混凝土結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生原因及控制探討

殷學(xué)飛

摘要：混凝土屬于建筑施工中的主要材料，在進(jìn)行混凝土結(jié)構(gòu)施工時(shí)，如何控制混凝土結(jié)構(gòu)裂縫是保證工程項(xiàng)目施工質(zhì)量的重要措施。混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的出現(xiàn)與發(fā)展，會(huì)對(duì)混凝土承載力、耐久性及抗?jié)B性能造成較大破壞。文章從多個(gè)方面對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)裂縫成因進(jìn)行分析，針對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)裂縫成因，提出混凝土結(jié)構(gòu)裂縫控制方法。

關(guān)鍵詞： 混凝土結(jié)構(gòu)裂縫；成因；控制

一、混凝土結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生的原因

混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫產(chǎn)生的原因主要分為四個(gè)：第一，由于結(jié)構(gòu)的實(shí)際工作狀態(tài)與設(shè)計(jì)模型的差異而產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)次應(yīng)力引起的裂縫；第二，由外部荷載引起的裂縫縫隙，按常規(guī)計(jì)算的各種荷載而引起的；第三，由溫度差、收縮、膨脹、不均勻沉降等因素產(chǎn)生的變形應(yīng)力而引起的裂縫，施工中可以采取措施避免。第四，大體積混凝土結(jié)構(gòu)中，由于結(jié)構(gòu)截面大，水泥用量多，水泥水化釋放的水化熱能產(chǎn)生很大的溫度變化和收縮作用，是導(dǎo)致大體積混凝土裂縫主要原因。

1、水化熱產(chǎn)生裂縫的機(jī)理

（1）大體積混凝土結(jié)構(gòu)的截面尺寸較大，在施工過(guò)程中，由水泥水化過(guò)程中釋放出大量水化熱量，由于混凝土體積大，熱量散發(fā)不易，造成溫升較大，從而導(dǎo)致混凝土體積增大。當(dāng)這種變形不受約束時(shí)，混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部不會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力。但實(shí)際上這種變形肯定會(huì)受到約束，約束有兩種。一是混凝土與外部環(huán)境溫度差異引起的約束；另一種是由于內(nèi)部的條件而不同產(chǎn)生的約束，以上兩種約束產(chǎn)生的應(yīng)力為溫度應(yīng)力。

（2）其次，對(duì)于大體積混凝土結(jié)構(gòu)施工中，當(dāng)混凝土澆筑體的邊界無(wú)約束時(shí)（如底、頂板頂面），在早期水化熱的溫度迅速升高階段，由于混凝土內(nèi)、外散熱條件不同，形成溫度梯度，表面受拉，內(nèi)部受壓。當(dāng)拉應(yīng)力超過(guò)混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)，混凝土表面就產(chǎn)生裂縫。在混凝土的降溫階段，混凝土的溫差引起的變形加上混凝土的體積收縮變形，受到地基和結(jié)構(gòu)邊界條件的約束時(shí)，在澆筑體的中央斷面產(chǎn)生了內(nèi)部拉應(yīng)力，當(dāng)該拉應(yīng)力超過(guò)混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)，混凝土整個(gè)截面就產(chǎn)生了貫穿裂縫。

（3）現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)梁、板產(chǎn)生裂縫的原因，綜合歸納起來(lái)可以分為兩大類：一是由于設(shè)計(jì)失誤、實(shí)際施工不當(dāng)?shù)仍驅(qū)е碌慕Y(jié)構(gòu)性裂縫；二是由于混凝土本身的收縮和溫差作用所產(chǎn)生的非結(jié)構(gòu)性裂縫。有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)及大量的工程實(shí)踐表明，一般工程中結(jié)構(gòu)性裂縫約占20%，大部分為收縮和溫差裂縫約占80%，這些非結(jié)構(gòu)性裂縫可以通過(guò)設(shè)計(jì)和施工階段采取相應(yīng)的技術(shù)措施進(jìn)行預(yù)防，從而將其控制在現(xiàn)行規(guī)范所允許的范圍之內(nèi)。

2、溫度應(yīng)力的分析

根據(jù)溫度應(yīng)力引起的原因可分為兩類：一是自生應(yīng)力：邊界上沒(méi)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)力的。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，在結(jié)構(gòu)表面出現(xiàn)拉應(yīng)力，在結(jié)構(gòu)中間出現(xiàn)壓應(yīng)力。二是約束應(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。這兩種溫度應(yīng)力往往與混凝土的干縮所引起的應(yīng)力相互共同作用。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)比較煩瑣的工作。在大多數(shù)的情況下，是需要依靠模型試驗(yàn)或數(shù)值計(jì)算。

二、裂縫控制的基本原理及預(yù)防

1、大體積混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫控制

指杜絕有害裂縫，同時(shí)減少或避免不影響使用的混凝土表面裂縫。裂縫控制原理是：降低混凝土外部約束與非線性降溫和收縮所產(chǎn)生的拉應(yīng)力，提高混凝土相應(yīng)齡期的抗拉強(qiáng)度和極限拉伸，以確?；炷量沽训陌踩纫?。裂縫控制方法采取溫差與溫度應(yīng)力雙控制方法，避免結(jié)構(gòu)物出現(xiàn)溫度裂縫，同時(shí)調(diào)整混凝土表面濕度以防止表面干縮裂縫。結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生的主要原因是降溫和收縮。任一降溫溫差包含水化熱引起的溫差和收縮當(dāng)量溫差，又都可以分解為均勻降溫差和非均勻降溫差兩鐘。前者產(chǎn)生外約束力，它成為貫穿性裂縫的主要原因；后者引起自約束力，形成表面裂縫；只有同時(shí)控制好這兩鐘降溫差，才能減少和避免混凝土裂縫的產(chǎn)生。

2、控制混凝土裂縫

必須從混凝土產(chǎn)生裂縫的幾個(gè)主要原因著手，才能有效地將裂縫控制在允許范圍內(nèi)。一般可分為兩個(gè)控制階段：設(shè)計(jì)階段和施工階段。設(shè)計(jì)階段由設(shè)計(jì)人員對(duì)混凝土強(qiáng)度等級(jí)、鋼筋的品種、規(guī)格、建筑物的結(jié)構(gòu)形式等統(tǒng)籌設(shè)計(jì)，有效的進(jìn)行裂縫的控制。施工階段則采取加入外加劑的方式改善混凝土性能、降低水泥水化熱、降低混凝土內(nèi)外溫差、結(jié)構(gòu)中設(shè)置施工縫或變形縫、加強(qiáng)混凝土中的配筋率等措施來(lái)減少混凝土的收縮，防止混凝土產(chǎn)生有害裂縫。

3、合理的設(shè)計(jì)施工配合比

由于大體積混凝土結(jié)構(gòu)各項(xiàng)指標(biāo)均要求較高，并且普遍都采用泵送混凝土，因此合理設(shè)計(jì)配合比是有效控制和預(yù)防混凝土裂縫發(fā)生的基礎(chǔ)。應(yīng)該根據(jù)工程所處條件，對(duì)水灰比、砂石率、水泥用量及摻合料的用量等進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，選擇最優(yōu)最合理的方案。

三、混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的控制措施

1、混凝土材料的應(yīng)用

混凝土材料質(zhì)量直接影響著混凝土施工質(zhì)量，在原材料的選擇與應(yīng)用上，應(yīng)充分保證其滿足施工及設(shè)計(jì)要求。在選擇水泥時(shí)，應(yīng)盡量選擇水化熱較低，收縮量偏低的水泥，在保證混凝土性能的基礎(chǔ)上，降低水泥用量，對(duì)進(jìn)入到施工現(xiàn)場(chǎng)的水泥性能及各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行檢驗(yàn)，禁止應(yīng)用不符合設(shè)計(jì)要求的水泥；在混凝土中摻入化學(xué)添加劑，可以改善混凝土性能，如應(yīng)用減水劑，可以降低用水量，減少混凝土收縮量，從而避免混凝土裂縫。

2、優(yōu)化配合比

混凝土配合比的科學(xué)性與合理性，直接影響著混凝土整體性能，影響著混凝土施工的經(jīng)濟(jì)性。水化熱較大引起溫度裂縫是混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的重要成因，降低水化熱，可以從優(yōu)化混凝土配合比入手，降低水灰比，明確水泥用量與水用量，避免出現(xiàn)混凝土質(zhì)量問(wèn)題。

3、配筋設(shè)計(jì)

按照工程施工要求，合理進(jìn)行混凝土鋼筋配置工作，在進(jìn)行鋼筋配置過(guò)程中，應(yīng)充分考慮鋼筋品種、鋼筋規(guī)格以及鋼筋數(shù)量，對(duì)構(gòu)件性能進(jìn)行評(píng)估；按照施工圖紙，確定鋼筋配置位置，避免出現(xiàn)鋼筋錯(cuò)位等現(xiàn)象，減少混凝土開(kāi)裂。

4、模板施工

在混凝土模板施工中，需要從以下幾點(diǎn)，進(jìn)行混凝土結(jié)構(gòu)裂縫控制：在澆筑混凝土之前，需要保持模板及基層充分濕潤(rùn)；模板設(shè)計(jì)與制作合理，保證模板擁有足夠的剛度及強(qiáng)度，防止在澆筑混凝土過(guò)程中出現(xiàn)位移或變形，導(dǎo)致混凝土裂縫；合理控制拆模時(shí)間，在混凝土增長(zhǎng)到一定強(qiáng)度后，方可進(jìn)行拆模作業(yè)，并按照規(guī)定次序進(jìn)行拆模作業(yè)。

5、混凝土澆筑

在混凝土澆筑作業(yè)時(shí)，應(yīng)根據(jù)混凝土坍落度，合理控制振搗時(shí)間，一般混凝土振搗時(shí)間為四十秒，保證振搗均勻，避免出現(xiàn)過(guò)振或漏振等現(xiàn)象。在混凝土初凝前后時(shí)間，應(yīng)采取二次振搗作業(yè)及二次抹面技術(shù)，通過(guò)二次振搗，將混凝土內(nèi)部中水分及氣泡等排除，尤其是針對(duì)泌水性較大的混凝土，其澆筑作業(yè)應(yīng)排除泌水，進(jìn)行二次振搗作業(yè)，從而避免因沉降收縮所引起的混凝土裂縫。

6、做好養(yǎng)護(hù)措施

在完成混凝土澆筑作業(yè)后，應(yīng)及時(shí)采取養(yǎng)護(hù)措施，在混凝土終凝之前，保持混凝土表面處于濕潤(rùn)狀態(tài)，并在混凝土沒(méi)有完全干燥之前，采取覆蓋措施，并進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間應(yīng)在7 天以上；如在混凝土施工中摻有緩凝劑等化學(xué)添加劑，則在其養(yǎng)護(hù)時(shí)間應(yīng)延長(zhǎng)到14天以上。在混凝土養(yǎng)護(hù)期間，應(yīng)對(duì)其內(nèi)部溫度進(jìn)行測(cè)量，避免內(nèi)外溫差較大。

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