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水泥混凝土裂縫的原因及預(yù)防措施

發(fā)布時(shí)間:2024-05-01
水泥混凝土由于水泥本身的性質(zhì)和混凝土在硬化過程中或硬化后在其他外界不利因素的影響下,極易產(chǎn)生裂縫。從裂縫的大小上來分,可分為允許的裂縫(稱為微裂)和不允許的裂縫(稱為宏觀裂縫)。微縫一般裂縫寬度在0.03mm以內(nèi),用肉眼是看不見的,這種細(xì)小裂縫的分布是不規(guī)則、不連貫的,這種裂縫是由于水泥砼本身的收縮引起的。凡用水泥做粘結(jié)料所形成的砼,這種收縮是不可避免的,由于裂縫寬度較小,對砼結(jié)構(gòu)無多大影響,大量實(shí)踐已證明了這一點(diǎn)。宏觀裂縫一般裂縫寬度大于0.03mm,用肉眼可以看到,產(chǎn)生這種裂縫,一般是在微裂的基礎(chǔ)上,由于受到外荷載作用,較大的溫差變化,施工管理和施工方法不當(dāng)?shù)纫蛩氐挠绊?,使裂縫逐漸增大,把不連貫的裂縫互相連在一起,形成寬長的裂縫,此種裂縫對結(jié)構(gòu)影響很大,應(yīng)盡量避免出現(xiàn)。為控制砼產(chǎn)生裂縫,尤其是宏觀裂縫,有必要找出裂縫的原因,采取有效的措施,避免裂縫的發(fā)生。筆者對此問題做如下闡述,供參考。
2 混凝土裂縫的原因
砼裂縫可歸納為三類:一類是外力(包括突發(fā)性的外力和結(jié)構(gòu)靜、動載)引起的裂縫;二類是砼本身存在不均勻收縮變形加上約束作用引起的裂縫,簡稱收縮裂縫;三類是施工管理、施工方法不當(dāng)?shù)热藶橐蛩匾鸬牧芽p。
2.1 外力引起的裂縫
外力引起的裂縫其危害最大,直接決定著結(jié)構(gòu)的承載能力。如某地下工程穿越一段20m長的塌方段,設(shè)計(jì)時(shí)采用離壁襯砌。砼襯砌厚度沒考慮塌方的影響,結(jié)果由于此段石質(zhì)松散,在地下水作用下造成了塌方,大塊巖石砸壓在拱頂上,拱頂和側(cè)墻多處裂縫,嚴(yán)重影響了結(jié)構(gòu)的承載能力,不得不進(jìn)行二次襯砌加固。目前,高速公路上超載運(yùn)營較普遍,對橋梁影響很大。由于超載的原因,橋梁結(jié)構(gòu)某些薄弱部位有可能出現(xiàn)裂縫。這種裂縫會隨時(shí)間而逐漸擴(kuò)大,最后使砼結(jié)構(gòu)造成破壞,應(yīng)引起足夠的重視。
2.2 收縮裂縫
由于水泥本身性質(zhì)所決定的水泥砼產(chǎn)生收縮裂縫是不可避免的,對于這種裂縫目前尚無一個(gè)精確的計(jì)算方法。設(shè)計(jì)時(shí)只能根據(jù)規(guī)范和經(jīng)驗(yàn)采取相應(yīng)的措施,嚴(yán)格控制施工質(zhì)量,把裂縫控制在允許的范圍之內(nèi),砼收縮裂縫有以下幾種:
2.2.1 干燥收縮裂縫
由于砼內(nèi)的水分蒸發(fā),表面水分蒸發(fā)快,收縮也大,內(nèi)部水分蒸發(fā)慢,收縮也小,形成內(nèi)外收縮差,當(dāng)其差值較大,加上表面收縮變形受到內(nèi)部砼的約束作用而出現(xiàn)拉應(yīng)力,當(dāng)拉應(yīng)力達(dá)到一定值時(shí),引起砼表面開裂。
2.2.2 自生收縮裂縫
水泥水化體積變小,引起自生收縮。由于收縮是不均勻的,收縮大的部位受到收縮小的部位砼的約束作用而產(chǎn)生裂縫。
2.2.3 碳化收縮裂縫
空氣中的二氧化碳與水泥水化生成物如氫氧化鈣等作用生成碳酸鈣、鋁膠、硅膠和游離水,引起表面體積收縮。表面收縮受到結(jié)構(gòu)內(nèi)部未碳化砼的約束而產(chǎn)生表面龜裂。在干燥環(huán)境、振搗過度表面形成砂漿層的情況下更為嚴(yán)重。
2.2.4 降溫收縮裂縫
水泥水化放出熱量,砼溫度升高,水化反應(yīng)完成,放熱也終止。放熱過程表面降溫快,產(chǎn)生較大的降溫收縮。內(nèi)部降溫慢,收縮小。由于砼內(nèi)、外部產(chǎn)生溫差,表面收縮又受到內(nèi)部砼的約束產(chǎn)生拉應(yīng)力,當(dāng)拉應(yīng)力達(dá)到一定值時(shí),砼就會出現(xiàn)裂縫。
以上這幾種因砼收縮引起的裂縫,在沒有其他不利因素的影響下,僅發(fā)生微裂,對結(jié)構(gòu)沒有什么大的影響,是允許的。但在其他各種不利因素的影響下,微裂可轉(zhuǎn)化為不允許出現(xiàn)的宏觀裂縫。如何使裂縫控制在用肉眼看不見的允許范圍之內(nèi),是我們重點(diǎn)要解決的課題。
2.3 人為因素引起的裂縫
2.3.1由于水灰比、砂率過大、石子級配不好、振搗過度、養(yǎng)生不到位等原因引起粗骨料
過度沉落,形成豎向體積縮小,沉落過程中受到鋼筋、模板等約束而產(chǎn)生沉降收縮裂縫。
2.3.2 由于地基不均勻下沉,模板變形或過早拆除模板等因素,引起不均勻沉陷裂縫。
2.3.3 砼沒達(dá)到規(guī)定強(qiáng)度放張(先張法)或張拉(后張法),引起反拱值偏大,或放張方法不當(dāng),都會引起張拉、放張裂縫。對先張法砼空心板、梁、芯模上浮,后張法箱梁模板移位、內(nèi)模上浮,使頂板砼產(chǎn)生裂縫。
2.3.4 砼內(nèi)摻有氯化物外加劑或以海砂作骨料、海水拌制砼,使鋼筋生銹,鐵銹膨脹把砼漲裂;砼保護(hù)層過薄,碳化深度超過保護(hù)層,在水的作用下,使鋼筋生銹膨脹導(dǎo)致裂縫;水泥中含鋁酸三鈣過多,和含有硫酸鹽或鎂鹽的水反應(yīng)生成難溶的體積增大的反應(yīng)物,使砼體積膨脹而裂縫;砼骨料中含活性氧化硅與高堿水泥中堿反應(yīng)生成堿硅酸凝膠,吸水后體積膨脹使砼崩裂(稱堿骨料反應(yīng));水泥中含游離氧化鈣過多,在砼硬化后繼續(xù)水化,體積膨脹使砼崩裂。以上這些裂縫統(tǒng)稱為化學(xué)反應(yīng)裂縫,只有加強(qiáng)試驗(yàn)室檢測工作,才能避免產(chǎn)生這些裂縫。
2.3.5 冬季施工沒采取防凍措施,使砼受凍而產(chǎn)生裂縫,可稱為凍脹裂縫。
2.3.6 由于施工安排不當(dāng),砼墻身和基礎(chǔ)施工間隙時(shí)間過長,先澆筑的砼基礎(chǔ)收縮已基本完成,而后澆筑的砼收縮剛開始,墻身收縮受到基礎(chǔ)的約束,再加上伸縮縫間距偏大,墻身配筋偏少等原因,導(dǎo)致墻身產(chǎn)生裂縫,如薄壁橋臺常出現(xiàn)此種裂縫;對大體積砼澆筑在巖石地基或厚大老砼墊層上時(shí),沒采取隔離層措施,由于約束作用產(chǎn)生裂縫,此類裂縫可稱為人為因素的約束裂縫。
2.3.7 其他因素引起的裂縫。木模沒澆水濕透、拆模方法不當(dāng)或受到劇烈振動;構(gòu)件運(yùn)輸、堆放時(shí)支撐墊木位置不當(dāng)或運(yùn)輸過程中受到較大的振動;吊點(diǎn)位置不當(dāng)、安裝時(shí)下放速度過快,產(chǎn)生撞擊;安裝錯(cuò)誤使構(gòu)件放反等都會產(chǎn)生裂縫。
3 預(yù)防措施
3.1材料選擇上
3.1.1 應(yīng)選擇干縮率較小的水泥。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。一般來說,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。如普通水泥雖然干縮率較大,但徐變更大,致使干縮應(yīng)力大為減少。粉煤灰水泥有利于砼的抗裂性,但粉煤灰必須經(jīng)過磨細(xì),摻入水泥中才能降低水泥的干縮率。由于大多數(shù)水泥水化引起的砼自生體積變形,表現(xiàn)為收縮,因此,可用低熱膨脹水泥拌制砼,使其在硬化過程中產(chǎn)生微膨脹,在約束條件下產(chǎn)生壓應(yīng)力,可以抵消由于收縮產(chǎn)生的拉應(yīng)力,達(dá)到防止開裂的目的。
采用含鋁酸三鈣少的水泥,以減輕水中硫酸鹽或鎂鹽對水泥的作用;采用低堿水泥,降低堿骨料反應(yīng);采用正規(guī)廠家生產(chǎn)的含游離氧化鈣少的水泥以防止砼出現(xiàn)崩裂。
3.1.2 選擇骨料時(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。
3.1.3 嚴(yán)禁采用含硫酸鹽或鎂鹽的水或海水?dāng)嚢桧?,以避免與水泥中鋁酸三鈣反應(yīng),造成體積膨脹裂縫或鋼筋銹蝕膨脹裂縫。
3.1.4 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 合理確定砼配合比
砼配合比對干縮率影響很大,單位用水量、水泥用量和含砂率越大,砼干縮率也越大。其中單位用水量影響最大。據(jù)有關(guān)資料介紹,水灰比由0.4增加到0.7時(shí),砼干縮率增加50%。
3.3 級配方案
選定骨料最佳級配方案,減少空隙率,使砼獲得最密實(shí)的體積。依靠砼本身的密實(shí)性達(dá)到提高砼的抗拉強(qiáng)度、減小收縮裂縫的目的。
3.4 原材料管理
加強(qiáng)原材料管理,嚴(yán)格控制砂、石含泥量。試驗(yàn)證明,當(dāng)含泥量為7%時(shí),其抗拉強(qiáng)度與不含泥相比,降低30%左右。應(yīng)嚴(yán)格按規(guī)范規(guī)定的砂含泥量應(yīng)小于3%、石含泥量應(yīng)小于1%的要求辦。
3.5 養(yǎng)生
養(yǎng)生不好不僅對砼強(qiáng)度影響很大,還極易產(chǎn)生裂縫。養(yǎng)生的方法很多,不管采用哪種方法,能使砼保持濕養(yǎng),散發(fā)水分越慢越好。筆者認(rèn)為,采用塑料薄膜進(jìn)行封閉式的養(yǎng)生方法較為理想,即簡單、養(yǎng)生效果好、又便宜,并能充分利用施工余水進(jìn)行養(yǎng)生。凡是砼工程都存在施工余水散發(fā)的問題。因?yàn)樵谂渲祈艜r(shí),為了使砼有好的和易性及保證水泥能充分水化,砼拌和水量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過水泥完成水化反應(yīng)所需的水量。多余的水分在砼硬化過程中繼續(xù)向外散發(fā),這部分水稱施工余水。據(jù)測定,僅20%左右的水成為化合水,80%呈游離水散發(fā)出來。采用塑料薄膜進(jìn)行封閉式養(yǎng)生法,由于塑料透水率很低,又能保溫,不僅充分利用了施工余水進(jìn)行養(yǎng)生,而且對減少收縮裂縫起著重要作用,應(yīng)盡量采用這種養(yǎng)生方法。
蒸汽養(yǎng)護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件時(shí),升溫速度不大于15oc/h,降溫速度不大于10 oc/h,并緩慢揭開養(yǎng)護(hù)棚布。
3.6 施工方法方面
3.6.1 對于截面尺寸相差較大的砼構(gòu)筑物,可先澆筑較深部位的砼,靜停一段時(shí)間(不能超過初凝期),待沉降穩(wěn)定后再與上部薄截面砼同時(shí)澆筑,以避免沉降過大導(dǎo)致裂縫。
3.6.2 對小型砼預(yù)制件可在砼初凝后、終凝前進(jìn)行二次抹壓,以提高抗拉強(qiáng)度,減少收縮量。
3.7 試驗(yàn)室檢測方面
加強(qiáng)試驗(yàn)室檢測工作,把好原材料質(zhì)量關(guān),這點(diǎn)非常重要,應(yīng)引起足夠重視。
3.8 其他方面
3.8.1 對軟硬地基,設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)采取必要的防沉降措施,以避免出現(xiàn)沉降裂縫。
3.8.2預(yù)應(yīng)力放張(先張法)或張拉(后張法)時(shí),砼必須達(dá)到規(guī)定的強(qiáng)度,控制應(yīng)力應(yīng)準(zhǔn)確,要緩慢放張預(yù)應(yīng)力筋。建議采用有效的、經(jīng)濟(jì)的、安全的千斤頂放張方法。
3.8.3 冬季施工注意防凍,基礎(chǔ)部分要及時(shí)回填、保溫,防止凍脹裂縫。
3.8.4 拆模時(shí)防止受到劇烈沖擊、振動,鋼模采用有效的隔離劑。
3.8.5 平緩起吊,防止構(gòu)件受力不均或受扭。
3.8.6 預(yù)制構(gòu)件堆放場地應(yīng)平整,墊塊設(shè)置要合理,避免預(yù)制構(gòu)件放反。
3.8.7 運(yùn)輸時(shí)防止構(gòu)件晃動、碰撞。
4 結(jié) 論
裂縫是混凝土結(jié)構(gòu)中普遍存在的一種現(xiàn)象,由于它的出現(xiàn)會降低建筑物的抗?jié)B能力和承載能力,因此對混凝土的各類裂縫要區(qū)別對待、認(rèn)真研究,并在施工中采取各種有效的措施來預(yù)防裂縫的出現(xiàn)和擴(kuò)大,保證建筑物和構(gòu)件安全、穩(wěn)定地使用。
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