淺談混凝土裂縫的原因、預(yù)防與處理

　　關(guān)鍵詞：混凝土裂縫原因分析處理

　　一、混凝土裂縫的分類

　　混凝土裂縫是混凝土的一種常見病和多發(fā)病。病情絕大多數(shù)發(fā)生于施工階段，其原因復(fù)雜多變，一般可分為微觀裂縫和宏觀裂縫兩大類。

　　微觀裂縫是指肉眼看不到的、砼內(nèi)部固有的一種裂縫，它是不連貫的。寬度一般在0.05mm以下，這種砼本身固有的微觀裂縫，荷載不超過設(shè)計(jì)規(guī)定的條件下，一般視為無害。

　　宏觀裂縫寬度在0.05mm以上，并且認(rèn)為寬度小于0.2~0.3mm的裂縫是無害的，但是這里必須有個(gè)前提，即裂縫不再擴(kuò)展，為最終寬度。

　　二、混凝土裂縫的成因

　　裂縫產(chǎn)生的形式和種類很多，有設(shè)計(jì)方面的原因，但更多的是施工過程的各種因素組合產(chǎn)生的，要根本解決混凝土中裂縫問題，還是需要從混凝土裂縫的形成原因著手。正確判斷和分析混凝土裂縫的成因是有效地控制和減少混凝土裂縫產(chǎn)生的最有效的途徑。

　　(一)砼的收縮

　　收縮是砼的一個(gè)主要特性，對(duì)砼的性能有很大影響。由于收縮而產(chǎn)生的微觀裂縫一旦發(fā)展，則有可能引起結(jié)構(gòu)物的開裂、變形甚至破壞。收縮裂縫多發(fā)生在大體積砼中，梁、板、柱等小塊體構(gòu)件，預(yù)應(yīng)力構(gòu)件極少產(chǎn)生收縮裂縫。砼收縮裂縫危害較大，尤其是暴露在大氣中的構(gòu)筑物，影響更大。如不加以防止，可能會(huì)造成嚴(yán)重后果。

　　（二）混凝土材料及配合比

　　配合比設(shè)計(jì)不當(dāng)直接影響砼的抗拉強(qiáng)度，是造成砼開裂不可忽視的原因。有關(guān)試驗(yàn)資料顯示：用水量不變時(shí)，（中國(guó)論文聯(lián)盟www.lwlm.com整理）水泥用量每增加10%，混凝土收縮增加5%；水泥用量不變時(shí)，用水量每增加10%，混凝土強(qiáng)度降低20%，混凝土與鋼筋的粘結(jié)力降低10%。合肥市近兩年發(fā)現(xiàn)不少商品混凝土澆搗的樓板出現(xiàn)裂縫，總結(jié)的原因有如下方面：

　　1．粗細(xì)集料含泥量過大，造成混凝土收縮增大。集料顆粒級(jí)配不良或采取不恰當(dāng)?shù)拈g斷級(jí)配，容易造成混凝土收縮的增大，誘導(dǎo)裂縫的產(chǎn)生。

　　2．骨料粒徑越細(xì)、針片含量越大，混凝土單方用灰量、用水量增多，收縮量增大。

　　3．混凝土外加劑、摻和料選擇不當(dāng)、或摻量不當(dāng)，嚴(yán)重增加混凝土收縮。

　　4．水泥品種原因，礦渣硅酸鹽水泥收縮比普通硅酸鹽水泥收縮大。

　　5．水泥等級(jí)及混凝土強(qiáng)度等級(jí)原因：水泥等級(jí)越高、細(xì)度越細(xì)、早強(qiáng)越高對(duì)混凝土開裂影響很大�；炷�土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)越高，混凝土脆性越大、越易開裂。

　�。ㄈ�）施工及現(xiàn)場(chǎng)養(yǎng)護(hù)原因

　　1．現(xiàn)場(chǎng)澆搗混凝土?xí)r，振搗或插入不當(dāng)，漏振、過振或振搗棒抽撤過快，均會(huì)影響混凝土的密實(shí)性和均勻性，誘導(dǎo)裂縫的產(chǎn)生。

　　2．高空澆注混凝土，風(fēng)速過大、烈日暴曬，混凝土收縮值大。

　　3．對(duì)大體積混凝土工程，缺少兩次抹面，易產(chǎn)生表面收縮裂縫。

　　4．大體積混凝土澆注，對(duì)水化計(jì)算不準(zhǔn)、現(xiàn)場(chǎng)混凝土降溫及保溫工作不到位，引起混凝土內(nèi)部溫度過高或內(nèi)外溫差過大，混凝土產(chǎn)生溫度裂縫。

　　5．現(xiàn)場(chǎng)養(yǎng)護(hù)措施不到位，混凝土早期脫水，引起收縮裂縫。

　　6．現(xiàn)場(chǎng)模板拆除不當(dāng)，引起拆模裂縫或拆模過早。

　　7．現(xiàn)場(chǎng)預(yù)應(yīng)力張拉不當(dāng)(超張、偏心)，引起混凝土張拉裂縫。

　　這些因素都會(huì)造成砼較大的收縮，產(chǎn)生龜裂裂縫或疏松裂縫，致使砼微觀裂縫迅速擴(kuò)展，形成宏觀裂縫。

　　(四)使用原因(外界因素)

　　1．構(gòu)筑物基礎(chǔ)不均勻沉降，產(chǎn)生沉降裂縫。

　　2．使用荷載超負(fù)。

　　3．野蠻裝修，隨意拆除承重墻或鑿洞等，引起裂縫。

　　4．周圍環(huán)境影響，酸、堿、鹽等對(duì)構(gòu)筑物的侵蝕，引起裂縫。

　　5．意外事件，火災(zāi)、輕度地震等引起構(gòu)筑物的裂縫。

　�。ㄎ澹�溫度原因

　　混凝土中產(chǎn)生裂縫有多種原因，主要是溫度和濕度的變化，混凝土的脆性和不均勻性，以及結(jié)構(gòu)不合理，原材料不合格（如堿骨料反應(yīng)），模板變形，基礎(chǔ)不均勻沉降等。

　　混凝土硬化期間水泥放出大量水化熱，內(nèi)部溫度不斷上升，在表面引起拉應(yīng)力。混凝土是一種脆性材料，抗拉強(qiáng)度是抗壓強(qiáng)度的1／10左右，短期加荷時(shí)的極限拉伸變形只有（0.6～1.0）×104，長(zhǎng)期加荷時(shí)的極限位伸變形也只有（1.2～2.0）×104.由于原材料不均勻，水灰比不穩(wěn)定，及運(yùn)輸和澆筑過程中的離析現(xiàn)象，在同一塊混凝土中其抗拉強(qiáng)度又是不均勻的，存在著許多抗拉能力很低，易于出現(xiàn)裂縫的薄弱部位。但是在施工中混凝土由最高溫度冷卻到運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)期的穩(wěn)定溫度，往往在混凝土內(nèi)部引起相當(dāng)大的拉應(yīng)力。有時(shí)溫度應(yīng)力可超過其它外荷載所引起的應(yīng)力，因此掌握溫度應(yīng)力的變化規(guī)律對(duì)于進(jìn)行合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工極為重要。

　　2溫度應(yīng)力的分析

　　根據(jù)溫度應(yīng)力的形成過程可分為以下三個(gè)階段：

　　（1）早期：自澆筑混凝土開始至水泥放熱基本結(jié)束，一般約30天。這個(gè)階段的兩個(gè)特征，一是水泥放出大量的水化熱，二是混凝上彈性模量的急劇變化。由于彈性模量的變化，這一時(shí)期在混凝土內(nèi)形成殘余應(yīng)力。

　　（2）中期：自水泥放熱作用基本結(jié)束時(shí)起至混凝土冷卻到穩(wěn)定溫度時(shí)止，這個(gè)時(shí)期中，溫度應(yīng)力主要是由于混凝土的冷卻及外界氣溫變化所引起，這些應(yīng)力與早期形成的殘余應(yīng)力相疊加，在此期間混凝上的彈性模量變化不大。

　　（3）晚期：混凝土完全冷卻以后的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)期。溫度應(yīng)力主要是外界氣溫變化所引起，這些應(yīng)力與前兩種的殘余應(yīng)力相迭加。

　　根據(jù)溫度應(yīng)力引起的原因可分為兩類：

　�。�1）自生應(yīng)力：邊界上沒有任何約束或完全靜止的結(jié)構(gòu)，如果內(nèi)部溫度是非線性分布的，由于結(jié)構(gòu)本身互相約束而出現(xiàn)的溫度應(yīng)力。

　�。�2）約束應(yīng)力：結(jié)構(gòu)的全部或部分邊界受到外界的約束，不能自由變形而引起的應(yīng)力。如箱梁頂板混凝土和護(hù)欄混凝土。

　　要想根據(jù)已知的溫度準(zhǔn)確分析出溫度應(yīng)力的分布、大小是一項(xiàng)比較復(fù)雜的工作。在大多數(shù)情況下，需要依靠模型試驗(yàn)或數(shù)值計(jì)算�；炷�土的徐變使溫度應(yīng)力有相當(dāng)大的松馳，計(jì)算溫度應(yīng)力時(shí)，必須考慮徐變的影響，具體計(jì)算這里就不再細(xì)述。

　　3、溫度的控制和防止裂縫的措施

　　為了防止裂縫，減輕溫度應(yīng)力可以從控制溫度和改善約束條件兩個(gè)方面著手。

　　控制溫度的措施如下：

　�。�1）采用改善骨料級(jí)配，用干硬性混凝土，摻混合料，加引氣劑或塑化劑等措施以減少混凝土中的水泥用量；

　　（2）拌合混凝土?xí)r加水或用水將碎石冷卻以降低混凝土的澆筑溫度；

　　（3）熱天澆筑混凝土?xí)r減少澆筑厚度，利用澆筑層面散熱；

　�。�4）在混凝土中埋設(shè)水管，通入冷水降溫；

　�。�5）規(guī)定合理的拆模時(shí)間，氣溫驟降時(shí)進(jìn)行表面保溫，以免混凝土表面發(fā)生急劇的溫度梯度；

　�。�6）施工中長(zhǎng)期暴露的混凝土澆筑塊表面或薄壁結(jié)構(gòu)，在寒冷季節(jié)采取保溫措施；

　　改善約束條件的措施是：

　　（1）合理地分縫分塊；

　�。�2）避免基礎(chǔ)過大起伏；

　　（3）合理的安排施工工序，避免過大的高差和側(cè)面長(zhǎng)期暴露；

　　在混凝土的施工中，為了提高模板的周轉(zhuǎn)率，往往要求新澆筑的混凝土盡早拆模。在混凝土澆筑初期，由于水化熱的散發(fā)，表面引起相當(dāng)大的拉應(yīng)力，此時(shí)表面溫度亦較氣溫為高，此時(shí)拆除模板，表面溫度驟降，必然引起溫度梯度，從而在表面附加一拉應(yīng)力，與水化熱應(yīng)力迭加，再加上混凝土干縮，表面的拉應(yīng)力達(dá)到很大的數(shù)值，就有導(dǎo)致裂縫的危險(xiǎn)，但如果在拆除模板后及時(shí)在表面覆蓋一輕型保溫材料，如泡沫海棉等，對(duì)于防止混凝土表面產(chǎn)生過大的拉應(yīng)力，具有顯著的效果。

　　加筋對(duì)大體積混凝土的溫度應(yīng)力影響很小，因?yàn)榇篌w積混凝土的含筋率極低�；炷�土和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的表面常常會(huì)發(fā)生細(xì)而淺的裂縫，其中大多數(shù)屬于干縮裂縫。雖然這種裂縫一般都較淺，但它對(duì)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和耐久性仍有一定的影響。

　　為保證混凝土工程質(zhì)量，防止開裂，提高混凝土的耐久性，正確使用外加劑也是減少開裂的措施之一。例如使用減水防裂劑，筆者在實(shí)踐中總結(jié)出其主要作用為：

　�。�1）混凝土中存在大量毛細(xì)孔道，水蒸發(fā)后毛細(xì)管中產(chǎn)生毛細(xì)管張力，使混凝土干縮變形。這個(gè)表面張力理論早在六十年代就已被國(guó)際上所確認(rèn)。

　　（2）水灰比是影響混凝土收縮的重要因素，使用減水防裂劑可使混凝土用水量減少25％。

　�。�3）水泥用量也是混凝土收縮率的重要因素，摻加減水防裂劑的混凝土在保持混凝土強(qiáng)度的條件下可減少15％的水泥用量，其體積用增加骨料用量來補(bǔ)充。

　　（4）減水防裂劑可以改善水泥漿的稠度，減少混凝土泌水，減少沉縮變形。

　�。�5）提高水泥漿與骨料的粘結(jié)力，提高的混凝土抗裂性能。

　　（6）混凝土在收縮時(shí)受到約束產(chǎn)生拉應(yīng)力，當(dāng)拉應(yīng)力大于混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)裂縫就會(huì)產(chǎn)生。減水防裂劑可有效的提高的混凝土抗拉強(qiáng)度，大幅提高混凝土的抗裂性能。

　　（7）摻加外加劑可使混凝土密實(shí)性好，可有效地提高混凝土的抗碳化性，減少碳化收縮。

　�。�8）摻減水防裂劑后混凝土緩凝時(shí)間適當(dāng)，在有效防止水泥迅速水化放熱基礎(chǔ)上，避免因水泥長(zhǎng)期不凝而帶來的塑性收縮增加。

　�。�9）摻外加劑混凝土和易性好，表面易摸平，形成微膜，減少水分蒸發(fā)，減少干燥收縮.

　　許多外加劑都有緩凝、增加和易性、改善塑性的功能，我們?cè)诠こ虒?shí)踐中應(yīng)多進(jìn)行這方面的實(shí)驗(yàn)對(duì)比和研究，比單純的靠改善外部條件，可能會(huì)更加簡(jiǎn)捷、經(jīng)濟(jì)。

　　4、混凝土的早期養(yǎng)護(hù)

　　從溫度應(yīng)力觀點(diǎn)出發(fā)，保溫應(yīng)達(dá)到下述要求：

　　1）防止混凝土內(nèi)外溫度差及混凝土表面梯度，防止表面裂縫。

　　2）防止混凝土超冷，應(yīng)該盡量設(shè)法使混凝土的施工期最低溫度不低于混凝土使用期的穩(wěn)定溫度。

　　3）防止老混凝土過冷，以減少新老混凝土間的約束。

　　混凝土的早期養(yǎng)護(hù)，主要目的在于保持適宜的溫濕條件，以達(dá)到兩個(gè)方面的效果，一方面使混凝土免受不利溫、濕度變形的侵襲，防止有害的冷縮和干縮。一方面使水泥水化作用順利進(jìn)行，以期達(dá)到設(shè)計(jì)的強(qiáng)度和抗裂能力。

　　適宜的溫濕度條件是相互關(guān)聯(lián)的�；炷�上的保溫措施常常也有保濕的效果。

　　5結(jié)束語

　　以上對(duì)混凝土的施工溫度與裂縫之間的關(guān)系進(jìn)行了理論和實(shí)踐上的初步探討，雖然學(xué)術(shù)界對(duì)于混凝土裂縫的成因和計(jì)算方法有不同的理論，但對(duì)于具體的預(yù)防和改善措施意見還是比較統(tǒng)一，同時(shí)在實(shí)踐中的應(yīng)用效果也是比較好的，具體施工中要靠我們多觀察、多比較，出現(xiàn)問題后多分析、多總結(jié)，結(jié)合多種預(yù)防處理措施，混凝土的裂縫是完全可以避免的。