混凝土裂紋產(chǎn)生原因及控制方法

周亞軍

摘 要：結(jié)合施工中混凝土出現(xiàn)裂紋的現(xiàn)象，對(duì)混凝土裂紋的概念、類型進(jìn)行了論述，提出溫度、濕度、收縮引起的變形是裂紋產(chǎn)生的主要原因。采用控制混凝土原材料的質(zhì)量、優(yōu)化配合比、加強(qiáng)振搗、改進(jìn)施工、養(yǎng)護(hù)工藝、加強(qiáng)施工人員責(zé)任心等方法控制裂紋的綜合措施，總結(jié)了早期裂紋、干縮、毛裂裂紋的修補(bǔ)方法。

關(guān)鍵詞：混凝土裂紋；變形；優(yōu)化配合比；改進(jìn)工藝；修補(bǔ)

中圖分類號(hào)：TU755 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2018）08-0099-02

混凝土的裂紋普遍存在，在工程中裂紋隨處可見(jiàn)。盡管施工中采取各種措施，但裂紋仍然時(shí)有發(fā)生。裂紋的存在和發(fā)展會(huì)使內(nèi)部的鋼筋等材料產(chǎn)生腐蝕，降低鋼筋混凝土材料的承載能力、耐久性及抗?jié)B性。影響橋梁的外觀、使用壽命，嚴(yán)重的將威脅到人民的生命、財(cái)產(chǎn)安全。

1 裂紋的一般概念

混凝土結(jié)構(gòu)型裂紋是一種材料特征。 在試驗(yàn)儀器下發(fā)現(xiàn)沒(méi)有受荷的混凝土和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中存在肉眼看不見(jiàn)的微觀裂紋。主要有以下幾種：

（1）粘著裂紋是指粗細(xì)骨料與膠凝材料的粘接面上的裂紋，主要沿骨料周圍出現(xiàn)。（2）硬化后的水泥漿體裂紋是指水泥漿中的裂紋，出現(xiàn)在骨料與骨料之間。（3）骨料裂紋是指石子本身存在的裂紋。

在這幾種裂紋中前兩種最多，微裂產(chǎn)生的原因是混凝土中粗細(xì)骨料，水泥膠凝材料、氣體、水分等所組成的非勻質(zhì)材料，在溫度、濕度變化條件下混凝土逐步硬化，同時(shí)產(chǎn)生體積變形。這種變形是不均勻的，膠凝材料收縮較大，骨料收縮較小，硬化后的水泥漿體熱膨脹系數(shù)大，骨料較小，它們之間的變形受到約束，產(chǎn)生相互的應(yīng)力，這種應(yīng)力引起粘著微裂和水泥膠凝體變裂，只是肉眼看不見(jiàn)。當(dāng)混凝土承受荷載并逐漸增力時(shí)，微裂開(kāi)始擴(kuò)展延伸并增加成可見(jiàn)的裂紋甚至構(gòu)件完全破壞。

2 混凝土裂紋種類

（1）一類是靜荷載、動(dòng)荷載和其它外荷載所產(chǎn)生的應(yīng)力引起的裂紋。（2）第二類是變形（溫度、收縮）引起的裂紋。

其結(jié)構(gòu)特征是結(jié)構(gòu)要求變形，當(dāng)受到約束和限制時(shí)產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，應(yīng)力超過(guò)混凝土抗應(yīng)力值后產(chǎn)生裂紋，裂紋出現(xiàn)后變形得到滿足內(nèi)應(yīng)力松弛，這種裂紋對(duì)承載力影響不大，但對(duì)耐久性危害較大。依據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，工程中混凝土由于變形（溫度、收縮、不均勻沉陷）引起裂紋的約占80%，由于荷載引起裂紋的約占20%左右。

3 裂紋產(chǎn)生原因

混凝土本身收縮很大，在環(huán)境氣溫變化與收縮共同作用對(duì)于橋梁不利，由于澆筑的部位厚度不同等原因，因此存在應(yīng)力集中?？刂剖湛s裂紋比較重要。其原因歸納如下：

3.1 采用泵送混凝土

泵送砼特點(diǎn)是：流動(dòng)性好，骨料粒徑一般5-20mm宜優(yōu)先選用卵石，采用中砂，水泥用量較多。為防止混凝土拌合物在泵送管道中離析和堵塞的泵送劑，減水劑、引氣劑、粉煤灰等，這些都會(huì)造成砼收縮及水化熱升高。

3.2 混凝土強(qiáng)度等級(jí)不斷提高

高強(qiáng)度混凝土要求水泥選用普通硅酸鹽水泥，用量要增加，粗骨料粒徑要偏小，砂率偏大等都會(huì)使水化熱及收縮增加。

3.3 混凝土的抗拉性能不足

人們關(guān)心是混凝土的抗壓強(qiáng)度優(yōu)先于抗拉強(qiáng)度，所以對(duì)材料抗拉性能的級(jí)配研究很少。

3.4 養(yǎng)護(hù)方法不當(dāng)

混凝土的較大濕度收縮變形要求有適應(yīng)它的養(yǎng)護(hù)方法，不只是灑水而要溫控養(yǎng)護(hù)。

3.5 施工的影響

（1）混凝土施工過(guò)分振搗，模板溫度過(guò)高，易形成凝縮裂紋。（2）混凝土澆搗后過(guò)分抹平壓光會(huì)使砼的細(xì)骨料較多地浮到梁體表面，形成含水量較大的水泥漿層，水泥漿中的氫氧化鈣與空氣中二氧化碳發(fā)生化學(xué)作用生成碳酸鈣，引起表面體積碳水化收縮，導(dǎo)致砼表面龜裂。（3）鋼筋與水作用生銹產(chǎn)生的裂紋。（4）混凝土分層灌注或分段澆筑時(shí)接頭部位處理不當(dāng)，在新舊砼的施工縫之間形成裂紋。

4 裂紋控制的綜合措施

根據(jù)混凝土的物理性質(zhì)變形裂紋主要有濕度、沉陷（塑性）收縮、干縮裂紋。從它們產(chǎn)生的原因來(lái)看，我們提出以下有效措施來(lái)防止裂紋或把裂紋控制在無(wú)害范圍內(nèi)，并取得較好的效果。

4.1 原材料和配合比

（1）原材料。嚴(yán)格控制混凝土原材料的質(zhì)量和技術(shù)指標(biāo)，特別是粗細(xì)骨料的含泥量很容易被人忽視，采用原材料二次沖洗，采石場(chǎng)與使用前各沖洗一次，并采用優(yōu)質(zhì)中砂，使其含泥量控制在2%以內(nèi)，粗細(xì)骨料分級(jí)采購(gòu)、運(yùn)輸、堆放、計(jì)量，存放場(chǎng)地全部硬化處理并設(shè)置雙向排水坡防止積水。水泥必須符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)設(shè)計(jì)的混凝土強(qiáng)度選用收縮小、和易性好的水泥強(qiáng)度等級(jí)。粗骨料應(yīng)選用級(jí)配合理、粒形良好、質(zhì)地均勻堅(jiān)固、針片狀含量低、連續(xù)級(jí)配的碎石，使粒徑分布盡可能達(dá)到密實(shí)填充。細(xì)骨料應(yīng)選用級(jí)配良好、質(zhì)地堅(jiān)硬、吸水率低、孔隙率小、粒徑小于5mm且雜質(zhì)含量小的潔凈天然河砂。（2）配合比。高性能混凝土配合比及坍落度應(yīng)本著保證設(shè)計(jì)強(qiáng)度，滿足耐久性、施工要求及合理使用材料的原則選配砼配合比，混凝土選配滿足TB/T3275-2011《鐵路混凝土》要求。在滿足設(shè)計(jì)及施工工藝要求的前提下，水泥采用品質(zhì)穩(wěn)定、強(qiáng)度等級(jí)P.O 42.5的低堿普通硅酸鹽水泥。選用I級(jí)粉煤灰，盡量減少水泥用量以降低混凝土的水化熱升溫，并盡量降低水灰比延長(zhǎng)混凝土初凝時(shí)間，以減少混凝土收縮。

4.2 施工工藝改進(jìn)

控制混凝土的出機(jī)溫度和澆筑溫度，夏天在水中加冰塊降級(jí)水溫拌和是混凝土降低出機(jī)溫度的最有效方法，當(dāng)氣溫較高時(shí)炎熱天氣應(yīng)避開(kāi)中午、下午的高溫時(shí)段，盡量選擇在早上或晚上進(jìn)行混凝土的灌注。如果已經(jīng)開(kāi)盤灌注偶遇下雨時(shí)，應(yīng)及時(shí)吊起防雨棚進(jìn)行遮雨，混凝土運(yùn)輸及灌注過(guò)程中必須及時(shí)覆蓋。

4.3 振搗工藝

由于梁體砼塌落度在160～200mm之間，砼在初凝前存在泌水現(xiàn)象，內(nèi)部還存在大量水分，當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí)砼表面失水較多，造成砼表面硬皮。隨著水化反應(yīng)繼續(xù)，多余水分蒸發(fā)就造成表面產(chǎn)生裂紋。因此，在砼初凝前進(jìn)行兩次振搗有助于將多余水分蒸發(fā)，破壞初凝前產(chǎn)生的毛細(xì)管道。增加了混凝土的密實(shí)度，減少內(nèi)部微裂和提高砼的強(qiáng)度和抗裂性。在砼初凝前必須完成二次振搗否則會(huì)破壞砼內(nèi)部結(jié)構(gòu)。一般兩次振搗的時(shí)間間歇控制在30min左右。澆注過(guò)程中要增加振動(dòng)棒進(jìn)行振搗方可密實(shí)，振搗時(shí)間以表面泛漿為宜，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)證明約3min左右效果最佳，間距要均勻以振搗力波及范圍重疊二分之一為宜，在灌注結(jié)束后用抹子拍打容易出現(xiàn)裂紋的區(qū)域，表面要人工輔助壓實(shí)、抹平。同時(shí)要注意不能漏振、過(guò)振。

4.4 養(yǎng)護(hù)工藝

梁體養(yǎng)護(hù)基本原則砼前期采用自動(dòng)化蒸汽養(yǎng)護(hù)，后期采用自動(dòng)噴淋系統(tǒng)養(yǎng)護(hù)。保持合適的溫度和濕度是砼養(yǎng)護(hù)的條件，橋面采用蓄水養(yǎng)護(hù)方式進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，在橋面四周用砂漿抹3cm高的擋水臺(tái)，用橡皮球?qū)蛎嫘顾走M(jìn)行封堵，然后進(jìn)行蓄水。橋面蓄水養(yǎng)護(hù)可有效防止水分流失、灑水不均的問(wèn)題，減少養(yǎng)護(hù)次數(shù)，保證了養(yǎng)護(hù)質(zhì)量。梁端采用土工布進(jìn)行覆蓋，用環(huán)保霧化炮噴水養(yǎng)護(hù)。內(nèi)腔采用自動(dòng)噴淋噴霧養(yǎng)護(hù)，端頭掛簾封閉，防止水分蒸發(fā)。外底模推遲拆模時(shí)間。減少砼表面熱損失，降低砼表層溫差，防止表面裂紋。由于散熱時(shí)間延長(zhǎng)，砼強(qiáng)度和松弛作用充分發(fā)揮，使砼總溫差產(chǎn)生的拉力小于抗拉強(qiáng)度。適宜的溫濕度可防止砼表面脫水而產(chǎn)生收縮裂紋。底腹板拆模后四周安裝自動(dòng)噴淋系統(tǒng)養(yǎng)護(hù)。噴出均勻的氣霧狀水，確保箱梁達(dá)到全方位、全濕潤(rùn)的養(yǎng)護(hù)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

4.5 加強(qiáng)對(duì)工程技術(shù)人員責(zé)任心教育，提高專業(yè)知識(shí)和管理水平

對(duì)施工人員進(jìn)行防治砼裂紋技術(shù)交底，使他們知道控制要點(diǎn)，從提高人的質(zhì)量意識(shí)來(lái)預(yù)防控制。落實(shí)質(zhì)量保證體系、質(zhì)量管理責(zé)任制，從制度管理上預(yù)防控制。

5 裂紋修補(bǔ)的措施

5.1 干縮裂紋的修補(bǔ)

高溫干燥環(huán)境時(shí)干縮裂紋一般在1～2天時(shí)間之間發(fā)生，這時(shí)必須采取措施修補(bǔ)裂紋，方法簡(jiǎn)單效果好。先用毛刷將裂紋兩邊清理20cm寬，在用吹風(fēng)機(jī)清理干凈，然后用水性建筑乳膠進(jìn)行均勻揉刷，使裂紋內(nèi)充滿膠液再用干水泥粉填充裂紋，表面用普通水泥和白水泥粉按一定配比進(jìn)行拌和涂抹調(diào)色，保證修補(bǔ)色差一致。最后用土工布覆蓋灑水自然養(yǎng)護(hù)。養(yǎng)護(hù)時(shí)間不少于14天。

5.2 毛裂裂紋的修補(bǔ)

（1）用鐵錘和鋼釬沿裂紋鑿成寬10-20mm深15-20mm的v型槽，用吹風(fēng)機(jī)和鋼絲刷清除v型槽內(nèi)浮碴和碎屑，如有松動(dòng)的混凝土也可以用鋼釬剔除掉。（2）給v型槽內(nèi)均勻涂刷一層厚不小于1mm的環(huán)氧樹(shù)脂膠液并用板刷反復(fù)揉刷，使槽壁混凝土所有的坑洼部分都粘上環(huán)氧膠液。待15min后將攪拌好的環(huán)氧樹(shù)脂膠粘劑或環(huán)氧樹(shù)脂砂漿，用抹子填塞在V型槽內(nèi)一邊填塞一邊用小錘砸搗使其堅(jiān)實(shí)，并在其表面上抹一層10mm水泥砂漿用鐵抹壓實(shí)抹光，同時(shí)用抹子將溢流在外邊緣的樹(shù)脂膠液鏟刮干凈，最外層干抹一層粉煤灰（30～35）g：水泥100g著色粉，反復(fù)抹平。（3）24h后用砂紙、毛刷、小鏟刀將環(huán)氧樹(shù)脂修補(bǔ)的表面加以打磨，直至修飾到痕跡難以辨別即可。

5.3 早期裂紋修補(bǔ)

（1）采用水泥漿混合料涂抹方式修補(bǔ)，按照以下配合比進(jìn)行配制并混合攪拌至顏色均勻成膩?zhàn)訝睢Ｒ淮闻淠z量不宜過(guò)多以30min左右用完為宜。見(jiàn)表1。（2）用清水將需修補(bǔ)的裂紋處不小于10cm寬范圍內(nèi)的混凝土表面沖洗干凈，清除裂紋表面的灰塵、浮渣等污物，如混凝土表面有油污應(yīng)用丙酮清洗擦凈，以增加修補(bǔ)層與基面粘度防止脫層。（3）使用毛刷將修補(bǔ)混合料涂刷在裂紋處，遵循由低向高、由一端向另一端的原則進(jìn)行涂刷。（4）在確認(rèn)修補(bǔ)劑硬化后，使用砂紙對(duì)修補(bǔ)表面進(jìn)行打磨處理。待技術(shù)人員檢查合格后轉(zhuǎn)入下一裂紋修補(bǔ)。

5.4 修補(bǔ)注意事項(xiàng)

（1）修補(bǔ)所用的各種材料、必須有產(chǎn)品質(zhì)量合格證書，必須按產(chǎn)品說(shuō)明書上的方法進(jìn)行使用。（2）修補(bǔ)材料與混凝土之間必須粘結(jié)牢固嚴(yán)禁起皮、掉粉、漏刷和透底。（3）配置的修補(bǔ)材料顏色要均勻，修補(bǔ)后與表面顏色一致。（4）進(jìn)行打磨處理后，表面要平整光滑。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)砼裂紋產(chǎn)生的原因進(jìn)行深入的研究，并采取了相應(yīng)的預(yù)防措施，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐有效地控制了砼裂紋的產(chǎn)生，混凝土外觀質(zhì)量得到了改善，做到了內(nèi)實(shí)外美取得了良好的效果。對(duì)今后同類工程施工具有借鑒作用。

參考文獻(xiàn)

[1]TB/T3275-2011《鐵路混凝土》[M].中國(guó)鐵道出版社，2011.

[2]Q/CR 9207-2017《鐵路混凝土工程施工技術(shù)規(guī)程》[M].中國(guó)鐵道出版社，2017.