混凝土裂縫的產(chǎn)生原因分析及預(yù)防措施-中國大壩協(xié)會

1、混凝土裂縫的產(chǎn)生原因分析及預(yù)防舉措何興鋒中國水利水電第三工程局四川分局,成都,610045610045【摘要】通過對混凝土裂縫產(chǎn)生的原因分析,以及提出相對應(yīng)的預(yù)防、限制舉措,指出了用“整體的觀點去思考和解決混凝土裂縫問題,可供同類工程施工提供參考.【關(guān)鍵詞】混凝土裂縫預(yù)防舉措1概述混凝土體內(nèi)存在微裂縫是絕對的,不可預(yù)防的；但外表出現(xiàn)可見裂縫是相對的,是可以預(yù)防的.開裂是內(nèi)應(yīng)力不斷地累積超過了混凝土抗拉強度更確切地,是斷裂能的結(jié)果.水泥混凝土易于開裂現(xiàn)象的本質(zhì),在于其粒子間的弱物理鍵作用,使其抗拉強度比抗壓強度要小一個數(shù)量級甚至更多,而其微觀結(jié)構(gòu)的不均勻性,以及在硬化早期因多方面原因驅(qū)動形成的拉

2、應(yīng)力,那么進一步使它更易于開裂,以及出現(xiàn)裂縫時間和部位的隨機性.2混凝土裂縫產(chǎn)生的原因及應(yīng)對舉措2.12.1混凝土拌合物沉降與泌水易于出現(xiàn)沉降與泌水現(xiàn)象的其他因素：外加劑-水泥相容性；水泥可溶堿含量過低；拌合物的保水性不良；骨料級配差.主要表現(xiàn)為：在厚度較大的構(gòu)件中,由于混凝土的塑性塌落引起的裂縫.預(yù)防與限制舉措：在配合比方面主要以調(diào)整和改善混凝土拌合物的和易性為主.首先選用適當?shù)乃嗥贩N和與之相容性好的外加劑,其次要砂率適當,骨料級配合理,另外在條件容許的情況下優(yōu)先考慮摻配局部礦物摻合料.在施工方面應(yīng)注意：一是在施工過程中,出現(xiàn)違章施工、不當施工造成混凝土裂縫.如同一倉混凝土采用不同的澆筑方

3、式或施工現(xiàn)場人為加水,致使混凝土的用水量或水灰比不同,造成不同配比混凝土的凝縮裂縫和干縮裂縫.二是振搗方式不當引起裂縫.不正確的振搗方式會造成混凝土分層離析、外表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.施工中采用二次振搗法消除混凝土沉縮裂縫.泵送混凝土特別需要二次振搗.2.22.2混凝土的體積變形2.2.12.2.1塑性收縮指新拌混凝土澆注后尚在塑性狀態(tài)發(fā)生的收縮.特點是當外表水分向外蒸發(fā)時引起局部產(chǎn)生應(yīng)力,因此當蒸發(fā)速率大于泌水速率時,會發(fā)生局部的塑性收縮開裂.混凝土的力學性能和其工作性能是一個矛盾的兩個對立面,其物理性

4、能要求混凝土的水灰比越低越好,而其施工和易性需要較大的用水量才容易施工.混凝土在實際施工中所需拌和水比水泥水化所需的水要多得多,水泥水化所需的水只占水泥質(zhì)量的 24%24%即水灰比 0.240.24左右,而施工中常用的水膠比在 0.50.5左右.故實際使用拌和水中只有約不到一半的水是水泥水化所必需的,其余的都要被蒸發(fā)掉,而水蒸發(fā)所留下通道對混凝土性能有不利的影響.水分蒸發(fā)之后,引起混凝土體積收縮,當收縮受到約束時,那么產(chǎn)生收縮應(yīng)力,當收縮應(yīng)力大于當時混凝上的抗拉應(yīng)力時,那么裂縫隨之產(chǎn)生.混凝土在硬化的過程中,干縮裂縫的寬度有時會很大,甚至會貫穿整個構(gòu)件.預(yù)防與限制舉措：混凝土的配合比用水量不能

5、過大,可以摻配減水劑等方式降低其單位用水量,同時膠凝材料用量相應(yīng)也低,經(jīng)濟且合理.同時嚴格限制粗、細骨料中的含泥量和碎石中針片狀顆粒含量,砂料細度模數(shù)適中,限制原材料的質(zhì)量不使混凝土產(chǎn)生收縮.機制砂要特別注意其石粉含量和級配的限制,對于砂率較高的流態(tài)混凝土尤為重要.選擇良好級配的粗骨料并保證其足夠的摻量,加強混凝土的振搗,提升混凝土密實度和抗拉強度,減小收縮變形.2.2.22.2.2干濕變形硬化混凝土與周圍環(huán)境存在濕度梯度,引起水分向外蒸發(fā)或吸入,產(chǎn)生體積變形的現(xiàn)象.在炎熱的大風天氣,混凝土外表水分蒸發(fā)過快,造成混凝土內(nèi)部水化熱過高,在混凝土澆筑數(shù)小時仍處于塑性狀態(tài),容易產(chǎn)生塑性收縮裂縫.由于

6、太陽暴曬產(chǎn)生裂縫也是工程中最常見的現(xiàn)象.預(yù)防與限制舉措：混凝土存在空隙產(chǎn)生濕脹干縮,增強振搗使之密實,去除混凝土中的泌水,摻加優(yōu)質(zhì)粉煤灰,降低水灰比,可有效地限制混凝土濕脹干縮裂縫產(chǎn)生.良好的養(yǎng)護可使混凝土保持或接近飽和狀態(tài),水化作用速度最大,也是限制混凝土裂縫發(fā)生的舉措之一,一般保溫、保濕養(yǎng)護不得少于14do14do 另外,施工時二次壓光消除混凝土塑性收縮裂縫.2.2.32.2.3溫度變形熱變形混凝土硬化期間由于水化放熱產(chǎn)生溫升而膨脹,到達溫峰后降溫時產(chǎn)生收縮變形.升溫期因混凝土模量還很低,只產(chǎn)生較小的壓應(yīng)力,且因徐變作用而松弛；降溫期收縮變形因彈模增長,而松弛作用減小,受約束時形成大得多的

7、拉應(yīng)力,當超過抗拉強度斷裂能時出現(xiàn)開裂.預(yù)防與限制舉措：1 1降低混凝土水化熱使用低熱水泥及高摻配粉煤灰等,能明顯降低混凝土的最高溫度,充分利用混凝土的后期強度,減少每立方米混凝土中水泥用量.使用粗骨料,盡量選用粒徑較大、級配良好的粗骨料；限制砂石含泥量；摻加粉煤灰等摻合料和相應(yīng)的減水劑、緩凝劑,改善和易性、降低水灰比,以到達減少水泥用量、降低水花熱的目的.因此, ,在滿足混凝土設(shè)計要求的前提下,盡量采用低水化熱水泥.其次是優(yōu)化混凝土的配合比,以便在保證混凝土強度及流動度條件下,盡量節(jié)省水泥、預(yù)防與限制舉措:降低混凝土絕熱溫開.根據(jù)高摻粉煤灰低用水量混凝土配合比優(yōu)化設(shè)計準那么對配合比進行優(yōu)化設(shè)

8、計.2 2降低混凝土溫升、溫差選擇較適宜的氣溫澆筑大體積混凝土,盡量避開炎熱天氣澆筑混凝土,夏季可采用低溫水或冰水攪拌混凝土,可對骨料噴冷水曬,運輸工具如具備條件也應(yīng)搭設(shè)遮陽設(shè)施,以降低混凝土拌合物的入倉溫度.采取分層或分塊澆筑大體積混凝土,合理設(shè)置水平或垂直施工縫,或在適當?shù)奈恢迷O(shè)置后澆帶,減少每次澆筑長度的蓄熱量,預(yù)防水化熱的集聚,減少溫度應(yīng)力.凝土澆筑施工期間,外界氣溫越高,混凝土的澆筑溫度也越高,如果外界溫度下降,會增加混凝土的降溫幅度,特別是在外界溫度驟降時,會增加外層混凝土與內(nèi)部混凝土的溫差,這時對混凝土抗裂極為不利.增強測溫和溫度監(jiān)測與治理,實行信息化控制,隨時限制混凝土內(nèi)的溫度

9、變化,內(nèi)外溫差限制在 25c25c 以內(nèi),基面溫差和基底面溫差均限制在20c20c 以內(nèi),及時調(diào)整保溫及養(yǎng)護舉措,使混凝土地溫度梯度和濕度不至過大,以有效限制有害裂縫的出現(xiàn).2.2.42.2.4 自生變形混凝土在沒有溫度變化,沒有和外界發(fā)生水分交換,也不受力的條件下發(fā)生的表觀體積變形稱自生變形,自生變形時體積減小稱自生收縮.混凝土發(fā)生自生變形的原因,是由于化學減-水泥及摻合料和水發(fā)生水化反響絕對體積減小的現(xiàn)象.自生體積變形以限制水泥和骨料中有害物質(zhì)成分含量為主：水泥自身的安定性必須合格外,嚴格限制含泥量或石粉含量,限制混凝土的最大水灰比和水泥膠凝材料最大用量.止匕外,預(yù)防堿-碳酸鹽反、應(yīng)堿-硅

10、反響發(fā)生,以免混凝土體積膨脹而開裂.根據(jù)?水工混凝土試驗規(guī)程?的有關(guān)規(guī)定,分別采用“巖石柱法和“砂漿長度法、“壓蒸快速法等方法來進行檢驗進行檢驗2.32.3混凝土的延伸性收縮應(yīng)變大小只是導(dǎo)致混凝土開裂的一方面原因,另一方面還有混凝土的延伸性：彈性模量和徐變.彈性模量越小,產(chǎn)生一定量收縮引起的彈性拉應(yīng)力越小；徐變越大,應(yīng)力松弛越顯著,剩余拉應(yīng)力就越小.同時,徐變通常與強度相反一一強度越高,徐變就越小.水泥漿體強度越低,徐變能力越大.抗拉強度越高,拉應(yīng)力使材料開裂的危險越小.預(yù)防與限制舉措：采取長時間的養(yǎng)護,規(guī)定合理的拆模時間,延緩降溫時間和速度,發(fā)揮凝凝土的“應(yīng)力松弛效應(yīng).在混凝土澆筑之后,做好

11、混凝土地保溫保濕養(yǎng)護,緩緩降溫,充分發(fā)揮徐變特性,減低溫度應(yīng)力,夏季應(yīng)注意預(yù)防暴曬,注意保濕,冬季應(yīng)采取舉措保溫覆蓋,以免發(fā)生急劇的溫度梯度發(fā)生.2.42.4約束一種混凝土在實驗室里成型的試件很密實、強度高,可是用它澆注的鋼筋混凝土構(gòu)件開裂嚴重外觀和強度都受到影響；另一混凝土成型的試件開裂了,可是用它澆注的鋼筋混凝土建筑物底板卻完好不裂.預(yù)防與限制舉措：混凝土約束裂縫的產(chǎn)生是混凝土內(nèi)外溫差過大或收縮引起的約束應(yīng)力超過了混凝土的抗拉強度.閘墩下部與底板同時澆筑或盡量縮短閘墩與閘底板之間澆筑的時間間隔,可有效限制閘墩裂縫發(fā)生.在大體積混凝土根底內(nèi)設(shè)置必要的溫度配筋,在截面突變和轉(zhuǎn)折處,增加斜向構(gòu)造

12、配筋,以改善應(yīng)力集中,預(yù)防裂縫出現(xiàn).采取分層或分塊澆筑大體積混凝土,合理設(shè)置水平或垂直施工縫,或在適當?shù)奈恢迷O(shè)置后澆帶,以放松約束程度,在根底與巖石地基,或根底與厚大的混凝土墊層之間設(shè)置滑動層.3結(jié)束語綜上所述,結(jié)構(gòu)混凝土出現(xiàn)開裂現(xiàn)象,是多方面且相互存在顯著交叉作用的原因所引起.外而,混凝土開裂是內(nèi)應(yīng)力不斷地累積超過了混凝土抗拉強度更確切地,是斷裂能的結(jié)果.在積累澆筑水工大壩這類大體積結(jié)構(gòu)混凝土經(jīng)驗的根底上,建立的預(yù)防混凝土早期產(chǎn)生開裂的檢測與評價方法,是通過測定水泥水化熱、混凝土絕熱溫升等參數(shù)以選擇原材料、確定配合比,并采取預(yù)冷拌合物和埋設(shè)冷卻水管等舉措來限制內(nèi)外允許溫差,總之是局限于盡量降低最大溫開的方法預(yù)防開裂.實際上并不是溫