混凝土裂縫成因分析及控制方法

混凝土裂縫成因分析及控制方法混凝土裂縫成因分析及控制方法混凝土結(jié)構(gòu)裂縫是當(dāng)今工程領(lǐng)域非常難以解決的一個問題，如果施工中混凝土常常出現(xiàn)裂縫就會影響到結(jié)構(gòu)的整體性和耐久性。結(jié)合施工現(xiàn)場實(shí)際，從建筑構(gòu)件、溫度變化、體積收縮和施工操作等方面分析了施工期監(jiān)混凝土裂縫產(chǎn)生原因和影響因素，提出了施工期混凝土裂縫的控制技術(shù)，對在施工期間如何進(jìn)行混凝土裂縫控制有一定的指導(dǎo)意義。1混凝土施工中常見裂縫1．1干縮裂縫干縮裂縫多出現(xiàn)在混凝土養(yǎng)護(hù)結(jié)束后的一段時間或是混凝土澆筑完畢后的一周左右。水泥漿中水分的蒸發(fā)產(chǎn)生干縮，且這種收縮是不可逆的。干縮裂縫的產(chǎn)生主要是由于混凝土內(nèi)外水分蒸發(fā)程度不同而導(dǎo)致變形不同的結(jié)果：混凝土受外部條件的影響，表面水分損失過快，變形較大，內(nèi)部濕度變化較小變形較小，較大的表面干縮變形受到混凝土內(nèi)部約束，產(chǎn)生較大拉應(yīng)力而產(chǎn)生裂縫。相對濕度越低，水泥漿體干縮越大，干縮裂縫越易產(chǎn)生。干縮裂縫多為表面性的平行線狀或網(wǎng)狀淺細(xì)裂縫，寬度多在0.05?0.2mm之問，大體積混凝土中平面部位多見，較薄的梁板中多沿其短向分布。干縮裂縫通常會影響混凝土的抗?jié)B性，引起鋼筋的銹蝕影響混凝土的耐久性，在水壓力的作用下會產(chǎn)生水力劈裂影響混凝土的承載力等等?；炷粮煽s主要和混凝土的水灰比、水泥的成分、水泥的用量、集料的性質(zhì)和用量、外加劑的用量等有關(guān)。塑性收縮裂縫塑性收縮是指混凝土在凝結(jié)之前，表面因失水較快而產(chǎn)生的收縮。塑性收縮裂縫一般在干熱或大風(fēng)天氣出現(xiàn)，裂縫多呈中間寬、兩端細(xì)且長短不一，互不連貫狀態(tài)。裂縫一般長20?30cm,寬l?5mm。其產(chǎn)生的主要原因?yàn)椋夯炷猎诮K凝前幾乎沒有強(qiáng)度或強(qiáng)度很小，或者混凝土剛剛終凝而強(qiáng)度很小時，受高溫或較大風(fēng)力的影響，混凝土表面失水過快，造成毛細(xì)管中產(chǎn)生較大的負(fù)壓而使混凝土體積急劇收縮，而此時混凝土的強(qiáng)度又無法抵抗其本身收縮，因此產(chǎn)生龜裂。影響混凝土塑性收縮開裂的主要因素有水灰比、混凝土的凝結(jié)時間、環(huán)境溫度、風(fēng)速、相對濕度等等。沉陷裂縫沉陷裂縫的產(chǎn)生是由于結(jié)構(gòu)地基土質(zhì)不勻、松軟，或回填土不實(shí)或浸水而造成不均勻沉降所致；或者因?yàn)槟０鍎偠炔蛔悖０逯螁柧噙^大或支撐底部松動等導(dǎo)致，特別是在冬季，模板支撐在凍土上，凍土化凍后產(chǎn)生不均勻沉降，致使混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫。此類裂縫多為深進(jìn)或貫穿性裂縫，其走向與沉陷情況有關(guān)，一般沿與地面垂直或呈30~45°角方向發(fā)展，較大的沉陷裂縫，往往有一定的錯位，裂縫寬度往往與沉降量成正比關(guān)系。裂縫寬度受溫度變化的影響較小。地基變形穩(wěn)定之后，沉陷裂縫也基本趨于穩(wěn)定。溫度裂縫在大體積混凝土結(jié)構(gòu)中，溫度應(yīng)力變化及溫度控制具有重要意義。這主要是由于兩方面的原因：首先，在施工中混凝土常常出現(xiàn)溫度裂縫，影響到結(jié)構(gòu)的整體強(qiáng)度和耐久性；其次，在使用過程中，溫度變化對結(jié)構(gòu)的應(yīng)力狀態(tài)具有顯著的不容忽視的影響?；炷潦┕ぶ挟a(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?；炷劣不陂g水泥放出大量水化熱，內(nèi)部溫度不斷上升，在后期降溫過程中，由于表面溫度散失較快，受到內(nèi)部混凝土或基礎(chǔ)的約束，使混凝土表面產(chǎn)生拉應(yīng)力。當(dāng)拉應(yīng)力超過混凝土的抗拉強(qiáng)度時，即會出現(xiàn)溫縮開裂。即使混凝土的內(nèi)部濕度變化很小或變化較慢，但表面濕度變化較大或發(fā)生劇烈變化。如養(yǎng)護(hù)不周、時干時濕，表面干縮形變受到內(nèi)部混凝土的約束，也往往會導(dǎo)致干縮裂縫。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，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，存在著許多抗拉強(qiáng)度很低、易于出現(xiàn)裂縫的薄弱部位。在鋼筋混凝土中，拉應(yīng)力主要是由鋼筋承擔(dān)，混凝土只是承受壓應(yīng)力。在素混凝土內(nèi)或鋼筋混凝土的邊緣部位如果結(jié)構(gòu)內(nèi)出現(xiàn)了拉應(yīng)力，則須依靠混凝土自身承擔(dān)。一般設(shè)計(jì)中均要求不出現(xiàn)拉應(yīng)力或者只出現(xiàn)很小的拉應(yīng)力。但是在施工中混凝土由最高溫度冷卻到運(yùn)轉(zhuǎn)時期的穩(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)律對于進(jìn)行合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工極為重要。溫度裂縫多發(fā)生在大體積混凝土表面或溫差變化較大地區(qū)的混凝土結(jié)構(gòu)中?；炷翝仓?，在硬化過程中，水泥水化產(chǎn)生大量的水化熱，（當(dāng)水泥用量在350?550kg/ms,每立方米混凝土將釋放出17500?27500kJ的熱量，從而使混凝土內(nèi)部溫度升達(dá)70℃左右甚至更高）。由于混凝土的體積較大，大量的水化熱聚積在混凝土內(nèi)部而不易散發(fā)，導(dǎo)致內(nèi)部溫度急劇上升，而混凝土表面散熱較快，這樣就形成內(nèi)外的較大溫差，較大的溫差造成內(nèi)部與外部熱脹冷縮的程度不同，使混凝土表面產(chǎn)生一定的拉應(yīng)力（實(shí)踐證明當(dāng)混凝土本身溫差達(dá)到25?26℃時，混凝土內(nèi)便會產(chǎn)生大致在10MPa左右的拉應(yīng)力）。當(dāng)拉應(yīng)力超過混凝土的抗拉強(qiáng)度極限時，混凝土表面就會產(chǎn)生裂縫，這種裂縫多發(fā)生在混凝土施工中后期。在混凝土的施工中當(dāng)溫差變化較大，或者是混凝土受到寒潮的襲擊等，會導(dǎo)致混凝土表面溫度急劇下降，而產(chǎn)生收縮，表面收縮的混凝土受內(nèi)部混凝土的約束，將產(chǎn)生很大的拉應(yīng)力而產(chǎn)生裂縫，這種裂縫通常只在混凝土表面較淺的范圍內(nèi)產(chǎn)生。施工操作不當(dāng)引起的裂縫具體來說，較為普遍存在的因素包括：（1）現(xiàn)場澆搗混凝土?xí)r，振搗或插入不當(dāng)，漏振、過振或振搗棒抽撤過快，均會導(dǎo)致裂縫的產(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）現(xiàn)場養(yǎng)護(hù)措施不到位，混凝土早期脫水，引起收縮裂縫；（4）拆模過早或現(xiàn)場模板拆除不當(dāng)引起拆模裂縫。2裂縫的控制措施設(shè)計(jì)方面（1）在建筑設(shè)計(jì)中應(yīng)處理好構(gòu)件中“抗”與“放”的關(guān)系。所謂‘抗’就是處于約束狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)，沒有足夠的變形余地時，為防止裂縫所采取的有力措施；而所謂‘放’就是結(jié)構(gòu)完全處于自由變形無約束狀態(tài)下，有足夠變形余地時所采取的措施。（2）設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量避免結(jié)構(gòu)斷面突變帶來的應(yīng)力集中。（3）積極采用補(bǔ)償收縮混凝土技術(shù)。常見混凝土裂縫中，相當(dāng)部分是由于混凝土收縮而造成的。要解決此問題，可在混凝土中摻用膨脹劑來補(bǔ)償混凝土的收縮。實(shí)踐證明，效果很好。選材和配合比設(shè)計(jì)方面（1）根據(jù)結(jié)構(gòu)要求選擇合適的混凝土強(qiáng)度等級及水泥品種、等級，盡量避免采用早強(qiáng)高的水泥。（3）選用級配優(yōu)良的砂、石原材料，含泥量應(yīng)符合規(guī)范要求。（4）積極采用摻合料和混凝土外加劑。施工操作方面（1）澆搗工作澆搗時，振搗捧要快插慢拔，根據(jù)不同的混凝土坍落度正確掌握振搗時間，避免過振或漏振，應(yīng)提倡采用二次振搗、二次抹面技術(shù)，以排除泌水、混凝土內(nèi)部的水分和氣泡。（2）混凝土養(yǎng)護(hù)混凝土裂縫防治工作中，新澆混凝土早期養(yǎng)護(hù)尤為重要，可保證混凝土在早期盡可能少產(chǎn)生收縮。（3）夏季應(yīng)注意混凝土的澆搗溫度，采用低溫入模、低溫養(yǎng)護(hù)，必要時經(jīng)試驗(yàn)可采用冰塊，以降低混凝土原材料的溫度。體積收縮引起的裂縫防治收縮裂縫分為干縮裂縫和塑性收縮裂縫。干縮裂縫多發(fā)生于混凝土終凝前后，產(chǎn)生這種裂縫的原因主要是混凝土在硬化過程中，由于環(huán)境氣候條件的影響，混凝土表面的水分蒸發(fā)，水泥石中的凝膠體逐漸干縮引起的體積變形受到約束時產(chǎn)生的裂縫，這種裂縫的寬度有時會很大，甚至?xí)灤┱麄€構(gòu)件。塑性收縮裂縫多發(fā)生于新澆混凝土的板面、地面或具有較大面積的構(gòu)件表面。裂縫的形狀不規(guī)則、長短不一、互不連貫。產(chǎn)生這類裂縫的原因主要是混凝土多為室外露天澆，收縮裂縫的控制主要在于控制濕度的變化，使結(jié)構(gòu)、構(gòu)件具有相對穩(wěn)定的濕度。具體措施有：（1）適當(dāng)選擇配合比，摻外加劑控制水灰比、在混凝土中攙加粉煤灰，利用后期強(qiáng)度以降低水泥用量和溫升，嚴(yán)格控制砂、石的含泥量，避免使用粉砂，以提高混凝土抗拉強(qiáng)度。（2）加強(qiáng)混凝土的早期養(yǎng)護(hù)，混凝土澆筑之后，采用塑料薄膜和草袋覆蓋以確保混凝土內(nèi)外溫差小于25℃，并灑水濕潤養(yǎng)護(hù)。在氣溫高、濕度低、風(fēng)速大的天氣及早覆蓋、噴水霧養(yǎng)護(hù)，并適當(dāng)延長養(yǎng)護(hù)時間。（3）加強(qiáng)混凝土表面的抹壓、但應(yīng)注意避免過分抹壓。（4）采用密封保水法，如在混凝土表面噴水養(yǎng)護(hù)或覆蓋塑料薄膜，使水分不易蒸發(fā)或采用其他方法減少空氣流動。延緩表面水分蒸發(fā)的辦法。（5）構(gòu)件長期露天堆放時，應(yīng)繼續(xù)適當(dāng)灑水或覆蓋養(yǎng)護(hù)以便有較長的保溫養(yǎng)護(hù)時間，特別是薄壁構(gòu)件，應(yīng)置于陰涼地方覆蓋堆放。3混凝土裂縫常見補(bǔ)救措施隨著施工經(jīng)驗(yàn)的發(fā)展，現(xiàn)在混凝土裂縫修補(bǔ)的方法有很多如：表面處理法、灌漿嵌縫封堵法、結(jié)構(gòu)加固法、混凝土置換法、電化學(xué)防護(hù)法、仿生自愈合法等。其中灌漿嵌縫封堵法又可分為壓力注漿法、開槽填補(bǔ)法和涂膜封閉法三種。表面處理法包括表面涂抹和表面補(bǔ)貼法。表面涂抹適用范圍是槳材難以灌人的細(xì)而淺的裂縫，深度未達(dá)到鋼筋表面的發(fā)絲裂縫，不漏水的縫，不伸縮的裂縫以及不再活動的裂縫。表面貼補(bǔ)（土工膜或其它防水片）法適用于大面積漏水（蜂窩麻面等或不易確定具體漏水位置、變形縫）的防滲堵漏。灌漿嵌縫封堵法此法應(yīng)用范圍廣，從細(xì)微裂縫到大裂縫均可適用，處理效果好。它的三種方法可以單獨(dú)使用，也可以同時使用。例如橋梁裂的修補(bǔ)可先注漿，在涂膜封閉；而對于路面、墩臺的粗大裂縫則采用開槽填補(bǔ)發(fā)為宜；為了防止鋼筋銹蝕，混凝土受到有害離子的腐蝕，則可以采用涂膜防水處理。結(jié)構(gòu)加固法因超荷載產(chǎn)生的裂縫、裂縫長時間不處理導(dǎo)致的混凝土耐久性降低、火災(zāi)造成的裂縫等影響結(jié)構(gòu)強(qiáng)度可采取結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)法。包括斷面補(bǔ)強(qiáng)法、錨固補(bǔ)強(qiáng)法、預(yù)應(yīng)力法等混凝土裂縫處理效果的檢查包括修補(bǔ)材料試驗(yàn)；鉆心取樣試驗(yàn)；壓水試驗(yàn)；壓氣試驗(yàn)等。4建筑構(gòu)件裂縫的控制梁的裂縫控制梁易產(chǎn)生裂縫的部位有：梁受拉區(qū)裂縫，梁在支座附近的斜裂縫，梁受壓區(qū)裂縫。在確認(rèn)裂縫在不降低承載力的情況下采取表面處理法、灌漿嵌縫封堵法等簡易的處理方法。如果梁的裂縫情況影響了梁的承載能力，就應(yīng)更慎重研討，分析比較，采用經(jīng)濟(jì)高效的方法，達(dá)到加固的目的，可采用的方法有：（1）鋼箍加固法；（2）粘貼加固法；（3）梁的三面或四面加做圍套法；（4）梁的單面加大截面法。現(xiàn)澆混凝土板的裂縫控制現(xiàn)澆混凝土板裂縫主要表現(xiàn)為龜裂，縱向、橫向裂縫以及斜向裂縫等問題，其中有設(shè)計(jì)、原材料的原因，也有施工方面的原因。裂縫控制措施有：（1）提高原材料的質(zhì)量。（2）嚴(yán)格控制混凝土拌制。（3）提高混凝土運(yùn)輸、澆筑要求。（4）加強(qiáng)混凝土施工的過