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1、- 1 -混凝土结构实体产生裂缝的原因分析及治理措施中铁十七局京沪高速铁路土建工程一标段三工区 白 峰摘 要：混凝土结构实体裂缝是目前高速铁路工程领域难以解决的通病之一，如果施工中混凝土常常出现裂缝就会影响到结构的整体性和耐久性。结合新建京沪高速铁路实际施工经验，从混凝土实体构件、温度变化、体积收缩和施工操作等方面分析了施工期间混凝土裂缝产生原因和影响因素，提出了施工期间混凝土裂缝及渗水的控制技术，对在施工期间如何进行混凝土裂缝控制的研究和实践有一定的指导意义。关键词：混凝土施工；温度裂缝；裂缝控制；防治措施混凝土是一种多孔胶凝人造石材，属刚性体，主要特点抗压强度高、抗拉强度低、延伸率微小、易
2、产生收缩裂缝。混凝土工程裂缝最常见出现问题是由于收缩变形受到约束引发的收缩裂缝和由外部荷载作用引发荷载（受力）裂缝。混凝土的裂缝出现是很难避免的，但是能预防和治理的。出现裂缝后治理裂缝是本次需要解决的问题。 根据高速铁路施工工艺和资料查证，对该墩混凝土实体裂缝而言，混凝土的裂缝产生主要是限制条件变形作用引起的，变形作用包括温度变形（水化热、气温、生产热、太阳热）、湿度变形（自生收缩、失水干缩、碳化收缩、塑性收缩等）。11 干缩裂缝干缩裂缝多出现在混凝土养护结束后的一段时间或是混凝土浇筑完毕后的一周左右。水泥浆中水分的蒸发产生干缩，且这种收缩是不可逆的。干缩裂缝- 2 -的产生主要是由于混凝土内
3、外水分蒸发程度不同而导致变形不同的结果：混凝土受外部条件的影响，表面水分损失过快，变形较大，内部湿度变化较小变形较小，较大的表面干缩变形受到混凝土内部约束，产生较大拉应力而产生裂缝。相对湿度越低，水泥浆体干缩越大，干缩裂缝越易产生。干缩裂缝多为表面性的平行线状或网状浅细裂缝，宽度多在 00502mm 之问，大体积混凝土中平面部位多见。干缩裂缝通常会影响混凝土的抗渗性，引起钢筋的锈蚀影响混凝土的耐久性，在水压力的作用下会产生水力劈裂影响混凝土的承载力等等。混凝土干缩主要和混凝土的水灰比、水泥的成分、水泥的用量、集料的性质和用量、外加剂的用量等有关。1.2 塑性收缩裂缝塑性收缩是指混凝土在凝结之前
4、，表面因失水较快而产生的收缩。塑性收缩裂缝一般在干热或大风天气出现，裂缝多呈中间宽、两端细且长短不一，互不连贯状态。较短的裂缝一般长 2030cm，较长的裂缝可达 23IT1 ，宽l5mm。其产生的主要原因为：混凝土在终凝前几乎没有强度或强度很小，或者混凝土刚刚终凝而强度很小时，受高温或较大风力的影响，混凝土表面失水过快，造成毛细管中产生较大的负压而使混凝土体积急剧收缩，而此时混凝土的强度又无法抵抗其本身收缩，因此产生龟裂。影响混凝土塑性收缩开裂的主要因素有水灰比、混凝土的凝结时间、环境温度、风速、相对湿度等等。1.3 温度裂缝在大体积混凝土结构中，温度应力变化及温度控制具有重要意义。这主要是
5、由于两方面的原因：首先，在施工中混凝土常常出现温度裂缝，影响到结构的整体强度和耐久性；其次，在使用过程中，温度变化对结构的应力状态具有- 3 -显著的不容忽视的影响。混凝土施工中产生裂缝有多种原因，主要是温度和湿度的变化、混凝土的脆性和不均匀性，以及结构不合理、原材料不合格（如碱骨料反应） 、模板变形、基础不均匀沉降等。混凝土硬化期间水泥放出大量水化热，内部温度不断上升，在后期降温过程中，由于表面温度散失较快，受到内部混凝土或基础的约束，使混凝土表面产生拉应力。当拉应力超过混凝土的抗拉强度时，即会出现温缩开裂。即使混凝土的内部湿度变化很小或变化较慢，但表面湿度变化较大或发生剧烈变化。如养护不周
6、、时干时湿，表面干缩形变受到内部混凝土的约束，也往往会导致干缩裂缝。混凝土是一种脆性材料，抗拉强度是抗压强度的 1/10 左右，由于原材料不均匀，水灰比不稳定，及运输和浇注过程中的离析现象，在同一块混凝土中其抗拉强度又是不均匀的，存在着许多抗拉强度很低、易于出现裂缝的薄弱部位。在钢筋混凝土中，拉应力主要是由钢筋承担，混凝土只是承受压应力。在素混凝土内或钢筋混凝土的边缘部位如果结构内出现了拉应力，则须依靠混凝土自身承担。一般设计中均要求不出现拉应力或者只出现很小的拉应力。但是在施工中混凝土由最高温度冷却到运转时期的稳定温度，往往在混凝土内部引起相当大的拉应力。有时温度应力可超过其它外荷载所引起的
7、应力，因此掌握温度应力的变化 规律 对于进行合理的结构设计和施工极为重要。温度裂缝多发生在大体积混凝土表面或温差变化较大地区的混凝土结构中。混凝土浇筑后，在硬化过程中，水泥水化产生大量的水化热， （当水泥用量在350550kg/ms ，每立方米混凝土将释放出 1750027500kJ 的热量，从而使混凝土内部温度升达 70左右甚至更高） 。由于混凝土的体积较大，大量的水化热聚积在混凝土内部而不易散发，导致内部温度急剧上升，而混凝土表面散- 4 -热较快，这样就形成内外的较大温差，较大的温差造成内部与外部热胀冷缩的程度不同，使混凝土表面产生一定的拉应力（实践证明当混凝土本身温差达到2526时，混
8、凝土内便会产生大致在 10MPa 左右的拉应力） 。当拉应力超过混凝土的抗拉强度极限时，混凝土表面就会产生裂缝，这种裂缝多发生在混凝土施工中后期。在混凝土的施工中当温差变化较大，或者是混凝土受到寒潮的袭击等，会导致混凝土表面温度急剧下降，而产生收缩，表面收缩的混凝土受内部混凝土的约束，将产生很大的拉应力而产生裂缝，这种裂缝通常只在混凝土表面较浅的范围内产生。1.4 施工操作不当引起的裂缝具体来说，较为普遍存在的因素包括：（1）现场浇捣混凝土时，振捣或插入不当，漏振、过振或振捣棒抽撤过快，均会导致裂缝的产生；（2）高空浇注混凝土，风速过大、烈日暴晒，混凝土收缩值大；（3）现场养护措施不到位，混凝
9、土早期脱水，引起收缩裂缝；（4）拆模过早或现场模板拆除不当引起拆模裂缝。2 裂缝的控制措施2.1 设计方面2.1.1 在高速铁路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。2.1.2 设计中应尽量避免结构断面突变带来的应力集中。2.1.3 积极采用补偿收缩混凝土技术。常见混凝土裂缝中，相当部分是由于混凝土收缩而造成的。要解决此问题，- 5 -可在混凝土中掺用膨胀剂来补偿混凝土的收缩。实践证明，效果很好。2.2 选材和配合比设计方面2.2.1
10、 根据结构要求选择合适的混凝土强度等级及水泥品种、等级，尽量避免采用早强高的水泥。2.2.2 选用级配优良的砂、石原材料，含泥量应符合规范要求。2.2.3 积极采用掺合料和混凝土外加剂。2.3 施工操作方面2.3.1 浇捣工作浇捣时，振捣捧要快插慢拔，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，以排除泌水、混凝土内部的水分和气泡。2.3.2 混凝土养护混凝土裂缝防治工作中，新浇混凝土早期养护尤为重要，可保证混凝土在早期尽可能少产生收缩。2.3.3 夏季应注意混凝土的浇捣温度，采用低温入模、低温养护，必要时经试验可采用冰块，以降低混凝土原材料的温度。
11、2.4 体积收缩引起的裂缝防治收缩裂缝分为干缩裂缝和塑性收缩裂缝。干缩裂缝多发生于混凝土终凝前后，产生这种裂缝的原因主要是混凝土在硬化过程中，由于环境气候条件的影响，混凝土表面的水分蒸发，水泥石中的凝胶体逐渐干缩引起的体积变形受到约束时产生的裂缝，这种裂缝的宽度有时会很大，甚至会贯穿整个构件。塑性收缩裂缝多发生于新浇混凝土的板面、地面或具有较大面积的构件表面。裂缝- 6 -的形状不规则、长短不一、互不连贯。产生这类裂缝的原因主要是混凝土多为室外露天浇筑。收缩裂缝的控制主要在于控制湿度的变化，使结构、构件具有相对稳定的湿度。具体措施有：2.4.1 适当选择配合比，掺外加剂控制水灰比、在混凝土中搀
12、加粉煤灰，利用后期强度以降低水泥用量和温升，严格控制砂、石的含泥量，避免使用粉砂，以提高混凝土抗拉强度2.4.2 加强混凝土的早期养护，混凝土浇筑之后，采用塑料薄膜和草袋覆盖以确保混凝土内外温差小于 25，并洒水湿润养护。在气温高、湿度低、风速大的天气及早覆盖、喷水雾养护，并适当延长养护时间。2.4.3 加强混凝土表面的抹压、但应注意避免过分抹压。2.4.4 采用密封保水法，如在混凝土表面喷水养护或覆盖塑料薄膜，使水分不易蒸发或采用其他方法减少空气流动。延缓表面水分蒸发的办法。2.4.5 应继续适当洒水或覆盖养护以便有较长的保温养护时间。3 混凝土裂缝常见补救措施随着施工经验的发展 ，现在混凝
13、土裂缝修补的方法有很多如：表面处理法、灌浆嵌缝封堵法等等。其中灌浆嵌缝封堵法又可分为压力注浆法、开槽填补法和涂膜封闭法三种。3.1 表面处理法包括表面涂抹和表面补贴法。表面涂抹适用范围是桨材难以灌人的细而浅的裂缝，深度未达到钢筋表面的发丝裂缝，不漏水的缝，不伸缩的裂缝以及不再活动的裂缝。表面贴补（土工膜或其它防水片）法适用于大面积漏水（蜂窝麻面等或不易确定具体漏水位置、变形缝）的防渗堵漏。- 7 -3.2 灌浆嵌缝封堵法此法应用范围广，从细微裂缝到大裂缝均可适用，处理效果好。它的三种方法可以单独使用，也可以同时使用。例如墩台的粗大裂缝则采用开槽填补发为宜；为了防止钢筋锈蚀，混凝土受到有害离子的
14、腐蚀，则可以采用涂膜防水处理。4 混凝土实体裂缝的控制4.1 现浇混凝土的裂缝控制现浇混凝土裂缝主要表现为龟裂，纵向、横向裂缝以及斜向裂缝等问题，其中有设计、原材料的原因，也有施工方面的原因。裂缝控制措施有：（1）提高原材料的质量。 （2 ）严格控制混凝土拌制。 （3 ）提高混凝土运输、浇筑要求。（4）加强混凝土施工的过程控制。 （5 ）加强对混凝土的养护及成品保护。混凝土裂缝的原因是多方面的也是极为复杂的，应从材料选择、施工工艺、结构设计等多方面采取措施予以防范，一旦出现裂缝，要正确对待。结合实际情况采取合适的解决办法及时进行修补，不要让其继续发展。5 结论裂缝是混凝土结构中普遍存在而又难以
15、彻底处理的一种现象。混凝土裂缝进行认真研究、区别对待，采用合理的方法进行处理，并在施工中采取各种有效的预防措施来预防裂缝的出现和发展，保证高速铁路混凝土实体结构的整体性和耐久性。 参考文献 ：1张晓丹.型钢斜支撑剪力墙的抗震模拟分析D.大连：大连理工大学，- 8 -2005.2张振宇.三维广义有限元法及其在混凝土结构开裂分析中的应用D.南京：河海大学，2005.3冯秀芳商品混凝土可泵性优化技术J河北水利，2008 （10 ）4王铁梦建筑物的裂缝控制M上海： 科学 技术出版社，l9875曹小平大体积混凝土裂缝控制J施工技术，1996 ，25 （2 ）：19-216叶琳昌，沈义大体积混凝土施工M北京： 中国 建筑出版社，19877王铁梦工程结构裂缝控制M北京：中国建筑 工业 出版社，19978尹平混凝土裂缝产生原因及预防处理措施J山西建筑，2008.
