建筑工程混凝土裂縫成因分析

荊 哲,李志剛

(1.綏化市公路管理處;2.黑龍江龍捷市政軌道交通工程有限公司)

近些年,隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,無(wú)論城市設(shè)施建設(shè)還是工業(yè)與民用建筑的建設(shè),用的商品混凝土也越來(lái)越多,尤其是的,但施工中的混凝土溫度裂縫問(wèn)題日顯突出,并成為具有相當(dāng)普遍性的問(wèn)題,給帶來(lái)了嚴(yán)重的安全隱患。因此,對(duì)混凝土裂縫的成因進(jìn)行分析,并在材料、施工等方面提出了相對(duì)應(yīng)的裂縫控制方法有很重大的實(shí)際工程意義。

1 混凝土裂縫原因分析

1.1 混凝土本身的影響

主要是水泥水化熱過(guò)高,混凝土在澆筑振搗以后,水泥水化過(guò)程中產(chǎn)生一定的熱量,水化熱聚在結(jié)構(gòu)內(nèi)部不易散失,引起急劇升溫,在建筑工程中一般為 20～30℃甚至更高。由于結(jié)構(gòu)物在一個(gè)自然散熱條件中,實(shí)際混凝土內(nèi)部的最高溫度多數(shù)發(fā)生在混凝土澆筑的最初 3～5d。隨著混凝土齡期的增長(zhǎng),彈性模量的增高,對(duì)混凝土內(nèi)部降溫收縮的約束也就愈來(lái)愈大,以致產(chǎn)生很大的拉應(yīng)力,當(dāng)混凝土的抗拉強(qiáng)度不足以抵抗這種應(yīng)力時(shí),開(kāi)始出現(xiàn)溫度裂縫。

1.2 混凝土的收縮變形

混凝土的收縮,也是產(chǎn)生裂縫的重要原因。實(shí)際所需拌和水比水泥水化所需的水要多得多。拌和水中只有約 20%的水是水泥水化所必須的,其余的都要被蒸發(fā)掉。水分蒸發(fā)之后,引起混凝土收縮,當(dāng)收縮受到約束時(shí),則產(chǎn)生收縮應(yīng)力,當(dāng)收縮應(yīng)力大于當(dāng)時(shí)混凝上的抗拉應(yīng)力時(shí),則裂縫隨之產(chǎn)生。

1.3 地基和老混凝土與約束

當(dāng)混凝土澆筑在比較堅(jiān)硬的基巖或老混凝土上時(shí),混凝土澆注初期的水化熱升溫,產(chǎn)生膨脹,受到巖石或老混凝土的約束,將產(chǎn)生較小的壓應(yīng)力。而當(dāng)混凝土溫度繼續(xù)下降時(shí),由于基巖或老混凝土對(duì)溫降引起的收縮變形約束的結(jié)果,混凝土塊內(nèi)將出現(xiàn)較大的拉應(yīng)力,裂縫隨之產(chǎn)生。

1.4 施工方面的因素

違章施工、不當(dāng)施工造成混凝土裂縫,夏季施工時(shí)由于運(yùn)輸車交通不暢耽擱時(shí)間,在泵車出料時(shí)混凝上的經(jīng)時(shí)坍損較大,混凝土的和易性和流動(dòng)性較差,現(xiàn)場(chǎng)工人人為加水,造成混凝土強(qiáng)度的降低,加水部分的混凝土水灰比和強(qiáng)度與原配合比的混凝土不同造成不同配比混凝土的凝縮裂縫和干縮裂縫。另外,振搗方式不當(dāng)引起裂縫不正確的振搗方式會(huì)造成混凝土分層離析、表面浮漿而使混凝土面層開(kāi)裂,或造成混凝土砂漿大量向低處流淌致使混凝土產(chǎn)生不均勻沉降收縮而在結(jié)構(gòu)厚薄交界處出現(xiàn)裂縫。另外,現(xiàn)場(chǎng)養(yǎng)護(hù)不當(dāng)是造成混凝土收縮開(kāi)裂最主要的原因。目前,許多施工現(xiàn)場(chǎng)在澆筑混凝土?xí)r都不能做到及時(shí)覆蓋保溫養(yǎng)護(hù),一般總要等到最后一遍抹光結(jié)束后才覆蓋,還有很多工地根本就不予覆蓋,結(jié)果混凝上表面開(kāi)裂。

1.5 環(huán)境氣候的因素

混凝土結(jié)構(gòu)施工期間,外界氣溫的變化情況對(duì)防止混凝土開(kāi)裂有重大影響。外界氣溫越高,混凝土的澆筑溫度也越高。如果外界溫度下降,會(huì)增加混凝土的降溫幅度,特別是在外界溫度驟降時(shí),會(huì)增加外層混凝土與內(nèi)部混凝土的溫差,這時(shí)對(duì)混凝土抗裂極為不利。

2 混凝土溫度裂縫控制要點(diǎn)

2.1 重視材料的選用

使用低熱水泥如礦渣水泥和大壩水泥等,能明顯降低混凝土的絕熱溫升,降低混凝土的最高溫度。伴隨減小混凝土內(nèi)表溫差,起到減小溫度應(yīng)力的作用。從而減少產(chǎn)生裂縫的充分條件。水泥水化熱測(cè)定按現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《水泥水化熱實(shí)驗(yàn)方法(直接法)》測(cè)定,要求配制混凝土所用水泥 7d的水化熱不大于 25kJ/kg。為降低水化絕熱溫升、減小體積變形,混凝土一般不宜使用水化熱高水泥,應(yīng)使用水化熱較低的中熱硅酸鹽水泥和低熱礦渣水泥:更不宜使用早強(qiáng)型水泥。因此,在滿足混凝土設(shè)計(jì)要求的前提下,盡量采用低水化熱水泥。其次是優(yōu)化混凝土的配合比,以便在保證混凝土強(qiáng)度及流動(dòng)度條件下,盡量節(jié)省水泥、降低混凝土絕熱溫升。按照基于絕熱溫升控制的綠色高性能混凝土配合比優(yōu)化設(shè)計(jì)四功能準(zhǔn)則對(duì)配合比進(jìn)行優(yōu)化。最后,摻用混合材料以減少用水量、節(jié)約水泥,降低混凝土的絕熱溫升,提高混凝土的抗裂能力。

2.2 施工階段的裂縫控制措施

(1)控制澆灌溫度。要降低混凝土的最高溫度和溫差,比較直接的措施是降低澆筑溫度,但其實(shí)施必須擁有一定的條件才能實(shí)現(xiàn),在特大型工程中可能才用得到。為了降低混凝土從攪拌機(jī)出料到卸料,泵送和澆灌振搗后的溫度,減少結(jié)構(gòu)的內(nèi)外溫差,一般按季節(jié)采取措施,如夏季施工時(shí),則應(yīng)以減少冷量損失、著手在整個(gè)長(zhǎng)度的水平輸送管道上覆蓋草包并經(jīng)常噴灑冷水、在澆灌混凝土?xí)r,采用一個(gè)坡度、薄層澆灌、循序推進(jìn)、一次到頂?shù)却胧﹣?lái)縮小混凝土暴露面積以及加快澆灌速度,縮短澆灌時(shí)間。在冬季施工時(shí),對(duì)結(jié)構(gòu)厚度在 1.0m以上的混凝土可繼續(xù)施工,但應(yīng)保證保溫澆灌、保溫養(yǎng)護(hù),一般可利用混凝土本身散發(fā)的水化熱養(yǎng)護(hù)自己,并要求在混凝土沒(méi)有達(dá)到允許臨界強(qiáng)度以前防止凍害。根據(jù)試驗(yàn)資料證明,混凝土的早期強(qiáng)度達(dá)到臨界強(qiáng)度后,在零下溫度作用下不會(huì)遭到凍害,小于該“臨界”強(qiáng)度時(shí)則會(huì)遭到凍害。

(2)合理安排施工進(jìn)度。對(duì)混凝土澆筑,應(yīng)遵循“同時(shí)澆搗,分層堆累,一次到頂,循序漸進(jìn)”的成熟工藝。在每次澆筑中,又分幾層,其層間的間隔時(shí)間應(yīng)盡量縮短,必須在上層混凝土初凝之前,開(kāi)始澆筑下層混凝土。層間最長(zhǎng)的時(shí)間間隔不大于混凝土的初凝時(shí)間。當(dāng)層間間隔時(shí)間超過(guò)混凝上的初凝時(shí)間。層面應(yīng)按施工縫處理:①消除澆筑表面的浮漿、軟弱混凝上層及松動(dòng)的石子,并均勻露出粗骨料;②在上層混凝土澆筑前,應(yīng)用壓力水沖洗混凝土表面的污物,充分濕潤(rùn),但不得有水;③對(duì)非泵送及低流動(dòng)度混凝土,在澆筑上層混凝土?xí)r,應(yīng)采取接漿措施。

(3)改進(jìn)攪拌工藝和振搗工藝。在攪拌的混凝土?xí)r,改變以往的投料程序,采取先把水、水泥和砂拌和后,再投放石子進(jìn)行攪拌的新方法。這種攪拌工藝被為“裹砂法”,也可稱為二次投料法。這種攪拌工藝的主要優(yōu)點(diǎn)是無(wú)泌水現(xiàn)象,混凝土上下層強(qiáng)度差減少,可有效地防止水分向石子與水泥砂漿面的集中,從而使硬化后的界面過(guò)渡層的結(jié)構(gòu)致密、粘結(jié)加強(qiáng)。

2.3 混凝土的養(yǎng)護(hù)

為了保證混凝土有適宜的硬化條件,混凝土終凝后,筏板邊緣、剪力墻中間等不易被塑料薄膜完全覆蓋部位,可采用澆水保濕?；炷辽郎仉A段如果因表面未能完全覆蓋而出現(xiàn)局部干燥時(shí),可澆熱水(40～50℃)濕潤(rùn)表面,防止出現(xiàn)干燥裂縫。降溫階段可澆自來(lái)水養(yǎng)護(hù),保溫保濕養(yǎng)護(hù)時(shí)間為14d。施工前還應(yīng)再準(zhǔn)備好一層養(yǎng)護(hù)用塑料薄膜和一層再生棉氈,以便根據(jù)環(huán)境氣溫變化情況對(duì)保溫保濕質(zhì)量作以調(diào)整。如果養(yǎng)護(hù)階段混凝土表面溫度過(guò)低,導(dǎo)致溫差過(guò)大,可在混凝土表面采取加熱措施,如碘鎢燈照射。澆筑后的一段時(shí)間內(nèi)對(duì)混凝土內(nèi)部及表面溫度進(jìn)行跟蹤監(jiān)測(cè),并根據(jù)溫度的變化情況及時(shí)采取適當(dāng)?shù)谋?、保濕養(yǎng)護(hù)措施。

近幾年,隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,工程規(guī)模的擴(kuò)大,施工中混凝土出現(xiàn)逐步增多的趨勢(shì)?；炷羷偠容^大,裂縫的存在將嚴(yán)重影響其正常使用,本文對(duì)混凝土裂縫的成因及控制問(wèn)題進(jìn)行了探討,在工程實(shí)踐中不斷發(fā)現(xiàn)問(wèn)題,總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn),確保工程質(zhì)量。