當(dāng)前位置

混凝土結(jié)構(gòu)裂縫原因分析與控制

0152建筑材料2021-07-18 12:03:12

混凝土裂縫是施工中具有較普遍性的質(zhì)量問題。混凝土結(jié)構(gòu)、構(gòu)件出現(xiàn)裂縫，不但影響建筑外觀，而且有可能影響構(gòu)件剛度和結(jié)構(gòu)整體性。當(dāng)裂縫寬度超出一定限度，有時(shí)會(huì)造成鋼筋銹蝕，影響結(jié)構(gòu)構(gòu)件的耐久性，因此，為裂縫的出現(xiàn)，應(yīng)給予應(yīng)有的重視。

　　混凝土出現(xiàn)裂縫的原因是多方面的，主要有濕度變化、溫度變化、徐變影響、應(yīng)力作用和施工操作等因素。

1、幾種常見裂縫的原因分析與控制方法

　　收縮（塑性、干縮）裂縫的控制。收縮（塑性、干縮）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。

　　1.1塑性收縮裂縫。此種裂縫多發(fā)生于新澆混凝土的基礎(chǔ)、梁板或具有較大面積的構(gòu)件表面，接近直線，裂縫形狀長短不一，互不連貫，裂縫較淺，產(chǎn)生這類裂縫的原因主要是混凝土多為室外露天澆筑。澆筑后混凝土表面受到日曬、風(fēng)吹的影響，使新澆混凝土表面水分蒸發(fā)過快，即蒸發(fā)速度大于泌水速度，表面混凝土的收縮受到底層混凝土的約束，使正在硬化的混凝土產(chǎn)生拉應(yīng)力，從而導(dǎo)致混凝土表面裂縫。塑性裂縫一般在混凝土澆筑后4h左右形成，開始不很明顯。

　　控制產(chǎn)生這種裂縫的有效方法是，盡可能減少混凝土表面與內(nèi)部的相對(duì)體積變化的差異?；炷翝仓笳駬v要密實(shí)；水、水泥、砂、石子用量要嚴(yán)格控制且配合比要合理；對(duì)裸露表面應(yīng)及時(shí)覆蓋，加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)；對(duì)高溫、大風(fēng)天氣施工的混凝土應(yīng)及時(shí)抹壓，防止裂縫繼續(xù)發(fā)生。

　　1.2干縮裂縫。這種裂縫多發(fā)生于混凝土終凝前后，也有表面裂縫，寬度一般為0.05～0.2mm，個(gè)別情況也有大于0.2mm的。終凝前出現(xiàn)裂縫，較薄的梁、板類構(gòu)件多沿短方向分布；凝固后期的裂縫一般較寬較深，此時(shí)出現(xiàn)的干縮裂縫一般均勻地分布于相鄰兩鋼筋之間并與鋼筋平行。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產(chǎn)生初始應(yīng)力，引起混凝土干縮裂縫。

　　控制和減少這種裂縫的有效方法應(yīng)覆蓋草袋或草簾，避免暴曬。

　　1.3加強(qiáng)混凝土的早期養(yǎng)護(hù)，混凝土澆筑完后，裸露表面應(yīng)及時(shí)用草墊、草袋或塑料薄膜覆蓋，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(shí)間。

　　1.4加強(qiáng)混凝土表面的抹壓，但應(yīng)注意避免過分抹壓。

　　1.5采用密封保水方法，如在混凝土表面噴養(yǎng)護(hù)劑或覆蓋塑料薄膜，使水分不易蒸發(fā)，或采用其他減少空氣流動(dòng)（如設(shè)擋風(fēng)墻、罩），延緩表面水分蒸發(fā)的辦法。

　　1.6預(yù)應(yīng)力構(gòu)件應(yīng)及時(shí)張拉，避免長期堆放。

　　1.7適當(dāng)選擇配合比，避免水灰比、水泥用量、砂率過大，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。

　　1.8構(gòu)件長期露天堆放時(shí)，應(yīng)繼續(xù)適當(dāng)灑水或覆蓋養(yǎng)護(hù)，以便有較長的保濕養(yǎng)護(hù)時(shí)間，特別是薄壁構(gòu)件，應(yīng)放在陰涼地方覆蓋堆放。

2、溫度裂縫的控制

　　2.1溫度裂縫的原因?；炷潦芩嗨療嶙饔?，大氣及周圍溫度、電氣焊接等因素影響而冷熱變化時(shí)，發(fā)生收縮和膨脹，產(chǎn)生溫度裂縫。由于水泥水化熱引起的裂縫一般產(chǎn)生于大體積混凝土，裂縫多平行于結(jié)構(gòu)的短邊，由于環(huán)境溫度變化而產(chǎn)生的溫度裂縫可能貫穿整個(gè)桿件截面。

　　2.2施工期間裂縫。大體積混凝土澆筑后，在硬化期間水泥放出大量的水化熱，內(nèi)部溫度不斷上升，使混凝土外部和內(nèi)部形成較大的溫差，而施工又未采取有效的技術(shù)措施時(shí)，將導(dǎo)致混凝土內(nèi)外溫度急劇變化而產(chǎn)生溫度裂縫。

　　防止混凝土產(chǎn)生的裂縫關(guān)鍵時(shí)期：

　　2.2.1混凝土的溫度變化產(chǎn)生溫差，對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生作用，該作用可分為時(shí)間溫差作用和截面溫差作用兩種。而大體積混凝土溫度變化開裂，主要由截面內(nèi)外溫差作引起，由于混凝土體量大，澆筑后水泥水化熱在內(nèi)部不易散發(fā)，引起混凝土內(nèi)部溫度顯著升高，使凝膠體積膨脹。2.2.2混凝土傳熱性較差，散熱慢，在澆筑過程中其內(nèi)部的溫度會(huì)很快升高，對(duì)于厚度超過800mm的大體積混凝土內(nèi)部絕對(duì)溫升可達(dá)35～50℃，甚至更高。筆者曾對(duì)2m厚澆筑混凝土板進(jìn)行實(shí)測(cè)，最高溫度達(dá)到81.3℃。水泥水化放熱是一個(gè)早期快后期慢的過程，其混凝土內(nèi)部的溫升一般在2～3d可達(dá)最高溫度，持續(xù)一段時(shí)間以后才開始緩慢降溫，約21d后降溫至大氣溫度。

　　2.2.3混凝土在降溫階段從熱膨脹的最大變形開始降溫收縮，此時(shí)，混凝土的彈性模量也已增大，故降溫收縮產(chǎn)生一定的拉應(yīng)力，當(dāng)拉應(yīng)力超過混凝土的變形能力時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生收縮裂縫。

　　2.2.4防止大體積混凝土產(chǎn)生裂縫的關(guān)鍵時(shí)期是在降溫階段，從實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來看，混凝土澆搗后7d左右的降溫時(shí)最容易產(chǎn)生裂縫，此時(shí)是施工保養(yǎng)中容易被忽視、也是防止產(chǎn)生裂縫的關(guān)鍵時(shí)候，這一點(diǎn)施工中應(yīng)該更為重視。

　　2.3施工時(shí)溫度控制。為防止水化熱引起的溫度裂縫，施工時(shí)溫度控制是關(guān)鍵。施工溫度控制包括以下兩個(gè)方面：

　　2.3.1構(gòu)件內(nèi)外溫差控制。即內(nèi)部與外表以及外表與大氣環(huán)境的溫差控制。由溫差引起的變形和應(yīng)力值可按式（1）和（2）計(jì)算：

　　△L=L（t2－t1）α（1）

　　δt=EC△L/L=EC（t2－t1）α（2）

　　式中：△L——鋼筋混凝土構(gòu)件的變形值；

　　L——構(gòu)件的長度；

　　t2－t1——溫差，即溫度變化值；

　　α——溫度膨脹系數(shù)；

　　δt——混凝土溫度應(yīng)力；

　　EC——混凝土彈性模量。

　　混凝土降溫時(shí)，熱量從內(nèi)向外傳遞擴(kuò)散，表面散熱快，溫度低，從而形成內(nèi)外溫差，由上面理論公式計(jì)算出允許混凝土內(nèi)外溫差應(yīng)是5～10℃。但由于結(jié)構(gòu)構(gòu)件不可能受到絕對(duì)約束，混凝土也不可能完全沒有徐變和塑型變形，多數(shù)工程混凝土的內(nèi)外溫差在10～25℃尚未開裂。因此，我國有關(guān)施工規(guī)范對(duì)這類大體積混凝土澆筑時(shí)規(guī)定內(nèi)外溫差宜控制在25℃內(nèi)。另外，環(huán)境溫度越低，產(chǎn)生內(nèi)外溫差也越大，引起混凝土開裂的幾率增加，這種情況下可采取表面覆蓋等措施進(jìn)行溫差控制以防止混凝土表面散熱過快。

　　2.3.2控制混凝土內(nèi)部溫度。水泥水化熱引起升溫后，在絕熱狀態(tài)下混凝土內(nèi)部的穩(wěn)定可用下式計(jì)算：

　　T=T1＋T2=T1＋WQ（1－e-mΓ）/Cp

　　式中：T——在絕熱狀態(tài)下不同齡期的混凝土內(nèi)部溫度（℃）；

　　T1——混凝土的澆筑溫度（℃）；

　　T2——在Γ齡期時(shí)混凝土的絕熱溫度（℃）；

　　W——每立方混凝土中水泥用量（Kg/m3）；

　　Q——每千克水泥水化熱量（Kj）；

　　C——混凝土的比熱容，計(jì)算式可取0.97KJ（Kg·K）

　　P——混凝土的表面密度，一般取2500Kg/m3，為防射線，混凝土中摻入重金屬（如鋇粉）時(shí)取2800～3000Kg/m3；

　　m——系數(shù)，隨水泥品種，比表面及澆筑溫度而異；

　　Γ——齡期（d）。

　　實(shí)際上，由于混凝土澆搗時(shí)總是暴露在大氣中，與大氣存在熱量交換，處于散熱而非絕熱狀態(tài)中，混凝土由水泥水化熱引起的溫升遠(yuǎn)比絕熱條件下最終水化熱的溫升要小。另外，混凝土內(nèi)部最高溫升還與澆筑塊的厚度有關(guān)，塊體越薄散熱越快，最高升溫越低；反之塊體越厚散熱越慢，則最高升溫越高。因此，工程實(shí)踐中引入一個(gè)與澆筑厚度有關(guān)的系數(shù)ξ，混凝土內(nèi)部最高溫度改用下式計(jì)算：

　　T=T1＋T2ξ

　　2.4控制內(nèi)部最高溫度的措施。綜上所述，混凝土內(nèi)部最高溫度是由澆筑溫度和水泥水化熱量升兩部分組成，為控制內(nèi)部最高溫度，針對(duì)這兩方面可采取以下措施：　2.4.1避開炎熱天氣。盡可能選擇溫度低的季節(jié)澆筑，尤其應(yīng)避開炎熱天氣。當(dāng)必須在炎熱天氣澆筑時(shí)，可采用冰水或深井水拌制混凝土，對(duì)骨料進(jìn)行冰水冷卻，設(shè)置遮陽裝置以降低混凝土攪拌和澆筑溫度。

　　2.4.2合理選擇水泥品種和控制水泥用量以降低水化熱溫升。宜用摻混合材料的硅酸鹽水泥，如礦渣水泥、火山灰水泥，這些水泥水化熱較少。若不得不用普通水泥時(shí)，可摻粉煤灰，有緩凝作用的外加劑，并減少水泥用量，選擇合適的砂石級(jí)配、采用強(qiáng)度高的骨料，降低或延緩水化放熱。

　　2.4.3摻緩凝型減水劑。為防止出現(xiàn)施工冷縫，澆筑過程中需要適當(dāng)延長凝結(jié)時(shí)間，同時(shí)緩凝型減水劑在延緩水泥水化的同時(shí)使水化放熱速度減慢，有效降低混凝土內(nèi)部溫升峰值，并能改善混凝土其他方面的性能。

　　2.4.4施工過程合理化?？刹捎萌娣謱印⒎侄畏謱?、斜面分層三種混凝土分層澆搗方式。每層厚度不大于300mm，以加快熱量散發(fā)，并使溫度分布均勻。

　　2.4.5預(yù)埋蛇型石英管。在混凝土體內(nèi)預(yù)埋蛇型石英管，澆筑后采用通冰水，冷卻的方法控制內(nèi)部溫度。最后在用稠度較大的水泥漿將管道填充封堵密實(shí)。

　　2.4.6動(dòng)態(tài)監(jiān)控。對(duì)混凝土溫度變化進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)控，定期測(cè)量澆筑后混凝土表面和內(nèi)部溫度，控制內(nèi)部溫差不大于25℃。

　　2.4.7保溫。覆蓋塑料薄膜再加草袋進(jìn)行保溫，覆蓋厚度由熱工計(jì)算結(jié)合經(jīng)驗(yàn)選定。

　　2.4.8減輕對(duì)地基對(duì)澆筑體約束。在巖石地基或較厚的混凝土墊層上澆筑時(shí)，事先攤鋪10mm厚的瀝青或二層瀝青油氈以消除或減少約束作用，緩和地基對(duì)基礎(chǔ)膨脹時(shí)的側(cè)向壓力。

　　2.4.9配置暗梁。大體積墻體除頂部和底部配有暗梁外，在墻體中部也宜配置暗梁，適當(dāng)增加配筋率。

3、徐變裂縫的控制

　　3.1適當(dāng)加大端頭截面高度，配置承受水平力鋼筋、放射式配筋或彎起構(gòu)造筋（彎起方向平行于主拉應(yīng)力）。壓低預(yù)應(yīng)力筋彎起角度，減少非預(yù)壓區(qū)。

　　3.2支撐節(jié)點(diǎn)采用微動(dòng)連接，如采用螺栓連接，預(yù)留孔內(nèi)設(shè)橡膠墊圈、柔性連接等，以削減約束應(yīng)力。

　　3.3構(gòu)件吊裝前應(yīng)一個(gè)較長的堆放時(shí)間，吊車梁的最后固定盡可能晚些（徐變3個(gè)月可達(dá)60%，4個(gè)月基本穩(wěn)定，半年徐變可完成70%～80%），使徐變變形在吊裝前（或固定前）完成大部分，此時(shí)混凝土具有較長齡期，強(qiáng)度也較高。

　　3.4預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件不要過早放張，以減少收縮徐變變形，提高抗裂能力。

　　3.5加大端頭支承墊板，改進(jìn)壓力分布層，減少應(yīng)力集中。

4、應(yīng)力裂縫的控制

　　4.1加強(qiáng)施工中鋼筋、模板、混凝土配料、振搗的質(zhì)量控制檢查，確保結(jié)構(gòu)構(gòu)件鋼筋位置、安裝支撐系統(tǒng)、支撐位置正確，混凝土強(qiáng)度達(dá)到要求。

　　4.2正確掌握拆模時(shí)間，避免過早拆模，敲擊過重，嚴(yán)格控制施工臨時(shí)堆載；構(gòu)件堆放、運(yùn)輸、吊裝時(shí)保持支承和吊點(diǎn)位置正確、穩(wěn)定，避免振動(dòng)、碰撞。

　　4.3避免直接在松軟土或松填土上支?；蛑谱黝A(yù)制構(gòu)件，場(chǎng)地周圍做好排水并注意養(yǎng)護(hù)，避免水管漏水浸泡地基。

　　4.4預(yù)應(yīng)力構(gòu)件張拉或放張，混凝土必須達(dá)到規(guī)定的強(qiáng)度，控制應(yīng)力應(yīng)準(zhǔn)確，不應(yīng)超張，應(yīng)緩慢放松預(yù)應(yīng)力筋；胎模端部加彈性墊層（木或橡膠），減緩胎模角度，使構(gòu)件回縮不被卡信。

　　4.5預(yù)應(yīng)力吊車梁、桁架等構(gòu)件端部節(jié)點(diǎn)處劈裂應(yīng)力區(qū)全高增配箍筋或鋼筋網(wǎng)片，并保證預(yù)應(yīng)力鋼筋外圍混凝土有一定的厚度。

　　4.6板面采用二次或三次壓光，改善板面質(zhì)量。

5、施工裂縫的控制

　　5.1木模板澆水濕透，防止脹模將混凝土拉裂。采用翻轉(zhuǎn)脫模時(shí)應(yīng)平穩(wěn)，防止劇烈沖擊和振動(dòng)，并應(yīng)在平整堅(jiān)實(shí)的鋪砂地面上進(jìn)行。

　　5.2預(yù)應(yīng)力構(gòu)件預(yù)留孔時(shí)管芯要平直，混凝土澆筑后定時(shí)（15min左右）轉(zhuǎn)動(dòng)鋼管，抽管時(shí)間以手壓混凝土表面不顯印痕為宜，抽管時(shí)應(yīng)平穩(wěn)緩慢?！?.3胎模應(yīng)選用有效的隔離劑，起模前先用千斤頂均勻松動(dòng)，再平緩起吊。

　　5.4構(gòu)件堆放按支承受力狀態(tài)設(shè)置墊木，重疊堆放時(shí)，支點(diǎn)保持在一條直線上，同時(shí)做好標(biāo)記，避免板、梁、柱構(gòu)件反放。

　　5.5運(yùn)輸中，構(gòu)件之間設(shè)置墊木并互相綁牢，防止晃動(dòng)、碰撞。

　　5.6屋架、柱等大型構(gòu)件吊裝，應(yīng)按規(guī)定設(shè)置吊點(diǎn)；吊裝屋架等側(cè)向剛度差的構(gòu)件時(shí)，應(yīng)用腳手桿橫向加固，并設(shè)牽引繩，防止吊裝過程中晃動(dòng)、碰撞。

　　5.7混凝土冬期施工摻氯鹽早強(qiáng)劑，同時(shí)摻加亞硝配鈉阻銹劑（為水泥重量的1%～2%）。

　　5.8滑動(dòng)模板應(yīng)確保安裝尺寸和質(zhì)量要求，施工中若因某種原因?；瑫r(shí)間過長，應(yīng)松開模板后再滑開，以防止拉裂混凝土。

混凝土裂縫構(gòu)件

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