是一个放热化学反应,其间能产生一定的水化热。每克水泥放出502J热量。以水泥用量300~550kg/m3来计算,每1m3混凝土将放出15500~27500KJ的热量。混凝土是热的不良导体,特别是大体积混凝土,其产生的大量水化热不容易散发,导致内部温度不断上升,而混凝土表面散热快,造成混凝土内外截面产生温度梯度。昼夜温差大时,内外温度差别更大,内部混凝土热胀变形产生压力,外部混凝土冷缩变形产生拉力。由于此时混凝土拉抗强度较低,当混凝土内部拉应力超过其抗拉强度时,混凝土便产生裂缝。这种裂缝的特点是裂缝出现在混凝土浇筑后的3~5天,初期出现的裂缝很细,随着时间的发展而继续扩大,甚至达到贯穿的程度。
  
  体积大的混凝土结构的截面尺寸较大,在施工过程中,因水泥水化过程中释放出大量水化热,且体积大热量不易散发,造成较大温升,从而导致体积增大。当这种变形不受约束时,混凝土结构内部不会产生应力。但实际上这种变形肯定会受到约束,约束有两种一是混凝土与外部环境温度差异引起的约束;另一种是由于内部的条件不同产生的约束,以上两种约束产生的应力为温度应力。其次,湿度变化引起混凝土内部各单元体之间的相互约束,产生的应力为干缩应力。
  
  在以上非结构荷载作用下所产生的应力中,主是温度应力和变形应力。大体积混凝土结构施工时,若混凝土浇筑体边界无约束(如底、顶板顶面),在早期水化热温度迅速升高阶段,混凝土内、外散热条件的差异形成温度梯度、表面受拉、内部受压。当拉应力超过混凝土抗拉强度时,混凝土表面就产生裂缝。在混凝土的降温阶段,其温差引起的变形加上混凝土的体积收缩变形,受到地基和结构边界条件的约束时,在浇筑体中央断面产生内部拉应力;当该拉应力超过混凝土抗拉强度时,混凝土整个截面就产生贯穿裂缝。
  
  1.2施工方面的原因
  
  (1)在施工过程中,出现违章施工、不当施工造成混凝土裂缝。如夏季施工时由于运输车交通不畅耽搁时间,混凝土的和易性和流动性较差,现场人为加水,造成混凝土强度的降低,加水部分的混凝土水灰比和强度与原配合比的混凝土不同,造成不同配比混凝土的凝缩裂缝和干缩裂缝。
  
  (2)振捣方式不当引起裂缝。不正确的振捣方式会造成混凝土分层离析、表面浮浆而使混凝土面层开裂;或造成混凝土砂浆大量向低处流淌,致使混凝土产生不均匀沉降收缩而在结构厚薄交界处出现裂缝。
  
  (3)现场养护不当造成混凝土收缩开裂。在施工现场浇筑混凝土时不能做到及时覆盖保温养护,一般总等到最后一遍抹光结束后才覆盖,有的甚至不覆盖,结果导致混凝土表面开裂。
  
  1.3干裂缝产生的原因
  
  混凝土浇注后仍处于塑料性状态时,因其表面水分蒸发过快而产生的裂缝。这类裂缝多在表面出现,形状不规则,长短不一,呈龟裂状深度一般不超过50mm,但薄板结构如果混凝土中掺加有含泥量大的粉砂则可能穿透。这主是由于混凝土浇注后3~4小时左右时,表面没有被覆盖。特别是平板结构在炎热或大风干燥天气条件下,表面水分蒸发过快,或者是被基础、模板吸水过快,以及混凝土本身的高水化热等原因造成混凝土产生急剧收缩,而此时混凝土强度几乎为零,不能抵抗这种变形力而导致开裂,从混凝土中蒸发和被吸收水分的速度越快,干缩裂缝越易产生。
  
  2裂缝的控制措施
  2.1 设计方面
  ①设计中的“抗”与“放”。在建筑设计中应处理好构件中“抗”与“放”的关系。所谓抗就是处于约束状态下的结构,没有足够的变形余地时,为防止裂缝所采取的有力措施,而所谓放就是结构完全处于自由变形无约束状态下,有足够变形余地时所采取的措施。设计人员应灵活地运用抗放结合、或以抗为主、或以放为主的设计原则来选择结构方案和使用的材料。②设计中应尽量避免结构断面突变带来的应力集中。如因结构或造型方面原因等而不得以时,应充分考虑采用加强措施。③积极采用补偿收缩混凝土技术。在常见的混凝土裂缝中,有相当部分都是由于混凝土收缩而造成的。解决由于收缩而产生的裂缝,可在混凝土中掺用膨胀剂来补偿混凝土的收缩,实践证明,效果是很好的。④重视对构造钢筋的认识。在结构设计中,设计人员应重视对于构造钢筋的配置,特别是于楼面、墙板等薄壁构件更应注意构造钢筋的直径和数量的选择。⑤对于大体积混凝土,建议在设计中考虑采用60天龄期混凝土强度值作为设计值,以减少混凝土单方用灰量,并积极采用各类行之有效的混凝土掺合料。
  2.2 材料选择和混凝土配合比设计方面
  ①根据结构的求选择合适的混凝土强度等级及水泥品种、等级,尽量避免采用早强的水泥。②选用级配优良的砂、石原料,含泥量应符合规范求。③积极采用掺合料和混凝土外加剂。掺合料和外加剂目标已作为混凝土的第五、六大组份,可以明显地起到降低水泥用量、降低水化热、改善混凝土的工作性能和降低混凝土成本的作用。④正确掌握好混凝土补偿收缩技术的运用方法。对膨胀剂应充分考虑到不同品种、不同掺量所起到的不同膨胀效果。应通过大量的试验确定膨胀剂的最佳掺量。⑤模板构造合理,以防止模板间的变形不同而导致混凝土裂缝;模板和支架有足够的刚度,防止施工荷载作用下,模板变形过大造成开裂,合理掌握拆模时机,拆模时间不能过早,应保证早龄期混凝土不损坏或不开裂,但也不能太晚,尽可能不错过混凝土水化热峰值,即不错过最佳养护时机。⑥配合比设计应采用低水灰比、低用水量,以减少水泥用量。配合比设计人员应深入施工现场,依据施工现场的浇捣工艺、操作水平、构件截面等情况,合理选择好混凝土的设计坍落度,针对现场的砂、石原料质量情况及时调整施工配合比,协助现场搞好构件的养护工作。应严格按选定的配合比施工,配制混凝土时计量应准确,严格控制水灰比和水泥用量,搅拌均匀。
  2.3 现场操作方面
  ①浇捣工作浇捣时,振捣棒快插慢拔,根据不同的混凝土坍落度正确掌握振捣时间,避免过振或漏振,应提倡采用二次振捣、二次抹面技术,以排除混凝土内部的水分和气泡。②混凝土养护在混凝土裂缝的防治工作中,对新浇混凝土的早期养护工作尤为重,以保证混凝土在早期尽可能少产生收缩。主是控制好构件的湿润养护,对于大体积混凝土,有条件时宜采用蓄水或流水养护,养护时间为14-28天。③混凝土的降温和保温工作对于厚大体积混凝土,施工时应充分考虑水泥水化热问题.采取必的降温措施,避免水化热高峰的集中出现、降低峰值。浇捣成型后,应采取必的蓄水保温措施,表面覆盖薄膜、湿麻袋等进行养护,以防止由于混凝土内外温差过大而引起的温度裂缝。④避免在雨中或大风中浇灌混凝土。⑤对于地下结构混凝土,尽早回填土,对减少裂缝有利。⑥夏季应注意混凝土的浇捣温度,采用低温人模、低温养护,必时经试验可采用冰块,以降低混凝土原材料的温度。
  
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