大體積混凝土裂縫分析和防治

向 暉

隨著發(fā)展的需求,工程中大體積混凝土結(jié)構(gòu)也越來越多見,混凝土這一混合材料自然也就成了建筑結(jié)構(gòu)體系里用量最大的建筑材料,同時也是一種極易發(fā)生質(zhì)量問題的建筑材料?，F(xiàn)澆混凝土的裂縫就是一種容易發(fā)生的缺陷,且很長時間沒有得到有效地防治。裂縫的出現(xiàn),不僅影響了混凝土表面的觀感質(zhì)量,更嚴(yán)重的是造成了結(jié)構(gòu)內(nèi)部鋼筋的提前銹蝕,降低了混凝土的抗?jié)B性,影響了結(jié)構(gòu)的正常使用及耐久性能,認(rèn)真分析這些裂縫原因,采取針對性措施,對保證混凝土工程的施工質(zhì)量,提高混凝土工程的耐久性有著重要意義。

1 大體積混凝土裂縫的分類

對現(xiàn)澆混凝土的用料、施工過程及混凝土的養(yǎng)護過程進行分析,得知主要裂縫分以下三類：1)干縮裂縫。剛澆筑不久的混凝土,尚處于初凝硬化階段,水化的速度較快,混凝土表面脫水產(chǎn)生干縮裂縫。2)溫度裂縫。混凝土澆筑后,由于水泥的水化熱作用,釋放大量的水化熱,使混凝土結(jié)構(gòu)的溫度梯度過大,從而導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)溫度裂縫。3)施工不當(dāng)產(chǎn)生的裂縫。施工縫處理欠妥、早期結(jié)構(gòu)受荷、拆模過早、受到劇烈振動等。

2 大體積混凝土裂縫的成因

1)水泥水化熱。水泥在水化過程中要產(chǎn)生大量的熱量,是大體積混凝土內(nèi)部熱量的主要來源。由于大體積混凝土截面厚度大,水化熱聚集在結(jié)構(gòu)內(nèi)部不易散失,使混凝土內(nèi)部的溫度升高?；炷羶?nèi)部的最高溫度大多發(fā)生在澆筑后的3 d～5 d,當(dāng)混凝土的內(nèi)部與表面溫差過大時,就會產(chǎn)生溫度應(yīng)力和溫度變形。溫度應(yīng)力與溫差成正比例關(guān)系,溫差越大,溫度應(yīng)力也越大。2)約束條件。大體積鋼筋混凝土與地基澆筑在一起,當(dāng)早期溫度上升時產(chǎn)生的膨脹變形受到下部地基的約束而形成壓應(yīng)力。由于混凝土的彈性模量小,徐變和應(yīng)力松弛度大,使混凝土與地基連接不牢固,因而壓應(yīng)力較小。但當(dāng)溫度下降時,產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力,若超過混凝土的抗拉強度,混凝土就會出現(xiàn)垂直裂縫。3)外界氣溫變化。大體積混凝土在施工期間,外界氣溫的變化對大體積混凝土的開裂有重大影響?；炷羶?nèi)部溫度是由澆筑溫度、水泥水化熱的絕熱溫度和混凝土的散熱溫度三者疊加起來的。外界溫度越高,混凝土的澆筑溫度也越高。外界溫度下降,尤其是驟降,大大增加外層混凝土與混凝土內(nèi)部的溫度梯度,產(chǎn)生溫差應(yīng)力,造成大體積混凝土出現(xiàn)裂縫。4)混凝土的收縮變形?；炷恋陌韬纤?只有約27%的水分是水泥水化所必需的,其余70%要被蒸發(fā)?；炷林卸嘤嗨值恼舭l(fā)是引起混凝土體積收縮的主要原因之一。5)施工細(xì)節(jié)處理失誤。混凝土施工過程中,過分振搗會在表面形成一個較大較厚的砂漿層,容易形成凝縮裂縫;模板、墊層過于干燥將會因模板吸水量過大引起混凝土的塑性收縮產(chǎn)生裂縫;澆搗后過分抹平壓光,會使混凝土的細(xì)骨料過多地浮到表面,既而形成含水量很大的水泥漿層,導(dǎo)致混凝土表面龜裂。6)養(yǎng)護不當(dāng)。這也是造成現(xiàn)澆混凝土板裂縫的主要原因之一,過早養(yǎng)護會影響混凝土的膠結(jié)能力,反之,混凝土受風(fēng)吹日曬,表面游離水分蒸發(fā)過快,水泥缺乏必要的水化水,極易產(chǎn)生急劇的體積收縮,此時混凝土早期強度低,不能抵抗這種應(yīng)力,就會產(chǎn)生裂縫。7)鋼筋與混凝土不協(xié)調(diào)。一方面,鋼筋設(shè)計不平衡,布置不均勻,直徑不合適,將直接造成混凝土開裂。另一方面,混凝土與鋼筋的線性膨脹系數(shù)及彈模(前者約為后者10倍)差異較大,存在收縮差異,也將導(dǎo)致大體積混凝土的開裂。8)施工管理不到位。大體積混凝土體積龐大、強度高、工期長,施工管理復(fù)雜,施工前后關(guān)聯(lián)性強,任何一個中間環(huán)節(jié)管理失控將直接影響著混凝土的質(zhì)量。9)地基不均勻沉降。由于結(jié)構(gòu)地基土質(zhì)不勻、松軟,或回填土不實或浸水而造成不均勻沉降,或者因為模板剛度不足,模板支撐間距過大或支撐底部松動等導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)沉陷裂縫。

3 大體積混凝土裂縫的防治措施

3.1 現(xiàn)澆混凝土材料要求

1)要選用安定性合格、收縮小、抗裂性能好的水泥。應(yīng)嚴(yán)格按批量進行化驗,除強度必須保證外,尤其要保證安定性合格。2)要選用含泥量低的骨料。盡量選用中粗砂,不得使用細(xì)砂;其顆粒級配、有害物質(zhì)含量等指標(biāo)也應(yīng)符合相關(guān)要求。3)要選用抗裂性能良好的摻料,不僅可以降低用水量,減少混凝土的收縮,而且能增加混凝土的和易性,減小泌水率,提高泵送性能。對混凝土中粉煤灰的質(zhì)量應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)范要求加以控制。4)選擇規(guī)模大、技術(shù)管理水平高的外加劑廠家,以保證同一品種外加劑的穩(wěn)定性和使用性。5)混凝土的用水量對混凝土的干縮影響很大,用水量的增加不僅會增加混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部毛細(xì)孔的數(shù)量,而且會增加混凝土成型后毛細(xì)孔內(nèi)的含水量,從而增大混凝土的干縮。

3.2 混凝土施工采取的質(zhì)量控制措施

1)混凝土攪拌前必須經(jīng)開盤鑒定,根據(jù)砂石的含水率及時調(diào)整配合比;計量準(zhǔn)確,嚴(yán)格控制水灰比、坍落度,對坍落度要隨時抽查;攪拌時間應(yīng)符合規(guī)范要求,不能過長,也不能過短。2)無論采用哪種運輸方法,應(yīng)嚴(yán)格掌握混凝土從攪拌機中卸出后到澆筑的延續(xù)時間,不得超過規(guī)范的要求和試配的初凝時間。3)嚴(yán)格按照施工方案進度計劃施工,避免因盲目追求工期而造成結(jié)構(gòu)質(zhì)量隱患?；炷镣瑮l件養(yǎng)護試塊的強度達到要求后可拆模,避免早拆模引發(fā)混凝土構(gòu)件裂縫。4)有針對性地改進施工工藝,在混凝土初凝前對局部位置進行二次復(fù)振,來減輕因離析引起在混凝土表面的裂縫?；炷炼螐?fù)振結(jié)束1 h～2 h后、混凝土終凝前,在相等的間隔時間內(nèi)對混凝土表面進行三次搓毛壓平,可以有效消除混凝土表面收縮產(chǎn)生的裂縫。5)選擇一種合適的保溫保濕養(yǎng)護方式,養(yǎng)護時間不得少于14 d,保持混凝土始終處于濕潤狀態(tài)。6)對不同齡期、不同部位進行測溫控制,及時了解混凝土溫度變化規(guī)律。布置溫度傳感器,每個測溫點有一組測溫數(shù)據(jù)(包括空氣溫度、混凝土表面溫度、中心溫度和底部溫度)。7)加強配筋率與混凝土體型平衡。采用平衡配筋方式,對于總拉應(yīng)力大、結(jié)構(gòu)薄弱、剛度變化大等由于混凝土熟化原因可能造成開裂的部位適當(dāng)增加配筋率;使鋼筋布置均勻,避免由于出現(xiàn)約束不同,導(dǎo)致混凝土開裂;盡可能使結(jié)構(gòu)體型均衡,以防止剛度差異造成應(yīng)力集中現(xiàn)象發(fā)生。

4 大體積混凝土裂縫的治理

1)對于大體積混凝土表面出現(xiàn)的龜裂,寬度在0.3 mm～0.7 mm,可先將裂縫清洗干凈,待干燥后用環(huán)氧樹脂漿液灌縫或加貼玻璃布封補。2)當(dāng)結(jié)構(gòu)性裂縫寬度超過0.7 mm時,鑿除水泥砂漿找平層,寬度為15 cm～30 cm,結(jié)構(gòu)層鑿毛,沿裂縫方向鑿成V形槽,清洗干凈,灌注防水材料,加上一層鋼絲網(wǎng)(14號鋼絲,200 mm×30 mm方格網(wǎng)),用1∶1膨脹水泥砂漿填補,找平、壓實。3)對深層裂縫、貫穿裂縫、連續(xù)性裂縫可以采取鑿除裂縫,可以用風(fēng)鎬、風(fēng)鉆或人工將裂縫鑿除,至看不見裂縫為止,鑿槽斷面為梯形再在上面澆筑混凝土。4)在處理較深的裂縫時,一般是在混凝土已充分冷卻后,在裂縫上鋪設(shè)1層～2層的鋼筋后再繼續(xù)澆筑新混凝土。對比較嚴(yán)重的裂縫可以采取水泥灌漿和化學(xué)灌漿。水泥灌漿適用于裂縫寬度在0.5 mm以上時,對于裂縫寬度小于0.5 mm時應(yīng)采取化學(xué)灌漿。化學(xué)灌漿材料一般使用環(huán)氧—糠醛丙酮系等漿材。

5 結(jié)語

雖然大體積混凝土很容易產(chǎn)生裂縫,但是大量的科學(xué)研究以及成功的工程實例都表明：施工時可以從控制混凝土的收縮量方面入手,從而最大限度地防止內(nèi)裂縫貫通,減少由此帶來的耐久性及功能性問題。強化施工管理人員的質(zhì)量觀念,嚴(yán)把材料關(guān),認(rèn)真執(zhí)行相關(guān)施工工藝,質(zhì)量、技術(shù)人員全程跟蹤監(jiān)督,加強對勞務(wù)層的管理,共同努力,混凝土裂縫可以得到有效的預(yù)防。

[1]GB 50204-2002,混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范[S].

[2]GB 50010-2002,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S].

[3]GBJ 119-88,混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范[S].

[4]王偉超,肖禎雁.混凝土裂縫成因及控制措施探討[J].山西建筑,2007,33(7)：162-163.

[5]馮美云.預(yù)拌泵送混凝土施工裂縫的分析和預(yù)防及處理[J].山西建筑,2009,35(35)：118-119.