浅谈混凝土裂缝的成因及控制办法
摘要：近些年,随着我国经济的快速发展,无论城市设施建设还是工业与民用建筑的建设,用的混凝土量也越来越多,但施工中的混凝土温度裂缝问题日显突出,并成为具有相当普遍性的问题,给工程质量带来了严重的隐患。因此,对混凝土裂缝的成因进行分析,并在材料、配合比、施工等方面提出了相对裂缝的控制方法有很重大的意义。
关键词：混凝土；裂缝；成因；控制办法
一、混凝土裂缝原因分析
1.设计因素的影响。
①由于借用地质报告造成差错,地基钻探勘测不准,设计者错误设计，经验不足。②图纸采用梁平法,表达较简单。施工单位若技术力量差,则产生理解偏差。
2.环境因素的影响。
混凝土具有热胀冷缩的性质,当环境温度发生变化,或水泥水化热使混凝土温度发生变化时,钢筋混凝土结构就产生温度变形。而建筑物中的结构构件在温度变形和约束的共同作用下,产生温度应力,当这种应力超过混凝土的抗拉强度时,就产生温度裂缝。特别在混凝土结构施工过程中，外界温度骤降时,会增加外层混凝土与内部混凝土的温差,这时对混凝土抗裂极为不利。温度裂缝的特征:裂缝的宽度大小不一,但每条裂缝宽度变化不大,裂缝宽度随着温度变化而变化。一般会出现表面的、较深的和贯穿性裂缝三种形式。其中表层裂缝的方向一般无规律性;较深的或贯穿裂缝走向,往往与主筋方向平行或接近平行。普通钢筋混凝土的裂缝不一定都是质量问题,只要裂缝宽度符合规范规定,都属正常情况。但对宽度超过规范规定,或降低构件的承载能力,或有失稳破坏可能,或影响耐久性等方面的裂缝等都应认真分析,慎重处理。
3.混凝土本身的影响
主要是水泥水化热过高,混凝土在浇筑振捣以后,水泥硬化过程中产生一定的热量,水化热聚在结构内部不易散失,引起急剧升温,在建筑工程中一般为20—30℃，有时甚至更高。由于结构物在一个自然散热条件中,实际混凝土内部的最高温度多数发生在混凝土浇筑的最初3d—5d。随着混凝土龄期的增长,内部的约束力也就愈来愈大,以致产生很大的拉应力。
4.混凝土收缩变形的影响
混凝土的收缩,也是产生裂缝的重要原因。实际所需拌合水比水泥水化所需的水要多得多。拌合水中只有约20%的水是水泥水化所必须的,其余的都要被蒸发掉。水分蒸发之后,引起混凝土收缩,当收缩受到约束时,则产生收缩应力,当收缩应力大于当时混凝上的抗拉应力时,则裂缝随之产生。
5.地基和老混凝土的影响
当混凝土浇筑在比较坚硬的基岩或老混凝土上时,混凝土浇注初期的水化热升温,产生膨胀,受到岩石或老混凝土的约束,将产生较小的压应力。而当混凝土温度下降时,由于基岩或老混凝土对温降引起的收缩变形约束的结果,混凝土内将出现较大的拉应力,裂缝随之产生。
6.施工方面因素的影响
违章施工、不当施工造成混凝土裂缝,夏季施工时由于运输车交通不畅或现场其他原因耽搁时间,在搅拌车出料时混凝上的坍落度损较大,混凝土的和易性和流动性较差,现场工人人为加水,造成混凝土强度的降低,加水部分的混凝土水灰比和强度与原配合比的混凝土不同，造成不同配比混凝土的凝缩裂缝和干缩裂缝。另外,振捣方式不当引起裂缝，不正确的振捣方式会造成混凝土分层离析、表面浮浆而使混凝土面层开裂,或造成混凝土砂浆大量向低处流淌致使混凝土产生不均匀沉降收缩而在结构厚薄交界处出现裂缝。另外,现场养护不当是造成混凝土收缩开裂最主要的原因。目前,许多施工现场在浇筑混凝土时都不能做到及时覆盖保温养护,结果造成混凝上表面开裂。
二、裂缝处理的方法
通常处理裂缝的方法有以下几种:
1.表面修补:常用的方法有压实抹平,涂抹环氧粘结剂,喷涂水泥砂浆或细石混凝土,压抹环氧胶泥,环氧树脂粘贴玻璃丝布,增加整体面层。
2.局部修复法:常用的方法有充填法，部分凿除重新浇筑混凝土等。
3.水泥压力灌浆法:适用于缝补宽度≥0.5mm的稳定裂缝。
4.化学灌浆:可灌入缝宽≥0.05mm的裂缝。
5.结构补强:常用的方法有增加钢筋,外包钢筋混凝土,外包钢,粘贴钢板,预应力补强体系等。
6.改变结构方案,加强整体刚度。框架裂缝采用增设梁法处理。
7.其它方法:常用方法有拆除重做,改善结构使用条件,通过试验或分析论证不作处理等。
三、混凝土裂缝控制要点
针对混凝土裂缝产生原因的初步分析，我认为应重点对以下方面进行控制，才能从根本上有效防止混凝土裂缝的产生。
1．重视材料的选用及利用混凝土后期强度
混凝土的热源是水泥的水化热，使用低热的矿渣水泥,能明显降低混凝土的温升,降低混凝土的最(下转第88页）(上接第86页）高温度。减小混凝土内部及表面的温差,起到减小温度应力的作用，从而减少产生裂缝的充分条件。根据有关资料表明425矿渣硅酸盐水泥其3天水化热为180KJ/kg，而普通硅酸盐水泥则为250KJ/kg，水化热量减少28%。因此混凝土一般不宜使用水化热高水泥,应使用水化热较低的硅酸盐水泥和低热矿渣水泥，更不宜使用早强型水泥。因此,在满足混凝土设计要求的前提下,尽量采用低水化热水泥。其次是优化混凝土的配合比,以便在保证混凝土强度及流动度条件下,尽量节省水泥、降低混凝土水化热。
试验数据表明，每立方米混凝土中水泥用量，每增减10kg水泥水化热将使混凝土的温度相应升降1度，由于高层建筑或大型工业设施等施工工期较长，其基础等大体积混凝土结构承受设计荷载要在较长时间之后才能施加其上，所以只要保证混凝土强度在28天之后继续增长，且在预计时间内（45、60、90天）能达到或超过设计强度即可。利用混凝土后期强度要用专门进行混凝土配合比设计，并通过试验证明28天后混凝土强度能继续增长。
2．施工过程中控制浇灌温度。
要降低混凝土的温差,比较直接的措施是降低浇筑温度,为了降低混凝土从搅拌机出料到卸料,泵送和浇灌振捣后的温度,减少结构的内外温差,一般按季节采取措施,如夏季施工时,则应以减少冷量损失，着手在整个长度的水平输送管道上覆盖草包并经常喷洒冷水、在浇灌混凝土时,采用一个坡度、薄层浇灌、循序推进、一次到顶等措施来缩小混凝土暴露面积以及加快浇灌速度,缩短浇灌时间。在冬季施工时,对结构厚度在1.0m以上的混凝土可继续施工,但应保证保温浇灌、保温养护,一般可利用混凝土本身散发的水化热养护自己,并要求在混凝土没有达到允许临界强度以前防止冻害。根据试验资料证明,混凝土的早期强度达到临界强度后,在零下温度作用下不会遭到冻害,小于临界强度时则会遭到冻害。
3.合理安排施工进度。
对混凝土浇筑,应遵循“同时浇捣,分层堆累,一次到顶,循序渐进”的成熟工艺。在每次浇筑中间隔时间应尽量缩短,必须在下层混凝土初凝之前,开始浇筑上层混凝土。层间最长的时间间隔不大于混凝土的初凝时间。当层间间隔时间超过混凝上的初凝时间。层面应按施工缝处理:①消除浇筑表面的浮浆、软弱混凝土层及松动的石子,并均匀露出粗骨料;②在上层混凝土浇筑前,应用压力水冲洗混凝土表面的污物,充分湿润,但不得有水;③对非泵送及低流动度混凝土,在浇筑上层混凝土时,应采取接浆措施。
4.改进搅拌工艺和加强二次振捣。
在搅拌的混凝土时,改变以往的投料程序,采取先把水、水泥和砂拌和后,再投放石子进行搅拌的新方法。这种搅拌工艺被为“裹砂法”,也可称为二次投料法。这种搅拌工艺的主要优点是无泌水现象,可有效地防止水分向石子与水泥砂浆面的集中,从而使硬化后结构致密、粘结加强。
对浇筑后的混凝土进行二次振捣，能排除混凝土因泌水在粗骨料水平钢筋下部生成的水份和空隙，提高混凝土与钢筋的握裹力，防止因混凝土沉落而产生裂缝，减少内部微裂，增加混凝土的密实度，使混凝土的抗压强度提高10%—20%左右，从而提高抗裂性。
5.混凝土的养护
为了保证混凝土有适宜的硬化条件,混凝土终凝后,筏板边缘、剪力墙中间等不易被塑料薄膜完全覆盖部位,可采用浇水保湿。混凝土升温阶段如果因表面未能完全覆盖而出现局部干燥时,可浇热水(40—50℃)湿润表面,防止出现干燥裂缝。降温阶段可浇自来水养护,保温保湿养护时间为14天左右。施工前还应再准备好一层养护用塑料薄膜和一层再生棉毡,以便根据环境气温变化情况对保温保湿质量作以调整。如果养护阶段混凝土表面温度过低,导致温差过大,可在混凝土表面采取加热措施,如碘钨灯照射。浇筑后的一段时间内对混凝土内部及表面温度进行跟踪监测,并根据温度的变化情况及时采取适当的保温、保湿养护措施。
四、结束语
近几年,随着我国经济的发展,工程规模的扩大,施工中混凝土用量逐步增多的趋势。混凝土刚性较大,但由于它往往属于地下隐蔽工程,裂缝的存在将严重影响其正常使用,本文对混凝土裂缝的控制问题进行了初步探讨,在工程实践中不断发现问题,总结经验,严格控制混凝土原材料选择、配合比设计、现场施工等各个环节,加强管理,尽量避免混凝土裂缝的出现,以保证混凝土工程的质量。