混凝土由胶凝材料(如水泥)、水和骨料等按适当比例配制,经混合搅拌,硬化成型的一种人工石材混凝土,简称为“砼(tóng)”:是指由胶凝材料将集料胶结成整体的工程复合材料的统称。砼有主要以下性质:和易性、强度、变形、耐久性。
当今砼的发展步伐一直在前进:利用现代新技术、大力发展新工艺、新设备,按预定性能设计和制作出轻质,高强度,多功能的砼新品种。砼现在已经成为土木工程中用途最广、用量最大的一种建筑材料。但是混凝土裂缝依然是世界难题,一直困扰着无数工程师。我国桥梁建筑相当一部分为钢筋混凝土结构,尤其是高铁工程,国家每年都投入大量资金,大力发展高铁工程。施工时为了加快进度,裂缝时有发生。分析裂缝产生原因及预防措施,在今后设计和施工中是我们学习和研究的热门话题。
混凝土裂缝的分类:1、温度裂缝2、收缩裂缝3、荷载裂缝4、沉陷裂缝5、施工不当裂缝6、腐蚀裂缝。根据工程实践及资料显示温度裂缝、收缩裂缝、施工不当裂缝率约占70%;而荷载裂缝、沉陷裂缝、腐蚀裂缝率约占30%。
一、 温度裂缝
温度裂缝没有一定的规律性,为多贯穿裂缝,大面积结构,裂缝多是纵横交错;裂缝宽度大小不一,一般在0.5mm以下,且沿结构全长没有多大变化。裂缝宽度受温度变化影响较明显,冬季较宽,夏季较细。大多数温度裂缝沿结构截面高度呈上宽下窄状,但个别亦有下宽上窄情况。引起温度变化的主要因: 1)年温差2)日照3)骤然降温4)水化热
1、 温度裂缝产生的原因:(1)水泥水化过程中放出的热量称为水泥的水化热。在混凝土结构中,由于混凝土的导热能力很低,水泥的水化热聚集在混凝土结构内部长时间不易散失,使混凝土内部温度升高,与其外部形成温差,引起温度应力和变形,当差值大于25℃时,其所产生的温度应力有可能大于混凝土本身的抗拉强度。造成混凝土的开裂,产生温度裂缝。(2)预制构件采用蒸汽养护或冬季施工措施不当产生的裂缝。(3)因焊接措施不当,引起的温度裂缝。(4)砼保温不够或施工中长期不作保温措施。(5)因急骤升温或干燥产生大量的网状细微裂缝,与此同时砼上几乎出现等间距的粗裂缝,有时局部脱落。(6)浇筑砼时环境温度不当。
2温度裂缝的控制措施。
(1)控制温度。混凝土的温度应力是由水泥水化热,浇灌温度和外界温度等各种温差引起的,且往往是各种温度的叠加,使混凝土内部和外部温差过大造成的。因此根据工程的特点和需要,采取不同的控制温度方法。(2)加强混凝土的早期养护。主要措施有要保持一定湿度,注意早期保持混凝土的水分,减少干缩变形,施工时的防风、防晒及保湿等。(3)掺入微膨胀材料和抗裂材料,以减少混凝土温度应力的影响。
二、 收缩裂缝
混凝土浇注后仍处于塑料性状态时,由于表面水分蒸发过快而产生的裂缝。这类裂缝多在表面出现。形状不规则。长短不一,呈龟裂状深度一般不超过50mm,但薄板结构如果混凝土中掺加有含泥量大的粉砂则可能穿透。
1) 施工中收缩裂缝产生的原因(1)混凝土未完全硬化前产生的收缩裂缝。一般发生在初、终凝结前后。主要是初期养护不好,表面游离水分蒸发过快,混凝土体积收缩,此时混凝土强度很低,混凝土的抗拉强度不能抵抗这种应力变形而产生裂缝。(2)由养护不当产生的收缩裂缝。产生的原因是经风吹日晒,表面干燥过快,干缩较大,并存在差异收缩受内部混凝土约束,其表面产生拉应力而开裂。(3)混凝土收缩引起不均匀下沉形成的裂缝。因快速浇灌混凝土,混凝土沉降不均匀而产生裂缝。收缩下沉裂缝产生的原因主要是混凝土级配不好或水灰比过大,捣实不够等施工方法不当造成的。(4)施工方法不当引起混凝土收缩裂缝。拌合料搅拌不匀产生,混凝土内砂、石、水泥分布不均。
2) 干缩裂缝的防止措施主要包括以下几点:1)合理选择水泥品种。一般来说,水泥的需水量越大,混凝土的干燥收缩越大,从减少收缩的角度出发,宜采用中低热水泥和粉煤灰水泥。(2)控制水泥用量。混凝土干燥收缩随着水泥用量的增加而增大,但是增加量不显著。在有可能减少水泥用量时,还是尽可能降低水泥用量。(3)用水量的把握。混凝土的干燥收缩受用水量的影响最大,在同一水泥用量条件下,混凝土的干燥收缩和用水量成正比、为直线关系;当水泥用量较高的条件下,混凝土的干燥收缩随着用水量的增加而急剧增大。综合水泥用量和用水量来说,水灰比越大,干燥收缩越大。(4)最佳砂率的确定。混凝土的干燥收缩随着砂率的增大而增大,但增加的数值不大。(5)化学外加剂的选用。掺加减水剂、泵送剂,特别是同时掺加粉煤灰的双掺技术不会增大干燥收缩,但是对于某些减水剂、泵送剂,尤其是具有引气作用时,有增大混凝土干燥收缩的趋势。因此在选用外加剂时,必须选用干燥收缩小的减水剂或泵送剂。(6)正确选择养护时间和方法。混凝土浇筑面受到风吹日晒,表面干燥过快,产生较大的收缩,受到内部混凝土的约束,在表面产生拉应力而开裂。如果混凝土终凝之前进行早期保温保湿养护,对减少干燥收缩有一定作用。
三、 施工不当裂缝
1、施工不当裂缝的分类:1.支模板不妥引起的混凝土裂缝2.施工中钢筋设置不当引起的混凝土裂缝。3.混凝土强度等级不足使构件或结构产生裂缝。4. 施工超载引起的裂缝。
2、 施工中由于荷载变化引起的裂缝原因分析及防治措施:
1.支模板不妥引起的混凝土裂缝及防治措施。
(1)模板及支模架下沉引起混凝土裂缝。由于构件混凝土未达到一定的强度,过早地承担了自重等附加荷载,引起开裂。(2)如果是木模板,含水率不合适,潮胀干缩对混凝土质量产生很大的影响,应选用含水率18—23%的木材做模板,在第一次使用前要充分浇水,防止胀缩。(3)混凝土未达到一定强度前,过早受荷受振动而开裂,如在混凝土未达到一定强度时就在其上面走动等。(4)支模时未经计算或计算不正确引起的模板变形。(5)施工超载,即施工荷重大于竣工后使用的荷重。防止支模不妥引起混凝土裂缝的措施:采用相应的措施和计算,防止立柱、模板下沉和变形;选择合适的模板,避免模板变形;混凝土必须达到1.2Mpa强度以后,才可在上面行走,施工操作;进行必要的施工验算,不得超载。
2.施工中钢筋设置不当引起的混凝土裂缝。
(1)受力钢筋位置不正确引起的混凝土开裂。由于钢筋位置的不准,改变了受力状况,必能引起混凝土的裂缝,甚至折断。(2)受力筋的搭接不当,净间距不足引起的混凝土裂缝。(3)受力钢筋如梁筋伸入支座的根数和锚固长度不够,节点受力时,钢筋不起作用,引起混凝土开裂。防止由于钢筋设置不当引起混凝土开裂的措施:熟悉图纸和设计要求,严格按设计要求布置钢筋并进行复检,采取固定措施,防止钢筋位置不准;保证受力钢筋的净间距,排列要有利于混凝土的振捣密实;钢筋的搭接长度必须符合规范规定;受力筋的保护层厚度必须保证;采取措施防止人踩,混凝土砸造成的钢筋位移,安排专人看管。
3.混凝土强度等级不足使构件或结构产生裂缝。
混凝土强度等级不足使构件或结构的抗拉、抗剪、抗弯强度大大下降,在原设计荷载作用下,必能出现裂缝。原因有配合比问题;操作上计量不准;养护问题等。防止施工中混凝土强度等级不足,应在混凝土施工中从配合比实验、搅拌、运输、浇灌、振捣以及养护一系列的过程中严格把关,按国家有关规范和操作规程办事。
4. 施起工超载引的裂缝。
主要原因有:(1)施工中楼板、梁上堆积的施工机具,材料重量太大,超过其承载能力。(2)吊装施工时,屋面上的机械重量布置不合理。(3)运输车载的过大的集中荷载。预防由于超载引起裂缝的措施:建筑物上堆放机具和材料,应严格按有关规范执行,必要时要经过验算;建筑物上需要布置机械及上运输车辆时,要有施工方案,要经过详尽的结构承载力验算,并经过批准后才能施工。
混凝土裂缝的成因多种多样,处理的方法也各有不同,上述诸方法是在日常工作中经过长期探索得到的,经过实践的检验证明行之有效。当然,有关混凝土裂缝的成因及防治对策是很复杂的,有待进一步研究。只有搞清楚了裂缝的机理,才能对症下药,只有合理的处治措施,才能使国家有限的建设资金发挥最大的经济效益