某高速混凝土構(gòu)件裂縫成因分析及防治措施

趙翔宇

(山西省交通科學(xué)研究院，山西太原 030006)

0 引言

近年來由于混凝土構(gòu)件技術(shù)的飛速發(fā)展，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在工程中得到了充分的發(fā)展，特別是混凝土構(gòu)件在大跨度、高墩柱方面發(fā)揮出自己的特點(diǎn)，但同時(shí)也出現(xiàn)了好多技術(shù)問題，在混凝土施工后由于施工、設(shè)計(jì)等方面的原因，使得構(gòu)件出現(xiàn)了裂縫，造成了結(jié)構(gòu)的安全隱患及破壞。當(dāng)然結(jié)構(gòu)的破壞一般是從發(fā)生裂縫開始。所以我認(rèn)為在設(shè)計(jì)起初，就應(yīng)該從結(jié)構(gòu)的受力等方面加強(qiáng)設(shè)計(jì)，避免裂縫的發(fā)生;再有就是施工時(shí)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)及規(guī)范的要求組織施工和加強(qiáng)混凝土構(gòu)件的養(yǎng)生工作。在裂縫出現(xiàn)時(shí)，我們一定要仔細(xì)觀察、分析、研究，搞清裂縫事故產(chǎn)生的原因，從受力至施工全方位的分析，查找裂縫的內(nèi)在原因至關(guān)重要?，F(xiàn)就裂縫的成因從以下幾個(gè)方面進(jìn)行分析。

1 裂縫病害描述

以某高速矩形墩柱為例進(jìn)行分析，墩柱在墩高從承臺(tái)往上約3 m～5 m的范圍出現(xiàn)兩道豎向裂縫。一般墩柱裂縫多以豎向受力裂縫和斜向裂縫為主，在施工后或通車后都有可能出現(xiàn)，裂縫寬度豎向裂縫大多在0.1 mm～0.3 mm范圍，平均為0.15 mm;斜向裂縫在0.3 mm～1.1 mm之間，斜向裂縫多數(shù)是由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在缺陷及構(gòu)件設(shè)計(jì)安全系數(shù)考慮不足所致。

2 裂縫成因分析

1)設(shè)計(jì)計(jì)算的原因。

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)存在計(jì)算模型不合理;荷載作用考慮不全;構(gòu)件實(shí)際受力與假設(shè)不符;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)尺寸斷面不滿足設(shè)計(jì)荷載的要求;結(jié)構(gòu)內(nèi)力與配筋驗(yàn)算存在偏差;受力主筋與分布筋布置不當(dāng);結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全系數(shù)考慮偏小，富余度不足使得構(gòu)件在設(shè)計(jì)時(shí)就剛度不足;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)也未從施工的因素考慮，使得結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在施工上存在缺陷。

2)施工過程未嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)及規(guī)范施工。

a.混凝土攪拌原因:混凝土在攪拌過程中，水泥作為膠凝材料，產(chǎn)生大量的水化熱，在未澆筑時(shí)這些熱量被包裹在混凝土里面，經(jīng)過灌注車輛的運(yùn)輸又引起混凝土坍落度的損失，在混凝土澆筑振搗后及硬化期間水泥又放出大量水化熱，使得混凝土內(nèi)部溫度不斷上升，在表面引起拉應(yīng)力。而后期在降溫過程中，混凝土彈性模量的急劇變化，又會(huì)在混凝土內(nèi)部出現(xiàn)拉應(yīng)力。在這種內(nèi)外應(yīng)力的作用下，混凝土極易出現(xiàn)溫縮裂縫。同時(shí)混凝土的攪拌時(shí)間短，使得混凝土和易性較差，局部產(chǎn)生離析。混凝土澆筑后構(gòu)件的均勻性不好;b.振搗的原因:振搗時(shí)間太短，混凝土不密實(shí)，使得混凝土表面出現(xiàn)麻面、蜂窩、色澤不一等缺陷，更嚴(yán)重的是在若干年后，將會(huì)導(dǎo)致鋼筋銹蝕，出現(xiàn)銹脹等因素，致使構(gòu)件出現(xiàn)裂縫;振搗時(shí)間太長，使得混凝土粗細(xì)骨料分層，粗骨料沉入澆筑層底層，細(xì)骨料上浮，使得構(gòu)件在強(qiáng)度增長過程中出現(xiàn)收縮裂縫;c.構(gòu)件養(yǎng)護(hù)不到位:混凝土構(gòu)件在施工后由于施工單位未能及時(shí)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)或者養(yǎng)護(hù)方式不合理，未起到養(yǎng)生的作用，以及在混凝土構(gòu)件澆筑后，養(yǎng)生時(shí)間少于7 d，使得混凝土內(nèi)外溫差較大，就會(huì)出現(xiàn)溫縮裂縫;d.施工工藝的原因:混凝土構(gòu)件施工方法不當(dāng)在澆筑過程中混凝土的澆筑順序及作業(yè)面分段不合理，致使混凝土澆筑先后順序受初終凝的影響結(jié)合不好，以及脫模拆除支架順序未按照規(guī)范的要求進(jìn)行，使得構(gòu)件未達(dá)到設(shè)計(jì)拆除支架模板的強(qiáng)度就進(jìn)行拆除而出現(xiàn)受力裂縫。再有就是施工管理混亂，管理不到位等綜合因素使得構(gòu)件也會(huì)出現(xiàn)應(yīng)力裂縫;e.其他原因:混凝土施工配合比未按照設(shè)計(jì)進(jìn)行，鋼筋保護(hù)層厚度控制不好;混凝土構(gòu)件在硬化前擾動(dòng)或外荷載作用等因素也會(huì)使構(gòu)件出現(xiàn)受力或非受力裂縫。

3)材料性質(zhì)因素。

在混凝土施工中水泥是至關(guān)重要的材料之一，水泥的質(zhì)量不符合規(guī)范要求，勢必會(huì)使混凝土在拌和和運(yùn)輸過程中出現(xiàn)泛漿、離析現(xiàn)象以及塑性和縮水收縮;骨料粒徑、級配、雜質(zhì)含量不符合要求，如:砂石粒徑太小、級配不良、空隙率大將導(dǎo)致水泥和拌和水用量加大，影響混凝土的強(qiáng)度，使混凝土收縮加大，如果使用超出規(guī)定的細(xì)砂，后果更嚴(yán)重;混凝土外加劑的摻量在實(shí)際施工時(shí)未按照設(shè)計(jì)配比進(jìn)行摻加，使得混凝土的硬化過程過長或過短，都會(huì)使混凝土收縮較大。

4)環(huán)境條件的因素。

在寒冷地區(qū)的混凝土施工，由于濕度和溫度的變化，造成混凝土內(nèi)外溫度相差較大，混凝土?xí)a(chǎn)生不均勻的溫縮裂縫，所以混凝土施工要按照相關(guān)季節(jié)的要求組織施工。

3 混凝土裂縫的防治措施

1)在配合比設(shè)計(jì)時(shí)，對原材料就要認(rèn)真選擇，使得所配置的混凝土強(qiáng)度收縮小、和易性好。2)細(xì)集料應(yīng)級配良好、質(zhì)地堅(jiān)硬、顆粒潔凈，粗骨料應(yīng)采用堅(jiān)硬的卵石或碎石，卵石或碎石應(yīng)選擇5 mm～40 mm具有連續(xù)級配的碎石，且其壓碎值、含泥量等應(yīng)符合規(guī)范要求，拌和用水不應(yīng)含有影響水泥正常凝結(jié)和硬化的有害雜質(zhì)、油脂游離酸類等;外加劑的材料必須經(jīng)過試驗(yàn)驗(yàn)證和有資質(zhì)的試驗(yàn)部門進(jìn)行檢驗(yàn)，經(jīng)檢驗(yàn)合格后方可用于混凝土的施工。3)在施工過程中，嚴(yán)格按照混凝土的配合比進(jìn)行施工，不得任意調(diào)整混凝土的配合比，特別是要控制好混凝土的坍落度;混凝土的攪拌時(shí)間應(yīng)符合規(guī)范要求?；炷猎谑┕み^程中要控制好澆筑層厚，一般以30 cm～50 cm為宜，以及合理分層的工作段落，以保證混凝土的硬化期間強(qiáng)度增長值的均勻性。4)混凝土的澆筑時(shí)間要嚴(yán)格按照規(guī)范要求的溫度執(zhí)行，盡量避開高溫或冬季低溫時(shí)間施工，混凝土澆筑完應(yīng)及時(shí)加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)，保持好混凝土內(nèi)外較小的溫度差和充分的濕潤度。5)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)量對防止裂縫是十分重要的，應(yīng)特別注意避免產(chǎn)生貫穿裂縫。6)水灰比是影響混凝土收縮的重要因素，使用高效減水劑可使混凝土用水量減少20%～25%，這樣使得混凝土的收縮有效降低。7)墩柱設(shè)計(jì)時(shí)要在鋼筋骨架的外側(cè)加設(shè)一層鋼筋網(wǎng)片，這樣可以從設(shè)計(jì)上更有效的防止裂縫的發(fā)生。

總之混凝土裂縫產(chǎn)生的原因，不是單方面引起的，為有效控制好裂縫的產(chǎn)生，要從設(shè)計(jì)、施工等主要方面合理的控制，這樣才能有效地減少和控制好混凝土構(gòu)件裂縫的發(fā)生，從而增加混凝土構(gòu)件的耐久性能。