浅谈混凝土裂缝的成因、防控及处理

2022-09-10

混凝土是非均质脆性材料。由于混凝土施工和本身收缩变形、约束等一系列问题, 硬化成型的混凝土中存在着众多的微孔隙、气穴和微裂缝, 大体积混凝土硬化时要释放出大量的水化热, 导致混凝土内部温度过高, 经常出现很多裂缝。当裂缝宽度超过规定的限值时, 会影响建筑物和构件的适用性和耐久性, 还会破坏结构的整体性和稳定性。

裂缝产生的形式和种类很多, 要想控制解决混凝土中裂缝问题, 还是需要从混凝土裂缝的形成原因入手, 正确判断和分析混凝土裂缝的成因, 采取有效的防控措施及处理方法。

1 混凝土裂缝产生的原因分析

1.1 混凝土材料的因素

首先, 不同种类和不同用量的水泥拌制的砂浆干缩性变化很大。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。其次, 粗细骨料含泥量过大会降低集料与水泥石的粘结力混凝土的强度及耐久性、骨料颗粒级配不良都会降低混凝土的密实度, 从而诱导裂缝的发生。

1.2 混凝土的收缩变形

混凝土中80%水分要蒸发, 约20%的水分是水泥硬化所必需的。而最初失去的30%自由水分几乎不引起收缩, 随着混凝土的陆续干燥而使20%的吸附水逸出, 就会出现干燥收缩, 而表面干燥收缩快, 中心干燥收缩慢。由于表面的收缩受到中心部位混凝土的约束, 因而表面产生拉应力而出现裂缝。

1.3 水泥水化热引起的温度应力和温度变形

水泥在水化过程中产生大量的热量使混凝土内部温度升高, 当内部与表面温差过大时, 就会产生温度应力和温度变形混凝土越厚, 水泥用量越大, 内部温度越高, 内外温差就越大, 就越容易开裂。

1.4 沉陷裂缝

沉陷裂缝的产生是由于结构地基土质不匀、松软, 或回填土不实或浸水而造成不均匀沉降所致;或者因为模板刚度不足, 模板支撑间距过大或支撑底部松动等导致特别是在冬季, 模板支撑在冻土上, 冻土化冻后产生不均匀沉降, 致使混凝土结构产生裂缝。此类裂缝多为深进或贯穿性裂缝。

1.5 化学反应引起的裂缝

碱骨料反应裂缝和钢筋锈蚀引起的裂缝是钢筋混凝土结构中最常见的由于化学反应而引起的裂缝。混凝土拌和后会产生一些碱性离子, 这些离子与某些活性骨料产生化学反应并吸收周围环境中的水而体积增大, 造成混凝土酥松、膨胀开裂。这种裂缝一般出现在混凝土结构使用期间, 一旦出现很难补救。

1.6 外界气温变化的影响

大体积混凝土在施工阶段常受外界气温的影响。混凝土内部温度是由水泥水化热引起的绝热温度、浇筑温度和散热温度三者的叠加, 当气温下降, 会大大增加外层混凝土和内部混凝土的温度梯度, 产生温差和温度应力, 使大体积混凝土产生裂缝。

2 混凝土裂缝的防控措施

2.1 科学用料, 合理调配

严格控制集料的级配及其含泥量。如果含泥量大的话, 不仅会增加混凝土的收缩, 而且会引起混凝土抗拉强度的降低, 对混凝土抗裂不利。

掺用外加剂。掺用合适的缓凝、减水等外加剂, 以改善混凝土的性能, 延长混凝土的凝结时间, 减小水分蒸发引起混凝土的收缩。混凝土中掺入一定数量的优质粉煤灰。不但能代替部分水泥, 而且粉煤灰颗粒呈球状具有滚动效应, 起到润滑作用, 可改善混凝土拌合物的流动性、粘聚性、保水性。掺优质粉煤灰的混凝土后期强度高, 在一定范围内60天比28天强度均可增长20%左右。

减少水泥用量及选用水化热低的水泥。选用水化热较低的32.5号矿渣硅酸盐水泥, 其早期的水化与同龄期的普通硅酸盐水泥相比, 3天的水化热约低30%。大体积混凝土引起裂缝的主要原因是水泥水化热的大量积聚, 使混凝土早期升温和后期降温产生内部和表面温差。合理地选用水泥是控制温度裂缝的有效措施。

2.2 优化浇捣方法

大体积混凝土采用分层、分段的方法进行浇筑, 并且适当降低浇筑速度。根据当地中长期天气预报, 选择最佳天气条件进行浇筑, 应尽量安排在低温时段浇筑, 以最大限度降低混凝土的初凝温度。振捣时重点控制两点, 即混凝土流淌的最近点和最远点, 振动点振动时不能漏振, 尽可能采用两次振捣工艺, 以提高混凝土的密实度。

2.3 加强后期养护

养护是一项十分关键的工作, 养护主要是保持适宜的温度和湿度, 以便控制混凝土内外温差, 促进混凝土强度的正常发展及防止混凝土裂缝的产生和发展。根据工程的具体情况, 应尽可能多养护一段时间, 拆模后立即回土或覆盖保护, 同时预防近期骤冷气候影响, 以控制内外温差, 防止混凝土早期和中期裂缝。养护用水的温度应与现场测得的混凝土表面温度接近, 以免人为造成混凝土表面产生温度梯度, 进而出现裂缝。在混凝土养护阶段的温度控制应遵循以下几点: (1) 混凝土的中心温度与表面温度之间、混凝土表面温度与室外最低气温之间的差值均应小于20℃。 (2) 保温法是在结构外露的混凝土表面以及模板外侧覆盖保温材料 (如草袋、锯木、湿砂等) , 在缓慢的散热过程中, 使混凝土获得必要的强度。 (3) 大体积混凝土表层布设抗裂钢筋网片, 增强混凝土的抗裂性, 防止混凝土收缩时产生干裂。