混凝土構(gòu)造物裂縫產(chǎn)生原因及預(yù)防

李 慧 杰

(山西路橋第二工程有限公司，山西 臨汾 041051)

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混凝土構(gòu)造物裂縫產(chǎn)生原因及預(yù)防

李 慧 杰

(山西路橋第二工程有限公司，山西 臨汾 041051)

結(jié)合工作經(jīng)驗(yàn)，從溫度、保護(hù)層、養(yǎng)護(hù)、地基沉陷、荷載、原材料、凍脹七方面，分析了混凝土構(gòu)造物產(chǎn)生裂縫的原因，并探討了相應(yīng)的防治措施，從而確保混凝土構(gòu)造物的施工質(zhì)量。

混凝土，構(gòu)造物，裂縫

1 概述

近些年，我省的公路設(shè)施取得了飛速發(fā)展，特別是高等級公路。鋼筋混凝土構(gòu)造物也大量的出現(xiàn)，但是在混凝土結(jié)構(gòu)施工的同時(shí)也出現(xiàn)了一個(gè)問題，就是混凝土結(jié)構(gòu)如果在施工過程中不嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，很容易產(chǎn)生裂縫，這樣不但影響美觀還造成結(jié)構(gòu)物設(shè)計(jì)年限縮短，嚴(yán)重的還可能造成事故。下面分析了導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)物產(chǎn)生裂縫的原因，以達(dá)到防患于未然的目的。

2 構(gòu)造物裂縫產(chǎn)生原因及預(yù)防措施

2.1 溫度太高產(chǎn)生的裂縫

溫度太高造成混凝土構(gòu)造物產(chǎn)生裂縫有兩種情況：一是氣溫太高，二是大體積混凝土自身溫度太高。

1)氣溫太高造成的裂縫，主要是夏季施工時(shí)，氣候炎熱、氣溫高，砂石材料、地基和模板等在太陽照射下溫度很高。其次，是新出廠的水泥溫度也很高，加之夏季的高氣溫使水泥中的熱量難散發(fā)，有些水泥溫度甚至可達(dá)到70 ℃左右。各組成材料溫度很高，拌好的混凝土自然也有很高的溫度，大面積的混凝土暴露在大氣中，極易產(chǎn)生裂縫。

2)構(gòu)造物往往體積較大，大體積混凝土在硬化過程中內(nèi)部會產(chǎn)生大量的水化熱，受內(nèi)外溫差影響較大往往也會生成裂縫。

在攪拌、振搗、凝結(jié)、硬化的整個(gè)過程中,混凝土內(nèi)部始終發(fā)生水化反應(yīng)，經(jīng)試驗(yàn)證明：隨著混凝土中水化反應(yīng)的發(fā)生，其體積也會產(chǎn)生膨脹和收縮變化。如果混凝土體積變化沒有受到約束，這種變化能夠自由進(jìn)行。但實(shí)際上混凝土體在脹縮變形時(shí)，會受到內(nèi)部膨脹和外部模板等物體的約束，從而使混凝土體膨脹收縮受到阻礙，這就會相應(yīng)的在其內(nèi)部產(chǎn)生拉壓應(yīng)力，并且會反復(fù)作用。同時(shí)混凝土體熱傳導(dǎo)性不好，使混凝土體內(nèi)外膨脹收縮不均勻，這樣的相互約束也能產(chǎn)生拉應(yīng)力和壓應(yīng)力差，從而產(chǎn)生裂縫。

在施工過程中宜根據(jù)具體情況，優(yōu)先選擇水化熱低的水泥，嚴(yán)格控制水泥的單位用量，降低骨料入模溫度，控制混凝土內(nèi)外溫差，并且注意降溫時(shí)要放慢速度，有必要時(shí)亦可在大體積混凝土內(nèi)部設(shè)置冷卻管進(jìn)行散熱，還可以在澆筑混凝土?xí)r采用分層澆筑的方法。

我們在施工時(shí)，也可以盡量避開正午高溫時(shí)段，在上午和下午氣溫較低的時(shí)段進(jìn)行混凝土澆筑。

2.2 保護(hù)層過薄產(chǎn)生的裂縫

在進(jìn)行鋼筋混凝土施工時(shí)，必須留有足夠的鋼筋保護(hù)層。如果鋼筋過密且保護(hù)層又達(dá)不到規(guī)范規(guī)定，很容易在混凝土結(jié)構(gòu)物表面生成裂縫。

如果混凝土的保護(hù)層厚度達(dá)不到規(guī)范要求，空氣中的二氧化碳就會逐漸侵蝕鋼筋，導(dǎo)致其產(chǎn)生碳化，鋼筋周圍的堿度就會降低；如果構(gòu)造物長期處于富含氯化物的環(huán)境中，那么氯鹽的長期侵入，會導(dǎo)致鋼筋的保護(hù)膜破壞，空氣中的水、氧氣和鐵離子將會發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生銹蝕，銹蝕物氫氧化鐵的體積將增大2倍～4倍，造成混凝土保護(hù)層的縱向裂縫。鋼筋銹蝕后，其有效作用面積減小，鋼筋和混凝土的握裹力減小，從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)物的受力下降，并會誘發(fā)其他形式裂縫，嚴(yán)重的還能導(dǎo)致構(gòu)造物破壞。

想要有效預(yù)防鋼筋銹蝕，在設(shè)計(jì)階段就應(yīng)根據(jù)有關(guān)規(guī)范規(guī)定及受力驗(yàn)算，采用合理的保護(hù)層厚度；施工時(shí)試驗(yàn)人員在現(xiàn)場控制好混凝土的水灰比，施工工人振搗到位，確保混凝土有良好的密實(shí)度，并嚴(yán)格控制含氯鹽添加劑的使用量。特別是在海水中和強(qiáng)腐蝕氣體、液體的環(huán)境中，更應(yīng)嚴(yán)格按以上方法施工。

2.3 養(yǎng)護(hù)不到位產(chǎn)生的裂縫

混凝土結(jié)構(gòu)物的裂縫大部分主要是養(yǎng)護(hù)早期因?yàn)楸砻娓煽s而產(chǎn)生的表層裂縫，其產(chǎn)生原因主要是由于混凝土體在剛澆筑完時(shí)養(yǎng)護(hù)工作沒有做到位。

從混凝土澆筑開始到水化放熱過程基本結(jié)束，約30 d左右。在這段時(shí)間里有兩個(gè)主要特征：一是水泥會釋放出巨大數(shù)量的熱，二是混凝土的彈性模量會發(fā)生劇烈變化。

混凝土在早期養(yǎng)護(hù)階段的關(guān)鍵在于維持適當(dāng)?shù)臏囟群蜐穸葪l件，以通過針對以上兩點(diǎn)來取得良好效果。一要使混凝土保持良好的溫度、濕度條件，避免產(chǎn)生有害的干縮。二要?jiǎng)?chuàng)造良好環(huán)境，使水化作用能夠正常進(jìn)行，以達(dá)到設(shè)計(jì)要求和規(guī)范規(guī)定的強(qiáng)度和抗裂能力。

因此，混凝土結(jié)構(gòu)澆筑完成后必須加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)，特別是7 d內(nèi)的養(yǎng)護(hù)。養(yǎng)護(hù)的方法可視實(shí)際情況采用覆蓋灑水或涂養(yǎng)護(hù)劑。

2.4 地基沉陷產(chǎn)生的裂縫

由于地基不均勻沉降會產(chǎn)生豎向和水平的位移，致使混凝土結(jié)構(gòu)物產(chǎn)生附加應(yīng)力，其應(yīng)力超過了結(jié)構(gòu)的抗拉極限，從而使結(jié)構(gòu)物產(chǎn)生裂縫。地基沉陷導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫的情況有以下幾種：

1)在建造箱涵等現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)時(shí)，如果地基承載力不夠或地基處理達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，往往會發(fā)生地基不均勻沉降。這樣，混凝土結(jié)構(gòu)就會遭到破壞，出現(xiàn)裂縫。2)在支架現(xiàn)澆的混凝土結(jié)構(gòu)中，如果支架基礎(chǔ)處理不好，在支架未拆除時(shí)就會導(dǎo)致支架下沉，從而造成混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫，嚴(yán)重的還會破壞結(jié)構(gòu)，釀成事故，需引起足夠重視。3)施工過程中，采用夯填土做底模的工程中，因混凝土結(jié)構(gòu)尚未達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度而沉降，使結(jié)構(gòu)物產(chǎn)生裂縫。4)構(gòu)造物投入使用后，原來的地基可能發(fā)生變化。當(dāng)?shù)鼗?jīng)水浸泡后，特別是濕陷性黃土、素填土等特殊土地基，遇水后會急劇下沉，致使結(jié)構(gòu)受力不均而產(chǎn)生裂縫。當(dāng)基礎(chǔ)為軟土地基時(shí)，由于抽水或干旱時(shí)地下水下降，地基土固結(jié)下沉，構(gòu)造物基礎(chǔ)下出現(xiàn)虛空，會使混凝土體荷載加大，出現(xiàn)裂縫。如果河道中的混凝土構(gòu)造物基礎(chǔ)埋置較淺，經(jīng)水流沖刷后，基礎(chǔ)下被掏空，造成基礎(chǔ)懸空、沉降，出現(xiàn)受力不均，同樣會產(chǎn)生裂縫，嚴(yán)重的還會造成構(gòu)造物破壞。我們在施工中要嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，嚴(yán)格按照規(guī)范和設(shè)計(jì)處理地基，同時(shí)通過設(shè)計(jì)手段加強(qiáng)地質(zhì)勘測，進(jìn)行多種基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案比選。

2.5 荷載產(chǎn)生的裂縫

在荷載作用下產(chǎn)生的裂縫一般有以下幾種情況：

1)混凝土強(qiáng)度不夠而在該結(jié)構(gòu)物上不加限制的堆放施工機(jī)具、材料，或強(qiáng)度雖達(dá)到設(shè)計(jì)值但在其上放置超負(fù)荷的大型機(jī)械；2)在預(yù)應(yīng)力混凝土上施加超值的應(yīng)力或開鑿也會造成裂縫的產(chǎn)生；3)無施工方案，混凝土構(gòu)件起吊、運(yùn)輸、安裝時(shí)不合理；4)隨便更改圖紙，野蠻施工，改變了原設(shè)計(jì)的受力結(jié)構(gòu)；5)沒有驗(yàn)算結(jié)構(gòu)物在振動下的疲勞強(qiáng)度。

為了有效預(yù)防裂縫形成，我們就要堅(jiān)決做到嚴(yán)格按照有關(guān)規(guī)范和規(guī)程施工，施工前制定切實(shí)可行的施工方案，科學(xué)合理的組織施工，各部門互相配合、協(xié)調(diào)一致。

2.6 原材料不合格產(chǎn)生的裂縫

組成混凝土結(jié)構(gòu)的各種原材料對于結(jié)構(gòu)物的質(zhì)量是否合格起著非常重要的作用。

水泥和水在混凝土中最為重要，水泥是混凝土結(jié)構(gòu)的膠凝材料，水是混凝土中水泥進(jìn)行水化反應(yīng)必不可少的材料，而砂和碎石則是混凝土結(jié)構(gòu)的骨料。因此，混凝土的組成材料中任何一種不合格都將造成混凝土結(jié)構(gòu)物產(chǎn)生裂縫。

為了切實(shí)有效的預(yù)防裂縫的產(chǎn)生，施工中的材料、工程、試驗(yàn)各部門必須互相配合，從原材料的選擇、采購、進(jìn)場、配比試驗(yàn)、澆筑等各環(huán)節(jié)嚴(yán)格按規(guī)范和設(shè)計(jì)要求控制，杜絕不合格材料的使用。

2.7 凍脹產(chǎn)生的裂縫

從拌合、澆筑直至達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度，混凝土內(nèi)部存在大量水分。當(dāng)氣溫降至0 ℃以下時(shí)，混凝土就會出現(xiàn)結(jié)冰現(xiàn)象，其體積將膨脹達(dá)9%，混凝土?xí)a(chǎn)生膨脹應(yīng)力，使混凝土強(qiáng)度降低，從而出現(xiàn)裂縫。特別是混凝土在初凝時(shí)受凍最嚴(yán)重，齡期達(dá)到后混凝土強(qiáng)度損失最多能達(dá)到50%。

混凝土的飽水狀態(tài)及溫度降至0 ℃以下是其結(jié)冰、受凍、膨脹必不可少的條件。當(dāng)混凝土構(gòu)造物中砂石空隙較多、吸水性強(qiáng)；砂石中含雜質(zhì)超標(biāo)；混凝土水灰比較大、振搗不夠密實(shí)；保溫措施不到位使混凝土養(yǎng)護(hù)前期受凍時(shí)，均可導(dǎo)致混凝土受凍而產(chǎn)生裂縫。

因此，在冬季施工時(shí)應(yīng)采取全面有效的保溫措施，如電氣加熱法、暖棚法、地下蓄熱法、蒸汽加熱法以及摻加防凍劑等，都能確?；炷猎跉鉁亟抵? ℃以下時(shí)正常硬化。

只有知道了混凝土構(gòu)造物裂縫產(chǎn)生的原因，才能做到有目的的預(yù)防裂縫的形成，杜絕質(zhì)量事故的發(fā)生。

[1] 龔召熊.水工混凝土的溫控與防裂[M].北京：中國水利水電出版社，1999.

[2] JTG E30—2005,公路工程水泥及水泥混凝土試驗(yàn)規(guī)程[S].

[3] 沈雪良.混凝土溫度裂縫及預(yù)防措施[J].山西水利，2008(3)：49.

Concrete structure cracking causes and prevention

Li Huijie

(ShanxiHighway&Bridge2ndCorporation,Linfen041051,China)

Combining with working experience, starting from aspects of temperature, protective layer, maintenance, foundation collapse, load, raw material and frost heaving, the paper analyzes concrete structure cracking causes, and explores corresponding preventive measures, so as to guarantee concrete structure construction quality.

concrete, structure, crack

1009-6825(2016)13-0145-02

2016-02-21

李慧杰(1975- )，男，工程師

TU755

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