混凝土結(jié)構(gòu)中典型裂縫的形成機(jī)理及防范路徑思考

【摘要】在混凝土結(jié)構(gòu)施工的過程當(dāng)中，對裂縫的控制與防范是普遍存在的一個難題，混凝土結(jié)構(gòu)施工中必須采取各種措施來控制、防范裂縫，以確保混凝土澆筑振搗質(zhì)量的理想，達(dá)到穩(wěn)定混凝土結(jié)構(gòu)性能的目的。本文中結(jié)合工程實(shí)例，對混凝土結(jié)構(gòu)中典型裂縫的形成機(jī)理進(jìn)行分析，并提出防范裂縫的幾點(diǎn)對策，望能夠引起同類工程的重視并借鑒。

【關(guān)鍵詞】混凝土結(jié)構(gòu)；裂縫；形成機(jī)理；防范

我國近年來的基礎(chǔ)建設(shè)速度不斷發(fā)展，建設(shè)規(guī)模持續(xù)提高，導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)工程日益增多。由于混凝土結(jié)構(gòu)截面面積大，其結(jié)構(gòu)內(nèi)部聚集大量水化熱，致使混凝土內(nèi)部與表面散熱不均衡，結(jié)構(gòu)內(nèi)部所產(chǎn)生的溫度應(yīng)力可能導(dǎo)致面層出現(xiàn)裂縫故障。此類故障若不及時進(jìn)行處理，將對整個混凝土工程的結(jié)構(gòu)安全性埋下嚴(yán)重質(zhì)量隱患。故掌握混凝土結(jié)構(gòu)中典型裂縫的形成機(jī)理，并掌握防范裂縫的各種路徑與方法，此問題值得各方工作人員引起重視。

1 混凝土結(jié)構(gòu)裂縫形成機(jī)理

混凝土結(jié)構(gòu)在施工過程當(dāng)中可能產(chǎn)生各類型的裂縫，按照裂縫的發(fā)展方向與形狀，多可分為橫向裂縫、縱向裂縫、水平裂縫、垂直裂縫、放射裂縫、以及斜向裂縫等類型；也可按裂縫深度進(jìn)行分類，包括表面裂縫、深層裂縫、以及貫穿裂縫等類型。在混凝土結(jié)構(gòu)中，產(chǎn)生裂縫的影響因素較多，主要包括如下幾個方面：

第一是混凝土收縮所致裂縫：在混凝土結(jié)構(gòu)硬化后期，內(nèi)部自由水分大量蒸發(fā)，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)整體出現(xiàn)干燥性裂縫，但表面與中心部位的干燥收縮速度不同，表面收縮速度較中心區(qū)域更快，混凝土表面產(chǎn)生拉應(yīng)力，最終誘發(fā)為裂縫缺陷；

第二是水泥水化熱所致溫度應(yīng)力、溫度變形裂縫：混凝土結(jié)構(gòu)中水泥原料在水化反應(yīng)期間會產(chǎn)生大量水化熱，集中在混凝土澆筑后7d出現(xiàn)，此時混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度顯著升高，內(nèi)外部溫度差異不斷增加，從而誘發(fā)溫度變性以及溫度應(yīng)力，最終導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生；

第三是外部氣溫變化所致溫度裂縫：在混凝土結(jié)構(gòu)施工過程當(dāng)中，原材料的性能、施工工藝的選擇等都會受到氣溫條件的影響。若氣溫驟降，則混凝土結(jié)構(gòu)中外部、內(nèi)部溫度梯度明顯增加，產(chǎn)生一定程度的溫度差異與應(yīng)力，最終導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生。這種類型的裂縫多發(fā)生在混凝土結(jié)構(gòu)施工中后期，特別是在大體積混凝土結(jié)構(gòu)施工中比較常見。

2 工程概況

以某廠房工程項目為例，該廠房共設(shè)置三層樓板，具體施工方法為：在厚度為12.0cm鋼筋混凝土承重樓板上方粘貼一層五胎基自粘性橡膠瀝青防水卷材，然后做一層厚度為20.0cm的細(xì)石混凝土面層，內(nèi)部配置雙向鋼筋。為了達(dá)到防腐耐久的使用效果，在面層基礎(chǔ)之上再做一層厚度為7.5mm的自流平環(huán)氧工業(yè)地坪涂料。然而，在這一部分的施工作業(yè)開始前，細(xì)石混凝土面層已經(jīng)出現(xiàn)不同程度上的裂縫問題，經(jīng)測量顯示裂縫寬度在0.5cm～1.0cm范圍內(nèi)，在混凝土結(jié)構(gòu)中，這些裂縫間隔一定的距離會出現(xiàn)一條，但在分布上沒有規(guī)律性，同時在伸縮縫的設(shè)置位置上也沒有出現(xiàn)裂縫。

3 混凝土結(jié)構(gòu)裂縫形成及其防范

分析認(rèn)為，本工程中混凝土面層出現(xiàn)裂縫的形成原因有以下幾個方面：（1）本工程現(xiàn)場施工中自商品混凝土運(yùn)輸至施工現(xiàn)場～澆筑振搗細(xì)石混凝土面層完成，所耗時為2.0h左右，時間較長。加之本工程施工期內(nèi)氣溫較高，水分蒸發(fā)量大，導(dǎo)致混凝土面層易產(chǎn)生塑性收縮性裂縫；（2）在鋼筋細(xì)石混凝土面層振搗作業(yè)完成后，針對面層的保濕、保養(yǎng)工作不到位，導(dǎo)致面層因大量失水而進(jìn)入干燥狀態(tài)，加之混凝土在硬化過程當(dāng)中出現(xiàn)體積收縮變形。體積受到約束時未及時做伸縮縫，導(dǎo)致混凝土內(nèi)部應(yīng)力無法得到釋放，從而誘發(fā)干縮性裂縫；（3）本工程混凝土結(jié)構(gòu)施工過程當(dāng)中因水泥水化熱導(dǎo)致混凝土內(nèi)、外部溫度差異過大，從而誘發(fā)溫差裂縫。出現(xiàn)此類裂縫的原因有兩個方面，第一是在混凝土澆筑早期施工中，水泥水化熱大量產(chǎn)生，內(nèi)外溫度差異顯著，混凝土出現(xiàn)開裂現(xiàn)象并形成裂縫；第二是在模板拆除前后，混凝土表面溫度快速下降并產(chǎn)生裂縫。

針對以上產(chǎn)生裂縫的機(jī)理，認(rèn)為為了有效防治本工程中裂縫病害的產(chǎn)生，可采取的措施有以下幾個方面：（1）厚度較小的鋼筋混凝土面層需要遵循分段原則施工，對每段工作量進(jìn)行嚴(yán)格控制，以確保商品混凝土原料運(yùn)輸至施工現(xiàn)場～澆筑振搗面層完成的時間得到有效控制，特別是在溫度較高的狀態(tài)下，這一時間最長不得超過1.0h，以達(dá)到預(yù)防面層產(chǎn)生塑性收縮裂縫的目的；（2）在細(xì)石混凝土面層施工作業(yè)完成后，需要確保保濕養(yǎng)護(hù)作業(yè)到位，混凝土終凝后進(jìn)行蓄水養(yǎng)護(hù)，并及時設(shè)置伸縮縫，以免面層混凝土產(chǎn)生干縮性裂縫；（3）混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度變化幅度相對于混凝土裂縫的影響是非常敏感的。有研究中認(rèn)為，混凝土自零應(yīng)力溫度狀態(tài)下降至開裂溫度狀態(tài)時，混凝土拉應(yīng)力超出混凝土在該狀態(tài)下的抗拉應(yīng)力極限水平，并誘發(fā)裂縫的產(chǎn)生。因此，為了預(yù)防溫差裂縫的產(chǎn)生，需從降低混凝土初始溫度以及內(nèi)部水化熱溫度的角度入手。故而，本工程中采取做法是：在高溫條件下施工時，要求在砂石堆料場搭設(shè)簡易遮陽棚，原材料用濕潤麻袋進(jìn)行覆蓋，必要時還可向備用骨料進(jìn)行噴水。

4 結(jié)束語

結(jié)合以上分析可見：雖然在工程實(shí)踐中，可能導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫的因素較多，但結(jié)合已有的研究經(jīng)驗來看：只要相關(guān)工作人員從設(shè)計、原材料、施工工藝、后期養(yǎng)護(hù)等環(huán)節(jié)入手，充分考慮可能誘發(fā)裂縫故障的各種因素，并盡早采取相應(yīng)的預(yù)防控制措施，就能夠有效預(yù)防混凝土結(jié)構(gòu)裂縫問題的產(chǎn)生，達(dá)到提高混凝土結(jié)構(gòu)耐久性，延長使用壽命的目的。

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