混凝土結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生原因分析

混凝土結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生原因分析本文結(jié)合筆者多年工作的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，就混凝土結(jié)構(gòu)施工期間常見裂縫進(jìn)行了綜述，并就其產(chǎn)生原因進(jìn)行了深入地分析，謹(jǐn)供大家作參考之用。標(biāo)簽混凝土；裂縫；收縮；水化熱；溫度前言混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的成因復(fù)雜繁多，甚至多種因素相互影響，但每一條裂縫均有其產(chǎn)生的一種或幾種主要原因，主要與施工、設(shè)計(jì)、材料、環(huán)境等有關(guān)。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，由施工因素造成的混凝土早期裂縫占80%左右，因混凝土材料方面的原因造成的的裂縫占15%左右，因設(shè)計(jì)不當(dāng)造成的裂縫占5%左右。本文就以上所說的幾個(gè)方面分別討論。1施工工藝因素在混凝土結(jié)構(gòu)澆筑、構(gòu)件制作、起模、運(yùn)輸、堆放、拼裝及吊裝的過程中，若施工工藝不合理、施工質(zhì)量低劣，容易產(chǎn)生縱向的、橫向的、豎向的、斜向的、水平的、表面的、貫穿的等各種裂縫，特別是細(xì)長(zhǎng)薄壁結(jié)構(gòu)更容易出現(xiàn)。裂縫出現(xiàn)的部位與走向、裂縫寬度因產(chǎn)生的原因而異，通常有：1.1違章施工、不當(dāng)施工造成混凝土裂縫混凝土攪拌、運(yùn)輸時(shí)間過長(zhǎng)，使水分蒸發(fā)過多，導(dǎo)致混凝土坍損較大，使得在混凝土體積上出現(xiàn)不規(guī)則的收縮裂縫。主要結(jié)構(gòu)部位模板剛度不足，或施工時(shí)拆模過早，混凝土強(qiáng)度明顯不足，使得構(gòu)件在自重或施工荷載作用下產(chǎn)生裂縫?；炷脸跗陴B(yǎng)護(hù)工作管理不嚴(yán)，造成混凝土早期強(qiáng)度增長(zhǎng)時(shí)失水，收縮量大，使得混凝土與大氣接觸的表面上出現(xiàn)不規(guī)則的收縮裂縫。種種原因造成混凝土運(yùn)輸車不能及時(shí)到達(dá)及時(shí)供料，現(xiàn)場(chǎng)澆筑停歇時(shí)間超過混凝土終凝時(shí)間，而又沒有按施工縫處理好接頭部位等。1.2振搗方式不當(dāng)引起裂縫不正確的振搗方式會(huì)造成混凝土分層離析、表面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。商品混凝土由于采用攪拌車運(yùn)輸、泵送澆筑，混凝土坍落度比較大，凝結(jié)時(shí)間比較長(zhǎng)，一般混凝土初凝時(shí)間都在10h以上甚至更長(zhǎng)，即使在炎熱的夏天，在摻了高效緩凝減水劑后，澆搗好的混凝土表面被太陽暴曬，水分蒸發(fā)很快，形成一層幾毫米厚的“被子”，看上去混凝土似乎已凝結(jié)，實(shí)際內(nèi)部還遠(yuǎn)未達(dá)到初凝，甚至還能流動(dòng)。這樣的混凝土若不進(jìn)行二次振搗和多次抹面，混凝土表面不可避免會(huì)出現(xiàn)裂縫。開始是淺表性的、窄細(xì)的，若不及時(shí)處理，裂縫就會(huì)擴(kuò)展，由于應(yīng)力集中，最終的裂縫很可能是貫穿性的。采用二次振搗可以消除因塑性沉降引起的混凝土內(nèi)分層，阻斷因泌水而留下的連貫通道，改善骨料界面結(jié)構(gòu)，提高混凝土強(qiáng)度和抗?jié)B能力；采用二次以上抹面，可以有效提高因泌水而削弱的混凝土表面強(qiáng)度，消除“被子”現(xiàn)象，使混凝土因水分蒸發(fā)而引起的塑性裂縫及時(shí)得到愈合。1.3養(yǎng)護(hù)不當(dāng)引起混凝土開裂現(xiàn)場(chǎng)養(yǎng)護(hù)不當(dāng)是造成混凝土收縮開裂最主要的原因?；炷翝仓?，若表面不及時(shí)覆蓋進(jìn)行潮濕養(yǎng)護(hù)，表面水分迅速蒸發(fā)，很容易產(chǎn)生收縮裂縫、特別是在氣溫高、相對(duì)濕度低、風(fēng)速大的情況下，干縮更容易發(fā)生。有資料表明，當(dāng)風(fēng)速為16m/s時(shí)，混凝土中的水分蒸發(fā)速度是無風(fēng)時(shí)的四倍。目前，許多施工現(xiàn)場(chǎng)在澆筑混凝土?xí)r都不能做到及時(shí)覆蓋保溫養(yǎng)護(hù)，一般總要等到最后一遍抹光結(jié)束后才覆蓋，還有很多工地根本就不予覆蓋，結(jié)果混凝土表面開裂。正確的做法應(yīng)該是在第一次抹平后就立即用塑料薄膜覆蓋，不讓水分蒸發(fā)，依靠混凝土自身的水分進(jìn)行保濕養(yǎng)護(hù)。需進(jìn)行第二次抹光時(shí)，揭開薄膜，抹完了再及時(shí)蓋上。2外界環(huán)境因素2.1溫度水泥水化過程是大體積混凝土中的主要溫度因素?；炷猎谟步Y(jié)過程中，由于水泥的水化作用，在初始幾天產(chǎn)生大量的水化熱，混凝土溫度升高。而大體積混凝土結(jié)構(gòu)一般較厚，導(dǎo)熱不良，相對(duì)散熱小，所以大量的熱量聚集在結(jié)構(gòu)內(nèi)部。內(nèi)部水化熱不易散失，外部混凝土散熱較快，水化熱溫升隨壁（板）厚度增加而加大，混凝土形成一定的溫度梯度。無論溫升階段，還是溫降階段，混凝土中心溫度總是高于混凝土表面溫度。根據(jù)熱脹冷縮的原理，中心部分混凝土膨脹速率要比表面混凝土大。因此，混凝土中心與表面各質(zhì)點(diǎn)間的內(nèi)約束以及來自地基及其它外部邊界約束的共同作用，使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力，混凝土表面產(chǎn)生拉應(yīng)力。當(dāng)溫度梯度大到一定程度時(shí)，表面拉應(yīng)力超過混凝土的極限抗拉強(qiáng)度時(shí)，混凝土表面產(chǎn)生裂縫。在升溫階段，混凝土未充分硬化，彈性模量小，因此拉應(yīng)力較小，只引起混凝土表面裂縫。隨著水泥水化反應(yīng)的結(jié)束及混凝土的不斷散熱，大體積混凝土由升溫階段過渡到降溫階段。溫度降低，混凝土體積收縮。由于混凝土內(nèi)部熱量是通過表面向外散發(fā)，降溫階段混凝土中心部分與表面部分的冷縮程度不同，在混凝土內(nèi)部產(chǎn)生較大的內(nèi)約束，同時(shí)地基與邊界條件也對(duì)收縮的混凝土產(chǎn)生較大的外約束。內(nèi)外約束的作用，使收縮的混凝土產(chǎn)生拉應(yīng)力，隨混凝土的齡期增長(zhǎng)，抗拉強(qiáng)度增大，彈性模量增高，徐變影響減小。因此降溫收縮產(chǎn)生的拉應(yīng)力較大，易在混凝土中心部位形成較高拉應(yīng)力區(qū)，若此時(shí)的混凝土拉應(yīng)力大于混凝土此齡期的抗拉強(qiáng)度，則大體積混凝土產(chǎn)生溫度裂縫。2.2鋼筋銹蝕因素由于混凝土質(zhì)量較差或保護(hù)層厚度不足，混凝土保護(hù)層受二氧化碳侵蝕炭化至鋼筋表面，使鋼筋周圍混凝土堿度降低，或由于氯化物介入，鋼筋周圍氯離子含量較高，均可引起鋼筋表面氧化膜破壞，鋼筋中鐵離子與侵入到混凝土中的氧氣和水分發(fā)生銹蝕反應(yīng)，其銹蝕物氫氧化鐵體積比原來增長(zhǎng)了約2～4倍，從而對(duì)周圍混凝土產(chǎn)生膨脹應(yīng)力，導(dǎo)致保護(hù)層混凝土開裂、剝離，沿鋼筋縱向產(chǎn)生裂縫，并有銹跡滲到混凝土表面。由于銹蝕，使得鋼筋有效斷面面積減小，鋼筋與混凝土裹力減弱，結(jié)構(gòu)承載力下降，并將誘發(fā)其他形式的裂縫，加劇鋼筋銹蝕，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞。對(duì)于鋼筋的銹蝕，施工時(shí)應(yīng)控制混凝土的水灰比，加強(qiáng)振搗，保證混凝土的密實(shí)性，防止氧氣的侵入，同時(shí)嚴(yán)格控制含氯鹽的外加劑用量，沿海地區(qū)或其它存在腐蝕性強(qiáng)的空氣、地下水地區(qū)尤其應(yīng)慎重。2.3凍脹因素大氣氣溫低于零度時(shí)，吸水飽和的混凝土出現(xiàn)冰凍，游離的水轉(zhuǎn)變成冰，體積膨脹9%，因而混凝土產(chǎn)生膨脹應(yīng)力，同時(shí)混凝土凝膠孔中的過冷水在微觀結(jié)構(gòu)中遷移和重分布應(yīng)引起滲透壓，使混凝土中膨脹力加大，混凝土強(qiáng)度降低，并導(dǎo)致裂縫出現(xiàn)。溫度低于零度和混凝土吸水飽和是發(fā)生凍脹的必要條件，當(dāng)混凝土中骨料空隙多、吸水性強(qiáng)；骨料中含泥土等雜質(zhì)過多；混凝土水灰比偏大、振搗不密實(shí)；養(yǎng)護(hù)不好使混凝土早期受凍等，均可導(dǎo)致混凝土凍脹裂縫?；炷猎诙具M(jìn)行施工時(shí)，尤其應(yīng)當(dāng)注意這方面的養(yǎng)護(hù)。如采用蒸汽加熱法、電氣加熱法等，或者在混凝土拌和水中加入一定的防凍劑（最好不用氯鹽）,可以保證混凝土在低溫條件下硬化。3材料質(zhì)量因素混凝土是指由水泥、石灰、石膏類無機(jī)膠結(jié)料和水或?yàn)r青、樹脂等有機(jī)膠結(jié)料的膠狀物與集料按一定比例拌和，并在一定條件下硬化而成的石材。通常我們所講的混凝土指的是水泥混凝土，主要由水泥、水、砂石集料組成，其中水泥和水起膠凝作用；集料起骨架填充作用，水泥和水發(fā)生反應(yīng)后形成堅(jiān)硬的水泥石，將集料顆粒牢固地粘結(jié)成整體，使混凝土具有一定的強(qiáng)度。但是若組成混凝土所用的材料質(zhì)量不合格，則會(huì)影響混凝土的強(qiáng)度，導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫。4結(jié)語總之，在實(shí)際工程中，混凝土結(jié)構(gòu)裂縫形成原因是多種因素造成的，其中有主要因素，也有次要因素，因此分清主次因素，對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)裂縫原因給出科學(xué)正確的“診斷”，對(duì)于防止混