淺析混凝土結(jié)構(gòu)施工中裂縫的成因及其控制

薛興喜　薛文弟

摘 要：混凝土結(jié)構(gòu)是工業(yè)民用建筑、交通基礎(chǔ)建設(shè)中最常用的形式，在施工過(guò)程中，常常由于施工原材料的選擇和施工工藝控制不利等原因，出現(xiàn)各種不同種類的裂縫，嚴(yán)重影響到結(jié)構(gòu)的使用安全。本文結(jié)合施工實(shí)際，論述了裂縫的種類，對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)施工中裂縫產(chǎn)生的原因進(jìn)行了深入分析，從原材料控制、澆筑工藝控制、養(yǎng)護(hù)等方面提出了相應(yīng)的防治措施。避免混凝土結(jié)構(gòu)在施工過(guò)程中裂縫的發(fā)生，以保證結(jié)構(gòu)的耐久性和使用功能。

關(guān)鍵詞：混凝土 施工 裂縫 防治措施

中圖分類號(hào)：TU52 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2018）02（c）-0070-02

目前，我國(guó)工業(yè)民用建設(shè)及交通基礎(chǔ)建設(shè)得到了迅猛發(fā)展，混凝土結(jié)構(gòu)得了普遍應(yīng)用。但是，由于混凝土是一種非均質(zhì)性材料，施工中因?yàn)楣に嚳刂撇焕?jīng)常會(huì)出現(xiàn)各種不同形式的裂縫，裂縫的存在，嚴(yán)重影響到建筑結(jié)構(gòu)的整體性和耐久性，有時(shí)甚至影響到建筑物的使用安全。裂縫是擺在工程技術(shù)人員面前，必須認(rèn)真加以解決的一個(gè)重要課題。

1 混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的特點(diǎn)及其危害

混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)出現(xiàn)的裂縫按照深度的不同，分為貫穿裂縫、深層裂縫及表面裂縫三種。貫穿裂縫是由混凝土表面裂縫發(fā)展為深層裂縫，最終形成貫穿裂縫。它切斷了結(jié)構(gòu)的斷面，破壞了結(jié)構(gòu)的整體性和穩(wěn)定性，其危害是比較嚴(yán)重的；而深層裂縫部分地切斷了結(jié)構(gòu)斷面，也具有一定的危害性。表面裂縫一般較淺，危害性較小，但也會(huì)因裂縫的外因而繼續(xù)發(fā)展，從而形成深層裂縫或貫通裂縫而造成較大的危害。

混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的危害主要有：（1）影響建筑結(jié)構(gòu)物的功能。有防滲要求的結(jié)構(gòu)物會(huì)因滲水而影響使用。由于水的滲透會(huì)增大處理費(fèi)用，提高了施工成本。（2）降低了結(jié)構(gòu)物的承載性能。由于裂縫的存在，使結(jié)構(gòu)物的強(qiáng)度、剛度均不同程度地降低，影響結(jié)構(gòu)物的承載性能。（3）影響混凝土的耐久性，使結(jié)構(gòu)物過(guò)早破壞，降低了使用壽命。一方面，由于裂縫的存在，在水的作用下，構(gòu)件內(nèi)的鋼筋易受到銹蝕；另一方面在滲水浸潤(rùn)的作用下，結(jié)構(gòu)物會(huì)產(chǎn)生“堿-集料反應(yīng)”，導(dǎo)致混凝土膨脹開(kāi)裂與破壞，使混凝土的強(qiáng)度降低，進(jìn)而影響混凝土的耐久性，使構(gòu)件不能達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)期使用壽命。

2 施工過(guò)程中混凝土結(jié)構(gòu)裂縫形成的原因

施工中裂縫產(chǎn)生的原因主要有四種：沉淀裂縫、塑性收縮裂縫、溫度裂縫、干縮裂縫。

2.1 沉淀裂縫

混凝土在澆筑、振動(dòng)搗實(shí)和抹面以后仍有一個(gè)沉淀密實(shí)的過(guò)程，此時(shí)，內(nèi)部水化熱開(kāi)始產(chǎn)生，出現(xiàn)泌水現(xiàn)象，部分較大骨料下沉。在此期間塑性混凝土局部受到約束，這種約束作用導(dǎo)致在約束部位產(chǎn)生孔隙或裂縫。例如在鋼筋上方產(chǎn)生沿著鋼筋方向的裂縫，在鋼筋下方產(chǎn)生孔隙。尤其在鋼筋直徑較粗，砼坍落度過(guò)大和保護(hù)層變薄時(shí)更容易發(fā)生裂縫。另外搗實(shí)不足，抹面不到位也會(huì)使沉淀裂縫增加。

2.2 塑性收縮裂縫

塑性收縮裂縫通常發(fā)生在新澆筑的混凝土表面。當(dāng)施工環(huán)境在濕度低、溫度高和風(fēng)的作用下，混凝土表面水分迅速損失時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生塑性收縮裂縫。塑性收縮裂縫一般在混凝土終凝以前發(fā)生，且在養(yǎng)護(hù)開(kāi)始以前。

當(dāng)新澆筑的混凝土表面水分蒸發(fā)速度大于泌水補(bǔ)給速度時(shí)，混凝土表面產(chǎn)生收縮，表面變得干稠凝固，塑性混凝土內(nèi)產(chǎn)生拉應(yīng)力，導(dǎo)致混凝土表面生成淺短的不規(guī)則裂縫。

2.3 溫度裂縫

溫度是導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生裂縫的主要原因之一。大體積混凝土結(jié)構(gòu)中的水泥水化熱是引起裂縫的重要因素。新澆筑的大體積混凝土在硬結(jié)過(guò)程中，產(chǎn)生大量的水化熱，混凝土內(nèi)部溫度急劇升高。由于混凝土導(dǎo)熱不良，散熱較小，形成內(nèi)部熱量積聚。使內(nèi)部溫度大大高于表面溫度?；炷羶?nèi)部的溫度是水化熱的絕熱溫度、澆筑溫度和結(jié)構(gòu)物的散熱溫度等各種溫度的疊加，而溫度應(yīng)力則是由內(nèi)外溫差變形造成的，溫度愈大，溫度應(yīng)力也愈大。在內(nèi)外溫差的作用下，使混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部積聚熱量而膨脹，產(chǎn)生壓應(yīng)力；而混凝土表面產(chǎn)生拉應(yīng)力。當(dāng)表面拉應(yīng)力超過(guò)混凝土的極限抗拉強(qiáng)度時(shí)，混凝土表面產(chǎn)生裂縫。升溫階段的混凝土表面裂縫較小。隨著水泥水化反應(yīng)的結(jié)束及混凝土的不斷散熱，混凝土由升溫階段過(guò)渡到降溫階段。降溫階段的混凝土內(nèi)部熱量散失緩慢，溫度遠(yuǎn)高于表面溫度，如果混凝土外表溫度降溫過(guò)快，會(huì)在表面產(chǎn)生溫縮裂縫，甚至發(fā)展成貫穿裂縫，對(duì)結(jié)構(gòu)的抗?jié)B性、整體性、耐久性乃至承載力十分不利。

2.4 干縮裂縫

混凝土中約20%的水分是水泥硬化所必需的，而約80%的水分要蒸發(fā)，多余水分的蒸發(fā)會(huì)引起混凝土體積的收縮，即混凝土收縮的主要原因是由于內(nèi)部水蒸發(fā)引起的。濕度的改變引起體積變化是混凝土的一種性質(zhì)，水泥石損失水分引起干縮，如果收縮時(shí)沒(méi)有約束，混凝土內(nèi)外不會(huì)產(chǎn)生裂縫，在收縮的同時(shí)如果存在約束會(huì)引起拉應(yīng)力，拉應(yīng)力超過(guò)其抗拉強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生裂縫，裂縫能夠在較小的應(yīng)力作用下擴(kuò)展延伸。在大體積混凝土中，混凝土表面和內(nèi)部混凝土的差異收縮就會(huì)引起拉應(yīng)力，在內(nèi)部混凝土的約束下，表面混凝土的較大收縮引起了裂縫，隨著時(shí)間的推移，裂縫向著混凝土內(nèi)部伸展。

以上這4種原因，有時(shí)單獨(dú)存在，有時(shí)相互疊加，造成混凝土構(gòu)件不同類型、不同深度的裂縫，影響著結(jié)構(gòu)的使用功能與壽命。

3 混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的施工控制

為避免和防止混凝土的裂縫，在施工中必須從以下幾個(gè)方面認(rèn)真加以控制。

3.1 優(yōu)化混凝土的施工配合比，精選原材料

（1）宜選用低水化熱和凝結(jié)時(shí)間長(zhǎng)的水泥品種。大體積混凝土宜選用中熱硅酸鹽水泥、低熱礦渣硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥或礦渣硅酸鹽水泥，以降低混凝土的水化熱量。

（2）采用連續(xù)級(jí)配，強(qiáng)度高，表面潔凈的粗集料。必要時(shí)，應(yīng)對(duì)集料進(jìn)行充分的水洗，去掉石料中的粉塵、泥土，以增強(qiáng)骨料與水泥的粘結(jié)力。

（3）摻加高效減水劑，增加和易性，降低水灰比，減少混凝土的單位用水量，以減少混凝土的沉淀裂縫和收縮裂縫。對(duì)于較大體積的混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)摻入粉煤灰，用以改善混凝土的和易性，減少水泥用量，降低水化熱，減少混凝土硬結(jié)過(guò)程中的內(nèi)熱膨脹。

（4）對(duì)有抗裂要求，收縮比較大的構(gòu)件，摻加5%～8%（水泥劑量）的微膨脹劑，制成補(bǔ)償收縮混凝土。使混凝土在硬結(jié)過(guò)程中產(chǎn)生微量膨脹，以抵銷混凝土的收縮。

3.2 混凝土澆筑過(guò)程中的質(zhì)量控制

（1）控制好混凝土的分層、分塊澆筑及混凝土的入模溫度。大體積混凝土構(gòu)件要確定好分層、分塊澆筑順序。同時(shí)降低混凝土的入模溫度（冬季最低不低于5℃）。夏季施工時(shí)，應(yīng)對(duì)集料進(jìn)行遮陽(yáng)覆蓋，降低原材料溫度，采取冷水拌合混凝土。澆筑時(shí)選擇夜間低溫或陰天時(shí)施工。夏季入模溫度不宜高于28℃。通過(guò)以上措施，使水泥水比熱延緩發(fā)生，避免疊加產(chǎn)生峰值，降低內(nèi)部膨脹，外部收縮引起的裂縫。

（2）對(duì)澆筑后的大體積混凝土溫度控制采取“內(nèi)降外?！钡脑瓌t。對(duì)混凝土內(nèi)部采取設(shè)置冷卻水管通循環(huán)水冷卻，對(duì)混凝土外部采取覆蓋蓄熱或蓄水保溫等措施。使其內(nèi)部最高溫度不大于75℃，內(nèi)外溫差不大于25℃，以避免混凝土內(nèi)熱膨脹與溫差引起的裂縫。

（3）加強(qiáng)振搗，改善混凝土內(nèi)部的密實(shí)性。對(duì)表層容易出現(xiàn)收縮裂縫的混凝土構(gòu)件，除了加強(qiáng)振搗外，還要在混凝土終凝前，對(duì)表層進(jìn)行二次搗振，以充分消除混凝土因塑性收縮、泌水引起的表層疏松和裂縫，以增加混凝土的密實(shí)性、抗裂性能。

（4）加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)，延緩構(gòu)件拆模時(shí)間。混凝土施工完畢，應(yīng)及時(shí)覆蓋保溫保濕養(yǎng)生。在蒸發(fā)量較大的季節(jié)澆筑時(shí)，當(dāng)蒸發(fā)面較大，水泥初凝時(shí)，應(yīng)向混凝土表面噴灑霧狀水養(yǎng)護(hù)，以減少混凝土的干縮、收縮裂縫。正常養(yǎng)護(hù)時(shí)，應(yīng)確?；炷撂幱谕耆采w潮濕狀態(tài)。拆除模板時(shí)，應(yīng)盡量延遲，以消除構(gòu)件中內(nèi)外溫差，防止因構(gòu)件內(nèi)水化熱尚未散失，構(gòu)件溫度尚未降低到合適溫度就拆模，造成混凝土構(gòu)件表面溫度降低過(guò)快，受到“冷擊”而產(chǎn)生裂縫。尤其在冬季施工更要加強(qiáng)注意。

4 結(jié)語(yǔ)

混凝土是建筑構(gòu)件中的主要受力承載部分，它的施工完美與否直接關(guān)系到結(jié)構(gòu)的使用功能和壽命。而裂縫是導(dǎo)致構(gòu)件使用功能和壽命降低的重要原因。為減少、降低裂縫的危害，施工中應(yīng)該嚴(yán)格按照國(guó)家有關(guān)規(guī)范、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行施工，以提高結(jié)構(gòu)物的安全性、耐久性，保障功能無(wú)損，最大化的提高其社會(huì)效益。

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