建筑工程混凝土裂縫成因及控制

 建筑工程混凝土裂縫成因及控制

　　摘要:隨著建筑市場(chǎng)的日益完善，新材料、新工藝的不斷推廣應(yīng)用，工程質(zhì)量得到很大提高。但不容忽視的是，一些質(zhì)量缺陷依然存在，并且嚴(yán)重影響使用，本文通過目前建筑混凝土的裂縫開裂原因進(jìn)行分析,并提出了相應(yīng)的控制措施。

　　關(guān)鍵詞:建筑；混凝土裂縫；原因；控制　　

　　混凝土出現(xiàn)裂縫的原因多種多樣,通常情況下,裂縫的存在不會(huì)影響構(gòu)件的正常使用(寬度<0.05mm),但如果裂縫過大就會(huì)降低結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性,本文主要針對(duì)后者進(jìn)行討論。

　　1混凝土裂縫成因

　　1.1溫度裂縫

　　當(dāng)外部溫度或結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度發(fā)生變化,混凝土將發(fā)生形變,若變形受到約束,結(jié)構(gòu)內(nèi)將產(chǎn)生應(yīng)力,當(dāng)應(yīng)力超過混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)將產(chǎn)生溫度裂縫。

　　通常情況下,溫度應(yīng)力主要有3種形成方式:

　　1)大體積混凝土(厚度超過2m)澆注之后由于水泥水化放熱產(chǎn)生溫度應(yīng)力;此外,由于混凝土彈性模量的急劇變化也會(huì)在其內(nèi)部形成殘余應(yīng)力;

　　2)當(dāng)水泥放熱基本結(jié)束后,由于混凝土的冷卻以及外界氣溫變化引起溫度應(yīng)力;

　　3)在使用過程中,由于突發(fā)降水、冷空氣侵襲或日落等致使混凝土結(jié)構(gòu)外表面溫度突然下降,內(nèi)部溫降相對(duì)較慢而產(chǎn)生溫度應(yīng)力。

　　1.2原材料質(zhì)量引起的裂縫

　　配制混凝土?xí)r所采用原材料質(zhì)量不合格,也可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫。

　　1.2.1水泥

　　如果水泥安定性不合格,其中的游離氧化鈣含量超標(biāo),則由于氧化鈣在凝結(jié)過程中水化很慢,在混凝土凝結(jié)后仍然繼續(xù)起水化作用,可破壞已硬化的水泥石,使混凝土抗拉強(qiáng)度下降。若水泥出廠時(shí)強(qiáng)度不足,水泥受潮或過期,亦可能使混凝土強(qiáng)度不足,導(dǎo)致混凝土開裂。

　　1.2.2砂、石集料

　　1)砂石的粒徑、級(jí)配、雜質(zhì)含量

　　如果砂石粒徑太小、級(jí)配不良,將導(dǎo)致水泥和拌和水用量加大,使混凝土收縮加大,影響混凝土的強(qiáng)度;如果使用超出規(guī)定的特細(xì)砂,后果將更加嚴(yán)重。當(dāng)砂石中含泥量高時(shí),將造成水泥和拌和水用量加大,降低混凝土強(qiáng)度以及抗凍性和抗?jié)B性。

　　2)堿骨料反應(yīng)

　　混凝土中的堿與集料中的某些成份發(fā)生堿骨料反應(yīng),其生成物容易吸水膨脹,導(dǎo)致混凝土開裂。堿骨料反應(yīng)裂縫的分布與鋼筋限制有關(guān)。當(dāng)限制力小時(shí),常出現(xiàn)地圖狀裂縫,并在縫中有白色或透明的浸出物;當(dāng)限制力強(qiáng)時(shí)則出現(xiàn)順筋裂縫。

　　1.2.3拌和水及外加劑

　　拌和水或外加劑中氯化物含量較高時(shí)對(duì)鋼筋銹蝕有較大影響。采用海水或含堿泉水拌制混凝土,或采用含堿的外加劑,可能對(duì)堿骨料反應(yīng)有影響。

　　1.3收縮裂縫

　　在混凝土收縮種類中,塑性收縮和縮水收縮是造成混凝土體積變形的主要原因,另外還有自生收縮和碳化收縮。

　　塑性收縮主要發(fā)生在施工過程中,混凝土澆注后4～15h,水泥水化反應(yīng)激烈,分子鏈逐漸形成,出現(xiàn)泌水和水分急劇蒸發(fā),混凝土失水收縮,同時(shí)骨料因自重下沉,此時(shí)混凝土尚未硬化,稱為塑性收縮。塑性收縮產(chǎn)生的量級(jí)很大,可達(dá)1%左右。

　　縮水收縮是因?yàn)榛炷�土表層水份損失快,內(nèi)部損失慢,從而產(chǎn)生表面收縮大、內(nèi)部收縮小的不均勻收縮。表面收縮受到內(nèi)部約束,使表面混凝土承受拉應(yīng)力,當(dāng)拉應(yīng)力較大時(shí),容易產(chǎn)生收縮裂縫。

　　混凝土收縮還包括由于混凝土的體積變形不能自由伸縮而產(chǎn)生的自生收縮;由大氣中的二氧化碳與水泥水化物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而引起的碳化收縮。

　　1.4鋼筋銹蝕引起的裂縫

　　由于混凝土質(zhì)量較差或保護(hù)層厚度不足,混凝土保護(hù)層受二氧化碳侵蝕碳化至鋼筋表面,或由于氯化物介入,鋼筋周圍氯離子含量較高,均可引起鋼筋表面氧化膜破壞,鋼筋中鐵離子與混凝土中的氧氣和水份發(fā)生銹蝕反應(yīng),其銹蝕物氫氧化鐵體積比原來增長(zhǎng)2～4倍,對(duì)混凝土產(chǎn)生膨脹應(yīng)力,導(dǎo)致保護(hù)層開裂、剝離,沿鋼筋縱向產(chǎn)生裂縫,并有銹跡滲到混凝土表面。由于銹蝕,使得鋼筋有效斷面面積減小,鋼筋與混凝土握裹力削弱,結(jié)構(gòu)承載力下降,并將誘發(fā)其它形式的裂縫,加劇鋼筋銹蝕,導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞。

　　1.5施工工藝質(zhì)量引起的裂縫

　　在混凝土結(jié)構(gòu)澆注過程中,如果施工工藝不合理、施工質(zhì)量低劣,容易產(chǎn)生各種形式的裂縫,特別是細(xì)長(zhǎng)薄壁結(jié)構(gòu)。裂縫出現(xiàn)的部位和走向、裂縫寬度因產(chǎn)生的原因而異,比較常見的有:

　　1)混凝土澆注過快,混凝土流動(dòng)性較低,容易在澆注數(shù)小時(shí)后發(fā)生前述的塑性收縮裂縫;

　　2)混凝土攪拌、運(yùn)輸時(shí)間過長(zhǎng),使水分蒸發(fā)過多,引起混凝土塌落度過低;

　　3)混凝土初期養(yǎng)護(hù)時(shí)急劇干燥,使得混凝土與大氣接觸的表面上出現(xiàn)不規(guī)則的收縮裂縫;

　　4)拆模過早,混凝土強(qiáng)度不足,構(gòu)件在自重或施工荷載作用下產(chǎn)生裂縫;

　　5)施工質(zhì)量控制差,如任意套用配合比,水、砂石、水泥材料計(jì)量不準(zhǔn),造成混凝土強(qiáng)度不足和其他性能(和易性、密實(shí)度)下降,導(dǎo)致結(jié)構(gòu)開裂。

　　2混凝土裂縫控制

　　2.1原材料控制

　　1)選用中低水化熱的水泥,如礦渣硅酸鹽水泥、火山灰硅酸鹽水泥或粉煤灰水泥等。充分利用混凝土的后期強(qiáng)度,減少水泥用量。在滿足使用的條件下,大體積混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度應(yīng)就“能低不高”的原則。同時(shí)應(yīng)注意水泥的質(zhì)量,特別是安定性達(dá)標(biāo)。

　　2)盡量選用粒徑較大(不超過40mm)且級(jí)配良好的粗集料;砂和碎石的含泥量不超過1%,針片狀顆粒含量不得大于15%。

　　3)在混凝土中摻加超細(xì)礦粉。超細(xì)礦粉具有微珠潤(rùn)滑效應(yīng),有明顯的減水作用,并能夠提高混凝土的和易性、體積穩(wěn)定性、密實(shí)性以及抗化學(xué)侵蝕性能,同時(shí)還具有增加混凝土強(qiáng)度,減少塌落度損失、降低水化熱等性能。

　　4)適當(dāng)加大活性細(xì)摻料的用量,以替代部分水泥,從而降低水化熱,增強(qiáng)硬化前后混凝土的體積穩(wěn)定性。如使用大摻量粉煤灰不僅能提高混凝土的和易性,而且改善了混凝土的工作性能和可靠性。

　　5)拌和水中不得有較高含量的氯化物等雜質(zhì),禁止使用海水和含堿泉水拌制混凝土。

　　6)選用合適的外加劑。混凝土中摻入水泥重量0.25%的木鈣減水劑,不僅使混凝土工作性能有了明顯的改善,同時(shí)又減少10%拌和水,節(jié)約10%左右的水泥,降低了水泥水化熱。又如利用膨脹劑置換等量的水泥,不僅降低了水化熱,同時(shí)微膨脹劑吸收部分水化熱后發(fā)生化學(xué)反應(yīng),在混凝土中產(chǎn)生自應(yīng)力而使結(jié)構(gòu)處于受壓狀態(tài),提高了混凝土的抗?jié)B和抗拉能力,避免了裂縫的產(chǎn)生。

　　2.2改進(jìn)設(shè)計(jì)與施工技術(shù)措施

　　從技術(shù)層面講,混凝土裂縫控制主要體現(xiàn)在設(shè)計(jì)和施工中的技術(shù)措施改進(jìn)上。

　　2.2.1設(shè)計(jì)技術(shù)措施

　　1)優(yōu)化鋼筋配置,根據(jù)“細(xì)而密”的原則,減小水平布筋間距,將混凝土中可能產(chǎn)生的收縮應(yīng)力分散。

　　2)由于挖孔、轉(zhuǎn)角和形狀突變處等部位應(yīng)力集中容易產(chǎn)生裂縫,所以應(yīng)采取有效的構(gòu)造措施,例如在轉(zhuǎn)角、孔邊作構(gòu)造筋加強(qiáng);轉(zhuǎn)角處增配斜向鋼筋或網(wǎng)片;突變處做成漸變過渡等。

　　2.2.2施工技術(shù)措施

　　1)混凝土用水量控制在170kg/m3以下;

　　2)控制膠凝材料總量在410kg/m3以下,同時(shí)增大優(yōu)質(zhì)É級(jí)粉煤灰的摻量;

　　3)控制混凝土中膠骨比在1.3以下;

　　4)在保證和易性和泵送的前提下降低砂率;

　　5)在混凝土中摻入適量的復(fù)合纖維,提高基體的抗裂形變能力,阻止原始缺陷(裂紋等)的擴(kuò)展;

　　6)在溫度較高的季節(jié),通過對(duì)原材料和粗骨料進(jìn)行遮陽(yáng)、覆蓋,以及采用低于5℃的拌和水噴淋、冷卻降溫來降低混凝土的澆注溫度。

　　2.3提高施工工藝質(zhì)量

　　由于評(píng)價(jià)混凝土抗裂能力是以極限拉伸率、施工強(qiáng)度保證率或施工均勻性為指標(biāo)(離差系數(shù))。因此,在施工過程中,必須嚴(yán)格按照相關(guān)的國(guó)家或行業(yè)規(guī)范,以及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行,加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)管理監(jiān)督和質(zhì)量控制,從而確�；炷�土結(jié)構(gòu)或構(gòu)件符合設(shè)計(jì)要求的抗裂能力。

　　1)在混凝土澆搗前,應(yīng)先將基層和模板澆水濕透,避免混凝土失水;振搗時(shí),應(yīng)組織好振搗棒的走向,保證混凝土振搗密實(shí)并防止漏振。同時(shí)也應(yīng)避免過度振搗(以混凝土不再下沉、不冒氣泡為準(zhǔn))。

　　2)混凝土澆注完畢后可進(jìn)行二次抹壓,必要時(shí)利用吸水泵排出表面泌水。但表面刮抹應(yīng)限制到最小程度,避免在其表面灑水泥干粉刮抹,加強(qiáng)混凝土早期養(yǎng)護(hù)。

　　3)嚴(yán)格施工操作程序,杜絕過早施加荷載和過早拆模,當(dāng)混凝土溫度高于氣溫時(shí)應(yīng)適當(dāng)考慮拆模時(shí)間,過早拆模,會(huì)在表面引起很大的拉應(yīng)力,出現(xiàn)“溫度沖擊”現(xiàn)象;在澆搗過程中需派專人護(hù)筋,以免踩彎板面負(fù)筋的現(xiàn)象發(fā)生。

　　4)確定合理的攪拌和運(yùn)輸時(shí)間,避免因時(shí)間過長(zhǎng)而使水分過多蒸發(fā),降低混凝土的塌落度,使得在混凝土中出現(xiàn)不規(guī)則的收縮裂縫。

　　5)采用分層連續(xù)澆注并合理設(shè)置施工縫,能夠盡快散發(fā)水化熱,并放松約束條件的聚集。由于施工技術(shù)和施工組織上的原因,不能連續(xù)將結(jié)構(gòu)整體澆完,并且間歇時(shí)間過長(zhǎng),應(yīng)預(yù)先選定適當(dāng)?shù)牟课辉O(shè)置施工縫,以減少裂縫和確保結(jié)構(gòu)安全。

　　2.4改善養(yǎng)護(hù)措施

　　在大體積混凝土施工中,良好的保溫保濕養(yǎng)護(hù)對(duì)于減少混凝土的收縮,控制內(nèi)外溫差,降低約束應(yīng)力,充分利用其松弛效應(yīng)具有重要的意義。根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》可知,大體積混凝土內(nèi)外溫差不應(yīng)高于25℃。內(nèi)外溫差越大,裂縫發(fā)生可能性越大,程度越嚴(yán)重。在混凝土澆注完畢后12h內(nèi),應(yīng)先蓋塑料薄膜1層,然后蓋草包或麻袋2層,再

　　蓋塑料薄膜1層進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。遇氣溫突變,溫度急劇下降的情況,養(yǎng)護(hù)措施必須隨時(shí)跟上。值得一提的是,混凝土養(yǎng)護(hù)應(yīng)使其澆筑的內(nèi)外溫差及降溫速度滿足溫控指標(biāo)的要求;保溫養(yǎng)護(hù)的持續(xù)時(shí)間,應(yīng)根據(jù)溫度應(yīng)力(包括混凝土收縮產(chǎn)生的應(yīng)力)加以控制和確定,但不得少于15d。

　　2.5表面防護(hù)

　　為了提高鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性,避免因鋼筋銹蝕而使混凝土開裂,對(duì)混凝土抗裂性能有較高要求的特殊工程,也可采用在其表面涂覆有機(jī)涂層的措施。采用外覆有機(jī)涂層的方法能夠有效阻止或降低諸如水、二氧化碳以及氯化物等腐蝕性介質(zhì)向混凝土內(nèi)部的滲透,從而有效地延長(zhǎng)了混凝土的使用壽命。目前,國(guó)內(nèi)常用的防護(hù)體系是:環(huán)氧封閉漆+環(huán)氧云鐵中間漆+丙烯酸聚氨酯面漆。經(jīng)過近10年的實(shí)踐檢驗(yàn),該有機(jī)涂層能夠?qū)�混凝土進(jìn)行腐蝕防護(hù),且效果良好,但造價(jià)較高。

　　此外,對(duì)于已產(chǎn)生較寬裂縫的混凝土,為了避免開裂處的鋼筋發(fā)生腐蝕,或已腐蝕的鋼筋繼續(xù)腐蝕,必須對(duì)其進(jìn)行灌漿處理。如果因開裂導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)承載力下降,應(yīng)進(jìn)行加固處理以保證其承載力要求。

　　3結(jié)語(yǔ)

　　混凝土裂縫的控制從設(shè)計(jì)、施工、養(yǎng)護(hù)到運(yùn)營(yíng)等各方面是一個(gè)有機(jī)的整體,它們不僅相互聯(lián)系,而且相互制約。因此在實(shí)際工程中,應(yīng)綜合考慮各種影響因素,抓住主要矛盾,全面剖析,重點(diǎn)施制,才能收到實(shí)效。　

　　[參考文獻(xiàn)]

　　[1]王鐵夢(mèng).工程結(jié)構(gòu)裂縫控制[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,1997.

　　[2]高天清.北京城市軌道交通預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁的裂縫控制[J].商品混凝土,2004,1(1):25229.

　　[3]何丹,韓立林,游寶坤,等.超長(zhǎng)大面積現(xiàn)澆混凝土空心樓板的裂縫[J].建筑技術(shù),2002,33(4):2582260.

　　[4]馮麗,顧渭建.高層建筑超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)無縫設(shè)計(jì)裂縫控制的建筑與結(jié)構(gòu)技術(shù)[J].哈爾濱建筑大學(xué)學(xué)報(bào),2002,35(2):40243.

　　[5]李東,連之偉.現(xiàn)澆混凝土樓板設(shè)計(jì)施工過程中的裂縫控制[J].上海交通大學(xué)學(xué)報(bào),2005,39(5):7512754.

　　[6]GB5020422002,混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范[S].