摘要： 水泥混凝土的裂縫問(wèn)題是工程建設(shè)中普遍存在的質(zhì)量通病，在當(dāng)前基礎(chǔ)建設(shè)大發(fā)展背景下，有效控制水泥混凝土裂縫顯得尤為重要。文章對(duì)水泥混凝土工程中裂縫的分類(lèi)及成因進(jìn)行了深入分析，并從原材料、配合比、溫度、早期養(yǎng)護(hù)和外部約束條件等方面提出了一些控制措施和處理方法。
關(guān)鍵詞： 水泥混凝土；裂縫；成因；控制措施
0 引言
水泥混凝土在土木工程中廣泛應(yīng)用，是用量最多的一種混合材料，它具有強(qiáng)度高、耐久性好、使用壽命長(zhǎng)、養(yǎng)護(hù)費(fèi)用少等優(yōu)點(diǎn)，但也存有一些缺點(diǎn)，如均勻性差、離散性大，容易產(chǎn)生裂縫。裂縫作為混凝土結(jié)構(gòu)中的一種常見(jiàn)的質(zhì)量通病，裂縫一旦形成，既影響混凝土結(jié)構(gòu)物的外觀質(zhì)量，同時(shí)也會(huì)影響結(jié)構(gòu)物的耐久性。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工程實(shí)踐，并經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間的觀察、總結(jié)，對(duì)水泥混凝土裂縫形成的原因及控制措施進(jìn)行了詳細(xì)分析。
1 裂縫分類(lèi)
混凝土裂縫是混凝土的一種常見(jiàn)病和多發(fā)病。裂縫絕大多數(shù)發(fā)生于施工階段，其原因復(fù)雜多變，分析其成因，可以從裂縫外觀方面分成微觀裂縫和宏觀裂縫兩大類(lèi)：
微觀裂縫是指肉眼看不到的、混凝土內(nèi)部固有的一種裂縫，它是不連貫的。寬度一般在0.05mm以下，但是要比肉眼可見(jiàn)的宏觀裂縫多得多。這種混凝土本身固有的微觀裂縫，在荷載不超過(guò)設(shè)計(jì)規(guī)定的條件下，一般視為無(wú)害。用實(shí)體顯微鏡觀察、X射線(xiàn)或超聲波探測(cè)儀等物理檢驗(yàn)手段都可檢測(cè)出這種裂縫。另外一種最直接的方法就是用滲水觀察，一定壓力的水可以在混凝土的微觀裂縫里滲透過(guò)去。
宏觀裂縫可以分為以下四種，即①早期裂縫：早期的裂縫一般發(fā)生的時(shí)間較早，在結(jié)構(gòu)尚未受力或尚未承受結(jié)構(gòu)荷載的3～5天內(nèi)發(fā)生，屬于非荷載裂縫；占結(jié)構(gòu)裂縫的80%以上；雖然早期裂縫并不一定影響結(jié)構(gòu)的承載力，但它的存在卻嚴(yán)重影響著結(jié)構(gòu)物的使用。②沉陷裂縫：因地基差異沉降或構(gòu)件接合不良、剪應(yīng)力超過(guò)設(shè)計(jì)強(qiáng)度而產(chǎn)生的一種混凝土裂縫，多見(jiàn)于填土地基、樁基沉降不均勻的各種基礎(chǔ)與墻體。這種裂縫一般與地面垂直，或成30～40°角方向發(fā)展，寬度因荷載大小而異，與沉降值成比例。沉降裂縫危害極大，并且極難處理。因此必須在設(shè)計(jì)上采取有效措施，施工、使用中也要加強(qiáng)觀測(cè)、監(jiān)視。③溫度應(yīng)力裂縫：在混凝土硬化的時(shí)候，水泥會(huì)放出大量的水化熱，導(dǎo)致內(nèi)部溫度升高，這樣就會(huì)在表面形成拉應(yīng)力。后期的降溫過(guò)程中，由于基礎(chǔ)或老混凝土的約束，混凝土的內(nèi)部也會(huì)出現(xiàn)拉應(yīng)力。而且氣溫的降低也會(huì)在其表面形成大的拉應(yīng)力，當(dāng)這些拉應(yīng)力超過(guò)了混凝土的抗裂能力時(shí)，裂縫就產(chǎn)生了。④收縮裂縫：在施工階段因水泥水化熱及外部氣溫的作用引起混凝土收縮而產(chǎn)生的裂縫。多為規(guī)則的條狀，很少交叉。常發(fā)生在結(jié)構(gòu)變截面處，往往與受力鋼筋平行。收縮裂縫多發(fā)生在大體積混凝土中，梁、板、柱等小塊體構(gòu)件，特別是預(yù)應(yīng)力構(gòu)件極少產(chǎn)生收縮裂縫�；炷潦湛s裂縫危害較大，尤其是暴露在大氣中的構(gòu)筑物，影響更大。如不加以防止，可能會(huì)造成嚴(yán)重后果。文章著重對(duì)以上幾種宏觀裂縫產(chǎn)生的原因與控制措施加以討論。
2 裂縫的成因
2.1 早期裂縫 這種裂縫是混凝土在凝固的階段時(shí)受溫度和濕度的影響，在短時(shí)間內(nèi)迅速地失去水而使混凝土快速收縮而形成的，一般在剛剛澆筑1～3小時(shí)內(nèi)產(chǎn)生。所以，我們?cè)谘谉岫囡L(fēng)的夏季澆灌混凝土?xí)r，最好在完成后及時(shí)地覆蓋一些遮蔽物，防止它的表面急劇失水，產(chǎn)生裂縫。雖然夏季容易產(chǎn)生這種裂縫，但是只要及時(shí)發(fā)現(xiàn)、及早處理，這種外觀上不連續(xù)，呈魚(yú)鱗狀且寬度較大，長(zhǎng)度較短的早期裂縫一般不會(huì)貫穿整個(gè)混凝土斷面，所以這種裂縫的危害不是很大。況且它還可以通過(guò)二次抹平進(jìn)行修復(fù)。
2.2 沉陷裂縫 這種裂縫是由于基礎(chǔ)處理不恰當(dāng)，支撐桿的密度、強(qiáng)度以及模板的剛度不足導(dǎo)致地基沉陷、支撐模板難以承受混凝土的重量下沉或者變形，或者難以承受混凝土振搗棒的沖擊力而產(chǎn)生的裂縫，它是工程建設(shè)中混凝土最常出現(xiàn)的裂縫，尤其是那種跨度大的工程設(shè)施更容易出現(xiàn)。它的寬度和長(zhǎng)度都比較大，往往使得混凝土內(nèi)部的鋼筋裸露在空氣中，對(duì)工程設(shè)施的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度以及使用壽命有著非常壞的影響。所以，在施工的過(guò)程中，我們要尤其注意防止這種裂縫的產(chǎn)生。
2.3 溫度應(yīng)力裂縫 由于混凝土在硬化的過(guò)程中，水泥和水發(fā)生水化作用，釋放大量的熱，而混凝土內(nèi)部、外部的冷凝速度又不同，造成內(nèi)部水化作用的熱量難以散發(fā)，導(dǎo)致混凝土的內(nèi)部不斷膨脹，對(duì)混凝土的表面產(chǎn)生拉應(yīng)力，當(dāng)拉應(yīng)力達(dá)到一定的限度時(shí)，混凝土的表面被撕開(kāi)造成裂縫。這種裂縫在大型混凝土（大壩、橋墩等）結(jié)構(gòu)中經(jīng)常出現(xiàn)，而水化作用在混凝土的硬化過(guò)程中一直存在，所以這種裂縫不可避免，我們只能特別注意。 外部氣候的變化、周?chē)鷱?fù)雜溫度的影響會(huì)造成混凝土結(jié)構(gòu)的熱脹冷縮。通常情況下由于鋼筋的膨脹系數(shù)為1.210-6/℃，混凝土的平均膨脹系數(shù)為1.010-6/℃，所以在較大的溫差變化下，混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生不均勻膨脹，因?yàn)殇摻畹呐蛎洿笥诨炷恋呐蛎�，所以�(xún)?nèi)部就會(huì)產(chǎn)生拉應(yīng)力，而外部在內(nèi)部拉應(yīng)力的影響下就會(huì)產(chǎn)生裂縫。如果混凝土的外部有諸如支座嵌固等約束，也比較容易造成混凝土熱脹時(shí)受到限制，從而對(duì)自身產(chǎn)生擠壓，產(chǎn)生裂縫。
2.4 收縮裂縫 ①干燥收縮。干燥收縮裂縫比較容易出現(xiàn)在混凝土澆筑完成后的一周左右或者是混凝土養(yǎng)護(hù)結(jié)束后的一段時(shí)間。水泥砂漿中水分的蒸發(fā)會(huì)產(chǎn)生干燥收縮，這種收縮裂縫的發(fā)生主要是因?yàn)榛炷羶?nèi)部、外部的水分蒸發(fā)程度不相同而導(dǎo)致其變形程度不同的結(jié)果，這種收縮的特點(diǎn)是不可逆。②塑性收縮。這種收縮指混凝土在凝結(jié)以前，因?yàn)楸砻媸^快而產(chǎn)生的收縮。它一般在干熱或者大風(fēng)的天氣里出現(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)。塑性收縮裂縫產(chǎn)生的主要原因是混凝土在終凝前幾乎沒(méi)有強(qiáng)度或者強(qiáng)度很小，或者在剛終凝而強(qiáng)度很小時(shí)遇到了高溫、較大風(fēng)力的影響，使得表面失水太快，造成毛細(xì)管中產(chǎn)生較大負(fù)壓而使混凝土的體積快速收縮，而此時(shí)混凝土的強(qiáng)度無(wú)法抵抗其本身的收縮，所以就產(chǎn)生了裂縫。影響這種裂縫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。
2.5 其他因素引起的裂縫 木模沒(méi)澆水濕透、拆模方法不當(dāng)或受到劇烈振動(dòng)；構(gòu)件運(yùn)輸、堆放時(shí)支撐墊木位置不當(dāng)或運(yùn)輸過(guò)程中受到較大的振動(dòng)；吊點(diǎn)位置不當(dāng)、安裝時(shí)下放速度過(guò)快，產(chǎn)生撞擊；安裝錯(cuò)誤使構(gòu)件放反等都會(huì)產(chǎn)生裂縫。
3 怎樣控制裂縫
以上通過(guò)對(duì)混凝土裂縫的原因分析，我們知道造成混凝土產(chǎn)生裂縫的主要原因是混凝土自身結(jié)構(gòu)中的內(nèi)外部溫度濕度以及其約束條件。所以，控制混凝土產(chǎn)生裂縫的措施有改善原材料、優(yōu)化混凝土配合比、控制澆筑混凝土結(jié)構(gòu)時(shí)的溫度、注意早期養(yǎng)護(hù)、改善混凝土結(jié)構(gòu)的外部約束條件等。
3.1 確保材料質(zhì)量，嚴(yán)格規(guī)范施工 進(jìn)行工程的水泥一定要有質(zhì)量合格證明，并且要進(jìn)行復(fù)查實(shí)驗(yàn)確保水泥質(zhì)量；制作過(guò)程中要準(zhǔn)確配料，攪拌均勻，縮短運(yùn)輸時(shí)間，振搗密實(shí)，按照規(guī)定養(yǎng)護(hù)；要求員工按強(qiáng)制性規(guī)范進(jìn)行施工；盡量地拖延拆模時(shí)間。①挑選干縮率較小的水泥。常用水泥中礦渣水泥干縮率較大，普通水泥次之，粉煤灰水泥干縮率較小。一般來(lái)說(shuō)，建筑工程和橋梁工程采用普通水泥即可。干縮率小其抗裂性不一定好，這里要考慮水泥的徐變。如采用正規(guī)廠家生產(chǎn)的含游離氧化鈣少的水泥以防止混凝土出現(xiàn)崩裂。②選擇集料時(shí)，應(yīng)選用碎石、粗砂，盡量不用礫石、細(xì)砂，因前者比后者干縮率小。也不能用海砂，避免鋼筋銹蝕膨脹裂縫的發(fā)生。③嚴(yán)禁采用含硫酸鹽或鎂鹽的水或海水?dāng)嚢杌炷粒员苊馀c水泥中的鋁酸三鈣反應(yīng)，造成體積膨脹裂縫或鋼筋銹蝕膨脹裂縫。④盡量不采用含有氯化物的外加劑，防止鋼筋銹蝕，產(chǎn)生膨脹裂縫。
3.2 制作過(guò)程中可以改善配料及方法 ①改善混凝土材料的配合比，使用那種干硬性混凝土，摻混合料，例如可以添加加氣劑、減水劑來(lái)減少混凝土中的水泥用量，用和緩凝劑延長(zhǎng)混凝土的硬化時(shí)間，這些混合料對(duì)減少單位時(shí)間內(nèi)水泥水化時(shí)釋放的熱量，減小溫度應(yīng)力等很有效果。②澆灌大型混凝土結(jié)構(gòu)中可以采用礦渣水泥、粉煤灰水泥等低水化熱的水泥品種。③拌合混凝土?xí)r為了降低混凝土的澆筑溫度，我們可以加冰或冷水，或者將沙石冷卻。
3.3 減少混凝土結(jié)構(gòu)中的溫度應(yīng)力 控制溫度或者改善約束條件可以減輕溫度應(yīng)力，從而防止裂縫。
如何控制溫度：
①使用材料上，改善配料，比如用干性混凝土，摻混合料，加引氣劑或塑化劑等減少水泥用量；澆筑時(shí)加水或冰以冷卻碎石，從而降低澆筑溫度；天氣熱時(shí)，可以減少混凝土的澆筑厚度，利用澆筑層面散熱。②可以在混凝土中埋設(shè)通水管，通入涼水降溫；規(guī)定合理的拆模時(shí)間，在氣溫急劇下降時(shí)，為了不產(chǎn)生急劇的溫度梯度，我們要對(duì)表面進(jìn)行保溫；我們還要對(duì)那些非短期暴露在空氣中的混凝土澆筑塊表面或者薄壁結(jié)構(gòu)，在寒冷的季節(jié)進(jìn)行保溫措施。
如何改善約束條件：
①合理地分縫分塊。②合理地安排施工程序，盡量不要讓過(guò)大的高差和側(cè)面長(zhǎng)期裸露；要避免基礎(chǔ)過(guò)大起伏。
另外保證混凝土的質(zhì)量，提高其性能，特別是抗裂能力，加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)，避免表面干縮等對(duì)防止裂縫十分有用。當(dāng)然，還應(yīng)特別注意避免產(chǎn)生貫穿裂縫，因?yàn)檫@種裂縫的產(chǎn)生對(duì)恢復(fù)其結(jié)構(gòu)的整體性是很困難的，所以施工過(guò)程中要以預(yù)防貫穿裂縫為主。
3.4 混凝土早期養(yǎng)護(hù)的重要性 施工過(guò)程中早期養(yǎng)護(hù)對(duì)高性能混凝土自收縮的影響很大，而自收縮與混凝土的質(zhì)量和壽命有很大的關(guān)系，根據(jù)自收縮的原理，如果開(kāi)始養(yǎng)護(hù)的時(shí)間越晚，表面形成的彎液面臨界半徑越小，故需要外加的壓力越大，養(yǎng)護(hù)也就越困難。當(dāng)混凝土內(nèi)部毛細(xì)管壁的阻力超過(guò)水的表面張力時(shí)，水分無(wú)法向內(nèi)部遷移，這樣表面水分對(duì)混凝土的內(nèi)部無(wú)法起到保護(hù)，所以早期養(yǎng)護(hù)很重要，特別是需要注意保持適宜的溫度和環(huán)境濕度。另外初凝后立即養(yǎng)護(hù)可有效地抑制高性能混凝土的早期自收縮，所以高性能混凝土的施工過(guò)程宜采用內(nèi)襯憎水塑料絨鋼模板或透水模板。
①在炎熱的夏季澆筑那些混凝土路面、小型混凝土塊等暴露在外的混凝土結(jié)構(gòu)時(shí)，我們一定要注意采取適當(dāng)?shù)母采w和灑水措施來(lái)進(jìn)行降溫。
②那種需要維持模板一定時(shí)間的混凝土結(jié)構(gòu)，我們?cè)诓鸪０搴笕孕枰皶r(shí)地在其表面覆蓋一層諸如塑料膜、泡沫、海綿等保溫材料。同時(shí)，對(duì)于這種混凝土設(shè)施，我們要合理地安排拆模時(shí)間，以免溫度突然變化而引起混凝土表面不適應(yīng)。
③炎熱的夏季，我們?cè)跐仓笮偷幕炷两Y(jié)構(gòu)時(shí)，要注意避免高溫施工和太陽(yáng)暴曬，為了避免裂縫的產(chǎn)生我們可以采用減少澆筑厚度、增加澆筑次數(shù)的方法。
3.5 完善混凝土結(jié)構(gòu)的外部約束條件 改善混凝土結(jié)構(gòu)的外部約束條件可以預(yù)防那些由于地基下陷、支撐下沉或者模板變形而產(chǎn)生的裂縫，可以在一定程度上減少外力裂縫。
一般有如下幾種方法解決：
①大型混凝土結(jié)構(gòu)，要合理地分縫分塊，以防混凝土在熱脹冷縮時(shí)產(chǎn)生裂縫。
②夯實(shí)模板基礎(chǔ)，避免地基起伏、下陷過(guò)大導(dǎo)致模板變形，從而產(chǎn)生裂縫。
③增加模板，增強(qiáng)模板的支撐強(qiáng)度，避免模板或支撐因?yàn)樽冃味够炷脸霈F(xiàn)裂縫。
④合理科學(xué)地安排施工工序、人員以及機(jī)械，避免混凝土澆筑倉(cāng)面荷載過(guò)大，人為地造成地基、模板和支撐變形。
4 結(jié)語(yǔ)
混凝土產(chǎn)生裂縫的原因多種多樣，很多裂縫更是多種原因共同作用的結(jié)果，所以其具體表現(xiàn)為應(yīng)力、溫度、濕度、不均勻沉降等因素，這些因素中有些因素可以提前預(yù)防。因此，要認(rèn)真對(duì)待混凝土裂縫問(wèn)題，通過(guò)對(duì)水泥混凝土裂縫成因分析并重點(diǎn)提出控制措施，有效預(yù)防裂縫的出現(xiàn)和發(fā)展，從而保證混凝土工程的質(zhì)量，使得工程結(jié)構(gòu)能夠長(zhǎng)久的為生活生產(chǎn)服務(wù)。
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