淺談混凝土收縮裂縫的產(chǎn)生及預(yù)防措施

淺談混凝土收縮裂縫的產(chǎn)生及預(yù)防措施袁宏俠近年來，隨著商品混凝土的推廣和應(yīng)用，混凝土結(jié)構(gòu)工程中的裂縫已成為普遍的質(zhì)量通病。從對混凝土強度理論進行研究的結(jié)果以及大量工程實踐所提供的經(jīng)驗來看，混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫是不可避免的。但由于裂縫的存在和發(fā)展，通常會使混凝土內(nèi)部的鋼筋等材料產(chǎn)生腐蝕，從而降低鋼筋混凝土構(gòu)件的承載能力、耐久性及抗?jié)B能力，并影響建筑物的外觀和使用壽命，嚴重者還會威脅到結(jié)構(gòu)安全。為了不至于對工程的結(jié)構(gòu)安全造成影響，有必要在工程施工中對混凝土進行有效的控制，使其裂縫寬度限制在允許的范圍內(nèi)。下面淺析一下混凝土收縮裂縫的產(chǎn)生及預(yù)防措施。收縮，是混凝土材料固有的特性，是混凝土在空氣中結(jié)硬時產(chǎn)生的體積變化。這種體積變化，在完全自由狀態(tài)下，不會使混凝土產(chǎn)生裂縫。但實際上，由于結(jié)構(gòu)的整體作用，每一構(gòu)件，甚至每一構(gòu)件的不同部分，都會受到不同大小、不同形式的約束?；炷馏w積變形與這些約束相互作用，就會使混凝土內(nèi)產(chǎn)生拉應(yīng)力。當這種拉應(yīng)力超過混凝土的抗拉強度時，混凝土中就會出現(xiàn)裂縫。混凝土中收縮裂縫一般表現(xiàn)為如下幾種形式：（1）干燥收縮裂縫干燥收縮裂縫大多出現(xiàn)在混凝土澆筑結(jié)束后一周時間左右，多為表面性的平行線狀或網(wǎng)狀淺細裂縫，寬度在0.05~0.2mm之間，大體積混凝土中的平面部位比較常見，在較薄的梁板中則沿其短向分布。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，表面水分蒸發(fā)過快，變形較大，內(nèi)部濕度變化較小、變形較小，于是，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，因而產(chǎn)生裂縫。（2）塑性收縮裂縫塑性收縮是指混凝土終凝之前，因高溫或風速較大，大面積暴露的新澆混凝土表面因失水較快而產(chǎn)生的收縮裂縫。這種收縮裂縫是由混凝土塑性收縮引起的。一般裂縫多呈中間寬、兩端細且長短不一，呈互不連貫的龜裂狀態(tài)。較短的裂縫一般長20—30cm，較長的裂縫可達2—3m，寬1—5m。其形成的主要原因是由于混凝土毛細管負壓作用。當新澆混凝土表面水分的蒸發(fā)速度大于混凝土泌水速度時，水的蒸發(fā)由表面深入到混凝土漿體內(nèi)部，使蒸發(fā)面形成凹液面，由此產(chǎn)生的毛細管負壓力使固體顆粒之間產(chǎn)生引力。隨著水分蒸發(fā)的進行，顆粒之間的水形成彎月曲率半徑越來越小，毛細管負壓力就隨之增大，導(dǎo)致混凝土內(nèi)部拉應(yīng)力變大而使混凝土體積急劇收縮，此時混凝土的強度又無法抵抗其本身收縮，因此產(chǎn)生龜裂。（3）溫差收縮裂縫溫差收縮裂縫多發(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。由于混凝土體積較大，水泥水化時都會放出大量的熱量，這使混凝土內(nèi)部溫度大大提高（可達60—80℃），大量的水化熱聚積在內(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，當拉應(yīng)力超過混凝土的抗拉強度極限時，混凝土表面就會產(chǎn)生裂縫，這種裂縫多產(chǎn)生在混凝土施工中后期。一般大體積混凝土內(nèi)部的溫升在2—3d可達到最高溫度，持續(xù)一段時間后才開始緩慢降溫，約需21d以后，才降溫至與大氣溫度相同?；炷猎谠缙诳焖偕郎仉A段，總體上處于熱脹狀態(tài)，此時混凝土剛從塑態(tài)逐漸凝針片狀少、級配良好的石子，并在可泵性和施工可行的情況下選擇石子粒徑大的，對混凝土控制裂縫有利。黃沙則選用含泥量小、細度模數(shù)在2.3以上的，能有效降低骨料的空隙率，減少水泥漿的用量，達到降低收縮的目的。水泥的選擇水泥的品種和細度都會影響到混凝土的收縮。水泥的細度越細雖然可以提高水泥的早期強度，但對混凝土的裂縫控制是極為不利的。因此可根據(jù)經(jīng)驗針對不同的工程選擇不同的水泥品種。對大體積混凝土來說可選擇熟料含量少、水化熱低、凝結(jié)時間較長的礦渣水泥，粉煤灰水泥和復(fù)合水泥。摻合料的選擇摻合料在高性能混凝土中運用非常普遍，目前最常用的混凝土摻合料為粉煤灰、硅粉和礦粉，這些不同的摻合料對混凝土收縮性能影響程度不同。一般認為摻加粉煤灰和礦粉可以減少混凝土早期收縮而硅粉則相反。摻加粉煤灰和礦粉可以減少水泥用量，降低水化熱，推遲熱峰的出現(xiàn)時間，改善混凝土拌合物的和易性，增加混凝土的密實性，提高混凝土的耐久性等性能。因此摻粉煤灰和礦粉對混凝土控制溫差裂縫能起到很好的效果。總之，在材料的選擇過程中，我們應(yīng)依據(jù)最少水泥用量、最大堆積密度和適當水膠比及減少混凝土收縮、提高混凝土的抗裂性這兩個原則來設(shè)計最優(yōu)配合比。設(shè)計方面措施目前設(shè)計措施主要包括施工縫和后澆帶以及合理利用混凝土后期強度以減少水泥用量。施工縫和后澆帶主要是將長、大結(jié)構(gòu)混凝土分段澆筑，減小其收縮長度和約束長度，同時可以利用已澆筑的層面進行散熱，降低混凝土的內(nèi)部溫度，并使混凝土的結(jié)構(gòu)有伸縮變形的空間，以釋放混凝土內(nèi)的溫度應(yīng)力。目前混凝土結(jié)構(gòu)的力學(xué)強度和安全系數(shù)都比較高，這無疑增大混凝土中水泥的用量，是其中的水化熱大大增加，不利于混凝土的溫度控制。因此在施工荷載比較小的情況下，可以考慮合理利用混凝土的后期強度，如以大于28天或60天為齡期，采用這種齡期的混凝土試塊強度作為達到混凝土設(shè)計強度的標準，以合理降低水泥用量，減小混凝土內(nèi)部的水化熱。施工方面措施如何做好施工是減少和避免收縮裂縫形成的重要因素，在施工中應(yīng)注意的問題有：（1）嚴格按設(shè)計配合比施工，控制水泥用量和單位用水量，不得在澆筑過程中隨意向混凝土中加水。在滿足施工條件的基礎(chǔ)上，減少混凝土的坍落度，從而減少干燥收縮和塑性收縮裂縫。（2）振搗混凝土?xí)r間要適當，不能過短或過長。振搗時間過短，則混凝土的密實度不夠；振搗時間過長，則粗骨料會下沉造成結(jié)構(gòu)上表面砂漿富集，這時如果在沒有粗骨料約束的情況下，就極易產(chǎn)生塑性收縮裂縫。（3）做好溫控工作。一般要求混凝土澆筑時氣溫不得大于30℃，夏天可以放寬到35℃，混凝土內(nèi)部溫度不宜超過65℃，且混凝土內(nèi)外溫差不宜超過25℃。同時，還可以采取一些比較合理的降溫措施，例如可以采取對骨料進行預(yù)冷、在混凝土內(nèi)部埋設(shè)冷卻水管、選用低熱水泥及施工時合理分層分塊等措施。（4）做好混凝土的養(yǎng)護工作，防止水分散失。保證良好的養(yǎng)護，最大限度的防止水分散失極為重要。保水最有效的措施是在混凝土澆筑后覆蓋塑料薄膜或噴灑養(yǎng)護。二次抹壓技術(shù)也是很好的方法。其做法是在混凝土初凝時間用水抹子在混凝土表面再全部抹壓一遍，等終凝后灑水養(yǎng)護并覆蓋塑料膜保持濕潤。這種方法能及時消除混凝土表面因塑性收縮而產(chǎn)生的微小裂縫，并使泌水孔道封閉，從而有效減少以后收縮裂縫的產(chǎn)生。以上是對混凝土收縮裂縫的產(chǎn)生及預(yù)防措施所進行的理論和實踐上的初步探討。由于微裂縫在混凝土中是不可避免的，因此，有些結(jié)構(gòu)按其所處條件的不同，允許存在