水泥混凝土結(jié)構(gòu)裂縫形成的原因與控制

王　鑫　王　昭

摘要：本文介紹了水泥混凝土結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中裂縫形成的原因，并提出了混凝土結(jié)構(gòu)裂縫控制的措施，包括提高混凝土抗裂性能和控制溫度應(yīng)力。

關(guān)鍵詞：水泥混凝土；裂縫控制；溫度應(yīng)力

1 前言

水泥混凝土路面的裂縫是一個(gè)帶普遍性的技術(shù)問(wèn)題?；炷潦嵌喾N材料組合的人造石材，根據(jù)唯象理論，混凝土可看作是均勻連續(xù)的各向同性的均質(zhì)彈性體?；炷岭m然具有抗壓強(qiáng)度高與耐久性良好等特性，但也存在著抗拉強(qiáng)度低，受拉時(shí)變形能力小，容易開(kāi)裂等缺點(diǎn)。在水泥混凝土路面施工中，最常見(jiàn)的質(zhì)量問(wèn)題就是混凝土出現(xiàn)裂縫。

裂縫是固體材料中的某種不連續(xù)現(xiàn)象，在學(xué)術(shù)屬于結(jié)構(gòu)材料強(qiáng)度理論范疇?？茖W(xué)研究的不斷深入，近代混凝土的研究從宏觀逐漸向亞微觀和微觀過(guò)渡，對(duì)混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行探索，考慮了混凝土是一種由不同材料組成的非均質(zhì)體，內(nèi)部存在著固、液、氣體。當(dāng)溫度和濕度變化，而且在外荷載作用下，混凝土內(nèi)部產(chǎn)生了復(fù)雜的物理現(xiàn)象，引起內(nèi)部產(chǎn)生初始應(yīng)力、初始微裂、內(nèi)部擴(kuò)散、及質(zhì)量轉(zhuǎn)移等隨時(shí)間變化的現(xiàn)象，從而具體補(bǔ)充了唯象理論所不能解釋的現(xiàn)象。如相同材料組分在不同施工條件及養(yǎng)護(hù)工藝條件下抗裂程度可差數(shù)倍之多，以及為何內(nèi)部微裂會(huì)顯著影響混凝土宏觀強(qiáng)度。因此而提出了混凝土微觀裂縫與宏觀裂縫的理論。

2 水泥混凝土結(jié)構(gòu)裂縫形成的原因分析

實(shí)際上，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的成因復(fù)雜而繁多，甚至多種因素互相影響，但每一條裂縫均有其產(chǎn)生的一種或幾種原因，其中最常見(jiàn)的是混凝土早期裂縫，混凝土早期裂縫有以下幾種：

2.1 塑性沉降裂縫此類(lèi)裂縫產(chǎn)生的主要原因是由于混凝土骨料沉降時(shí)受到阻礙（如鋼筋、模板）而產(chǎn)生的。這種裂縫大多出現(xiàn)在混凝土澆注后0.5小時(shí)至3小時(shí)之間，混凝土尚處在塑性狀態(tài)，混凝土表面消失水光時(shí)立即產(chǎn)生，沿著梁及板上面鋼筋的走向出現(xiàn)，主要是混凝土塌落度大、沉陷過(guò)高所致。另外在施工過(guò)程中如果模板綁扎的不好、模板沉陷、移動(dòng)時(shí)也會(huì)出現(xiàn)此類(lèi)裂縫。

2.2 塑性收縮裂縫

此類(lèi)裂縫產(chǎn)生的主要原因是混凝土澆筑后，在塑性狀態(tài)時(shí)表面水分蒸發(fā)過(guò)快造成的。這類(lèi)裂縫形狀不規(guī)則、長(zhǎng)短寬窄不一、呈龜裂狀，深度一般不超過(guò)50mm.多在表面出現(xiàn)，產(chǎn)生的原因主要是混凝土澆注后3-4小時(shí)左右表面沒(méi)有被覆蓋，特別是平板結(jié)構(gòu)在炎熱或大風(fēng)天氣混凝土表面水分蒸發(fā)過(guò)快，或者是基礎(chǔ)、模板吸水過(guò)快，以及混凝土本身的水化熱高等原因造成混凝土產(chǎn)生急劇收縮，此時(shí)混凝土強(qiáng)度趨近于零，不能抵抗這種變形應(yīng)力而導(dǎo)致開(kāi)裂。

2.3 溫度的變化與濕度的變化

裂縫： 混凝土硬化期間水泥放出大量水化熱，內(nèi)部溫度不斷上升，在表面引起拉應(yīng)力。后期在降溫過(guò)程中，由于受到基礎(chǔ)或老混凝上的約束，又會(huì)在混凝土內(nèi)部出現(xiàn)拉應(yīng)力。氣溫的降低也會(huì)在混凝土表面引起很大的拉應(yīng)力。當(dāng)這些拉應(yīng)力超出混凝土的抗裂能力時(shí)，即會(huì)出現(xiàn)裂縫。許多混凝土的內(nèi)部濕度變化很小或變化較慢，但表面濕度可能變化較大或發(fā)生劇烈變化。如養(yǎng)護(hù)不周、時(shí)干時(shí)濕，表面干縮形變受到內(nèi)部混凝土的約束，也往往導(dǎo)致裂縫。

2.4 原材料質(zhì)量引起的裂縫

混凝土主要由水泥、砂、骨料、拌和水及外加劑組成?；炷了捎貌牧系馁|(zhì)量不合格，可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫。

①砂石含泥量超過(guò)規(guī)定，不僅降低混凝土的強(qiáng)度和抗?jié)B性，還會(huì)使混凝土干燥時(shí)產(chǎn)生不規(guī)則的網(wǎng)狀裂縫。砂石的級(jí)配差，或砂顆粒過(guò)細(xì)，用這種材料拌制的混凝土常造成側(cè)面裂縫。堿骨料反應(yīng)。骨料中含有泥性硅化物質(zhì)與堿性物質(zhì)相遇，水、硅反應(yīng)會(huì)生成膨脹的膠質(zhì)，吸水后造成局部膨脹和拉應(yīng)力，則構(gòu)件產(chǎn)生爆裂狀裂縫，在潮濕的地方較為多見(jiàn)。

②拌和用水及外加劑拌和用水或外加劑中氯化物等雜質(zhì)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。

3 控制水泥混凝土路面裂縫的方法分析

3.1 提高混凝土抗裂性能

3.1.1 摻膨脹劑

在混凝土中摻入膨脹劑，水泥混凝土路面在硬化過(guò)程中產(chǎn)生體積膨脹，這部分膨脹可以部分或全部補(bǔ)償硬化過(guò)程中冷縮和干縮，減少或避免混凝土的開(kāi)裂?，F(xiàn)在膨脹劑有UEA膨脹劑，F(xiàn)H復(fù)合膨脹劑，F(xiàn)N-M明礬石膨脹劑；PG硫鋁酸鹽型膨脹劑等等。其中UEA膨脹劑應(yīng)用較多，在混凝上中摻入10%一12%，其限制膨脹率0.02%-0.04%,可在鋼筋中建立0.2-0.7MPa預(yù)壓力，從而抵消混凝土在硬化過(guò)程中產(chǎn)生的全部或大部分拉應(yīng)力。

3.1.2 摻增強(qiáng)材料

在混凝土中摻入增強(qiáng)材料，可以提高混凝土的抗拉強(qiáng)度，如在混凝土中摻入有機(jī)纖維（天然有機(jī)纖維、有機(jī)合成纖維)、無(wú)機(jī)纖維(石棉纖維、玻璃纖維、碳纖維)、金屬纖維(鋼纖維、不銹鋼纖維、非晶態(tài)金屬纖維)，可明顯提高水泥混凝土路面的抗拉強(qiáng)度。

3.1.3 配溫度筋

研究人員認(rèn)為，合理配筋可以提高混凝土的抗拉強(qiáng)度，而且當(dāng)鋼筋的直徑較細(xì)，間距較密時(shí)，對(duì)提高混凝土的抗裂效果較好。如分布鋼筋的間距在1OOmm以下時(shí)，混凝土的裂縫寬度可限制在0.05mm以下。對(duì)大體積的基礎(chǔ)工程，中間配筋少，增加一些溫度筋，可提高抗裂性。

3.1.4 提高混凝土的強(qiáng)度

混凝土的強(qiáng)度等級(jí)提高，其抗拉強(qiáng)度也相應(yīng)提高，增強(qiáng)了抗裂度，可以通過(guò)優(yōu)選水泥及配合比，減小水灰比，采用合理的施工工藝，提高混凝土的強(qiáng)度。

3.2 控制溫度應(yīng)力

3.2.1 降低混凝土的絕熱溫度

3.2.1.1 減少水泥用量

水泥水化放熱是混凝土升溫的內(nèi)熱源，降低水泥用量，就減少了水化熱。一般方法有:減小坍落度，摻大塊石，減小砂率，使用減水劑，緩凝劑，摻混合材(如粉煤灰)，采用先進(jìn)的攪拌工藝。

3.2.1.2 使用低熱水泥

選用水化熱低的水泥，優(yōu)先選用大壩水泥、礦渣硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥，減少水化熱引起的絕熱溫升。

3.2.1.3 降低澆注溫度

澆筑溫度低可以降低最高溫升。盡量避免炎熱的夏季施工，不宜中午澆筑，對(duì)原材料一實(shí)行預(yù)冷卻等，盡可能降低澆筑溫度。

3.2.1.4 降低當(dāng)量溫差

當(dāng)量溫差是由于干縮引起的，應(yīng)減小干縮率。影響干縮率的主要因素有骨料、養(yǎng)護(hù)條件、水灰比、摻合料等。

3.2.1.5 強(qiáng)制降溫

在混凝土內(nèi)部預(yù)埋水管，通入冷卻水，降低混凝土內(nèi)部的最高溫度。

3.2.2 減少約束

3.2.2.1 減少外部約束

水泥混凝土結(jié)構(gòu)一般是厚實(shí)體重的整澆結(jié)構(gòu)物，地基對(duì)其約束十分明顯，這是引起約束收縮，產(chǎn)生裂縫的一個(gè)主要因素。減小地基約束的方法是設(shè)置滑動(dòng)層，即在塊體與地基之間設(shè)置砂墊層或?yàn)r青油氈層，允許塊體自由變形，避免開(kāi)裂，合理分塊，縮小約束范圍，減輕約束作用，使收縮自由。分塊的方法有設(shè)伸縮縫，施工縫，后澆帶。

3.2.2.2 減少內(nèi)部約束

內(nèi)部約束主要是內(nèi)外溫差過(guò)大造成的，解決的方法是加強(qiáng)保溫養(yǎng)護(hù)，控制內(nèi)外溫差、降溫速率，保證濕度。保溫法有覆蓋法，暖棚法，蓄水法。覆蓋法就是在混凝土澆筑完畢，用保溫材料(如油布，鋸末，草袋，塑料布等)覆蓋在混凝土路面上面；暖棚法是在塊體上面搭設(shè)大棚，通過(guò)人工加熱使棚內(nèi)空氣滿(mǎn)足溫控條件。蓄水法是在混凝土終凝后，在塊體表面蓄一定高度的水，利用水的導(dǎo)熱系數(shù)低，達(dá)到隔熱保溫效果。

綜上所述，控制水泥混凝土路面裂縫的方法很多，而且各種方法之間是相互關(guān)聯(lián)，相互制約的。

4 結(jié)束語(yǔ)

混凝土裂縫問(wèn)題一直嚴(yán)重困擾著混凝土的施工質(zhì)量，在混凝土生產(chǎn)以及施工過(guò)程中有針對(duì)性地采取預(yù)防措施，盡可能采取有效的技術(shù)措施控制裂縫，使結(jié)構(gòu)盡量不出現(xiàn)裂縫，或盡量減少裂縫的數(shù)量和寬度，特別是避免有害裂縫的出現(xiàn)，以確保工程質(zhì)量，使建筑物具備良好的耐久性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

參考文獻(xiàn)

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