混凝土裂絿的產(chǎn)生與預(yù)防

王凜濤

（哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司，黑龍江，哈爾濱，150040）

混凝土裂絿的產(chǎn)生與預(yù)防

王凜濤

（哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司，黑龍江，哈爾濱，150040）

混凝土的裂縫較為普遍,盡管在施工中采取了各種措施,但在工程施工中其仍然存在?；炷翜囟葢?yīng)力的變化是其中一個(gè)原因。在大體積混凝土中溫度應(yīng)力及溫度控制具有重要意義。一是在施工中混凝土常常出現(xiàn)溫度裂縫,影響到結(jié)構(gòu)的整體性和耐久性。二是在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中,溫度變化對(duì)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力狀態(tài)具有顯著的、不容忽視的影響。現(xiàn)將施工中混凝土裂縫的成因和處理措施介紹如下

一、混凝土產(chǎn)生裂縫的原因

混凝土中產(chǎn)生裂縫有多種原因,主要有溫度和濕度的變化,混凝土的脆性和不均勻性,以及結(jié)構(gòu)不合理、原材料不合格(如堿骨料反應(yīng))、模板變形基礎(chǔ)不均勻沉降等?；炷劣不陂g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。后期在降溫過程中,由于受到基礎(chǔ)或老混凝土的約束,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)部濕度變化很小或較慢,但表面濕度可能變化較大或劇烈。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;混凝土是一種脆性材料,抗拉強(qiáng)度是抗壓強(qiáng)度的 1/10左右,由于原材料不均勻,水灰比不穩(wěn)定,及運(yùn)輸和澆筑過程中的離析現(xiàn)象,在同一塊混凝土中其抗拉強(qiáng)度又是不均勻的,存在著許多抗拉能力很低、易于出現(xiàn)裂縫的薄弱部位。在鋼筋混凝土中,拉應(yīng)力主要是由鋼筋承擔(dān),混凝土只是承受壓應(yīng)力;在素混凝土內(nèi)或鋼筋混凝上的邊緣部位如果結(jié)構(gòu)內(nèi)出現(xiàn)了拉應(yīng)力,則需依靠混凝土自身承擔(dān)[1-2]。一般設(shè)計(jì)中均要求不出現(xiàn)拉應(yīng)力或者只出現(xiàn)很小的拉應(yīng)力。但在施工中混凝土由最高溫度冷卻到運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)期的穩(wěn)定溫度,往往在混凝土內(nèi)部引起相當(dāng)大的拉應(yīng)力。有時(shí)溫度應(yīng)力可超過其他外荷載所引起的應(yīng)力,因此掌握溫度應(yīng)力的變化規(guī)律對(duì)于進(jìn)行合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工極為重要。

二、混凝土溫度應(yīng)力分析

根據(jù)溫度應(yīng)力的形成過程可分為以下3個(gè)階段:一是早期。自澆筑混凝土開始至水泥放熱基本結(jié)束,一般約30 d。這個(gè)階段水泥放出大量的水化熱、混凝上彈性模量的急劇變化。由于彈性模量的變化,這一時(shí)期在混凝土內(nèi)形成殘余應(yīng)力。二是中期。自水泥放熱作用基本結(jié)束時(shí)起至混凝土冷卻到穩(wěn)定溫度時(shí)止,這個(gè)時(shí)期溫度應(yīng)力主要是由于混凝土的冷卻及外界氣溫變化引起的,這些應(yīng)力與早期形成的殘余應(yīng)力相疊加,在此期間混凝上的彈性模量變化不大。三是晚期?；炷镣耆鋮s以后的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)期。溫度應(yīng)力主要是外界氣溫變化所引起,這些應(yīng)力與前 2種的殘余應(yīng)力相疊加。根據(jù)溫度應(yīng)力引起的原因可分為2類,一類是自生應(yīng)力。邊界上沒有任何約束或完全靜止的結(jié)構(gòu),如果內(nèi)部溫度是非線性分布的,由于結(jié)構(gòu)本身互相約束而出現(xiàn)的溫度應(yīng)力。例如,橋梁墩身結(jié)構(gòu)尺寸相對(duì)較大,混凝土冷卻時(shí)表面溫度低,內(nèi)部溫度高,在表面出現(xiàn)拉應(yīng)力,在中間出現(xiàn)壓應(yīng)力。另一類是約束應(yīng)力。結(jié)構(gòu)的全部或部分邊界受到外界的約束,不能自由變形而引起的應(yīng)力。如箱梁頂板混凝土和護(hù)欄混凝土。這2種溫度應(yīng)力往往和混凝土的干縮所引起的應(yīng)力共同作用。要根據(jù)已知的溫度準(zhǔn)確分析出溫度應(yīng)力的分布、大小是一項(xiàng)比較復(fù)雜的工作。在大多數(shù)情況下,需要依靠模型試驗(yàn)或數(shù)值計(jì)算。混凝土的徐變使溫度應(yīng)力有相當(dāng)大的松馳,計(jì)算溫度應(yīng)力時(shí),必須考慮徐變的影響。

三、預(yù)防措施

1、減輕溫度應(yīng)力

為了防止裂縫,減輕溫度應(yīng)力可以從控制溫度和改善約束條件方面著手。一是控制溫度。措施如下:采用改善骨料級(jí)配,用干硬性混凝土、摻混合料、加引氣劑或塑化劑等措施,以減少混凝土中的水泥用量;拌合混凝土?xí)r加水或用水將碎石冷卻,以降低混凝土的澆筑溫度;熱天澆筑混凝土?xí)r減少澆筑厚度,利用澆筑層面散熱;在混凝土中埋設(shè)水管,通入冷水降溫;規(guī)定合理的拆模時(shí)間,氣溫驟降時(shí)進(jìn)行表面保溫,以免混凝土表面發(fā)生急劇的溫度梯度;施工中長期暴露的混凝土澆筑塊表面或薄壁結(jié)構(gòu),在寒冷季節(jié)采取保溫措施。二是改善約束條件。措施如下:合理地分縫、分塊;避免基礎(chǔ)過大起伏;合理地安排施工工序,避免過大的高差和側(cè)面長期暴露;此外,改善混凝土的性能,提高抗裂能力,加強(qiáng)養(yǎng)護(hù),防止表面干縮,特別是保證混凝土的質(zhì)量十分重要,應(yīng)特別注意避免產(chǎn)生貫穿裂縫,出現(xiàn)后要恢復(fù)其結(jié)構(gòu)的整體性是十分困難的,因此施工中應(yīng)以預(yù)防貫穿性裂縫的發(fā)生為主。

2、適時(shí)拆模,注重防護(hù)

在混凝土的施工中,為了提高模板的周轉(zhuǎn)率,往往要求新澆筑的混凝土盡早拆模。當(dāng)混凝土溫度高于氣溫時(shí)應(yīng)適當(dāng)考慮拆模時(shí)間,以免引起混凝土表面的早期裂縫。新澆筑早期拆模,在表面引起很大的拉應(yīng)力,出現(xiàn)“溫度沖擊”現(xiàn)象。在混凝土澆筑初期,由于水化熱的散發(fā),表面引起相當(dāng)大的拉應(yīng)力,此時(shí)表面溫度亦較氣溫為高,此時(shí)拆除模板,表面溫度驟降,必然引起溫度梯度,從而在表面附加一拉應(yīng)力,與水化熱應(yīng)力疊加,再加上混凝土干縮,表面的拉應(yīng)力達(dá)到很大的數(shù)值,就有導(dǎo)致裂縫的危險(xiǎn),但如果在拆除模板后及時(shí)在表面覆蓋一輕型保溫材料,如泡沫海綿等,對(duì)于防止混凝土表面產(chǎn)生過大的拉應(yīng)力,具有顯著的效果[3-4]。

3、適量加筋

加筋對(duì)大體積混凝土的溫度應(yīng)力影響很小,因?yàn)榇篌w積混凝土的含筋率極低,只是對(duì)一般鋼筋混凝土有影響。在溫度不太高及應(yīng)力低于屈服極限的條件下,鋼的各項(xiàng)性能是穩(wěn)定的,而與應(yīng)力狀態(tài)、時(shí)間及溫度無關(guān)。鋼的線脹系數(shù)與混凝土線脹系數(shù)相差很小,在溫度變化時(shí)兩者間只發(fā)生很小的內(nèi)應(yīng)力。由于鋼的彈性模量為混凝土彈性模量的7~15倍,當(dāng)內(nèi)混凝土應(yīng)力達(dá)到抗拉強(qiáng)度而開裂時(shí),鋼筋的應(yīng)力將不超過100~200 kg/cm2。因此,在混凝土中要想利用鋼筋來防止細(xì)小裂縫的出現(xiàn)很困難。但加筋后結(jié)構(gòu)內(nèi)的裂縫一般就變得數(shù)目多、間距小、寬度與深度較小,而且如果鋼筋的直徑細(xì)而間距密時(shí),對(duì)提高混凝土抗裂性的效果較好。混凝土和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的表面常常會(huì)發(fā)生細(xì)而淺的裂縫,其中大多數(shù)屬于干縮裂縫。雖然這種裂縫一般都較淺,但其對(duì)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和耐久性仍有一定的影響。

4、使用外加劑

為保證混凝土工程質(zhì)量,防止開裂,提高混凝土的耐久性,正確使用外加劑也是減少開裂的措施之一。例如使用減水防裂劑,其主要作用:一是混凝土中存在大量毛細(xì)孔道,水蒸發(fā)后毛細(xì)管中產(chǎn)生毛細(xì)管張力,使混凝土干縮變形。增大毛細(xì)孔徑,可降低毛細(xì)管表面張力,但會(huì)使混凝土強(qiáng)度降低。這個(gè)表面張力理論早在20世紀(jì)60年代就已被國際上所確認(rèn)。二是水灰比是影響混凝土收縮的重要因素,使用減水防裂劑可使混凝土用水量減少25%。三是水泥用量也是混凝土收縮率的重要因素,摻加減水防裂劑的混凝土在保持混凝土強(qiáng)度的條件下可減少 15%的水泥用量,其體積用增加骨料用量來補(bǔ)充。四是減水防裂劑可以改善水泥漿的稠度,減少混凝土泌水,減少沉縮變形。五是提高水泥漿與骨料的粘結(jié)力,提高混凝土抗裂性能。六是混凝土在收縮時(shí)受到約束產(chǎn)生拉應(yīng)力,當(dāng)拉應(yīng)力大于混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)裂縫就會(huì)產(chǎn)生。減水防裂劑可有效提高混凝土抗拉強(qiáng)度,大幅提高混凝土的抗裂性能。七是摻加外加劑可使混凝土密實(shí)性好,可有效地提高混凝土的抗碳化性,減少碳化收縮。八是摻減水防裂劑后混凝土緩凝時(shí)間適當(dāng),在有效防止水泥迅速水化放熱基礎(chǔ)上,避免因水泥長期不凝而帶來的塑性收縮增加。九是摻外加劑混凝土和易性好,表面易摸平,形成微膜,減少水分蒸發(fā),減少干燥收縮。許多外加劑都有緩凝、增加和易性、改善塑性的功能,在工程實(shí)踐中應(yīng)多進(jìn)行這方面的試驗(yàn),比單純地靠改善外部條件,會(huì)更加簡(jiǎn)捷、經(jīng)濟(jì)。

TU142

A

1674-3954（2011）02-0044-01