摘要对施工中混凝土产生裂缝的原因及预防处理措施进行探讨。虽然学术界对于混凝土裂缝的成因和计算方法有不同的理论,对于具体的预防和改善措施意见比较统一,同时在实践中的应用效果也较好,具体施工中要靠我们多观察、多比较、出现问题后多分析、多总结,结合多种预防处理措施,混凝土的裂缝是完全可以避免的。
关键词钢筋混凝土;裂缝原因;处理措施
钢筋混凝土构件是允许带裂缝工作的,但对裂缝宽度有严格限制。确切的说,混凝土在凝结硬化过程中就有微裂缝存在,这是因为混凝土中的水泥和骨料在温湿度变化条件下产生不均匀的体积变形,而它们又粘结在一起不能自由变形,于是形成相互间的约束应力;一旦此约束应力大于水泥和骨料间的粘结强度,以及水泥自身的抗拉强度,就产生微裂缝。
1混凝土产生裂缝的原因
混凝土裂缝的产生,都是微裂缝发展的结果。混凝土中产生裂缝有多种原因,就其本身而言,一般认为是混凝土材料变形约束所引起的内应力大于材料抗拉强度的缘故。
1.1材料选配不当形成缺陷和裂缝
使用过期水泥,骨料含泥过量、含活性SiO2,水泥中含碱量过高,骨料石灰石,水泥水化热等。
1.2施工违反操作规程形成缺陷和裂缝
塑性混凝土下沉,被顶部钢筋所阻,形成沿钢筋的裂缝;混凝土振捣不密实,出现蜂窝、易形成各种受力裂缝的起点;混凝土搅拌、运输时间过长,使水分蒸发,引起混凝土浇注时坍落度过低,使得在混凝土体积中出现不规则的网状裂缝;混凝土初期养护时急骤干燥使得在混凝土与大气接触面上出现不规则的网状裂缝;过早拆模,混凝土尚未建立足够强度,构件在实际施加与自身的重力荷载作用下,容易发生各种受力裂缝等。
1.3因构件受力、变形形成缺陷和裂缝
混凝土构件中心受拉;中心受压;受弯;受剪;受冲切;梁的混凝土收缩和温度变形;板的混凝土收缩和温度变形;在钢筋混凝土中,拉应力主要是由钢筋承担,混凝土只是承受压应力。在素混凝土内或钢筋混凝上的边缘部位如果结构内出现了拉应力,则须依靠混凝土自身承担。一般设计中均要求不出现拉应力或者只出现很小的拉应力。但是在施工中混凝土由最高温度冷却到运转时期的稳定温度,往往在混凝土内部引起相当大的拉应力。
混凝土硬化期间水泥放出大量水化热,内部温度不断上升,在表面引起拉应力。后期在降温过程中,由于受到基础或老混凝土的约束,又会在混凝土内部出现拉应力。气温的降低也会在混凝土表面引起很大的拉应力。当这些拉应力超出混凝土的抗裂能力时,即会出现裂缝。许多混凝土的内部湿度变化很小或变化较慢,但表面湿度可能变化较大或发生剧烈变化。如养护不周、时干时湿,表面干缩形变受到内部混凝土的约束,也往往导致裂缝。混凝土是一种脆性材料,抗拉强度约为抗压强度的1/10左右,短期加荷时的极限拉伸变形只有(0.6-1.0)×104,长期加荷时的极限位伸变形也只有(1.2-2.0)×104。由于原材料不均匀,水灰比不稳定,运输和浇筑过程中的离析现象,在同一块混凝土中其抗拉强度又是不均匀的,存在着许多抗拉能力很低,易于出现裂缝的薄弱部位。
1.4因环境因素影响形成缺陷和裂缝
主要是温度和湿度的变化,混凝土的脆性和不均匀性,以及结构不合理,原材料不合格(如碱骨料反应),模板变形,基础不均匀沉降等。混凝土构件多次受冰冻-溶解循环作用,使混凝土中产生内应力,促进已有裂缝发展,结构疏松,表面龟裂,表层剥落或整体崩溃。
2控制和防止裂缝的措施
1)对水泥、水、骨料、外加剂、钢筋材料选用不当形成的裂缝,必须用对进场原材料按照国家标准进行严格检查和验收的办法加以预防,凡不合格的次品材料一律不得使用,或经试验后降低等级使用;对已发生这类因材料选用不当而产生的混凝土缺陷或裂缝,必须作长期详细的观察(因有的问题需要一段时间才能发现),认真查明其原因和质量问题的严重程度,研究制定其处理和加固方案。这是因为一旦因材料选用不当而发生的质量问题,往往带有普遍性的缘故。2)由于混凝土搅拌运输时间过长,浇筑速度过快,振捣不实、施工缝留设位置或处理方法不当、模板走动等原因形成的裂缝可以按照《混凝土施工规程》严格执行混凝土拌制、运输、浇筑、振捣工艺,妥善处理施工缝设置和旧混凝土连接,严格执行模板制作、拆模以及养护方面的规定实施预防。对已出现这类裂缝的构件,要区分构件的类别、构件的受力特征、裂缝所在的部位以及裂缝严重的程度,分别采用一般混凝土裂缝补强措施或采用充填混凝土材料、钢锚栓加固、甚至粘贴纤维或钢板、预应力加固等补救措施。3)由于天气干燥,初期养护不好、混凝土早期受冻、大气温湿度的变化产生的裂缝分别采用加强混凝土结硬化过程的自然养护、蓄热养护,采用引气剂使混凝土内部均匀分布气泡,预留温度伸缩缝等措施修补。受冻严重的构件,有的要拆除,有的要加固后方可使用。4)由于承受的荷载作用使构件产生过宽裂缝,设计阶段选择合理的荷载组合,对构件进行裂缝宽度验算,可以防止这些裂缝的出现;对已出现的过宽裂缝的构件要采用加固措施进行加固。5)由于地基过大的不均匀沉降产生过宽裂缝,设计时应选用最佳的地基基础形式,对建筑物在使用阶段的沉降进行验算,可以防止这些裂缝的出现。对已出现的这类裂缝的构件,可采用地基基础的加固措施,对地基基础妥善处理后,再采用建筑结构的加固措施来解决。6)对因使用及环境条件变化而发生的裂缝,要依据不同性质采用不同的防治措施如:①因使用期间温度湿度变化而形成的裂缝,一般不易根除,以采用对钢筋混凝土构件的保护措施,减少大气湿度变化对构件变化的影响为宜。②因多次冻融而产生的裂缝,除对已形成缺陷和损坏的部分要予以补强或加固外,宜添加对受冻混凝土构件的保温措施。③因处于侵蚀性介质中而产生的大面积的缺陷和损伤,除应剔除受腐蚀和损伤的部位予以补强或加固外,应使用矿渣水泥混凝土或水玻璃耐酸混凝土罩面加以保护。④因地震灾害的损伤要采用抗震构造措施来预防;对已产生的不太严重的地震损伤可参考震损建筑修复加固的办法来解决。
另外,还可以从控制温度和改善约束条件两个方面着手。采用改善骨料级配,用干硬性混凝土,掺混合料,加引气剂或塑化剂等措施以减少混凝土中的水泥用量;拌合混凝土时加水或用水将碎石冷却以降低混凝土的浇筑温度;热天浇筑混凝土时减少浇筑厚度,利用浇筑层面散热;在混凝土中埋设水管,通入冷水降温;规定合理的拆模时间,气温骤降时进行表面保温,以免混凝土表面发生急剧的温度梯度;施工中长期暴露的混凝土浇筑块表面或薄壁结构,在寒冷季节采取保温措施。
改善约束条件的措施是:①合理地分缝分块;②避免基础过大起伏;③合理的安排施工工序,避免过大的高差和侧面长期暴露。
此外,改善混凝土的性能,提高抗裂能力,加强养护,防止表面干缩,特别是保证混凝土的质量对防止裂缝十分重要,应特别注意避免产生贯穿裂缝,出现后要恢复其结构的整体性十分困难,因此施工中应以预防贯穿性裂缝的发生为主。
3混凝土的早期养护
实践证明,混凝土常见的裂缝,大多数是不同深度的表面裂缝,其主要原因是温度梯度造成寒冷地区的温度骤降也容易形成裂缝。因此,混凝土的保温对防止表面早期裂缝尤其重要。从温度应力观点出发,保温应达到下述要求:1)防止混凝土内外温度差及混凝土表面梯度,防止表面裂缝。2)防止混凝土超冷,应该尽量设法使混凝土的施工期最低温度不低于混凝土使用期的稳定温度。3)防止老混凝土过冷,以减少新老混凝土间的约束。混凝土的早期养护,主要目的在于保持适宜的温湿条件,以达到两个方面的效果,一方面使混凝土免受不利温、湿度变化的侵袭,防止有害的冷缩和干缩。一方面使水泥水化作用顺利进行,以期达到设计的强度和抗裂能力。
适宜的温湿度条件是相互关联的。混凝土的保温措施常常也有保湿的效果。从理论上分析,新浇混凝土中所含水分完全可以满足水泥水化的要求。由于蒸发等原因常引起水分损失,从而推迟或妨碍水泥的水化作用,表面混凝土最容易而且直接受到这种不利影响。因此,混凝土浇筑后的最初几天是养护的关键时期,在施工中应切实重视起来。
4小结
综上所述,混凝土在现代工程建设中占有重要地位。混凝土的裂缝较为普遍,在每项工程施工过程中裂缝几乎无所不在。施工中采用科学的管理手段、认真负责的工作态度、严格工艺工序操作质量控制,混凝土裂缝是可以控制的。