商品混凝土裂縫的成因及預(yù)防措施

鄭云生 陳玉 李青

(北京建筑材料科學(xué)研究總院有限公司 固廢資源化利用與節(jié)能建材國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100041)

0 引言

商品混凝土，也叫預(yù)拌混凝土，簡稱為“商混凝土”，是由水泥、骨料、水及根據(jù)需要摻入的外加劑、摻合料等組分按照一定的比例，在混凝土攪拌站經(jīng)計(jì)量、攪拌后采用運(yùn)輸車，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)運(yùn)送到使用地點(diǎn)的混凝土拌合物。與現(xiàn)場攪拌混凝土相比，商品混凝土具有質(zhì)量穩(wěn)定性好，節(jié)省原材料，環(huán)保程度高，施工進(jìn)度快等優(yōu)點(diǎn)。

目前發(fā)達(dá)國家商品混凝土的產(chǎn)量已經(jīng)占全部混凝土產(chǎn)量的80%以上。我國在十八大報(bào)告中提出要堅(jiān)持走中國特色的城鎮(zhèn)化道路，專家預(yù)計(jì)，到2020年，中國城鎮(zhèn)化率將超過60%。隨著各地基礎(chǔ)設(shè)施和商品住宅建設(shè)如火如荼的進(jìn)行，必將迎來商品混凝土發(fā)展的新時(shí)期。然而，由于商品混凝土中原材料的性質(zhì)、配合比、養(yǎng)護(hù)條件、構(gòu)件形狀和尺寸、配筋率等影響因素，再加上各種外加劑的使用，使得商品混凝土容易出現(xiàn)收縮，繼而產(chǎn)生裂縫?；炷亮芽p不僅影響到表面美觀，而且還會(huì)使混凝土更容易受到外部環(huán)境的侵蝕，影響其耐久性。分析混凝土裂縫出現(xiàn)的機(jī)理，并使用一些方法來預(yù)防裂縫的出現(xiàn)，是迫切需要解決的問題。

1 常見商品混凝土裂縫類型及成因

混凝土在澆筑成型以后，其表面與內(nèi)部會(huì)存在許多裂縫。這些裂縫的成因是多方面的，除外力因素外，混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)外溫差、干燥收縮會(huì)造成裂縫，其他諸如混凝土堿—骨料反應(yīng)、化學(xué)侵蝕、凍融破壞、鋼筋銹蝕等均能使混凝土產(chǎn)生裂縫。

1.1 結(jié)構(gòu)性裂縫

結(jié)構(gòu)性裂縫主要是由于混凝土結(jié)構(gòu)上部荷載引起的，表明混凝土承載力不足或存在較大問題。直接影響構(gòu)件的承載力和結(jié)構(gòu)安全。主要原因有以下幾種情形:結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有差錯(cuò)，構(gòu)造不合理，配筋量不足;改變房屋用途，加大了使用荷載，從而使構(gòu)件受到破壞，引起裂縫。

1.2 沉降裂縫

沉降裂縫的成因主要是由于混凝土結(jié)構(gòu)地基土質(zhì)不均勻、浸水或回填土沒夯實(shí)、凍土化凍而造成的不均勻沉降所致。沉降大的部位與沉降小的部位發(fā)生相對(duì)位移，在混凝土結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生剪力和拉力，當(dāng)這種附加內(nèi)力超過混凝土本身的抗拉抗剪強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生裂縫，且這些裂縫會(huì)隨地基的不均勻沉降的增大而增大，甚至?xí)纬慑e(cuò)位。裂縫一般沿與地面垂直或呈30°～45°角方向發(fā)展。地基變形穩(wěn)定之后，沉降裂縫也趨于穩(wěn)定。

1.3 塑性收縮裂縫

塑性收縮裂縫一般在混凝土澆筑初期出現(xiàn)(一般在澆筑后4h左右)。由于地基、模板、骨料的吸水或因高溫、大風(fēng)使混凝土表面水分丟失過快等原因，造成毛細(xì)管中產(chǎn)生較大的負(fù)壓而使混凝土體積急劇收縮，同時(shí)這種收縮又受到骨料、鋼筋等約束而引起應(yīng)力，此時(shí)混凝土本身的強(qiáng)度很低，故混凝土在這種塑性收縮作用下會(huì)產(chǎn)生裂縫。裂縫多呈中間寬，兩端細(xì)且長短不一，互不連貫狀態(tài)。

1.4 干縮裂縫

干縮裂縫多出現(xiàn)在混凝土澆筑后的養(yǎng)護(hù)期。由于混凝土內(nèi)外水分蒸發(fā)程度不同而導(dǎo)致變形不同:混凝土受外部條件的影響，表面水分損失過快，變形較大，內(nèi)部濕度變化較小，變形較小，較大的表面干縮變形受到混凝土內(nèi)部約束，產(chǎn)生較大拉應(yīng)力而產(chǎn)生裂縫。水泥漿體干縮越大，干縮裂縫越易產(chǎn)生。干縮裂縫多為表面性的平行線狀或網(wǎng)狀淺細(xì)裂縫，大體積混凝土中平面部位多見，較薄的梁板中多沿其短向分布。

1.5 溫差裂縫

引起溫差裂縫的原因主要有內(nèi)部水化熱與外部環(huán)境影響。

混凝土內(nèi)部由于水泥水化熱的積蓄，造成與表面的溫差過高，產(chǎn)生不均勻膨脹從而導(dǎo)致混凝土開裂?；炷翝仓?，在硬化過程中，水泥水化產(chǎn)生大量的水化熱，由于混凝土的體積較大，水化熱聚積在混凝土內(nèi)部而不易散發(fā)，導(dǎo)致內(nèi)部溫度急劇上升，而混凝土表面散熱較快，這樣就造成較大的內(nèi)外溫差，由于內(nèi)部與外部熱脹冷縮的程度不同，使混凝土表面產(chǎn)生一定拉應(yīng)力。當(dāng)拉應(yīng)力超過混凝土的抗拉強(qiáng)度極限時(shí)，混凝土表面就會(huì)產(chǎn)生裂縫，這種裂縫多發(fā)生在混凝土施工的中后期。外部環(huán)境原因主要是氣候突變、冰雪作用引起的。當(dāng)混凝土受到寒潮的襲擊時(shí)，會(huì)導(dǎo)致表面溫度急劇下降，從而產(chǎn)生收縮，表面收縮的混凝土受內(nèi)部的約束，會(huì)產(chǎn)生很大的拉應(yīng)力而產(chǎn)生裂縫。這種裂縫通常只在混凝土表面較淺的范圍內(nèi)產(chǎn)生。溫差裂縫有表層、深層和貫穿縫。表層裂縫走向無一定規(guī)律，大面積結(jié)構(gòu)裂縫?？v橫交錯(cuò);梁板類長度尺寸較大的結(jié)構(gòu)裂縫多平行于短邊。深層和貫穿裂縫一般與短邊平行或接近平行，裂縫沿著長邊分段出現(xiàn)，中間較密。裂縫寬度受溫度變化影響較為明顯，冬季較寬，夏季較窄。

1.6 化學(xué)裂縫

引起這類裂縫的原因較多，如水泥安定性不好、堿—骨料反應(yīng)、鋼筋銹蝕、各種介質(zhì)對(duì)混凝土的有害侵蝕等均可導(dǎo)致混凝土的開裂。

1.7 施工裂縫

引起此類裂縫的原因主要是在混凝土尚未達(dá)到足夠強(qiáng)度時(shí)過早拆模、起吊或加載;施工人員的違規(guī)操作等。

2 商品混凝土裂縫的預(yù)防措施

商品混凝土裂縫的出現(xiàn)不但會(huì)影響結(jié)構(gòu)的整體性和剛度，還會(huì)引起鋼筋的銹蝕，加速混凝土的碳化，降低混凝土的耐久性和抗疲勞、抗?jié)B能力。因此，必須采取預(yù)防措施，避免裂縫的出現(xiàn)。

主要預(yù)防措施如下:1)正確進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，按規(guī)定要求荷載;合理配筋，設(shè)置足夠厚度的鋼筋保護(hù)層。2)施工前對(duì)地基進(jìn)行夯實(shí)加固，避免地基被水浸泡。如果是凍土地基，應(yīng)將建筑物基礎(chǔ)設(shè)在最大凍融深度以下，在樁基工程中采用渣油等材料，減少樁與周圍凍土的聯(lián)結(jié)力，從而減少樁基周圍凍土融脹時(shí)對(duì)樁基產(chǎn)生的凍拔力。3)商品混凝土澆筑前，將地基和模板澆水均勻濕透，避免澆筑后地基、模板過多吸水。4)正確養(yǎng)護(hù)，采取防風(fēng)措施，在混凝土表面覆蓋塑料薄膜或者潮濕的草墊等，保持混凝土終凝前表面濕潤或者噴灑混凝土養(yǎng)護(hù)劑進(jìn)行養(yǎng)護(hù)以防止水分過多蒸發(fā)。5)嚴(yán)格控制水灰比，使用高效減水劑來提高混凝土的工作性，減少水的用量。6)選用抗腐蝕性外加劑或摻入一定量的礦物摻合料抑制堿—骨料反應(yīng)。7)夏季施工時(shí)可以采取降低混凝土出料溫度，對(duì)運(yùn)輸車進(jìn)行保溫處理，澆筑現(xiàn)場搭設(shè)遮陽板，灑水降溫來控制混凝土的溫升。8)冬季施工時(shí)要監(jiān)測養(yǎng)護(hù)溫度，達(dá)不到5℃時(shí)要采取加熱養(yǎng)護(hù)，負(fù)溫下不得灑水養(yǎng)護(hù)，應(yīng)采取噴涂養(yǎng)護(hù)劑、覆蓋保水材料等措施。9)對(duì)于大體積混凝土，應(yīng)合理安排施工工序，分層、分塊澆筑，以利于散熱。10)選用收縮較少、釋放熱量低的低熱或中熱水泥(如礦渣水泥、粉煤灰水泥)配制混凝土;或混凝土中摻適量粉煤灰;或者減少水泥用量，降低水化熱。11)細(xì)骨料宜選用中砂，細(xì)度模數(shù)控制在2.5～3.0，砂子過粗，拌制的混凝土易產(chǎn)生離析、泌水現(xiàn)象。砂子過細(xì)，水泥用量較多，增加混凝土自身收縮量。砂子級(jí)配要良好，減少顆粒間空隙，減少水泥用量。12)粗骨料級(jí)配應(yīng)合理，減小粗骨科孔隙率，在滿足施工要求前提下，粗骨料最大粒徑盡量增大，以節(jié)約水泥，提高混凝土密實(shí)度?？刂拼止橇系尼?、片狀含量，減少混凝土的薄弱層面。13)科學(xué)設(shè)計(jì)配合比，確定適宜的水灰比、水泥用量、砂率。在保證強(qiáng)度的前提下，不宜過多增加水泥用量，坍落度不宜過大。14)鋼筋表面涂刷阻銹劑，防止鋼筋銹蝕。15)在混凝土結(jié)構(gòu)中設(shè)置合適的伸縮縫。16)加強(qiáng)現(xiàn)場施工管理，禁止施工人員為了澆筑方便，在商品混凝土中兌水。

3 結(jié)語

商品混凝土建筑是否產(chǎn)生裂縫，與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、混凝土材料本身的特性、配合比、現(xiàn)場施工都有密切的關(guān)系。由于設(shè)計(jì)規(guī)范和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的日趨完善，因?yàn)樵O(shè)計(jì)原因出現(xiàn)的裂縫已經(jīng)大大的減少。由于混凝土材料本身的特性和配合比以及施工方面的原因出現(xiàn)的裂縫正在逐步增多。這就要求從事建筑行業(yè)的科研人員盡快研制出低水化熱的水泥，生產(chǎn)單位設(shè)計(jì)出合理的混凝土配合比，施工單位加強(qiáng)現(xiàn)場管理，按施工規(guī)范操作，共同保證商品混凝土建筑的質(zhì)量。

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