兩種常見的混凝土裂縫的分析與控制

張曉華

兩種常見的混凝土裂縫的分析與控制

張曉華

闡述了裂縫在混凝土結構工程中的普遍性、危害性及其特有的規律性,討論了結構中較為常見的溫度和收縮兩種類型的裂縫狀況、成因,提出了在混凝土施工過程中有效防止和降低這兩種裂縫的方法,從而為現場施工提供更好的控制手段和補救措施。

溫度裂縫,混凝土收縮,裂縫控制

1 概述

混凝土依靠其取材廣泛、價格低廉、可澆筑成各種形狀、養護費用低,且性能較高等一系列優點,使它廣泛應用于目前建筑工程中,但它是一種非均質的復雜多相混合脆性體,范德華力是其微觀結構組成之間主要的結合力,這樣就造成了其抗拉強度遠低于抗壓強度,當混凝土內部產生拉應力超過其抗拉強度時,就會產生裂縫。裂縫的出現影響了建筑物的外觀、使用壽命,導致了結構承載能力的減弱、鋼筋的銹蝕、碳化的加劇、抗凍融、抗疲勞及抗滲能力的降低,嚴重者將會威脅到人們的生命和財產安全,所以說,混凝土裂縫情況是工程技術人員在施工中所必須考慮的問題。

在具體的工程實踐中,混凝土裂縫的原因有多種,具體可歸結為溫度和濕度的變化、混凝土自身收縮、外荷載產生的變形過大、基礎不均勻沉降、結構不合理、原材料不合格、模板變形、施工工藝及方法不當等,習慣上將其分成兩大類：一類是由外荷載的直接應力或結構次應力引起,常稱荷載裂縫;另一類是溫度、收縮和膨脹、不均勻沉降等因素導致結構或構件變形變化而引起,常稱變形裂縫,下面對工程中較為常見的混凝土溫度型裂縫和收縮型裂縫的狀況、成因、防止及處理措施做一探討。

2 溫度型裂縫

2.1 裂縫狀況

溫度型裂縫受溫度變化影響較為明顯,冬季較寬,夏季較窄,高溫膨脹引起的混凝土溫度裂縫通常是中間粗兩端細,冷縮裂縫的粗細變化不太明顯,裂縫寬度大小不一,走向通常無一定規律,大面積結構裂縫?？v橫交錯,梁板類長度尺寸較大的構件,裂縫多平行于短邊,深入和貫穿性的裂縫一般與短邊方向平行或接近平行,裂縫沿著長邊分段出現,中間較密。該類裂縫多發生在大體積混凝土表面或溫差變化較大地區的混凝土結構中。

2.2 開裂原因

該裂縫主要是由溫度和濕度的變化引起,混凝土在硬化過程中,水泥水化產生大量的水化熱,內部溫度不斷上升,而表面散熱較快,這樣就形成較大的內外溫差,造成內部與外部熱脹冷縮的程度不同,使混凝土表面產生一定的拉應力,在降溫過程中,由于受到基礎或原有混凝土的約束,又會在混凝土內部出現拉應力,加之混凝土是一種脆性材料,抗拉強度是抗壓強度的 1/10左右,由于原材料不均勻,水灰比不穩定,及運輸和澆筑過程中的離析現象,使得同一批次的混凝土中其抗拉強度帶有很大的不均勻性,存在著許多抗拉能力很低,易于出現裂縫的薄弱部位,當拉應力超過混凝土的抗拉強度極限時,就會在混凝土表面及內部出現開裂現象。

2.3 防止措施

第一,在選材上,選用低熱或中熱水泥,減少水泥用量,降低水灰比,改善骨料級配,降低水化熱。第二,在施工工藝上,應改善混凝土的攪拌加工工藝,合理安排施工工序,分層、分塊澆筑,以利于散熱。第三,在設計上,應在溫度應力較大的部位,留置溫度收縮縫。第四,選用合適的外加劑,摻加一定量的具有減水、增塑、緩凝等作用的外加劑,改善混凝土拌合物的流動性、保水性,降低水化熱,推遲熱峰的出現時間。最后,應規定合理的拆模時間,加強混凝土后期養護,適當延長養護時間。

3 收縮型裂縫

3.1 裂縫狀況

收縮型裂縫主要在板墻開裂,尤其是在超長墻體、頂板中較為常見,裂縫多出現在構件表面,形狀不規則、長短寬窄不一、深度一般不超過 50mm,其中板中裂縫不規則且細小、不連續、呈龜裂狀,邊緣部一般呈對角斜線狀,長度通常不超過300mm;梁上裂縫一般為豎直方向,部分沿梁內箍筋呈“U”形,裂縫下寬上窄,且梁跨中較兩端開裂嚴重。

3.2 開裂原因

混凝土在凝結硬化的過程中產生的體積縮小現象統稱為收縮,施工中主要存在三種收縮現象：第一種是干燥收縮,主要為混凝土內吸附水的消失,剛澆筑完成的水泥混凝土往往因為外界氣溫較高,相對溫度過小,表面蒸發過快,或者是基礎、模板吸水過快,使表面變干,而其內部仍是塑性體,因塑性收縮過快而使表面產生裂縫,這種裂縫出現在混凝土的表面,比較細小,特別是商品混凝土,為了滿足可泵性、流動性等,出機時混凝土的坍落度和砂率比自拌混凝土要大很多,其水分特別容易散失,加之早期強度低,造成其表面容易形成裂縫;第二種是自生收縮,主要為水泥水化物的體積小于參與水化反應的水泥和水的體積,這是一種由水泥的水化反應所產生的固有收縮;第三種是碳化收縮,是混凝土中的水泥水化物與空氣中的二氧化碳發生化學反應的結果?；炷寥绻跓o約束的條件下收縮,只會單純地引起體積縮小,而不會產生應力,但實際工程中的混凝土構件均會不同程度的受到約束,使得混凝土為了保持初始長度,收縮就會在混凝土中產生拉應力,當拉應力大于混凝土抗拉強度時就會產生收縮裂縫。

3.3 防止措施

第一,設計上,應按工程特點充分考慮混凝土收縮因素引起的應力,在結構中斷面薄弱和應力集中處,宜采用各種加強措施,增設鋼筋或鋼筋網作為補償,以及采取合理的構造措施,設置混凝土伸縮縫和后澆帶。

第二,材料上,在拌制混凝土時,應嚴禁不同品牌、不同標高的水泥混在一起使用。另外,采取外加劑和施加預應力也可補償混凝土的收縮,前者依靠水泥用量的減少以降低混凝土收縮率,摻加減水劑的混凝土在保持混凝土強度的條件下可減少 15%的水泥用量,其體積可用增加骨料用量來補充;后者依靠預應力的施加以增強梁板剛度,所產生的預應力可抵消由于混凝土收縮產生的軸向拉應力,從而消除或減少收縮裂縫的出現,但所施加的預應力必須是專門用于抵消收縮應變的預應力。

第三,施工上,應加強施工現場管理,采取正確的澆筑順序與振搗方式,在混凝土澆筑時采取措施遮掩澆筑面,使其避免風吹日曬,混凝土澆筑完畢后立即將表面覆蓋并及時灑水養護,以減少混凝土收縮。

4 裂縫的處理方式[1]

無論是荷載裂縫還是變形裂縫,過大的裂縫會危及建筑物的安全或正常使用,應作出妥善處理,工程中處理裂縫的常用方法有：表面處理法,填充法,結構補強法,混凝土置換法,電化學防護法以及仿生自愈合法,下面對前三種方法做一簡單的介紹。

4.1 表面處理法

表面處理法是一種簡單、常見的修補方法,該方法主要適用于混凝土淺層裂縫,包括表面涂抹和表面貼補法,通常的處理措施是在裂縫的表面粘貼玻璃纖維布,涂刷水泥漿、環氧膠泥或油漆、瀝青等防腐材料,在防護的同時也防止了混凝土受各種作用的影響而繼續開裂。

4.2 填充法

填充法主要用于較深或較寬的裂縫,主要適用于對結構整體性有影響或有防滲要求的混凝土裂縫的處理,該方法主要為壓力灌漿法,利用壓力設備將膠結材料壓入混凝土的裂縫中,膠結材料硬化后與混凝土形成一個整體,從而起到封堵加固的目的,以日本SHO-BOND公司開發的 BICS工法較為常用,所用的膠結材料有水泥漿、環氧樹脂、甲基丙烯酸酯、聚氨酯等化學材料。

4.3 結構補強法

當裂縫影響到混凝土結構的性能時,就要考慮采取加固補強法對混凝土結構進行處理。補強加固中常用的方法有：加大混凝土結構的截面面積、在構件的角部外包型鋼、采用預應力法加固、粘貼鋼板加固、增設支點加固以及噴射混凝土補強加固等。

5 結語

以上對混凝土工程中常見的溫度和收縮兩種類型的裂縫進行了理論和實踐上的初步探討,但實際施工中裂縫的成因都是復雜多變的,裂縫的出現大都是由于多種因素的疊加所導致的,通常情況下混凝土建筑和構件都是帶縫工作的,只要采取有效的措施將其危害性控制在一定程度上,裂縫在一定的范圍內是可以接受的,具體施工中要靠我們多觀察、多比較,出現問題后多分析、多總結,結合多種預防處理措施,混凝土的裂縫是完全可以避免的。

[1]GB 50367-2006,混凝土結構加固設計規范[S].

[2]張小亮.混凝土裂縫成因分析及控制[J].山西建筑,2010,36(4)：160-161.

On analysis and control of two common concrete cracks

ZHANG X iao-hua

The paper illustrates the widespread,the danger and the specific law of the cracks in the concrete structure,discusses the two cracks of the structure and their reasons,that is the temperature and shrinkage,and points out themethods for preventing or reducing the two cracks in the concrete construction process,so as to provide better controllingmethods andmaintenancemeasures for field construction.

temperature cracks,concrete shrinkage,crack control

TU755.7

B

1009-6825(2011)03-0075-03

2010-09-22

張曉華(1979-),男,工程師,山西省建筑科學研究院,山西太原 030001