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

摘要：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(gè)問(wèn)題，如果施工中混凝土常常出現(xiàn)裂縫就會(huì)影響到結(jié)構(gòu)的整體性和耐久性。結(jié)合實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，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(duì)在施工期如何進(jìn)行混凝土裂縫控制的研究和實(shí)踐有一定的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：混凝土施工；溫度裂縫；裂縫控制；防治措施

1混凝土施工中常見(jiàn)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(shí)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(guò)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(duì)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(xiàn)狀或網(wǎng)狀淺細(xì)裂縫，寬度多在0．05～0．2mm之問(wèn)，大體積混凝土中平面部位多見(jiàn)，較薄的梁板中多沿其短向分布。干縮裂縫通常會(huì)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(huì)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(zhǎng)短不一，互不連貫狀態(tài)。較短的裂縫一般長(zhǎng)20~30cm，較長(zhǎng)的裂縫可達(dá)2～3IT1，寬l～5mm。其產(chǎn)生的主要原因?yàn)椋夯炷猎诮K凝前幾乎沒(méi)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(shí)，受高溫或較大風(fēng)力的影響，混凝土表面失水過(guò)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(shí)混凝土的強(qiáng)度又無(wú)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(kāi)裂的主要因素有水灰比、混凝土的凝結(jié)時(shí)間、環(huán)境溫度、風(fēng)速、相對(duì)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?，模板支撐?wèn)距過(guò)大或支撐底部松動(dòng)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(lèi)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(cuò)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(guò)程中，溫度變化對(duì)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、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(guò)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(guò)混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí)，即會(huì)出現(xiàn)溫縮開(kāi)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(shí)干時(shí)濕，表面干縮形變受到內(nèi)部混凝土的約束，也往往會(huì)導(dǎo)致干縮裂縫?；炷潦且环N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)輸和澆注過(guò)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(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(guò)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。

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。混凝土澆筑后，在硬化過(guò)程中，水泥水化產(chǎn)生大量的水化熱，。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。當(dāng)拉應(yīng)力超過(guò)混凝土的抗拉強(qiáng)度極限時(shí)，混凝土表面就會(huì)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(huì)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(lái)說(shuō)，較為普遍存在的因素包括：現(xiàn)場(chǎng)澆搗混凝土?xí)r，振搗或插入不當(dāng)，漏振、過(guò)振或振搗棒抽撤過(guò)快，均會(huì)導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生；高空澆注混凝土，風(fēng)速過(guò)大、烈日暴曬，混凝土收縮值大；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；拆模過(guò)早或現(xiàn)場(chǎng)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

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(méi)有足夠的變形余地時(shí)，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(wú)約束狀態(tài)下，有足夠變形余地時(shí)所采取的措施。

設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量避免結(jié)構(gòu)斷面突變帶來(lái)的應(yīng)力集中。

積極采用補(bǔ)償收縮混凝土技術(shù)。

常見(jiàn)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(wèn)題，可在混凝土中摻用膨脹劑來(lái)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

根據(jù)結(jié)構(gòu)要求選擇合適的混凝土強(qiáng)度等級(jí)及水泥品種、等級(jí)，盡量避免采用早強(qiáng)高的水泥。

選用級(jí)配優(yōu)良的砂、石原材料，含泥量應(yīng)符合規(guī)范要求。

積極采用摻合料和混凝土外加劑。

施工操作方面

澆搗工作

澆搗時(shí)，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(shí)間，避免過(guò)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。

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。

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(shí)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(guò)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(shí)產(chǎn)生的裂縫，這種裂縫的寬度有時(shí)會(huì)很大，甚至?xí)灤┱麄€(gè)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(zhǎng)短不一、互不連貫。產(chǎn)生這類(lèi)裂縫的原因主要是混凝土多為室外露天澆筑。

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(duì)穩(wěn)定的濕度。具體措施有：

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。

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?；炷羶?nèi)外溫差小于25℃，并灑水濕潤(rùn)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(zhǎng)養(yǎng)護(hù)時(shí)間。

加強(qiáng)混凝土表面的抹壓、但應(yīng)注意避免過(guò)分抹壓。

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(dòng)。延緩表面水分蒸發(fā)的辦法。

構(gòu)件長(zhǎng)期露天堆放時(shí)，應(yīng)繼續(xù)適當(dāng)灑水或覆蓋養(yǎng)護(hù)以便有較長(zhǎng)的保溫養(yǎng)護(hù)時(shí)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(jiàn)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(kāi)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(dòng)的裂縫。表面貼補(bǔ)法適用于大面積漏水的防滲堵漏。

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(shí)使用。例如橋梁裂的修補(bǔ)可先注漿，在涂膜封閉；而對(duì)于路面、墩臺(tái)的粗大裂縫則采用開(kāi)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(zhǎng)時(shí)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(jiǎn)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：鋼箍加固法：粘貼加固法；梁的三面或四面加做圍套法；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(wèn)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：提高原材料的質(zhì)量。嚴(yán)格控制混凝土拌制。提高混凝土運(yùn)輸、澆筑要求。加強(qiáng)混凝土施工的過(guò)程控制。加強(qiáng)對(duì)混凝土的養(yǎng)護(hù)及成品保護(hù)?；炷亮芽p的原因是多方面的也是極為復(fù)雜的，應(yīng)從材料選擇、施工工藝、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等多方面采取措施予以防范，一旦出現(xiàn)裂縫，要正確對(duì)待。結(jié)合實(shí)際情況采取合適的解決辦法及時(shí)進(jìn)行修補(bǔ)，不要讓其繼續(xù)發(fā)展。

5結(jié)論

裂縫是混凝土結(jié)構(gòu)中普遍存在的一種現(xiàn)象?；炷亮芽p進(jìn)行認(rèn)真研究、區(qū)別對(duì)待，采用合理的方法進(jìn)行處理，并在施工中采取各種有效的預(yù)防措施來(lái)預(yù)防裂縫的出現(xiàn)和發(fā)展，保證建筑物和構(gòu)件安全、穩(wěn)定地工作。

參考文獻(xiàn)

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