混凝土裂縫防治技術(shù)

馬銀靜

（黑龍江省人才）

混凝土裂縫防治技術(shù)

馬銀靜

（黑龍江省人才）

本文闡述了混凝土裂縫產(chǎn)生的原因及混凝土施工中溫度應(yīng)力的分析,提出了施工過程溫度的控制和防止裂縫的措施。

混凝土裂縫防治技術(shù)

一、裂縫成因

混凝土中產(chǎn)生裂縫有多種原因。主要是溫度和濕度的變化,混凝土的脆性和骨料不均勻以及結(jié)構(gòu)不合理、原材料缺陷性問題(如堿骨料反應(yīng)),模板變形,基礎(chǔ)使用過程不均勻沉降等。混凝土硬化期間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)或原混凝土的約束,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,但表面濕度可能變化較大或發(fā)生劇烈變化。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,短期加荷時(shí)的極限拉伸變形只有(0.6～1.0)×104,長(zhǎng)期加荷時(shí)的極限位伸變形也只有(1.2～2.0)×104。由于原材料的不均勻,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)度又不是不均勻的,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砼中,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)或鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中內(nèi)出現(xiàn)了拉應(yīng)力,則須依靠混凝土自身承擔(dān)。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)力可超過其它外荷載所引起的應(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、溫度應(yīng)力分析

根據(jù)施工過程中溫度應(yīng)力的形成過程可分為以下階段:

1、早期:自澆筑混凝土開始至水泥放熱基本結(jié)束,一般約30天。這個(gè)階段的兩個(gè)特征,一是水泥放出大量的水化熱,二是混凝土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。

2、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)期中,溫度應(yīng)力主要是由于混凝土的冷卻及外界氣溫變化所引起,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土的彈性模量變化不大。

根據(jù)溫度應(yīng)力引起的原因可分為兩類:

（1）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)溫度應(yīng)力。

（2）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。這兩種溫度應(yīng)力往往和混凝土的干縮所引起的應(yīng)力共同作用。要想根據(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?；炷恋男熳兪箿囟葢?yīng)力有相當(dāng)?shù)乃沙?這里不再細(xì)述。

三、裂縫防治技術(shù)

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兩個(gè)方面著手。

控制溫度的措施如下:

1、采用改善骨料級(jí)配,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;

2、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;

3、熱天澆筑混凝土?xí)r減少澆筑厚度,利用澆筑層面散熱;

4、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。

5、施工中長(zhǎng)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;改善約束條件的措施是:

A:合理地分縫分塊;

B:合理的安排施工工序,避免過大的高差和側(cè)面長(zhǎng)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)量對(duì)防止裂縫是十分重要,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;正確的使用減水、防裂外加劑也是減少開裂的有效措施。

在混凝土的施工中,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,在表面上引起很大的拉應(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,必須引起溫度梯度,從而在表面附加一拉應(yīng)力,與水化熱應(yīng)力迭加,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、海棉等,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。

C:為保證混凝土工程質(zhì)量,防止開裂,提高混凝土的耐久性,正確作用外加劑也是減少開裂的措施之一。

（1）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)表面張力理論早在六十年代就已被國(guó)際上所公認(rèn)。

（2）水泥用量也是混凝土收縮的重要因素,摻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,其體積用增加骨料的用量來補(bǔ)充。

（3）減水防裂劑可以改善水泥漿的稠度,減少混凝土泌水,減少收縮變形。

（4）提高水泥漿與骨料的粘結(jié)力,提高的混凝土抗裂性能。

（5）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)發(fā)生,減水防裂劑可有效的提高混凝土抗拉強(qiáng)度,大幅度提高混凝土的抗裂性能。

（6）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。

（7）摻加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熱基礎(chǔ)上,避免因水泥長(zhǎng)期不凝而帶來的塑性收縮增加。

（8）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,我們?cè)诠こ虒?shí)踐中應(yīng)多進(jìn)行這方面的實(shí)驗(yàn)對(duì)比和研究,比單純的靠改善外部條件,可能會(huì)更加簡(jiǎn)捷、經(jīng)濟(jì)。

四、混凝土的早期養(yǎng)護(hù)

從最早可能的時(shí)間開始防止水分從混凝土表面損失。這里不存在從初凝還是終凝開始的問題,只有什么時(shí)候能夠開始的問題。例如,混凝土路面、橋面或地面施工,塑性收縮裂縫是長(zhǎng)期困擾的問題。過去混凝土泌水量大,一般采用二次收漿,然后開始養(yǎng)護(hù),防止塑性收縮裂縫?，F(xiàn)代高性能混凝土基本沒有泌水,如果風(fēng)大或溫度高,水分蒸發(fā)量大,混凝土表面很快就會(huì)出現(xiàn)裂縫,必須在終凝前再次抹面閉合裂縫。在工程實(shí)踐中,一直在摸索如何更早地開始養(yǎng)護(hù),得到很多成功經(jīng)驗(yàn)。比如,在初凝前,混凝土表面抹面完成:

1、馬上覆蓋濕麻布。

2、馬上在混凝土表面上方噴霧,形成局部高濕度,降低蒸發(fā)速率。

3、在混凝土表面噴灑養(yǎng)護(hù)膜(可降低表面蒸發(fā)率90%以上)。然后,待混凝土終凝后或有一定強(qiáng)度后,再進(jìn)行灑水或表面保水養(yǎng)護(hù)?；炷帘砻鏉耩B(yǎng)護(hù)至少持續(xù)3天,最后能達(dá)到7天。

適宜的溫度條件是相互關(guān)聯(lián)的,混凝土的保溫措施常常也有保濕的效果。

從理論上分析,新澆混凝土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,從而推遲或防礙水泥的水化,表面混凝土最容易而且直接受到這種不利影響,因此混凝土澆筑后的最初幾天是養(yǎng)護(hù)的關(guān)鍵時(shí)期,在施工中應(yīng)切實(shí)重視起來。

對(duì)混凝土的施工溫度與裂縫之間的關(guān)系及具體的預(yù)防和改善措施有了一定的了解,實(shí)際運(yùn)用效果將會(huì)比較理想。在施工中通過我們?nèi)嬗^察、正確分析、結(jié)合多種預(yù)防處理措施,混凝土的裂縫是可以避免的。

TU821

1674-3954（2011）03-0286-01