浅谈混凝土裂缝的成因及预防措施

2022-09-10

混凝土在现代工程建设中占有重要地位, 混凝土质量直接影响着混凝土建筑物的整体质量。由于混凝土工程施工易产生裂缝, 因此预防和控制混凝土裂缝是混凝土工程建设普遍存在的技术问题和难题。

混凝土工程施工中的常见裂缝成因:混凝土是由多种材料组成的一种混合体, 且又是一种脆性材料, 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 (如碱性骨料反应) , 模板变形, 基础不均匀沉降等。常见裂缝有温度裂缝、干缩裂缝、塑性收缩裂缝、沉陷裂缝等。以下对地下室大体积混凝土裂缝和混凝土剪力墙裂缝成因进行细部剖析并探讨其控制、预防措施。

1 地下室大体积混凝土裂缝

地下室大体积混凝土有如下特点:混凝土强度高, 水泥用量大, 因而收缩变形大;几何尺寸大, 内部热量积聚迅速, 温升快, 而外部却散热快, 易形成高温差;工程量大, 施工连续性强, 不易控制。

地下室大体积混凝土裂缝主要由变形应力引起, 这是由于温度、收缩、膨胀、不均匀沉降等因素引起的结构变形。

1.1 产生裂缝的原因以及影响

温差的形成及其影响在混凝土结构中, 引起温度变化的热量主要源于水泥的水化热。地下室大体积混凝土基础中, 混凝土强度级别较高, 水泥用量大, 因此混凝土在初凝过程中会有大量水化热产生。混凝土是热的不良导体, 又由于地下室底板几何尺寸巨大, 这些热量不易及时排出而积聚, 导致了其内部温度迅速升高。相反, 在构件表面, 则由于散热条件良好, 温度保持较低水平, 这样就出现了内外温差。这种相对的“内胀外缩”对混凝土表面产生拉应力, 当它超过混凝土拉伸极限, 裂缝就产生了。

混凝土收缩变形及其影响:化学收缩。混凝土硬化过程中, 水泥要发生一系列化学变化, 称之为水化, 但水化生成物体积比反应前物质总体积要小, 这种收缩, 我们称之为化学收缩;混凝土的干收缩。干收缩是由于混凝土内部吸附水蒸发引起凝胶体失水产生紧缩, 混凝土的干收缩取决于周围环境的湿度变化。在大体积混凝土中, 当这种收缩由于内外环境不一致而使混凝土构件表面拉应力超过其拉伸极限时, 导致了裂缝的产生;地基的不均匀沉降及其影响基础设计的主要依据是工程地质勘察报告。任何一个地质勘察, 其结果都是近似的。当设计假设模型与地质实际不符等情况出现时, 都很可能出现不均匀沉降。同时, 由于上部建筑物荷载不同, 也产生不均匀沉降。这种不均匀沉降对混凝土就产生剪切应力, 当应力超过混凝土极限应力值时, 导致裂缝产生。这种裂缝一旦出现则比较严重, 可能危及安全和使用等功能。

1.2 采取措施

1.2.1 材料选用

水泥:应选用水化热较低的水泥, 严禁使用安定性不合格的水泥。

粗骨料:宜用表面粗糙、质地坚硬的石料、级配良好、空隙率小、无碱性反应;有害物质及粘土含量不超过规定。

细骨料:宜用颗粒较粗、空隙较小、含泥量较低的中砂。

外掺加料:宜采用减水剂等外加剂, 以改善砼工作性能, 降低用水量, 减少收缩。

1.2.2 配料

配合比设计:应采用低水灰比、低用水量, 以减少水泥用量。

禁止任意增加水泥用量。

配制砼时计量应准确, 要严格控制水灰比和水泥用量, 搅拌均匀, 离析的砼必须重新拌匀后, 方可浇筑。

1.2.3 适当增加构造配筋

钢筋混凝土中配筋率对混凝土中自约束有很大的影响。“适当”的构造配筋能够提高混凝土的极限拉伸, 对控制混凝土的温度收缩裂缝及收缩裂缝有积极的作用。在墙板结构中, 采取增配构造钢筋的措施, 使构造钢筋起到温度筋的作用, 能有效地提高混凝土的抗裂性能。

调整钢筋配置方案, 增设温度传递分布筋, 将混凝土内部热量及时传递出来, 防止内部热量积蓄。

1.2.4 设置后浇带

施工后浇带分为后浇沉降带、后浇收缩带和后浇温度带, 分别用于解决高层主楼与低层裙房间差异沉降、钢筋混凝土收缩变形相减小温度应力等问题。这种后浇带一般具有多种变形缝的功能, 设计时应考虑以—种功能为主, 其他功能为辅。施工后浇带是整个建筑物, 包括基础及L:部结构施工中的预留缝 (“缝”很宽, 故称为“带”) , 待主体结构完成, 将后浇带混凝土补齐后, 这种“缝”即不存在, 既在整个结构施工中解决了高层主楼与低居裙房的差异沉降, 又达到了不设永久变形缝的目的。合理设置后浇带, 减少早期不均匀沉降、放松约束程度。

1.2.5 控制混凝土养护

在混凝土施工中, 砼早期水化热较大。一般在浇筑后24h左右, 内部温度即达到最大值, 而此时因规范要求钢模尚不能拆除, 还不能直接进行表面洒水降温, 为降低混凝土温度, 除尽量降低水灰比外, 可以在混凝土浇筑完成14h左右进行对钢模板表面进行不间断洒水降温, 然后拆模后对混凝土表面进行全天候养护至14天。实践证明, 这种方法明显比拆模后养护混凝土产生的裂缝要少的多。

1.2.6 控制地基变形产生裂缝

加强地基的检查与验收工作, 基坑开挖后应及时通知勘察及设计单位到现场验收, 对较复杂的地基, 设计方在基坑开挖后应要求勘察补钻探, 当探出有不利的地质情况时, 必须先对其加固处理, 并经验收合格后, 方可进行下一步施工, 防止基础出现不均匀沉降。

2 混凝土剪力墙裂缝

剪力墙裂缝原因主要有:混凝土收缩裂缝;强约束裂缝, 建筑体形引起裂缝;外力作用的裂缝。

2.1 混凝土收缩引起裂缝

干缩。混凝土在制备过程中, 水泥和掺合料与水拌合后体积膨胀, 但在入模成型后, 随着混凝土水化作用的发生, 混凝土中的部分水份被吸收部分水份被蒸发, 体积有一定的缩小。混凝土体积收缩, 使混凝土产生内应力, 当收缩快和收缩大时混凝土就会产生裂缝。

混凝土内部温度变化产生收缩裂缝。与墙连体的部分框架柱, 断面边长都大于1m, 属大体积混凝土, 水化热高, 若采取措施不当, 表面混凝土就会产生裂缝。对于框架柱与外墙连体的节间来讲, 大体积混凝土的框架柱可视为一个较大的热源体, 而与之连体的墙体薄, 且与外界空气接触面较大, 散热快。当框架柱混凝土内大量发热膨胀时, 墙体已开始降温收缩, 由于连结在一起的两个构件之间产生温差, 变形不同步协调, 在柱子附近和墙中间出现裂缝是符合规律的。

2.2 强约束引起裂缝

约束是对结构构件活动和变形的制约, 约束分为内部约束和外部约束。内部约束主要有:混凝土墙内配筋对混凝土收缩变形的约束;墙体内收缩变形小的部分对收缩变形大的部分的约束;墙体内暗柱、暗梁对墙板收缩变形的约束;长度大的混凝土墙, 墙端与墙中收缩变形的相互约束。外部约束主要是超静定结构的多余联系, 如墙体以下的基础和底板, 墙体顶上的楼板或梁, 墙体两端的附墙柱或电梯井筒等。当墙体混凝土收缩变形产生内应力, 若外约束很强, 产生的内应力不能造成约束变形时, 则墙体混凝土出现开裂, 尤其是早期混凝土容易开裂, 因为混凝土早期抗拉强度较低。墙体的最大外约束应力一般都产生在外约束的边缘, 即墙体与柱、筒体、基础、底板、梁等交接处。但实际裂缝并非在墙与约束体的交接处, 而是离开0.3m～0.5m, 其理由是裂缝由约束产生, 反过来约束又能推迟裂缝的出现和限制裂缝的扩展, 这就是人们常说的“模箍作用”。

2.3 建筑物的形体及结构构件断面对墙体裂缝的影响

框架柱断面大, 墙板厚度小, 柱墙连接断面变化大, 不利于防止墙体裂缝, 其原因除了柱墙混凝土水化热产生温差收缩变化和大柱子给墙板增加约束造成墙体裂缝以外, 还因框架柱是高层建筑主要传力构件, 基础以上的所有荷重全部由柱子、筒体传给基础、基岩, 当地基出现沉降或基础压缩下沉时, 墙体在基础边级部位产生剪力, 导致裂缝出现。

2.4 外力作用引起墙体裂缝

墙两侧模板未同时拆除, 先拆一边, 未拆的一边模板支撑给新浇混凝土墙一个侧向压力, 若模板支撑较紧, 则混凝土墙产生裂缝。

2.5 控制措施

2.5.1 原材料的控制

由于在剪力墙中配筋很多、很密, 为了保证混凝土在结构中的最紧密填充, 应当控制石子的最大粒径和粗细集料级配。

砂石料的含泥量必须严格控制, 当砂石料含泥量超过规定, 不仅增加了混凝土的收缩同时又降低了混凝土的抗拉强度, 容易引起裂缝。

由于墙板结构施工中的水化热及收缩很可观, 所以应尽可能选用低水化热、低收缩的水泥。

2.5.2 从施工组织来控制

采用科学合理的施工组织设计, 根据混凝土的凝结时间对混凝土的浇注施工及混凝土搅拌站的混凝土供应做合理的协调, 使上层混凝土在下层混凝土浇注后3h～5h内浇筑 (是控制在下层混凝土的初凝之前) 。混凝土的初凝时间并不是混凝土不致出现冷缝的时间, 实际上在此时浇注混凝土, 上下层混凝土的结合已经很弱, 如在混凝土接近初凝之时, 对混凝土进行振动, 同样也会在新旧混凝土之间形成一层薄弱层, 影响结构的整体性, 形成冷缝。

为防止产生分层缝, 在浇筑上层混凝土时, 捣棒应插入下层混凝土5cm～10cm, 以利于两层混凝土充分结合。同样, 分层缝的出现也将使混凝土的整体性能降低。

对于箱型基础中底板上长墙的裂缝往往是难以避免的, 这种裂缝可通过设置温度钢筋来克服, 通过配置一定数量的温度钢筋, 并采用细而密的构造钢筋, 使构造钢筋起温度钢筋的作用。同时在底板上外墙混凝土浇筑时, 应注意分段施工, 合理分段, 避免长度过长, 应设置温度伸缩缝或后浇缝。

对墙体的养护效果往往不很理想, 在拆除模板后刷上一层养护剂, 可防止混凝土内部水分的过度挥发, 并应进行充分的浇水养护, 以保证水泥的充分水化。

2.5.3 配筋对控制裂缝的作用

钢筋会约束收缩, 但不能阻止收缩, 它对钢筋混凝土收缩的约束作用会在混凝土中产生拉应力, 在钢筋内引起压应力。增加钢筋数量会减少收缩, 但会增加混凝土的拉应力, 如果钢筋很多, 约束会很大, 也足以引起混凝土开裂。

3 结语

以上对混凝土裂缝的产生进行了理论和实践上的初步探讨, 尽管学术界对于混凝土裂缝的成因和计算方法有不同的理论, 但是对于具体的预防和改善措施意见基本比较统一, 同时在实践应用中效果较好。在今后的混凝土工程施工中, 要不断摸索, 多观察、多比较、出现问题后要多分析、多总结、结合多项有效预防措施, 从而将裂缝问题降低至最小限度。

摘要：针对混凝土裂缝问题分析混凝土施工中裂缝的形成原因, 总结了控制混凝土裂缝的有效措施。并就地下室大体积混凝土裂缝、混凝土剪力墙两种裂缝的成因做简要分析并提出相关解决办法。

关键词：混凝土,裂缝控制,成因,预防措施