砼構(gòu)件裂縫成因探討

文/鄭寧(北京誠盟公路工程監(jiān)理有限公司)

通過對砼構(gòu)件裂縫觀察，對其產(chǎn)生原因進(jìn)行分析，并提出控制及預(yù)防措施。

砼制品在現(xiàn)在工程建設(shè)中占有重要地位，同時，砼制品的裂縫也較為普通，在建設(shè)工程中裂縫幾乎無所不在，盡管我們在施工中采取各種措施，小心謹(jǐn)慎，但裂縫仍然時有出現(xiàn)。

在大體積混凝土施工中，混凝土常常出現(xiàn)溫度裂縫影響結(jié)構(gòu)的整體性和耐久性。在運(yùn)輸過程中，溫度變化對結(jié)構(gòu)的應(yīng)力狀態(tài)具有顯著的影響，我們遇到的主要是施工中溫度裂縫，因此本文僅對施工中裂縫的成因和處理措施做探討。

混凝土中產(chǎn)生裂縫有有多種原因，主要有溫度裂縫，混凝土干縮裂縫，模板變形、基礎(chǔ)不均勻沉降等。

溫度應(yīng)力裂縫

混凝土礫化期間水泥放出大量水化熱，使內(nèi)部溫度不斷上升，在表面引起拉應(yīng)力。后期在溫度降溫過程中，由于受到自身強(qiáng)度的約束，又全在混凝土內(nèi)部出現(xiàn)拉應(yīng)力。氣溫的降低也含在砼表面引起很大的拉應(yīng)力。當(dāng)這些拉應(yīng)力超出砼的抗裂能力時，即會出現(xiàn)裂縫。許多混凝土的內(nèi)部濕度變化很小或變化較慢。促表面濕度可能變化較大或發(fā)生劇烈變化，使表面干縮形變受到內(nèi)部砼的約束，也往往導(dǎo)致裂縫。

（一）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三個階段

早期：自從澆筑砼開始至水泥放熱基本結(jié)束，一般約30天。該階段水泥放出大量的水化熱砼彈性模量的急劇變化。由于彈性模量變化，這一時期在混凝土內(nèi)形成線條應(yīng)力。

中期：水泥水化熱基本結(jié)束時起至砼冷卻到穩(wěn)定溫度時止，這個時期中，溫度應(yīng)力主要是由于砼的冷卻及外界氣溫變化所引起的，這些應(yīng)力與早期形成的線條應(yīng)力相疊加，在此期間混凝土的彈性模量變化不大。

晚期：混凝土完全冷卻以后的運(yùn)輸時期。溫度應(yīng)力主要是外界氣溫變化所引起的，這些應(yīng)力與前兩種的線條應(yīng)力相迭加。

根據(jù)溫度應(yīng)力引起的原因?yàn)閮深悾?/p>

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)部溫度是非線性分部的，由于結(jié)構(gòu)自身互相結(jié)束而出現(xiàn)溫度應(yīng)力。例如:橋梁墩身結(jié)構(gòu)尺寸相對較大，砼冷卻表面溫度低，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。

約束應(yīng)力：結(jié)構(gòu)分全部或部分，邊界受到外界約束，不能自由變形而引起的應(yīng)力。如：筑梁頂板混凝土和護(hù)欄砼。

這兩種溫度應(yīng)力往往和砼的干縮所引起的應(yīng)力共同作用，要想根據(jù)已知溫度準(zhǔn)確分析出溫度應(yīng)力，不論大小是一項(xiàng)比較復(fù)雜的工作在大多數(shù)情況下，需要依靠模型或數(shù)值計(jì)算。砼的徐變使溫度應(yīng)力有相當(dāng)大的松弛，計(jì)算溫度應(yīng)力時必須考慮徐變的影響。

（二）溫度應(yīng)力裂縫的防治措施

為了防止裂縫減少溫度應(yīng)力可以控制溫度和改善制約條件兩個方面考慮。

控制溫度措施如下：

（1）采用改善骨料級配間干硬性砼摻混合料加引氣劑或塑化劑等措施，以減少混凝土中水泥用量。

（2）拌和砼加水或用水將碎石冷卻以降低砼的澆筑溫度。

（3）熱天澆筑砼時，減少澆筑厚度利用澆筑層面散熱。

（4）在砼中埋設(shè)水管通入冷水降溫。

（5）規(guī)定合理的拆模時間氣溫驟降時進(jìn)行表面保溫，以免砼表面發(fā)生急劇溫度梯變。

（6）施工中長期暴露的砼澆筑塊表面或薄壁結(jié)構(gòu)在寒冷季節(jié)采取保溫措施。

改善約束條件的措施是：

（1）合理的分縫分塊

（2）避免基礎(chǔ)過大起伏

（3）合理安排施工工序，避免過大高差和側(cè)面長期暴露。

此外改善砼的性能提高抗裂能力加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)防止表面干縮，特別是保證同質(zhì)量對防止裂縫十分重要。特別應(yīng)注意貫穿裂縫出現(xiàn)后要恢復(fù)砼的整體性是十分困難的，所以施工中以防止貫穿裂縫為主。

在砼施工中為了提高模板的利用率，往往要求新澆砼盡早拆模，當(dāng)砼溫度高于氣溫時因考慮拆模時間，以免引起砼表面早期裂縫。砼早期拆模在砼表面引起很大的拉應(yīng)力。出現(xiàn)“溫度沖擊”現(xiàn)象，在砼澆筑初期，由于水化熱的散發(fā)表面引起相當(dāng)大的拉應(yīng)力，此表面溫也 氣溫 此時拆模表面溫度驟降引起溫度梯變，從而在表面附著一拉應(yīng)力，與水化應(yīng)力選加再加上砼的干縮，表面的拉應(yīng)力達(dá)到很大的數(shù)值，就導(dǎo)致裂縫的危險，如果拆模后在表面覆蓋一輕型保溫材料，如泡沫海綿對防止混凝土表面產(chǎn)生過大的拉應(yīng)力具有顯著的效果。

加筋對大體積砼的溫度應(yīng)力影響很小，因?yàn)榇篌w積砼的含筋率很低，只是對一般鋼筋砼有影響，在溫度不太高及應(yīng)力極低于屈服極限條件下，鋼的各種性能是穩(wěn)定的，而與應(yīng)力狀態(tài)時間及溫度無關(guān)。鋼的線.系數(shù)與混凝土.系數(shù)相差很小，在溫度變化時兩者之間只發(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)砼應(yīng)力達(dá)到抗拉驟變而開裂時，鋼筋應(yīng)力不超過100—200kg/cm，因此，在砼中想要利用鋼筋來防止細(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，寬度與深度較小了，而且如果鋼筋的直徑細(xì)而間距密時，對提高砼抗裂性的效果較好，砼和鋼筋砼結(jié)構(gòu)表面常常會發(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，但它對結(jié)構(gòu)強(qiáng)度而耐久性仍有一定的影響。

為了保證砼工程質(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，筆者在實(shí)踐中總結(jié)出其主要作用為：

（1）管張力使干縮變形，增大之細(xì)孔。可降低毛細(xì)管表面張力，但會使混凝土干縮變形，增大之細(xì)孔。可降低毛細(xì)管表面張力，但會使砼強(qiáng)度降低，這個表面張力現(xiàn)論早在六十年代就已被國際上所確認(rèn)。

（2）水灰比是影響砼收縮的重要因素，使用減水防裂劑可使砼用水量減少25%。

（3）水泥用量也可使砼收縮率的主要因素，摻加減水防裂劑的砼在保持砼強(qiáng)度條件下，可減少15%的水泥用量，其體積用增加骨料來補(bǔ)充。

（4）減水劑防裂可以改善水泥漿的稠度，減少砼泌水，減少沉縮變形。

（5）提高水泥漿與骨料的粘結(jié)力，提高砼抗裂性。

（6）砼在收縮時，受約束產(chǎn)生應(yīng)力，當(dāng)應(yīng)力大于砼抗拉強(qiáng)度時裂縫就會產(chǎn)生，減水防裂劑可有效的提高混凝土抗拉強(qiáng)度，大幅度提高砼的抗裂性能。

（7）摻外加劑可值砼密實(shí)性好，可有效提高的抗碳化化性減少碳化收縮。

（8）摻減水防裂劑后砼緩凝時間適當(dāng)，在有效防止水泥迅速水化熱基礎(chǔ)上，避免因水泥長期不凝而帶來的塑性收縮增加。

（9）摻外加劑砼和易性好，表面易抹平形成微膜，減少水分蒸發(fā)減少干燥收縮。

二、干縮裂縫

實(shí)踐證明砼常見裂縫，大多數(shù)是不同深度的表面裂縫，其主要原因是溫度梯度造成寒冷地區(qū)的溫度驟降也管易形成裂縫。因此混凝土的保濕防止表面早期裂縫尤為重要。

（一）干縮裂縫原因分析

從理論上分析，新澆筑中所含水分完全可以滿足水泥水化的要求而有余，但由于蒸發(fā)等原因常引起水分損失，從而推遲或妨礙水泥的水化，表面砼最容易而是直接受到這種影響，因此砼澆筑后的最初幾天是養(yǎng)護(hù)的關(guān)鍵時期，在施工中應(yīng)切實(shí)重視起來。

（二）干縮裂縫防治措施

從溫度應(yīng)力觀點(diǎn)出發(fā)，保濕應(yīng)達(dá)到要求

1、防止砼內(nèi)外溫度差及砼表面梯度防止表面裂縫。

2、防止砼超冷應(yīng)盡量設(shè)法使砼的施工期間溫度不低于砼使用期溫度溫度。

3、防止老砼過冷的減少新老砼間的約束

砼早期養(yǎng)護(hù)主要目的在于保持適宜的溫濕條件的達(dá)到兩個方面效果方面使砼會受不和溫濕變形的侵襲，防止有害的砼縮和干縮。一方面使水泥水化作用順利進(jìn)行，以期達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度和抗裂能力。

適宜的溫濕變條件是相互關(guān)聯(lián)的砼的保濕措施常常也有保濕的效果。

結(jié)束語：

以上對砼的施工溫度與裂縫之間的關(guān)系進(jìn)行了理論和時間上的初步探討學(xué)術(shù)界對砼裂縫的成因和計(jì)算方法，有不同的理論，但對具體的預(yù)防和改善措施是不是比較統(tǒng)一的，同時在實(shí)踐中的應(yīng)用效果也是比較好的。具體施工中要靠我們多觀察多比較，出現(xiàn)問題后多分析多總結(jié)，結(jié)合多種預(yù)防處理措施砼的裂縫是完全可以避免的。