兩種常見(jiàn)的混凝土裂縫的分析與控制

張曉華

兩種常見(jiàn)的混凝土裂縫的分析與控制

張曉華

闡述了裂縫在混凝土結(jié)構(gòu)工程中的普遍性、危害性及其特有的規(guī)律性,討論了結(jié)構(gòu)中較為常見(jiàn)的溫度和收縮兩種類(lèi)型的裂縫狀況、成因,提出了在混凝土施工過(guò)程中有效防止和降低這兩種裂縫的方法,從而為現(xiàn)場(chǎng)施工提供更好的控制手段和補(bǔ)救措施。

溫度裂縫,混凝土收縮,裂縫控制

1 概述

混凝土依靠其取材廣泛、價(jià)格低廉、可澆筑成各種形狀、養(yǎng)護(hù)費(fèi)用低,且性能較高等一系列優(yōu)點(diǎn),使它廣泛應(yīng)用于目前建筑工程中,但它是一種非均質(zhì)的復(fù)雜多相混合脆性體,范德華力是其微觀(guān)結(jié)構(gòu)組成之間主要的結(jié)合力,這樣就造成了其抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)低于抗壓強(qiáng)度,當(dāng)混凝土內(nèi)部產(chǎn)生拉應(yīng)力超過(guò)其抗拉強(qiáng)度時(shí),就會(huì)產(chǎn)生裂縫。裂縫的出現(xiàn)影響了建筑物的外觀(guān)、使用壽命,導(dǎo)致了結(jié)構(gòu)承載能力的減弱、鋼筋的銹蝕、碳化的加劇、抗凍融、抗疲勞及抗?jié)B能力的降低,嚴(yán)重者將會(huì)威脅到人們的生命和財(cái)產(chǎn)安全,所以說(shuō),混凝土裂縫情況是工程技術(shù)人員在施工中所必須考慮的問(wèn)題。

在具體的工程實(shí)踐中,混凝土裂縫的原因有多種,具體可歸結(jié)為溫度和濕度的變化、混凝土自身收縮、外荷載產(chǎn)生的變形過(guò)大、基礎(chǔ)不均勻沉降、結(jié)構(gòu)不合理、原材料不合格、模板變形、施工工藝及方法不當(dāng)?shù)?習(xí)慣上將其分成兩大類(lèi)：一類(lèi)是由外荷載的直接應(yīng)力或結(jié)構(gòu)次應(yīng)力引起,常稱(chēng)荷載裂縫;另一類(lèi)是溫度、收縮和膨脹、不均勻沉降等因素導(dǎo)致結(jié)構(gòu)或構(gòu)件變形變化而引起,常稱(chēng)變形裂縫,下面對(duì)工程中較為常見(jiàn)的混凝土溫度型裂縫和收縮型裂縫的狀況、成因、防止及處理措施做一探討。

2 溫度型裂縫

2.1 裂縫狀況

溫度型裂縫受溫度變化影響較為明顯,冬季較寬,夏季較窄,高溫膨脹引起的混凝土溫度裂縫通常是中間粗兩端細(xì),冷縮裂縫的粗細(xì)變化不太明顯,裂縫寬度大小不一,走向通常無(wú)一定規(guī)律,大面積結(jié)構(gòu)裂縫?？v橫交錯(cuò),梁板類(lèi)長(zhǎng)度尺寸較大的構(gòu)件,裂縫多平行于短邊,深入和貫穿性的裂縫一般與短邊方向平行或接近平行,裂縫沿著長(zhǎng)邊分段出現(xiàn),中間較密。該類(lèi)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。

2.2 開(kāi)裂原因

該裂縫主要是由溫度和濕度的變化引起,混凝土在硬化過(guò)程中,水泥水化產(chǎn)生大量的水化熱,內(nèi)部溫度不斷上升,而表面散熱較快,這樣就形成較大的內(nèi)外溫差,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,在降溫過(guò)程中,由于受到基礎(chǔ)或原有混凝土的約束,又會(huì)在混凝土內(nèi)部出現(xiàn)拉應(yīng)力,加之混凝土是一種脆性材料,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)輸和澆筑過(guò)程中的離析現(xiàn)象,使得同一批次的混凝土中其抗拉強(qiáng)度帶有很大的不均勻性,存在著許多抗拉能力很低,易于出現(xiàn)裂縫的薄弱部位,當(dāng)拉應(yīng)力超過(guò)混凝土的抗拉強(qiáng)度極限時(shí),就會(huì)在混凝土表面及內(nèi)部出現(xiàn)開(kāi)裂現(xiàn)象。

2.3 防止措施

第一,在選材上,選用低熱或中熱水泥,減少水泥用量,降低水灰比,改善骨料級(jí)配,降低水化熱。第二,在施工工藝上,應(yīng)改善混凝土的攪拌加工工藝,合理安排施工工序,分層、分塊澆筑,以利于散熱。第三,在設(shè)計(jì)上,應(yīng)在溫度應(yīng)力較大的部位,留置溫度收縮縫。第四,選用合適的外加劑,摻加一定量的具有減水、增塑、緩凝等作用的外加劑,改善混凝土拌合物的流動(dòng)性、保水性,降低水化熱,推遲熱峰的出現(xiàn)時(shí)間。最后,應(yīng)規(guī)定合理的拆模時(shí)間,加強(qiáng)混凝土后期養(yǎng)護(hù),適當(dāng)延長(zhǎng)養(yǎng)護(hù)時(shí)間。

3 收縮型裂縫

3.1 裂縫狀況

收縮型裂縫主要在板墻開(kāi)裂,尤其是在超長(zhǎng)墻體、頂板中較為常見(jiàn),裂縫多出現(xiàn)在構(gòu)件表面,形狀不規(guī)則、長(zhǎng)短寬窄不一、深度一般不超過(guò) 50mm,其中板中裂縫不規(guī)則且細(xì)小、不連續(xù)、呈龜裂狀,邊緣部一般呈對(duì)角斜線(xiàn)狀,長(zhǎng)度通常不超過(guò)300mm;梁上裂縫一般為豎直方向,部分沿梁內(nèi)箍筋呈“U”形,裂縫下寬上窄,且梁跨中較兩端開(kāi)裂嚴(yán)重。

3.2 開(kāi)裂原因

混凝土在凝結(jié)硬化的過(guò)程中產(chǎn)生的體積縮小現(xiàn)象統(tǒng)稱(chēng)為收縮,施工中主要存在三種收縮現(xiàn)象：第一種是干燥收縮,主要為混凝土內(nèi)吸附水的消失,剛澆筑完成的水泥混凝土往往因?yàn)橥饨鐨鉁剌^高,相對(duì)溫度過(guò)小,表面蒸發(fā)過(guò)快,或者是基礎(chǔ)、模板吸水過(guò)快,使表面變干,而其內(nèi)部仍是塑性體,因塑性收縮過(guò)快而使表面產(chǎn)生裂縫,這種裂縫出現(xiàn)在混凝土的表面,比較細(xì)小,特別是商品混凝土,為了滿(mǎn)足可泵性、流動(dòng)性等,出機(jī)時(shí)混凝土的坍落度和砂率比自拌混凝土要大很多,其水分特別容易散失,加之早期強(qiáng)度低,造成其表面容易形成裂縫;第二種是自生收縮,主要為水泥水化物的體積小于參與水化反應(yīng)的水泥和水的體積,這是一種由水泥的水化反應(yīng)所產(chǎn)生的固有收縮;第三種是碳化收縮,是混凝土中的水泥水化物與空氣中的二氧化碳發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的結(jié)果?；炷寥绻跓o(wú)約束的條件下收縮,只會(huì)單純地引起體積縮小,而不會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力,但實(shí)際工程中的混凝土構(gòu)件均會(huì)不同程度的受到約束,使得混凝土為了保持初始長(zhǎng)度,收縮就會(huì)在混凝土中產(chǎn)生拉應(yīng)力,當(dāng)拉應(yīng)力大于混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)就會(huì)產(chǎn)生收縮裂縫。

3.3 防止措施

第一,設(shè)計(jì)上,應(yīng)按工程特點(diǎn)充分考慮混凝土收縮因素引起的應(yīng)力,在結(jié)構(gòu)中斷面薄弱和應(yīng)力集中處,宜采用各種加強(qiáng)措施,增設(shè)鋼筋或鋼筋網(wǎng)作為補(bǔ)償,以及采取合理的構(gòu)造措施,設(shè)置混凝土伸縮縫和后澆帶。

第二,材料上,在拌制混凝土?xí)r,應(yīng)嚴(yán)禁不同品牌、不同標(biāo)高的水泥混在一起使用。另外,采取外加劑和施加預(yù)應(yīng)力也可補(bǔ)償混凝土的收縮,前者依靠水泥用量的減少以降低混凝土收縮率,摻加減水劑的混凝土在保持混凝土強(qiáng)度的條件下可減少 15%的水泥用量,其體積可用增加骨料用量來(lái)補(bǔ)充;后者依靠預(yù)應(yīng)力的施加以增強(qiáng)梁板剛度,所產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)力可抵消由于混凝土收縮產(chǎn)生的軸向拉應(yīng)力,從而消除或減少收縮裂縫的出現(xiàn),但所施加的預(yù)應(yīng)力必須是專(zhuān)門(mén)用于抵消收縮應(yīng)變的預(yù)應(yīng)力。

第三,施工上,應(yīng)加強(qiáng)施工現(xiàn)場(chǎng)管理,采取正確的澆筑順序與振搗方式,在混凝土澆筑時(shí)采取措施遮掩澆筑面,使其避免風(fēng)吹日曬,混凝土澆筑完畢后立即將表面覆蓋并及時(shí)灑水養(yǎng)護(hù),以減少混凝土收縮。

4 裂縫的處理方式[1]

無(wú)論是荷載裂縫還是變形裂縫,過(guò)大的裂縫會(huì)危及建筑物的安全或正常使用,應(yīng)作出妥善處理,工程中處理裂縫的常用方法有：表面處理法,填充法,結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)法,混凝土置換法,電化學(xué)防護(hù)法以及仿生自愈合法,下面對(duì)前三種方法做一簡(jiǎn)單的介紹。

4.1 表面處理法

表面處理法是一種簡(jiǎn)單、常見(jiàn)的修補(bǔ)方法,該方法主要適用于混凝土淺層裂縫,包括表面涂抹和表面貼補(bǔ)法,通常的處理措施是在裂縫的表面粘貼玻璃纖維布,涂刷水泥漿、環(huán)氧膠泥或油漆、瀝青等防腐材料,在防護(hù)的同時(shí)也防止了混凝土受各種作用的影響而繼續(xù)開(kāi)裂。

4.2 填充法

填充法主要用于較深或較寬的裂縫,主要適用于對(duì)結(jié)構(gòu)整體性有影響或有防滲要求的混凝土裂縫的處理,該方法主要為壓力灌漿法,利用壓力設(shè)備將膠結(jié)材料壓入混凝土的裂縫中,膠結(jié)材料硬化后與混凝土形成一個(gè)整體,從而起到封堵加固的目的,以日本SHO-BOND公司開(kāi)發(fā)的 BICS工法較為常用,所用的膠結(jié)材料有水泥漿、環(huán)氧樹(shù)脂、甲基丙烯酸酯、聚氨酯等化學(xué)材料。

4.3 結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)法

當(dāng)裂縫影響到混凝土結(jié)構(gòu)的性能時(shí),就要考慮采取加固補(bǔ)強(qiáng)法對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行處理。補(bǔ)強(qiáng)加固中常用的方法有：加大混凝土結(jié)構(gòu)的截面面積、在構(gòu)件的角部外包型鋼、采用預(yù)應(yīng)力法加固、粘貼鋼板加固、增設(shè)支點(diǎn)加固以及噴射混凝土補(bǔ)強(qiáng)加固等。

5 結(jié)語(yǔ)

以上對(duì)混凝土工程中常見(jiàn)的溫度和收縮兩種類(lèi)型的裂縫進(jìn)行了理論和實(shí)踐上的初步探討,但實(shí)際施工中裂縫的成因都是復(fù)雜多變的,裂縫的出現(xiàn)大都是由于多種因素的疊加所導(dǎo)致的,通常情況下混凝土建筑和構(gòu)件都是帶縫工作的,只要采取有效的措施將其危害性控制在一定程度上,裂縫在一定的范圍內(nèi)是可以接受的,具體施工中要靠我們多觀(guān)察、多比較,出現(xiàn)問(wèn)題后多分析、多總結(jié),結(jié)合多種預(yù)防處理措施,混凝土的裂縫是完全可以避免的。

[1]GB 50367-2006,混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2]張小亮.混凝土裂縫成因分析及控制[J].山西建筑,2010,36(4)：160-161.

On analysis and control of two common concrete cracks

ZHANG X iao-hua

The paper illustrates the widespread,the danger and the specific law of the cracks in the concrete structure,discusses the two cracks of the structure and their reasons,that is the temperature and shrinkage,and points out themethods for preventing or reducing the two cracks in the concrete construction process,so as to provide better controllingmethods andmaintenancemeasures for field construction.

temperature cracks,concrete shrinkage,crack control

TU755.7

B

1009-6825(2011)03-0075-03

2010-09-22

張曉華(1979-),男,工程師,山西省建筑科學(xué)研究院,山西太原 030001