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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?；炷两Y(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，有時會造成鋼筋銹蝕，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)部的相對體積變化的差異?；炷翝仓笳駬v要密實；水、水泥、砂、石子用量要嚴格控制且配合比要合理；對裸露表面應(yīng)及時覆蓋，加強養(yǎng)護；對高溫、大風(fēng)天氣施工的混凝土應(yīng)及時抹壓，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加強混凝土的早期養(yǎng)護，混凝土澆筑完后，裸露表面應(yīng)及時用草墊、草袋或塑料薄膜覆蓋，并灑水濕潤養(yǎng)護。在氣溫高、濕度低、風(fēng)速大的天氣及早覆蓋、噴水霧養(yǎng)護，并適當(dāng)延長養(yǎng)護時間。

　　1.4加強混凝土表面的抹壓，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（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，嚴格控制砂、石的含泥量，避免使用粉砂，以提高混凝土抗拉強度。

　　1.8構(gòu)件長期露天堆放時，應(yīng)繼續(xù)適當(dāng)灑水或覆蓋養(yǎng)護，以便有較長的保濕養(yǎng)護時間，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。混凝土受水泥水化熱作用，大氣及周圍溫度、電氣焊接等因素影響而冷熱變化時，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，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)鍵時期：

　　2.2.1混凝土的溫度變化產(chǎn)生溫差，對混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生作用，該作用可分為時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)部的溫度會很快升高，對于厚度超過800mm的大體積混凝土內(nèi)部絕對溫升可達35～50℃，甚至更高。筆者曾對2m厚澆筑混凝土板進行實測，最高溫度達到81.3℃。水泥水化放熱是一個早期快后期慢的過程，其混凝土內(nèi)部的溫升一般在2～3d可達最高溫度，持續(xù)一段時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，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，就會產(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)鍵時期是在降溫階段，從實踐經(jīng)驗來看，混凝土澆搗后7d左右的降溫時最容易產(chǎn)生裂縫，此時是施工保養(yǎng)中容易被忽視、也是防止產(chǎn)生裂縫的關(guān)鍵時候，這一點施工中應(yīng)該更為重視。

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

　　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，熱量從內(nèi)向外傳遞擴散，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)范對這類大體積混凝土澆筑時規(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）。

　　實際上，由于混凝土澆搗時總是暴露在大氣中，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，工程實踐中引入一個與澆筑厚度有關(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，可采用冰水或深井水拌制混凝土，對骨料進行冰水冷卻，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，可摻粉煤灰，有緩凝作用的外加劑，并減少水泥用量，選擇合適的砂石級配、采用強度高的骨料，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)時間，同時緩凝型減水劑在延緩水泥水化的同時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?、分段分層、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。

　　2.4.6動態(tài)監(jiān)控。對混凝土溫度變化進行動態(tài)監(jiān)控，定期測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行保溫，覆蓋厚度由熱工計算結(jié)合經(jīng)驗選定。

　　2.4.8減輕對地基對澆筑體約束。在巖石地基或較厚的混凝土墊層上澆筑時，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，緩和地基對基礎(chǔ)膨脹時的側(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)點采用微動連接，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)一個較長的堆放時間，吊車梁的最后固定盡可能晚些（徐變3個月可達60%，4個月基本穩(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，此時混凝土具有較長齡期，強度也較高。

　　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，混凝土強度達到要求。

　　4.2正確掌握拆模時間，避免過早拆模，敲擊過重，嚴格控制施工臨時堆載；構(gòu)件堆放、運輸、吊裝時保持支承和吊點位置正確、穩(wěn)定，避免振動、碰撞。

　　4.3避免直接在松軟土或松填土上支模或制作預(yù)制構(gòu)件，場地周圍做好排水并注意養(yǎng)護，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，混凝土必須達到規(guī)定的強度，控制應(yīng)力應(yīng)準確，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)脫模時應(yīng)平穩(wěn)，防止劇烈沖擊和振動，并應(yīng)在平整堅實的鋪砂地面上進行。

　　5.2預(yù)應(yīng)力構(gòu)件預(yù)留孔時管芯要平直，混凝土澆筑后定時（15min左右）轉(zhuǎn)動鋼管，抽管時間以手壓混凝土表面不顯印痕為宜，抽管時應(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，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，支點保持在一條直線上，同時做好標記，避免板、梁、柱構(gòu)件反放。

　　5.5運輸中，構(gòu)件之間設(shè)置墊木并互相綁牢，防止晃動、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；吊裝屋架等側(cè)向剛度差的構(gòu)件時，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、碰撞。

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

　　5.8滑動模板應(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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