建筑施工中混凝土裂縫控制技術(shù)的探討

摘要: 在建筑施工過(guò)程當(dāng)中，如果混凝土構(gòu)件出現(xiàn)了裂縫，就會(huì)影響建筑物結(jié)構(gòu)的整體抵抗能力，即使出現(xiàn)的裂縫不會(huì)使混凝土構(gòu)建的破壞或建筑物的倒塌，那也會(huì)影響到建筑物的外觀，如果裂縫達(dá)到一定的限度時(shí)，也會(huì)導(dǎo)致鋼筋的銹蝕，本文介紹了在建筑施工過(guò)程中，混凝土裂縫控制技術(shù)的幾種方法，以及裂縫的處理措施，對(duì)于學(xué)習(xí)建筑施工方面知識(shí)有一定的參考。

關(guān)鍵詞:混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的認(rèn)識(shí)，常見的裂縫分類，裂縫的控制措施

一、混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的認(rèn)識(shí)

目前，在大多數(shù)土木工程建筑中都以混凝土結(jié)構(gòu)站主導(dǎo)地位，由于外界因素的抨擊，混凝土結(jié)構(gòu)不可避免會(huì)出現(xiàn)裂縫，而裂縫就是混凝土結(jié)構(gòu)物承載能力、耐久性以及防水性降低的主要因素。

混凝土是由一種非均質(zhì)的脆性材料制作而成的，抗拉能力很差，風(fēng)干過(guò)后成型的混凝土構(gòu)建中由于施工變形等原因會(huì)存在著許多微小的細(xì)孔和小裂縫，細(xì)小的裂縫通常是無(wú)害的，但是，日積月累，溫差的變化，再加上承載力的增大，這些細(xì)小的裂縫就慢慢發(fā)展成為宏觀裂縫，宏觀的裂縫的存在和發(fā)展會(huì)使鋼筋銹蝕，降低構(gòu)件的承載力和耐久性，從而影響到建筑物的壽命。

二、常見的裂縫分類

近些年來(lái)，我國(guó)交通事業(yè)迅猛發(fā)展，各地也興建起了大量的混凝土橋梁，在橋梁的建造和使用當(dāng)中，有關(guān)因出現(xiàn)裂縫而導(dǎo)致工程質(zhì)量問(wèn)題甚至橋梁垮塌的報(bào)道到處可見，混凝土開裂已成為“常發(fā)病”和“多發(fā)病”，經(jīng)常困擾著橋梁工程技術(shù)人員。如果采取一定的措施，就會(huì)克制不必要的裂縫發(fā)生，盡量避免工程中出現(xiàn)危害較大的裂縫，實(shí)際上，混凝土裂縫的成因復(fù)雜繁多，甚至多種因素相互影響，但每一個(gè)裂縫都有產(chǎn)生一種或幾種的原因，混凝土橋梁裂縫的種類可分為以下幾種:

1、荷載引起的裂縫

在常規(guī)的靜、動(dòng)荷載下，以及次應(yīng)力下產(chǎn)生的裂縫，稱為混凝土橋梁荷載裂縫，也可分為直接應(yīng)力裂縫和次應(yīng)力裂縫兩種。裂縫產(chǎn)生的原因有:

(1)計(jì)算好階段，結(jié)構(gòu)計(jì)算的時(shí)候不計(jì)算或部分漏算;計(jì)算模型不合理;結(jié)構(gòu)受力假設(shè)與實(shí)際不符合;荷載少算或漏算;內(nèi)力與配筋計(jì)算錯(cuò)誤;結(jié)構(gòu)安全系數(shù)不夠。鋼筋設(shè)置偏少或布置錯(cuò)誤;結(jié)構(gòu)剛度不足;構(gòu)造處理不當(dāng);設(shè)計(jì)圖紙描述的不夠清楚。

(2)施工階段，不加限制的隨意擺放施工機(jī)具、材料;不了解結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)，隨意翻身、起吊、運(yùn)輸、安裝;不按設(shè)計(jì)好的圖紙進(jìn)行施工，中途擅自修改施工順序，改變結(jié)構(gòu)的受力模式;不對(duì)結(jié)構(gòu)做機(jī)器震動(dòng)下的疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算等。

(3)在使用階段，通過(guò)重型車輛的路過(guò)、船舶的接觸和撞擊;發(fā)生大風(fēng)、大雪、地震、爆炸災(zāi)害的時(shí)候，也容易裂縫。

次應(yīng)力裂縫是指由于重荷引起的此生應(yīng)力產(chǎn)生的裂縫。原因有以下幾種:

(1)在設(shè)計(jì)外荷載作用下，由于結(jié)構(gòu)物超出了同常規(guī)計(jì)算有出入或計(jì)算不考慮，從而引起某些部位次應(yīng)力的結(jié)構(gòu)開裂。

(2)結(jié)構(gòu)橋梁結(jié)構(gòu)中經(jīng)常需要開鑿、開洞、設(shè)置牛腿等，通常很難用精確的圖示進(jìn)行模擬計(jì)算，一般根據(jù)設(shè)置受力鋼筋。實(shí)驗(yàn)證明，受力構(gòu)件挖空后，力流將產(chǎn)生繞行的狀態(tài)，然后在孔洞附近集合，產(chǎn)生巨大的應(yīng)力集中。在長(zhǎng)跨預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁中，經(jīng)常在跨內(nèi)根據(jù)截面內(nèi)力需要截?cái)噤撌?，設(shè)置錨頭，然而在錨固定。斷面附近經(jīng)?？梢钥吹搅芽p。因此，若處理的不夠妥當(dāng)，在這些結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)角處或構(gòu)件形狀變化時(shí)、受力鋼筋截?cái)嗵幦菀壮霈F(xiàn)裂縫。

實(shí)際工程中，次應(yīng)力裂縫是產(chǎn)生重荷裂縫的最常見表現(xiàn)，次應(yīng)力裂縫多屬于張拉、劈裂、剪切性質(zhì)。次應(yīng)力裂縫也是由于重荷一起的，僅僅是通過(guò)常規(guī)不計(jì)算來(lái)完善施工，但隨著社會(huì)的進(jìn)步，現(xiàn)在次應(yīng)力裂縫可以做到合理的驗(yàn)算，然而，在設(shè)計(jì)方面，應(yīng)多避免結(jié)構(gòu)的突變，當(dāng)不能即使解決問(wèn)題的時(shí)候，應(yīng)做好局部的處理。

2、溫度變化引起的裂縫

混凝土具有熱脹冷縮的性質(zhì)，當(dāng)外部環(huán)境與內(nèi)部環(huán)境發(fā)生變化時(shí)，混凝土也將會(huì)發(fā)生變形，當(dāng)變形受到控制的時(shí)候，將會(huì)在結(jié)構(gòu)內(nèi)產(chǎn)生應(yīng)力，當(dāng)應(yīng)力超過(guò)混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)即將產(chǎn)生溫度裂縫，在一些大跨徑橋梁中，溫度應(yīng)力可以達(dá)到或超出活載應(yīng)力，溫度裂縫與其它裂縫相比較，最大的區(qū)別就是，溫度裂縫隨溫度的變化而擴(kuò)張或合攏，其中引起溫度變化的原因有:

(1)年溫差:一年春夏秋冬四季變化無(wú)常，相對(duì)而言，變化比較緩慢，年溫差對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的影響主要是橋位的縱向位移，一般可通過(guò)橋面的伸縮縫、支座位移或設(shè)置柔性墩等構(gòu)造措施相協(xié)調(diào)，當(dāng)結(jié)構(gòu)的位移受到限制時(shí)，就會(huì)引起溫度裂縫，一般情況下，我國(guó)通常以一月和七月的平均溫度來(lái)作為變化幅度?？紤]到混凝土的特性，年溫差內(nèi)力計(jì)算時(shí)混凝土彈性模量應(yīng)考慮折減。

(2)日照:橋墩側(cè)面由于受到太陽(yáng)的暴曬后，明顯溫度高于其它部位，由于受到自身約束的作用，導(dǎo)致局部拉應(yīng)力較大，出現(xiàn)裂縫。

(3)驟然降溫:受冷空氣的侵襲、大暴雨的襲擊和日落等原因，會(huì)導(dǎo)致外面結(jié)構(gòu)溫度突然下降，而內(nèi)部的溫度變化相對(duì)比較緩慢，所以形成了溫度差。

(4)蒸汽養(yǎng)護(hù)或冬季施工時(shí)施工措施不當(dāng)，混凝土驟冷驟熱，內(nèi)外溫度不均，易出現(xiàn)裂縫。

3、地基變形引起的裂縫

由于基礎(chǔ)豎向不均勻沉降或水平方向位移，使結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生更多的應(yīng)力，超出了混凝土的抗拉能力，導(dǎo)致裂縫，基礎(chǔ)不均勻的原因有:

a勘察地質(zhì)的時(shí)候不夠精確;

b地基地質(zhì)差異太大;

c結(jié)構(gòu)的重荷差異太大;

d分期建造的基礎(chǔ);

e地基凍脹;

f橋梁基礎(chǔ)處于滑坡體、溶洞或活動(dòng)斷層等不良地質(zhì)，會(huì)造成不均勻的沉降;

g橋梁竣工后，原有的地基條件的變化;

4、施工材料質(zhì)量引起的裂縫

混凝土當(dāng)中的材料有水泥、砂、骨料、拌和水及外加劑，然而配置混凝土所采用的材料質(zhì)量不合格，也會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫。水泥出廠時(shí)強(qiáng)度不足，水泥受潮或過(guò)期，都會(huì)使混凝土裂縫，還有常見的砂石粒徑太小、級(jí)配不良、空隙太大，將會(huì)導(dǎo)致水泥和水用量加大，從而影響混凝土的結(jié)實(shí)度，使混凝土的收縮力加大，如果使用規(guī)范之外的超細(xì)砂，后果會(huì)更嚴(yán)重。

5、施工工藝質(zhì)量引起的裂縫

若施工質(zhì)量低劣，工藝不合理，容易產(chǎn)生多方面的裂縫，特別是細(xì)長(zhǎng)薄壁結(jié)構(gòu)更容易出現(xiàn)裂縫，裂縫產(chǎn)生的寬度與原因有關(guān)，常見的有:

(1)混凝土的保護(hù)層過(guò)厚，亂踩已綁扎的上層鋼筋，使承受負(fù)彎矩的受力筋保護(hù)層加厚，使構(gòu)件的的高度減小，形成垂直方向的裂縫。

(2)混凝土振搗不均勻，出現(xiàn)麻面或空洞，慢慢蔓延，導(dǎo)致裂縫的出現(xiàn)。

(3)混凝土流動(dòng)性較低，澆筑過(guò)快，硬化前混凝土沉實(shí)不足，硬化后沉實(shí)過(guò)大，所以，在數(shù)小時(shí)后容易產(chǎn)生裂縫。

(4)如果混凝土攪拌時(shí)間和運(yùn)輸時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，就會(huì)使混凝土中的水分蒸發(fā)流失，使之出現(xiàn)裂縫。

(5)混凝土初期養(yǎng)護(hù)時(shí)也非常干燥，使之表面出現(xiàn)不規(guī)則的裂縫。

(6)混凝土分層澆筑時(shí)，可能有些地方?jīng)]有處理好，就會(huì)導(dǎo)致裂縫的出現(xiàn)，

(7)混凝土早期受凍或局部脫落等，也會(huì)出現(xiàn)裂縫。

(8)如果在施工中，施工質(zhì)量較差，也會(huì)直接影響到橋梁的質(zhì)量，所以，也是裂縫產(chǎn)生的原因之一。

三、裂縫在實(shí)際施工中的的控制措施

青島海灣大橋設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期100年，質(zhì)量要求高，作為大橋基礎(chǔ)的承臺(tái)工程，其施工質(zhì)量將直接影響大橋的使用壽命，承臺(tái)混凝土采用海工耐久性混凝土，且為大體積混凝土，承臺(tái)裂縫控制是技術(shù)質(zhì)量工作的大課題，針對(duì)裂縫形成各種原因，本工程通過(guò)優(yōu)化海工耐久混凝土配合比，采取適當(dāng)?shù)墓に嚧胧?，消除和控制承臺(tái)裂縫，有效地控制了承臺(tái)混凝土套箱裂縫的產(chǎn)生與發(fā)展。我們主要從以下幾個(gè)方面采取綜合技術(shù)措施，取得了良好的效果。

1.混凝土配合比的設(shè)計(jì)與優(yōu)化做到科學(xué)設(shè)計(jì)，提高抗裂性，全面考慮結(jié)構(gòu)的受力模式及施工中出現(xiàn)的可能性，選用可靠的，安全系數(shù)高的材料。本工程采用海工耐久混凝土，承臺(tái)處于水位變動(dòng)區(qū)，混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)C40，氯離子擴(kuò)散系數(shù)≤2.5×10-12㎡/s，混凝土中要求摻加阻銹劑;墩身處于浪濺區(qū)，混凝土強(qiáng)度等級(jí)C40，氯離子擴(kuò)散系數(shù)≤1.5×10-12㎡/s。并且通過(guò)對(duì)不同原材料、不同配合比進(jìn)行比對(duì)，選擇水化熱引起的溫度峰值較小的配合比，進(jìn)而控制套箱裂縫的開展。并決定在保證滿足混凝土強(qiáng)度、氯離子擴(kuò)散系數(shù)要求的前提下，在原膠凝材料中摻入粉煤灰，同時(shí)適當(dāng)減少膠凝材料中水泥用量，以達(dá)到有效減少混凝土水化熱的目的。土水化熱的目的。

通過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，將膠凝材料用量由原來(lái)的435kg調(diào)整到405kg，實(shí)際大量使用的優(yōu)化后的混凝土配合比見表。

在實(shí)際施工中，還根據(jù)不同季節(jié)的特點(diǎn)對(duì)配合比進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整?；炷僚浜媳鹊膬?yōu)化，粉煤灰的摻入和膠凝材料用量的降低，對(duì)于大體積混凝土裂縫的控制起到了重要的作用。

2. 加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)。考慮到海工耐久性混凝土膠凝材料摻入大量的礦粉、粉煤灰后，水化時(shí)間較長(zhǎng)，又采用了減水率高達(dá)25%～30%的高效減水劑，混凝土本身水灰比較小，為了滿足混凝土二次水化的要求，必須加強(qiáng)混凝土的養(yǎng)護(hù)，加強(qiáng)混凝土開始養(yǎng)護(hù)時(shí)間的控制。通過(guò)絕熱升溫實(shí)驗(yàn)得知，混凝土澆注24小時(shí)左右，混凝土溫度達(dá)到峰值，在此時(shí)期內(nèi)混凝土溫度上升較快，混凝土初凝后對(duì)底層混凝土進(jìn)行蓄水養(yǎng)護(hù)，頂層混凝土采用土工布覆蓋，蓄水進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不少于14天。

3. 循環(huán)水降溫。為降低混凝土內(nèi)部因水化熱引起內(nèi)部溫度升高，降低混凝土內(nèi)外溫差，采取了冷卻循環(huán)水降溫措施。承臺(tái)混凝土是分兩層澆筑的，第一層混凝土厚1.3m埋設(shè)一層循環(huán)水管，第二層混凝土厚度1.7m埋設(shè)兩層循環(huán)水管，循環(huán)水管間距90cm，層距75cm，循環(huán)水管采用Φ33.5mm薄壁鋼管。混凝土終凝前即開始進(jìn)行通水降溫，循環(huán)水降溫時(shí)間不少于7天，循環(huán)水每隔12小時(shí)調(diào)整一次通水方向，便于混凝土內(nèi)部水化熱均勻散發(fā)。

為提高冷卻水循環(huán)降溫的效果，將循環(huán)水管直徑由33.5mm改為48mm，同時(shí)對(duì)循環(huán)水管的布置方式進(jìn)行調(diào)整，使上層水管至混凝土表面的距離調(diào)整為50cm，水管間距由90cm向中心逐漸調(diào)整為60cm布置，以增加混凝土中心區(qū)域循環(huán)水管布置的密度，進(jìn)而加強(qiáng)混凝土內(nèi)部溫度的散發(fā)。

4. 混凝土冷水拌和。在“永和”號(hào)混凝土拌和船上安裝了冷水機(jī)組，冷水機(jī)組可以將拌和用水溫度降低20℃，船艙內(nèi)的拌和用水通過(guò)冷水機(jī)組降溫后儲(chǔ)存到水罐內(nèi)，混凝土拌和采用冷水拌和，降低混凝土的出機(jī)溫度和入模溫度，在施工過(guò)程中對(duì)混凝土的入模溫度進(jìn)行測(cè)定，使入模溫度控制在28℃以下。

5.承臺(tái)結(jié)構(gòu)混凝土分兩次進(jìn)行澆注。承臺(tái)結(jié)構(gòu)直徑12m，高3m，采用混凝土套箱工藝施工的承臺(tái)，結(jié)構(gòu)混凝土分兩次進(jìn)行澆注，第一次澆注1.3m，第二次澆注1.7m，從而減少了混凝土一次澆注的體積，有利于混凝土水化熱溫度梯度和峰值的降低。

6.保證混凝土的澆筑質(zhì)量?；炷翝沧⒎謱酉禄?，盡量減小分層厚度，適當(dāng)延長(zhǎng)混凝土的澆注時(shí)間，合理控制混凝土布料位置，由四周逐漸向中間下灰，混凝土分層振搗密實(shí)，保證混凝土的澆筑質(zhì)量。

通過(guò)一系列防治和控制裂縫的技術(shù)措施，隨著施工工藝的不斷改進(jìn)和完善，承臺(tái)混凝土的質(zhì)量得到了保證，效果十分理想。采用鋼套箱工藝施工的37個(gè)承臺(tái)結(jié)構(gòu)混凝土一次澆注成型，一次澆注量達(dá)380m3，均無(wú)裂縫產(chǎn)生。

四、結(jié)語(yǔ)

根據(jù)目前看來(lái)，混凝土裂縫控制方面還需要進(jìn)一步的探索和提高，隨著建筑事業(yè)的不斷進(jìn)步，新型的建筑材料也不斷的流向市場(chǎng)，對(duì)于裂縫的控制與解決方法將會(huì)有更大的拓展空間。

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