混凝土裂縫的產(chǎn)生原因分析及預(yù)防措施-中國大壩協(xié)會

1、混凝土裂縫的產(chǎn)生原因分析及預(yù)防舉措何興鋒中國水利水電第三工程局四川分局,成都,610045610045【摘要】通過對混凝土裂縫產(chǎn)生的原因分析,以及提出相對應(yīng)的預(yù)防、限制舉措,指出了用“整體的觀點(diǎn)去思考和解決混凝土裂縫問題,可供同類工程施工提供參考.【關(guān)鍵詞】混凝土裂縫預(yù)防舉措1概述混凝土體內(nèi)存在微裂縫是絕對的,不可預(yù)防的；但外表出現(xiàn)可見裂縫是相對的,是可以預(yù)防的.開裂是內(nèi)應(yīng)力不斷地累積超過了混凝土抗拉強(qiáng)度更確切地,是斷裂能的結(jié)果.水泥混凝土易于開裂現(xiàn)象的本質(zhì),在于其粒子間的弱物理鍵作用,使其抗拉強(qiáng)度比抗壓強(qiáng)度要小一個(gè)數(shù)量級甚至更多,而其微觀結(jié)構(gòu)的不均勻性,以及在硬化早期因多方面原因驅(qū)動(dòng)形成的拉

2、應(yīng)力,那么進(jìn)一步使它更易于開裂,以及出現(xiàn)裂縫時(shí)間和部位的隨機(jī)性.2混凝土裂縫產(chǎn)生的原因及應(yīng)對舉措2.12.1混凝土拌合物沉降與泌水易于出現(xiàn)沉降與泌水現(xiàn)象的其他因素：外加劑-水泥相容性；水泥可溶堿含量過低；拌合物的保水性不良；骨料級配差.主要表現(xiàn)為：在厚度較大的構(gòu)件中,由于混凝土的塑性塌落引起的裂縫.預(yù)防與限制舉措：在配合比方面主要以調(diào)整和改善混凝土拌合物的和易性為主.首先選用適當(dāng)?shù)乃嗥贩N和與之相容性好的外加劑,其次要砂率適當(dāng),骨料級配合理,另外在條件容許的情況下優(yōu)先考慮摻配局部礦物摻合料.在施工方面應(yīng)注意：一是在施工過程中,出現(xiàn)違章施工、不當(dāng)施工造成混凝土裂縫.如同一倉混凝土采用不同的澆筑方

3、式或施工現(xiàn)場人為加水,致使混凝土的用水量或水灰比不同,造成不同配比混凝土的凝縮裂縫和干縮裂縫.二是振搗方式不當(dāng)引起裂縫.不正確的振搗方式會造成混凝土分層離析、外表浮漿而使混凝土面層開裂,或造成混凝土砂漿大量向低處流淌,致使混凝土產(chǎn)生不均勻沉降收縮而在結(jié)構(gòu)厚薄交界處出現(xiàn)裂縫.施工中采用二次振搗法消除混凝土沉縮裂縫.泵送混凝土特別需要二次振搗.2.22.2混凝土的體積變形2.2.12.2.1塑性收縮指新拌混凝土澆注后尚在塑性狀態(tài)發(fā)生的收縮.特點(diǎn)是當(dāng)外表水分向外蒸發(fā)時(shí)引起局部產(chǎn)生應(yīng)力,因此當(dāng)蒸發(fā)速率大于泌水速率時(shí),會發(fā)生局部的塑性收縮開裂.混凝土的力學(xué)性能和其工作性能是一個(gè)矛盾的兩個(gè)對立面,其物理性

4、能要求混凝土的水灰比越低越好,而其施工和易性需要較大的用水量才容易施工.混凝土在實(shí)際施工中所需拌和水比水泥水化所需的水要多得多,水泥水化所需的水只占水泥質(zhì)量的 24%24%即水灰比 0.240.24左右,而施工中常用的水膠比在 0.50.5左右.故實(shí)際使用拌和水中只有約不到一半的水是水泥水化所必需的,其余的都要被蒸發(fā)掉,而水蒸發(fā)所留下通道對混凝土性能有不利的影響.水分蒸發(fā)之后,引起混凝土體積收縮,當(dāng)收縮受到約束時(shí),那么產(chǎn)生收縮應(yīng)力,當(dāng)收縮應(yīng)力大于當(dāng)時(shí)混凝上的抗拉應(yīng)力時(shí),那么裂縫隨之產(chǎn)生.混凝土在硬化的過程中,干縮裂縫的寬度有時(shí)會很大,甚至?xí)灤┱麄€(gè)構(gòu)件.預(yù)防與限制舉措：混凝土的配合比用水量不能

5、過大,可以摻配減水劑等方式降低其單位用水量,同時(shí)膠凝材料用量相應(yīng)也低,經(jīng)濟(jì)且合理.同時(shí)嚴(yán)格限制粗、細(xì)骨料中的含泥量和碎石中針片狀顆粒含量,砂料細(xì)度模數(shù)適中,限制原材料的質(zhì)量不使混凝土產(chǎn)生收縮.機(jī)制砂要特別注意其石粉含量和級配的限制,對于砂率較高的流態(tài)混凝土尤為重要.選擇良好級配的粗骨料并保證其足夠的摻量,加強(qiáng)混凝土的振搗,提升混凝土密實(shí)度和抗拉強(qiáng)度,減小收縮變形.2.2.22.2.2干濕變形硬化混凝土與周圍環(huán)境存在濕度梯度,引起水分向外蒸發(fā)或吸入,產(chǎn)生體積變形的現(xiàn)象.在炎熱的大風(fēng)天氣,混凝土外表水分蒸發(fā)過快,造成混凝土內(nèi)部水化熱過高,在混凝土澆筑數(shù)小時(shí)仍處于塑性狀態(tài),容易產(chǎn)生塑性收縮裂縫.由于

6、太陽暴曬產(chǎn)生裂縫也是工程中最常見的現(xiàn)象.預(yù)防與限制舉措：混凝土存在空隙產(chǎn)生濕脹干縮,增強(qiáng)振搗使之密實(shí),去除混凝土中的泌水,摻加優(yōu)質(zhì)粉煤灰,降低水灰比,可有效地限制混凝土濕脹干縮裂縫產(chǎn)生.良好的養(yǎng)護(hù)可使混凝土保持或接近飽和狀態(tài),水化作用速度最大,也是限制混凝土裂縫發(fā)生的舉措之一,一般保溫、保濕養(yǎng)護(hù)不得少于14do14do 另外,施工時(shí)二次壓光消除混凝土塑性收縮裂縫.2.2.32.2.3溫度變形熱變形混凝土硬化期間由于水化放熱產(chǎn)生溫升而膨脹,到達(dá)溫峰后降溫時(shí)產(chǎn)生收縮變形.升溫期因混凝土模量還很低,只產(chǎn)生較小的壓應(yīng)力,且因徐變作用而松弛；降溫期收縮變形因彈模增長,而松弛作用減小,受約束時(shí)形成大得多的

7、拉應(yīng)力,當(dāng)超過抗拉強(qiáng)度斷裂能時(shí)出現(xiàn)開裂.預(yù)防與限制舉措：1 1降低混凝土水化熱使用低熱水泥及高摻配粉煤灰等,能明顯降低混凝土的最高溫度,充分利用混凝土的后期強(qiáng)度,減少每立方米混凝土中水泥用量.使用粗骨料,盡量選用粒徑較大、級配良好的粗骨料；限制砂石含泥量；摻加粉煤灰等摻合料和相應(yīng)的減水劑、緩凝劑,改善和易性、降低水灰比,以到達(dá)減少水泥用量、降低水花熱的目的.因此, ,在滿足混凝土設(shè)計(jì)要求的前提下,盡量采用低水化熱水泥.其次是優(yōu)化混凝土的配合比,以便在保證混凝土強(qiáng)度及流動(dòng)度條件下,盡量節(jié)省水泥、預(yù)防與限制舉措:降低混凝土絕熱溫開.根據(jù)高摻粉煤灰低用水量混凝土配合比優(yōu)化設(shè)計(jì)準(zhǔn)那么對配合比進(jìn)行優(yōu)化設(shè)

8、計(jì).2 2降低混凝土溫升、溫差選擇較適宜的氣溫澆筑大體積混凝土,盡量避開炎熱天氣澆筑混凝土,夏季可采用低溫水或冰水?dāng)嚢杌炷?可對骨料噴冷水曬,運(yùn)輸工具如具備條件也應(yīng)搭設(shè)遮陽設(shè)施,以降低混凝土拌合物的入倉溫度.采取分層或分塊澆筑大體積混凝土,合理設(shè)置水平或垂直施工縫,或在適當(dāng)?shù)奈恢迷O(shè)置后澆帶,減少每次澆筑長度的蓄熱量,預(yù)防水化熱的集聚,減少溫度應(yīng)力.凝土澆筑施工期間,外界氣溫越高,混凝土的澆筑溫度也越高,如果外界溫度下降,會增加混凝土的降溫幅度,特別是在外界溫度驟降時(shí),會增加外層混凝土與內(nèi)部混凝土的溫差,這時(shí)對混凝土抗裂極為不利.增強(qiáng)測溫和溫度監(jiān)測與治理,實(shí)行信息化控制,隨時(shí)限制混凝土內(nèi)的溫度

9、變化,內(nèi)外溫差限制在 25c25c 以內(nèi),基面溫差和基底面溫差均限制在20c20c 以內(nèi),及時(shí)調(diào)整保溫及養(yǎng)護(hù)舉措,使混凝土地溫度梯度和濕度不至過大,以有效限制有害裂縫的出現(xiàn).2.2.42.2.4 自生變形混凝土在沒有溫度變化,沒有和外界發(fā)生水分交換,也不受力的條件下發(fā)生的表觀體積變形稱自生變形,自生變形時(shí)體積減小稱自生收縮.混凝土發(fā)生自生變形的原因,是由于化學(xué)減-水泥及摻合料和水發(fā)生水化反響絕對體積減小的現(xiàn)象.自生體積變形以限制水泥和骨料中有害物質(zhì)成分含量為主：水泥自身的安定性必須合格外,嚴(yán)格限制含泥量或石粉含量,限制混凝土的最大水灰比和水泥膠凝材料最大用量.止匕外,預(yù)防堿-碳酸鹽反、應(yīng)堿-硅

10、反響發(fā)生,以免混凝土體積膨脹而開裂.根據(jù)?水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程?的有關(guān)規(guī)定,分別采用“巖石柱法和“砂漿長度法、“壓蒸快速法等方法來進(jìn)行檢驗(yàn)進(jìn)行檢驗(yàn)2.32.3混凝土的延伸性收縮應(yīng)變大小只是導(dǎo)致混凝土開裂的一方面原因,另一方面還有混凝土的延伸性：彈性模量和徐變.彈性模量越小,產(chǎn)生一定量收縮引起的彈性拉應(yīng)力越小；徐變越大,應(yīng)力松弛越顯著,剩余拉應(yīng)力就越小.同時(shí),徐變通常與強(qiáng)度相反一一強(qiáng)度越高,徐變就越小.水泥漿體強(qiáng)度越低,徐變能力越大.抗拉強(qiáng)度越高,拉應(yīng)力使材料開裂的危險(xiǎn)越小.預(yù)防與限制舉措：采取長時(shí)間的養(yǎng)護(hù),規(guī)定合理的拆模時(shí)間,延緩降溫時(shí)間和速度,發(fā)揮凝凝土的“應(yīng)力松弛效應(yīng).在混凝土澆筑之后,做好

11、混凝土地保溫保濕養(yǎng)護(hù),緩緩降溫,充分發(fā)揮徐變特性,減低溫度應(yīng)力,夏季應(yīng)注意預(yù)防暴曬,注意保濕,冬季應(yīng)采取舉措保溫覆蓋,以免發(fā)生急劇的溫度梯度發(fā)生.2.42.4約束一種混凝土在實(shí)驗(yàn)室里成型的試件很密實(shí)、強(qiáng)度高,可是用它澆注的鋼筋混凝土構(gòu)件開裂嚴(yán)重外觀和強(qiáng)度都受到影響；另一混凝土成型的試件開裂了,可是用它澆注的鋼筋混凝土建筑物底板卻完好不裂.預(yù)防與限制舉措：混凝土約束裂縫的產(chǎn)生是混凝土內(nèi)外溫差過大或收縮引起的約束應(yīng)力超過了混凝土的抗拉強(qiáng)度.閘墩下部與底板同時(shí)澆筑或盡量縮短閘墩與閘底板之間澆筑的時(shí)間間隔,可有效限制閘墩裂縫發(fā)生.在大體積混凝土根底內(nèi)設(shè)置必要的溫度配筋,在截面突變和轉(zhuǎn)折處,增加斜向構(gòu)造

12、配筋,以改善應(yīng)力集中,預(yù)防裂縫出現(xiàn).采取分層或分塊澆筑大體積混凝土,合理設(shè)置水平或垂直施工縫,或在適當(dāng)?shù)奈恢迷O(shè)置后澆帶,以放松約束程度,在根底與巖石地基,或根底與厚大的混凝土墊層之間設(shè)置滑動(dòng)層.3結(jié)束語綜上所述,結(jié)構(gòu)混凝土出現(xiàn)開裂現(xiàn)象,是多方面且相互存在顯著交叉作用的原因所引起.外而,混凝土開裂是內(nèi)應(yīng)力不斷地累積超過了混凝土抗拉強(qiáng)度更確切地,是斷裂能的結(jié)果.在積累澆筑水工大壩這類大體積結(jié)構(gòu)混凝土經(jīng)驗(yàn)的根底上,建立的預(yù)防混凝土早期產(chǎn)生開裂的檢測與評價(jià)方法,是通過測定水泥水化熱、混凝土絕熱溫升等參數(shù)以選擇原材料、確定配合比,并采取預(yù)冷拌合物和埋設(shè)冷卻水管等舉措來限制內(nèi)外允許溫差,總之是局限于盡量降低最大溫開的方法預(yù)防開裂.實(shí)際上并不是溫