混凝土裂缝的成因及对策

2022-11-18

1 混凝土裂缝的成因

混凝土是人造石材, 由砂、石、水和水泥混合而成, 它是一种多向非均质性弹塑性材料。混凝土和其他固体材料一样, 在其内部存有一种不连续现象, 这种不连续现象, 即是微观裂缝, 微观裂缝是肉眼不可见的。肉眼可见裂缝的范围, 一般以裂缝宽度0.05mm为界, 宽度大于0.05mm的裂缝, 称为宏观裂缝, 实际上宏观裂缝是微观裂缝扩展的结果。钢筋混凝土结构或构件允许带裂缝工作, 但对其裂缝宽度要加以限制, 在结构或构件上允许出现最大裂缝宽度的限制原则, 主要是为了保证钢筋不致产生锈蚀, 影响结构或构件的正常使用。《混凝土结构设计规范》 (GB50010—2002) 中对最大裂缝宽度作了明确规定。

1.1 材料原因引起混凝土裂缝

水泥的种类及用量:不同种类和不同用量的水泥拌制的砂浆干缩性变化很大。颗粒较细的水泥和含硅量比较多的水泥相对地收缩也大。日本水泥协会收缩专门委员会报告指出:水泥种类对干缩影响从大到小的排列顺序是高炉水泥、硅石水泥、火山灰水泥、普通硅酸盐水泥、早强硅酸盐水泥、粉煤灰水泥、中热硅酸盐水泥。一般来说, 其水灰比不变, 水泥用量越多, 混凝土的收缩率越大, 因为混凝土的干缩主要产生于水泥浆的干缩, 水泥浆越少, 混凝土中骨料对干缩的制约作用越显著。同时减少用水量和水泥量对于改善干缩、提高混凝土的抗裂更为有效, 但应在正确的方法指导下采用, 必须保证混凝土的设计强度要求。

水灰比:混凝土中水的蒸发使混凝土收缩, 水灰比越大。收缩率越大, 开裂的可能性也越大, 用水量大既增加收缩又降低强度。因为水灰比越大, 水泥浆越稀, 硬化成水泥石所含凝胶体越多, 晶体越少, 而干燥收缩主要是凝胶体的干燥收缩所引起的.因而可以相应地减少用水量来防止开裂现象, 对大体积混凝土构件 (如大坝) , 则可采用水灰比很小的碾压混凝土, 此外, 混凝土的收缩也随水的性质而变化, 水表面张力越小其收缩值也越小, 所以水质必须符合标准要求。混凝土骨料:骨料矿物成分、形状、表面构造和级配会影响混凝上的配合比、热膨胀系数、干缩性、刚度、徐变和强度等。在同样强度的条件下, 集料最大粒径愈小的混凝土收缩愈大。骨料的密度大、级配好、弹性模量高、骨料粒径大则可减少混凝土的收缩。细骨料对混凝土干缩性的影响从大到小的顺序是:河砂、陆砂、海砂、山砂。粗骨料对混凝土干缩性的影响从大到小的顺序是:山碎石、河砾石、石灰石碎石。外加剂和掺合料:外加剂和掺合料会影响混凝土的硬化速度、混凝土的用水量、混凝土的收缩和徐变, 从而会对混凝土的开裂产生影响。混凝土中使用的外加剂种类很多, 试验表明掺有外加剂的混凝土干缩值较大, 特别是初期干缩值较大。混凝土中使用的掺合料有粉煤灰、高炉矿渣粉等, 其干缩影响与使用混合水泥相同。防止裂缝的有效方法是使用膨胀剂。使用膨胀剂时, 混凝土初期膨胀, 后期干缩值小, 能有效控制裂缝的发生。钢筋:混凝土中使用的钢筋越多, 产生的握裹力越强, 从而约束了混凝土的变形, 减少了收缩量, 也防止了裂缝的产生。使用焊接钢筋网, 纵筋、箍筋布置合理, 布置细而密的钢筋能有效地防止裂缝。

1.2 施工原因引起混凝土裂缝

拌制、运输和浇筑:混凝土拌和不匀、拌和时间过长, 运输时间过长、运输泵送时改变了配合比 (如加水) , 浇筑顺序不合理、速度太快等施工会改变混凝土的质量, 降低混凝土的性能, 引起浇筑后混凝土结构或构件的裂缝。因此, 对于混凝土从搅拌机中卸出到浇筑完毕的延续时间、混凝土的浇筑速度、混凝土冷接缝的时间等影响因素都有规定的标准。

混凝土的振捣:振捣不当是施工中常发生的操作通病。对于振捣不密实的混凝土, 其内部水分的逸出因受到集料的阻滞, 在其下部形成水泡, 阻碍了水泥浆和集料之间的结合, 随着硬化过程的结束, 形成了内部的微小裂缝;相反, 混凝土振捣时间过长, 表面将形成水泥含量较多的砂浆层, 将会发生表面性的微小裂缝。混凝土的养护:混凝土养护的目的是为了保证混凝土的正常凝结、硬化。混凝土的养护可改变混凝土的水化反应速度, 影响混凝土的强度。养护时保持湿度越高、气温越低、养护时间越长.则混凝土收缩越小。蒸汽养护方式比自然养护方式混凝土收缩要小。在养护的过程中必须严格控制混凝土的水化热, 对拌和好的混凝土进行预冷却以降低温度, 使浇筑后混凝土的最高温度与温度梯度最小, 外界对混凝土的约束最小。在混凝土浇筑后的初期, 要采取有效措施防止初期冻害。因为混凝土遭冻害后, 表面变得脆弱, 混凝土会剥落。钢筋和模板:施工中, 振捣棒直接搁在钢筋上进行振动, 钢筋被扰动, 同时使得浇筑完的混凝土过早受到振动, 影响了钢筋与混凝土的握裹作用, 也影响了混凝土的均匀性与密实性。钢筋保护层厚度不足, 造成钢筋与混凝土的握裹作用减小, 对混凝土变形开裂的约束作用减弱。模板支架系统搭设质量欠佳、变形、漏水、模板支架下沉、变形过大、混凝土拆模过早等, 同样也会引起混凝土的裂缝。

1.3 使用与环境引起混凝土裂缝

物理方面:温湿度是主要因素。混凝土与其他材料一样, 也具有热胀冷缩性能, 气候的变化, 冰霜作用引起的混凝土大面积结构开裂及表面剥落。在温差较大的情况下, 混凝土的表面产生裂缝。当混凝土冷却收缩, 全部或部分受到地基、混凝土垫层或其他外部结构的约束, 将会使混凝土内部出现很大的拉应力, 产生降温收缩裂缝。

化学作用:引起化学作用裂缝的原因很多.酸或盐类的化学作用、碳化、氯化物侵入使内部钢筋锈蚀、水泥稳定性、碱骨料反应等许多方面对混凝土的侵害等导致混凝土开裂。

1.4 结构及外力引起混凝土裂缝

在结构及外力方面, 有时是在混凝土结构还未达到设计要求的强度时, 由于荷载的施加而产生裂缝。一般情况下, 混凝土建筑物在设计荷载下, 就能够产生裂缝, 因混凝土的蠕变或偶然超载, 裂缝会进一步扩展或变化。这方面的影响因素可归结如下。荷载:永久荷载及长期荷载 (设计荷载之内或超过设计荷载的永久、长期荷载) , 动荷载及短期荷载 (设计荷载之内或超过设计荷载的动载及短期荷载) 。结构设计:设计不合理, 断面及钢筋用量不足。支承条件:结构物的差异沉降, 冻胀。

综上所述, 混凝土裂缝产生的原因是多方面的.影响裂缝的因素包括混凝土本身材料的物理化学性质、施工措施和方法、建筑物的造型尺寸和构造、受力情况、环境条件等, 因此要保证混凝土建筑物不出现裂缝几乎是不可能的, 从工程实践看, 混凝土结构的裂缝在一定范围内是允许的, 而且不同裂缝对建筑物的影响程度是不同的, 关键是裂缝的宽度应该控制在什么范围内, 不同国家和地区对在不同使用环境和要求下的混凝土构筑物:对其裂缝宽度有相应的控制标准。

2 混凝土裂缝的一般控制对策

混凝土裂缝控制的主要目的是为了保证建筑物的安全、改善建筑物的美观和延长建筑物的使用年限。只有查明影响混凝土性能及裂缝的主要原因, 才能采取有效且经济的防护和处理措施。对混凝土裂缝的控制应依照一定的原则: (1) 严格遵循设计及施工验收规范, 充分了解设计意图和设计要求。保证结构的承载力, 整体性及防水、抗渗性能。 (2) 充分了解裂缝产生的原因性质, 根据不同受力情况和使用要求, 分别采取不同的控制方法。 (3) 以实际出发, 在安全可靠的基础上, 要考虑技术上的可能性力争简单易行、综合处理的方法, 以符合经济合理的原则。针对上述混凝土裂缝产生的原因, 一般可采用如下控制对策:选择合理的材料:使用干缩值小的水泥, 如粉煤灰水泥、中热硅酸盐水泥;使用干缩性小的细骨料, 如海砂、山砂等;使用干缩性小的粗骨料, 如河砾石、石灰石、碎石等。配制混凝土时, 应严格控制水灰比, 选择级配良好的骨料, 并严格控制砂、石子的含泥量, 避免使用过量粉砂。

使用适量的外加剂和膨胀剂:在不增加单位水量条件下, 掺高效减水剂可提高混凝土的流动性, 有利施工, 便于捣实;生产高流动性混凝土, 掺人减低收缩剂。在混凝土中加入膨胀剂, 初期混凝土产生膨胀不会产生裂缝, 后期干缩情况与不掺膨胀剂的相同。在混凝土中掺用纤维增强材料来抑制微小裂缝的扩展.增大混凝土的抗拉强度, 避免开裂。

合理选配钢筋:钢筋起控制裂缝扩展、减少裂缝宽度的作用, 主要是通过钢筋表面与混凝土之间的粘结力实现的, 粘结力越大, 抑制越强, 应当考虑钢筋抗裂的重要作用。钢筋应采用直径小、间距较密的形式, 不宜采用光圆钢筋。在构件削弱处加钢筋进行加固, 采用预应力混凝土或部分预应力混凝土。

规范施工中的操作:控制混凝土从搅拌机中卸出到浇筑完成的时间, 避开低温和热天浇筑混凝土;控制混凝土的坍落度和入模温度;浇筑速度保持均衡, 浇筑高度均匀上升, 改善约束条件, 削减温度应力。改进浇筑工艺, 采用二次振捣技术, 振捣要密实, 增加混凝土的密实度, 提高混凝土的抗裂性。对大型混凝土工程, 应分层浇筑, 以加快热量散发, 并使温度均匀分布。当混凝土达到足够强度时再进行拆模。

加强养护:养护主要是保持适宜的温度和湿度条件。目前采用的养护方法有:覆盖养护、浇水养护、储水养护和薄膜养护等。潮湿养护的作用是:防止混凝土表面脱水而产生干缩裂缝, 使水泥的水化作用顺利进行, 以提高混凝土的抗拉强度。加强混凝土养护工作, 并适应延长养护时间。

多与设计部门沟通:在设计时应当考虑裂缝出现的可能性, 正确地选择结构和截面形式, 在施工图纸中发现不妥之处, 应及时和设计部门联系解决。

3 结语

混凝土裂缝是混凝土从浇注到完全硬化及使用过程中, 可能因水分变化, 化学反应温度、大气影响作用而产生体积变化, 也可能是混凝土结构构件在荷载作用下产生的。混凝土裂缝从微观上讲混凝土有裂缝是绝对的, 无裂缝是相对的。在充分了解了裂缝产生的原因的基础上, 采取一定的综合措施, 可以预防裂缝的产生和把裂缝控制在限度以内。

摘要：对混凝土产生裂缝的主要原因进行论述, 并提出了相应的预防和控制对策, 以减轻和消除裂缝对混凝土结构的不利影响, 对工程合理设计、安全施工起示范效应。

关键词：混凝土,裂缝,控制,施工