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1、浅析混凝土裂缝产生原因与防治措施 朱军会 鼎天建设集团有限公司 普通混凝土是一种由水泥、细骨料 (砂) 、粗骨料 (石子) 和水按照一定配合比拌制而成的复合材料。它具有抗压强度高、可塑性好、施工方便和易于就地取材等优点, 广泛应用于工业和民用建筑、道路和桥梁工程以及港口和航道工程等领域。但是混凝土也存在抗拉强度低 (一般仅为抗压强度的 1/101/18) 、容易开裂和抗碳化能力差等缺点, 严重影响建筑物 (构筑物) 的耐久性和抗渗性, 进而影响建筑物 (构筑物) 的使用功能和使用寿命。本文粗浅地分析了普通混凝土几种常见裂缝产生的原因及防治措施, 希望对改善混凝土性能, 提高混凝土强度, 促进我
2、国混凝土结构工程质量具有参考价值。一、混凝土裂缝产生原因1. 混凝土本身塑性收缩新浇筑的混凝土在凝结之前, 因为表面失水比较快, 所以就产生了塑性收缩现象。塑性收缩裂缝一般出现在新浇筑的基础、楼板、墙板等混凝土构件暴露于空气中的上表面。通常在大风天气或者是干热的天气中出现塑性收缩裂缝, 裂缝所呈现出的是互不连贯的状态, 并且多呈现出两端细、中间宽的现象, 裂缝长短也是不一的, 裂缝大多产生于混凝土初凝之后, 裂缝是比较浅的。产生塑性收缩裂缝的主要原因是新浇筑的混凝土在终凝前强度几乎等于零, 即使混凝土刚刚终凝不久, 其强度也是比较小的, 受大风或干热天气的影响, 混凝土表面游离水蒸发较快, 造
3、成毛细管中较大负压产生, 致使混凝土体积急剧收缩, 而此时混凝土的强度没有办法抵抗其自身的收缩应力, 所以就出现了开裂。水灰比过大、砼的凝结时间、收缩性较大的水泥、细 (粉) 砂过量以及水泥过量等, 都会对混凝土的塑性收缩产生极大的影响, 这也是塑性收缩开裂的主要影响因素。除此之外, 垫层、模板表面过于干燥, 环境温度和相对湿度等, 也会影响混凝土塑性收缩。2. 混凝土内外温差温差裂缝通常情况下发生在大体积混凝土表面或者是温度变化较大地区的混凝土结构构件中。新浇筑的混凝土在凝结硬化时, 由于水泥水化反应产生大量的水化热, 聚积在体积较大的混凝土内部, 导致内部温度急剧上升, 而在混凝土结构表面
4、热量散发较快, 体积收缩也大。当混凝土内部温度较高、体积收缩较小时, 砼块体表面收缩变形受到内部混凝土的约束, 就会发生温差变形和温度应力。如果此时温度应力大于混凝土的抗拉强度, 就会出现温差裂缝, 或者说温度裂缝。混凝土表面温度裂缝的走向没有一定的规律性, 大多平行于尺寸较大的楼板、基础、墙板等构件的短边。但大面积结构温度裂缝常纵横交错, 裂缝宽度大小不一, 沿着构件全长分段出现。裂缝宽度在夏季时比较细, 在冬天时比较宽。对于筏板、承台等截面较大的基础混凝土和地下室底板混凝土, 温差变形除了受到内部混凝土的约束外, 还要受到外部已硬化垫层砼的约束。当大体积基础混凝土浇筑后, 在凝结硬化过程中
5、块体内温度逐渐升至最高值, 然后随着热量散发而慢慢降低, 混凝土体积也随之收缩。但是由于块体混凝土底部与已经硬化的垫层混凝土粘结在一起, 阻扰块体混凝土收缩变形, 在块体内就产生了拉应力。这种拉应力在基础底部最大, 然后向上逐渐减少, 裂缝也是从底部开始逐渐向上延伸, 有时会贯穿整个基础。实践证明温度应力与混凝土内外温差成正比。温差越大, 产生的温度应力也越大。因此, 只要控制大体积混凝土内外温差在规定允许范围内, 使其产生的温度应力不大于混凝土的抗拉强度, 就能有效预防温度裂缝的产生。浙江省工程建设标准大体积混凝土工程施工技术规程 (DB33/T1024) 规定混凝土内外温差不应大于 25C
6、。对于高层建筑和大型构筑物的基础, 混凝土表面温度和环境温度之差不应大于 25C。3. 荷载作用近年以来, 随着大跨度、高耸建筑物 (构筑物) 的大量出现, 为了满足结构的使用功能和承载能力, 大截面的钢筋混凝土梁板构件也应运而生。这些超高超重梁板构件在自重荷载作用下产生的抗拉应力, 如果超过了混凝土的抗拉强度时也会产生裂缝。另一方面, 对于设置后浇带的钢筋混凝土框架结构, 后浇带混凝土必须在结构变形和沉降稳定后才能浇筑。因此后浇带两侧梁板构件在后浇带混凝土浇筑前具有一定的悬挑性, 在自重荷载作用下梁板表面也会有裂缝出现。因为新浇筑的混凝土早期强度是比较低的, 理论上不应受到荷载的作用。所以在
7、混凝土早期强度还没有得到充分发展时, 在自重荷载作用下就会引起变形开裂现象。另外, 混凝土结构模板刚度不足、模板支撑架立杆间距偏大、支撑架底部松动和立杆、扣件变形等, 都会导致结构混凝土在自重荷载作用下产生沉降裂缝。4. 结构沉陷沉陷裂缝是因为结构地基土质松软、浸水或者地基土质不均匀、回填土不密实等, 造成结构不均匀沉降所产生的裂缝。对于采用自然地面做为模板支撑架体系立杆基础的钢筋混凝土结构, 因模板支撑架下沉, 特别是在北方严寒地区, 冬季模板支撑在冻土层上, 冻土经冻融循环融化后, 也会出现不均匀沉降, 导致混凝土结构产生裂缝。沉陷裂缝大多是贯穿性或者是深进裂缝, 其走向和沉陷情况有关,
8、裂缝多呈现出梭形, 裂缝宽度与沉降量大小成正比。当地基变形稳定后, 沉陷裂缝也基本上趋于稳定状态。5. 施工操作不当新浇筑的混凝土在现场浇捣和凝结硬化过程中, 因振动棒插入不当、抽插过快、漏振过振等, 致使混凝土振捣不密实;或者高空浇筑混凝土, 使混凝土产生离析, 混凝土收缩值增大;或者现场养护措施不到位, 混凝土早期脱水, 引起收缩开裂;或者拆模时间过早, 现场模板拆除不当引起拆模裂缝等。二、混凝土裂缝防治措施1. 塑性收缩裂缝防治措施塑性收缩裂缝的防治主要是控制相对湿度的变化, 使新浇筑的混凝土具有相对稳定的湿度。(1) 优先选用收缩性较小的水泥, 如矿渣水泥和粉煤灰水泥, 并掺加适量早强
9、剂, 提高混凝土早期强度。(2) 选择适当的混凝土配合比, 在保证混凝土具有良好和易性的前提下, 尽可能地减少水泥用量。(3) 水灰比是影响混凝土塑性收缩的主要因素, 水灰比越大, 塑性收缩也越大, 因此必须严格控制水灰比, 同时掺加适量的减水剂。(4) 选用级配良好的砂、石骨料, 严格控制砂、石骨料的含泥量, 避免使用粉砂, 提高混凝土的抗拉强度。(5) 浇筑混凝土前, 先将表面干燥的地基土、垫层和木模板浇水湿润。(6) 加强混凝土的早期养护, 采用密封保水法, 如在混凝土表面喷水养护或采用塑料薄膜和草袋覆盖养护, 减少混凝土表面水分蒸发。在气温高、湿度低、风速大的天气要及早覆盖, 并喷水养
10、护, 适当延长养护时间。2. 温度裂缝防治措施根据温度裂缝的成因分析可知, 温度裂缝的防治主要是控制温度应力的大小, 而混凝土温度应力的大小与温差、边界约束条件和混凝土抗裂性能等因素有关。温差越大, 边界约束作用越强, 混凝土抗裂性能越差, 温度裂缝就越容易产生。(1) 控制温差的措施大体积混凝土浇筑时, 优先选用中、低热硅酸盐水泥或低热矿渣硅酸盐水泥, 并在混凝土中掺加适量粉煤灰和缓凝剂, 减少每立方米混凝土水泥用量, 延长降温时间。控制混凝土入模温度, 浙江省工程建设标准大体积混凝土工程施工技术规程 (DB33/T1024) 规定混凝土的浇筑温度不宜大于 35C, 也不应小于 5C。因此,
11、 夏季高温时宜选择晚间或夜间浇筑混凝土, 并应对砂、石子等原材料采取遮挡措施, 避免太阳曝晒。冬季低温时浇筑混凝土宜优先采用加热水拌制混凝土, 也可同时采用加热骨料的方法提高混凝土拌合物的温度。混凝土初凝后应及时进行保温保湿养护, 大体积混凝土施工规范 (GB50496) 规定保湿养护的持续时间不得少于 14 天, 并应经常检查塑料薄膜或养护剂涂层的完整情况, 保持混凝土表面湿润。可采用麻袋、塑料薄膜、阻燃保温材料覆盖混凝土表面, 并且在保温养护期间, 应对混凝土块体的内外温差和降温速率进行跟踪监测, 当监测结果不满足温控指标要求时, 应及时调整保温养护措施。大体积混凝土拆模后, 地下结构应及
12、时回填土, 地上结构应尽早进行装饰, 不宜长期暴露在自然环境中。高层结构当采用泵送混凝土浇筑时, 可在垂直和水平泵管上加盖草袋, 并喷冷水降温。(2) 减少边界约束作用对于有防水要求的结构混凝土, 根据地下工程防水技术规范 (GB50108) 的规定, 除了结构本身应采用抗渗混凝土外, 还应按照防水等级划分在混凝土垫层面上铺设一道或二道防水卷材、塑料防水板或金属防水板等兼做滑动层, 减少边界约束。对于无防水要求的结构混凝土, 在混凝土垫层面上涂刷一道热沥青, 再加铺一层油毡或铺设 50mm 厚粗砂形成滑动层。对于平面尺寸较大的地下室底板混凝土, 在浇筑时可采用分段或分块跳仓法施工, 必要时经设
13、计单位同意留置后浇带或施工缝。(3) 改善混凝土的抗裂性能混凝土细骨料宜采用中、粗砂, 严格控制细度模数和颗粒级配, 其含泥量和泥块含量按质量计分别不应大于 2%和 0.5%, 砂的细度模数不应小于 2.3。粗骨料宜采用连续级配, 其粒径宜为 531.5mm, 含泥量和泥块含量按质量计分别不应大于 1%和 0.5%。混凝土拌合水宜采用饮用水, 每立方米砼用水量不宜大于 175Kg。在混凝土配合比设计时, 掺加适量矿物外加剂 (如粉煤灰、矿粉) 和化学外加剂 (如缓凝型减水剂、高效减水剂) , 严格控制水泥用量和用水量, 降低水灰比。砼拌合物在运输和浇筑成型过程中严禁加水。在混凝土中掺加适量膨胀
14、剂, 由此产生的预压应力可以抵消混凝土体积收缩时产生的拉应力。(4) 改进设计构造措施结构设计时, 尽量避免混凝土构件断面突变引起的应力集中。正确设置后浇带和变形缝, 位置和构造要合理。严格控制建筑物的高宽比, 高宽比越小, 建筑物整体刚度就越大, 调整变形的能力就越强。建筑设计时, 平面布置力求简单、对称, 避免产生扭曲等附加应力造成混凝土开裂。增配承受温度应力和收缩应力的构造钢筋, 或在混凝土中掺加适量抗裂纤维, 提高混凝土的抗裂性能。对于纯地下室外墙挡土墙和消防水池等, 迎水面混凝土保护层厚度一般不小于 40mm, 可在迎水面挡土墙或者水池壁主筋外侧增设密目式钢丝网, 尽量避免使用 C3
15、5 以上高强度砼, 减少水泥用量, 提高挡土墙或者水池壁混凝土的抗裂能力。3. 荷载作用产生的裂缝防治措施根据国家住房和城乡建设部颁布的危险性较大的分部分项工程安全管理办法(建质200987 号) 的规定, 对于危险性较大的结构混凝土模板支撑工程在施工前必须编制专项方案, 经施工单位技术负责人和项目总监理工程师审批后方可实施;对于搭设高度 8 米及以上、搭设跨度 18m 及以上、施工总荷载15KN/m 及以上、集中线荷载 20KN/m 及以上等超过一定规模的危险性较大的结构混凝土模板支撑工程在施工前除了必须编制专项方案外, 还要经不少于 5 名专家参加的专家论证会议通过后, 方可进入下一道工序
16、施工。因此混凝土梁板构件, 特别是超高、超重的混凝土梁板和后浇带两侧的混凝土梁板, 其模板支撑架体系必须严格按照专项施工方案和专家论证意见实施。模板支撑架承重立杆间距、立杆步距、截面尺寸、构造措施等必须符合专项施工方案要求, 且所用立杆不得有弯曲、裂痕、变形和严重锈蚀等现象。对于截面尺寸较大的梁板, 必须采取增加双扣件、增设立杆等防止扣件滑移、梁底水平小横杆挠度变形过大等措施。后浇带模板支撑架必须单独搭设, 并且按规定增设水平、垂直剪刀撑和扫地杆, 确保后浇带混凝土浇筑前模板支撑架安全稳定, 防止后浇带两侧梁板下沉开裂。超高超重梁板混凝土浇筑时, 掺加适量早强剂, 提高混凝土的早期强度。对于采用可调底座接长的模板支撑架立杆, 必须采取防止支撑架立杆底座松动、支撑架下沉的构造措施。4. 结构沉陷裂缝防治措施(1) 设计采用天然土层做为地基的结构, 地基土的强度应满足承载力的要求。因此对于土质松软、回填土不密实和土质不均匀的地基, 在基础结构施工前必须进行夯实, 必要
