1 混凝土裂縫簡述
混凝土在施工中對有些結(jié)構(gòu)按其所處條件的不同,允許存在一定寬度的裂縫。但施工中仍盡可能采取有效的技術(shù)措施控制裂縫,使結(jié)構(gòu)盡量不出現(xiàn)裂縫,或盡量減少裂縫的數(shù)量和寬度,特別是避免有害裂縫的出現(xiàn),以確保工程質(zhì)量。
裂縫產(chǎn)生的主要原因:由外荷載(包括施工和使用階段的靜荷載、動(dòng)荷載)引起的裂縫;由變形(包括溫度、濕度變形、不均勻沉降等)引起的裂縫;由施工操作(如制作、脫模、養(yǎng)護(hù)、堆放、運(yùn)輸、吊裝等)引起的裂縫。
裂縫的分類:按裂縫的方向、形狀分類有水平裂縫、垂直裂縫、橫向裂縫、縱向裂縫、斜向裂縫以及放射狀裂縫等;按裂縫深度分類有貫穿裂縫、深層裂縫及表面裂縫三種;按成因分類主要有塑性裂縫、干縮裂縫、溫度裂縫及不均勻沉降裂縫。
2 混凝土裂縫分析
2.1 塑性裂縫:
2.1.1 裂縫現(xiàn)象:裂縫在結(jié)構(gòu)表面出現(xiàn),形狀很不規(guī)則且長短不一,互不連貫,類似干燥的泥漿面。大多在混凝土澆筑初期(一般在澆筑后4小時(shí)左右),當(dāng)混凝土本身與外界氣溫相差懸殊,或本身溫度長時(shí)間過高(40℃以上),而氣候很干燥的情況下出現(xiàn)。塑性裂縫又稱龜裂,屬于干縮裂縫,出現(xiàn)普遍。
2.1.2 產(chǎn)生原因:混凝土澆筑后,表面沒有及時(shí)覆蓋,受風(fēng)吹日曬,表面游離水分蒸發(fā)過快,產(chǎn)生急劇的體積收縮,而此時(shí)混凝土早期強(qiáng)度很低,不能抵抗這種變形應(yīng)力而導(dǎo)致開裂。使用收縮率較大的水泥,水泥用量過多,或使用過量的粉砂;炷了冶冗^大,模板過于干燥。
2.1.3 預(yù)防措施:配制混凝土?xí)r,應(yīng)嚴(yán)格控制水灰比和水泥用量,選擇級(jí)配良好的石子,減小空隙率和砂率;同時(shí),要振搗密實(shí),以減少收縮量,提高混凝土抗裂度。澆筑混凝土前,將基層和模板澆水濕潤,混凝土澆筑后,對裸露表面應(yīng)及時(shí)用潮濕材料覆蓋,認(rèn)真養(yǎng)護(hù)。在氣溫高、濕度低或風(fēng)速大的天氣施工,混凝土澆筑后,應(yīng)及早進(jìn)行噴水養(yǎng)護(hù),使其保持濕潤;大面積混凝土宜澆完一段,養(yǎng)護(hù)一段。此外,要加強(qiáng)表面的抹壓和養(yǎng)護(hù)工作;炷琉B(yǎng)護(hù)可采用表面噴氯偏乳液養(yǎng)護(hù)劑,或覆蓋濕草袋、塑料布等方法;當(dāng)表面發(fā)現(xiàn)微細(xì)裂縫時(shí),應(yīng)及時(shí)抹壓,再覆蓋養(yǎng)護(hù)。
2.2 干縮裂縫:
2.2.1 裂縫現(xiàn)象:裂縫為表面性,寬度較細(xì)。其走向縱橫交錯(cuò),沒有規(guī)律。較薄的梁、板類構(gòu)件(或桁架桿件),多沿短向分布;整體性結(jié)構(gòu)多發(fā)生在結(jié)構(gòu)變截面處;平面裂縫多延伸到變截面部位或塊體邊緣,大體積混凝土在平面部位較為多見,但側(cè)面也常出現(xiàn),并隨濕度和溫度變化而逐漸發(fā)展。
2.2.2 產(chǎn)生原因:混凝土成型后,養(yǎng)護(hù)不當(dāng),受到風(fēng)吹日曬,表面水分散失快,體積收縮大,而內(nèi)部濕度變化很小,收縮也小,因而表面收縮變形受到內(nèi)部混凝土的約束,出現(xiàn)拉應(yīng)力,引起混凝土表面開裂,或者構(gòu)件水分蒸發(fā),產(chǎn)生體積收縮受到地基或墊層的約束,而出現(xiàn)干縮裂縫。混凝土構(gòu)件長期露天堆放,表面濕度經(jīng)常發(fā)生劇烈變化,混凝土經(jīng)過度振搗,表面形成水泥含量較多的砂漿層,后張法預(yù)應(yīng)力構(gòu)件露天生產(chǎn)后長久為張拉等。
2.2.3 預(yù)防措施:混凝土水泥用量、水灰比和砂率不能過大;嚴(yán)格控制砂石含泥量,避免使用過量粉砂;混凝土應(yīng)振搗密實(shí),并注意對板面進(jìn)行抹壓,可在混凝土初凝后、終凝前進(jìn)行二次抹壓,以提高混凝土抗拉強(qiáng)度,減少收縮量。加強(qiáng)混凝土早期養(yǎng)護(hù),并適當(dāng)延長養(yǎng)護(hù)時(shí)間。長期露天堆放的預(yù)制構(gòu)件,可覆蓋草簾、草袋,避免曝曬,并定期適當(dāng)灑水,保持濕潤。薄壁構(gòu)件則應(yīng)在陰涼地方堆放并覆蓋,避免發(fā)生過大濕度變化
2.3 溫度裂縫:
2.3.1 裂縫現(xiàn)象:表面溫度裂縫走向無一定規(guī)律性;梁板式或長度尺寸較大的結(jié)構(gòu),裂縫多平行于短邊;大面積結(jié)構(gòu)裂縫?v橫交錯(cuò)。深進(jìn)的和貫穿的溫度裂縫,一般與短邊方向平行或接近于平行,裂縫沿全長分段出現(xiàn),中間較密。裂縫寬度沿全長沒有太大的變化。溫度裂縫多發(fā)生在施工期間,縫寬受溫度變化影響較明顯,冬季較寬,夏季較細(xì)。沿?cái)嗝娓叨,裂縫大多呈上寬下窗狀,但個(gè)別也有下寬上窄情況,遇上下邊緣區(qū)配筋較多的結(jié)構(gòu),在時(shí)也出現(xiàn)中間寬兩端窄的梭形裂縫。
2.3.2 產(chǎn)生原因:
表面溫度裂縫,多由于溫度較大;炷两Y(jié)構(gòu),特別是大體積混凝土基礎(chǔ)澆筑后,在硬化期間放出大量水化熱,內(nèi)部溫度不斷上升,使混凝土表面和內(nèi)部溫差很大。當(dāng)溫度產(chǎn)生非均勻的降溫時(shí)(如施工中注意不夠,過早拆除模板;冬季施工,過早除掉保溫層,或受到寒潮襲擊),將導(dǎo)致混凝土表面急劇的溫度變化而產(chǎn)生較大的降溫收縮,此時(shí)表面胺到內(nèi)部混凝土的約束,將產(chǎn)生很大的拉應(yīng)力(內(nèi)部降溫慢,受自約束而產(chǎn)生壓應(yīng)力),而混凝土早期抗拉強(qiáng)度和彈性模量很低,因而出現(xiàn)裂縫(這種裂縫又稱為內(nèi)約束裂縫)。但這種溫差僅在表面處較大,離開表面就很快減弱。因此,裂縫只在接近表面較淺的范圍出現(xiàn),表面層以下結(jié)構(gòu)仍保持完整。深進(jìn)的和貫穿的濁裂縫多由于結(jié)構(gòu)降溫差較大,受到外界的約束而引起的。當(dāng)大體積混凝土基礎(chǔ)、墻體澆灌在堅(jiān)硬地基(特別是巖石地基)或厚大的老混凝土墊層上時(shí),沒有采取隔離層等放松約束的措施,如果混凝土澆灌時(shí)溫度很高,加上水泥水化熱的混凝土冷卻收縮,全部或部分地受到地基、混凝土墊層或其他外部結(jié)構(gòu)的約束,將傳統(tǒng)在混凝土澆筑后2-3個(gè)月或更長時(shí)間出現(xiàn),裂縫較深,有時(shí)是貫穿性的,將破壞結(jié)構(gòu)的整體性。基礎(chǔ)工程長期不回填,受風(fēng)吹日曬或寒潮襲擊作用;框架結(jié)構(gòu)的梁、墻板、基礎(chǔ)梁,由于與剛度較大的柱、基礎(chǔ)連接,或預(yù)制構(gòu)件澆筑在臺(tái)座伸縮縫處,因溫度變形受到約束,降溫時(shí)也常出現(xiàn)這類裂縫。采用蒸氣養(yǎng)護(hù)的預(yù)制構(gòu)件,混凝土降溫制度控制不嚴(yán),降溫過速,或養(yǎng)生窯坑急劇揭蓋,使混凝土表面劇烈降溫,而受到肋部或胎模的約束,常導(dǎo)致構(gòu)件表面或肋部出現(xiàn)裂縫。
2.3.3預(yù)防措施:
盡量選用低熱或中熱水泥(如礦渣水泥、粉煤灰水泥)配制混凝土;或混凝土中摻適量粉煤灰;或利用混凝土的后期強(qiáng)度,降低水泥用量,以減少水化熱量。選用良好級(jí)配的骨料,并嚴(yán)格控制砂、石子含泥量,降低水灰比,加強(qiáng)振搗,以提高混凝土的密實(shí)性和抗拉強(qiáng)度,在混凝土中摻加緩凝劑,減緩澆筑速度,以利于散熱,或摻木鈣、減水劑,以改善和易性,減少水泥用量。避開炎熱天氣澆筑大體積混凝土;必須在熱天澆筑時(shí),可采用冰水或深井涼水拌制混凝土,或設(shè)置簡易遮陽裝置,并對骨料進(jìn)行噴水預(yù)冷卻,以降低混凝土攪拌和澆筑的溫度。分層澆筑混凝土,每層厚度不大于30厘米,以加快熱量散發(fā),并使溫度分布均勻,同時(shí)也便于振搗密實(shí)。大體積混凝土適當(dāng)預(yù)留一些孔道,采取通冷水或冷氣降溫。大型設(shè)備基礎(chǔ)采取分塊分層間隔澆筑(間隔時(shí)間5~7天),分塊厚度1~1.5m,以利水化熱散發(fā)和減少約束作用;或每隔20~30m留一條0.5~1.0m寬的臨時(shí)間斷縫,40天后再用干硬性細(xì)石混凝土澆筑,以減少溫度收縮應(yīng)力。澆筑混凝土后,表面應(yīng)及時(shí)用草袋、鋸末、砂等覆蓋,并灑水養(yǎng)生。夏季應(yīng)適當(dāng)延長養(yǎng)護(hù)時(shí)間,使之緩慢降溫。在寒冷季節(jié),混凝土表面應(yīng)采取保溫措施,以防寒潮襲擊。拆模時(shí),塊體中部和表面溫差不宜大于20℃,以防止急劇冷卻造成表面裂縫;A(chǔ)混凝土拆模后要及時(shí)回填。
2.4 不均勻沉陷裂縫:
2.4.1 裂縫現(xiàn)象:不均勻沉陷裂縫多屬貫穿性裂縫,其走向與沉陷情況有關(guān),有的在上部,有的在下部,一般與地面垂直或呈30°~45°角方向發(fā)展。較大的不均勻沉陷裂縫,往往上下或左右有一定的差距,裂縫寬度受溫度變化影響較小,因荷載大小而異,且與不均勻沉降值成比例。
2.4.2 產(chǎn)生原因:結(jié)構(gòu)、構(gòu)件下面的地基未經(jīng)夯實(shí)和必要的加固處理,混凝土澆筑后,地基因沒水引起不均勻沉降。平臥生產(chǎn)的預(yù)制構(gòu)件(如屋架、梁等),由于側(cè)向剛度較差,在弦、腹桿件或梁的側(cè)面常出現(xiàn)裂縫。模板剛度不足,模板支撐間距過大或支撐底部松動(dòng),以及過早拆模,也常導(dǎo)致不均勻沉陷裂縫出現(xiàn)。
2.4.3 預(yù)防措施:對松軟土、填土地基應(yīng)進(jìn)行必要的夯實(shí)和加固。避免直接在松軟土或填土上制作預(yù)制構(gòu)件,或經(jīng)壓夯實(shí)處理后作預(yù)制場地。模板應(yīng)支撐牢固,保證有足夠強(qiáng)度和剛度,并使地基受力均勻。拆模時(shí)間不能達(dá)早,應(yīng)按規(guī)定執(zhí)行。構(gòu)件制作場地周圍應(yīng)作好排水措施,并注意防止水管漏水或養(yǎng)護(hù)水浸泡地基。