混凝土裂縫成因分析及控制方法

混凝土裂縫成因分析及控制方法

摘要：混凝土結構裂縫是當今工程領域非常難以解決的一個問題，如果施工中混凝土常常出現(xiàn)裂縫就會影響到結構的整體性和耐久性。結合實際經(jīng)驗，從建筑構件、溫度變化、體積收縮和施工操作等方面分析了施工期混凝土裂縫產(chǎn)生原因和影響因素，提出了施工期混凝土裂縫的控制技術，對在施工期如何進行混凝土裂縫控制的研究和實踐有一定的指導意義。

關鍵詞：混凝土施工；溫度裂縫；裂縫控制；防治措施

1混凝土施工中常見裂縫

1．1干縮裂縫

干縮裂縫多出現(xiàn)在混凝土養(yǎng)護結束后的一段時間或是混凝土澆筑完畢后的一周左右。水泥漿中水分的蒸發(fā)產(chǎn)生干縮，且這種收縮是不可逆的。干縮裂縫的產(chǎn)生主要是由于混凝土內外水分蒸發(fā)程度不同而導致變形不同的結果：混凝土受外部條件的影響，表面水分損失過快，變形較大，內部濕度變化較小變形較小，較大的表面干縮變形受到混凝土內部約束，產(chǎn)生較大拉應力而產(chǎn)生裂縫。相對濕度越低，水泥漿體干縮越大，干縮裂縫越易產(chǎn)生。干縮裂縫多為表面性的平行線狀或網(wǎng)狀淺細裂縫，寬度多在0．05～0．2mm之問，大體積混凝土中平面部位多見，較薄的梁板中多沿其短向分布。干縮裂縫通常會影響混凝土的抗?jié)B性，引起鋼筋的銹蝕影響混凝土的耐久性，在水壓力的作用下會產(chǎn)生水力劈裂影響混凝土的承載力等等?；炷粮煽s主要和混凝土的水灰比、水泥的成分、水泥的用量、集料的性質和用量、外加劑的用量等有關。

塑性收縮裂縫

塑性收縮是指混凝土在凝結之前，表面因失水較快而產(chǎn)生的收縮。塑性收縮裂縫一般在干熱或大風天氣出現(xiàn)，裂縫多呈中間寬、兩端細且長短不一，互不連貫狀態(tài)。較短的裂縫一般長20~30cm，較長的裂縫可達2～3IT1，寬l～5mm。其產(chǎn)生的主要原因為：混凝土在終凝前幾乎沒有強度或強度很小，或者混凝土剛剛終凝而強度很小時，受高溫或較大風力的影響，混凝土表面失水過快，造成毛細管中產(chǎn)生較大的負壓而使混凝土體積急劇收縮，而此時混凝土的強度又無法抵抗其本身收縮，因此產(chǎn)生龜裂。影響混凝土塑性收縮開裂的主要因素有水灰比、混凝土的凝結時間、環(huán)境溫度、風速、相對濕度等等。

沉陷裂縫

沉陷裂縫的產(chǎn)生是由于結構地基土質不勻、松軟，或回填土不實或浸水而造成不均勻沉降所致；或者因為模板剛度不足，模板支撐問距過大或支撐底部松動等導致，特別是在冬季，模板支撐在凍土上，凍土化凍后產(chǎn)生不均勻沉降，致使混凝土結構產(chǎn)生裂縫。此類裂縫多為深進或貫穿性裂縫，其走向與沉陷情況有關，一般沿與地面垂直或呈30~45°角方向發(fā)展，較大的沉陷裂縫，往往有一定的錯位，裂縫寬度往往與沉降量成正比關系。裂縫寬度受溫度變化的影響較小。地基變形穩(wěn)定之后，沉陷裂縫也基本趨于穩(wěn)定。

溫度裂縫

在大體積混凝土結構中，溫度應力變化及溫度控制具有重要意義。這主要是由于兩方面的原因：首先，在施工中混凝土常常出現(xiàn)溫度裂縫，影響到結構的整體強度和耐久性；其次，在使用過程中，溫度變化對結構的應力狀態(tài)具有顯著的不容忽視的影響?；炷潦┕ぶ挟a(chǎn)生裂縫有多種原因，主要是溫度和濕度的變化、混凝土的脆性和不均勻性，以及結構不合理、原材料不合格、模板變形、基礎不均勻沉降等?；炷劣不陂g水泥放出大量水化熱，內部溫度不斷上升，在后期降溫過程中，由于表面溫度散失較快，受到內部混凝土或基礎的約束，使混凝土表面產(chǎn)生拉應力。當拉應力超過混凝土的抗拉強度時，即會出現(xiàn)溫縮開裂。即使混凝土的內部濕度變化很小或變化較慢，但表面濕度變化較大或發(fā)生劇烈變化。如養(yǎng)護不周、時干時濕，表面干縮形變受到內部混凝土的約束，也往往會導致干縮裂縫。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(wěn)定，及運輸和澆注過程中的離析現(xiàn)象，在同一塊混凝土中其抗拉強度又是不均勻的，存在著許多抗拉強度很低、易于出現(xiàn)裂縫的薄弱部位。在鋼筋混凝土中，拉應力主要是由鋼筋承擔，混凝土只是承受壓應力。在素混凝土內或鋼筋混凝土的邊緣部位如果結構內出現(xiàn)了拉應力，則須依靠混凝土自身承擔。一般設計中均要求不出現(xiàn)拉應力或者只出現(xiàn)很小的拉應力。但是在施工中混凝土由最高溫度冷卻到運轉時期的穩(wěn)定溫度，往往在混凝土內部引起相當大的拉應力。有時溫度應力可超過其它外荷載所引起的應力，因此掌握溫度應力的變化規(guī)律對于進行合理的結構設計和施工極為重要。

溫度裂縫多發(fā)生在大體積混凝土表面或溫差變化較大地區(qū)的混凝土結構中?；炷翝仓?，在硬化過程中，水泥水化產(chǎn)生大量的水化熱，。由于混凝土的體積較大，大量的水化熱聚積在混凝土內部而不易散發(fā)，導致內部溫度急劇上升，而混凝土表面散熱較快，這樣就形成內外的較大溫差，較大的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(chǎn)生一定的拉應力。當拉應力超過混凝土的抗拉強度極限時，混凝土表面就會產(chǎn)生裂縫，這種裂縫多發(fā)生在混凝土施工中后期。在混凝土的施工中當溫差變化較大，或者是混凝土受到寒潮的襲擊等，會導致混凝土表面溫度急劇下降，而產(chǎn)生收縮，表面收縮的混凝土受內部混凝土的約束，將產(chǎn)生很大的拉應力而產(chǎn)生裂縫，這種裂縫通常只在混凝土表面較淺的范圍內產(chǎn)生。

施工操作不當引起的裂縫

具體來說，較為普遍存在的因素包括：現(xiàn)場澆搗混凝土時，振搗或插入不當，漏振、過振或振搗棒抽撤過快，均會導致裂縫的產(chǎn)生；高空澆注混凝土，風速過大、烈日暴曬，混凝土收縮值大；現(xiàn)場養(yǎng)護措施不到位，混凝土早期脫水，引起收縮裂縫；拆模過早或現(xiàn)場模板拆除不當引起拆模裂縫。

2裂縫的控制措施

設計方面

在建筑設計中應處理好構件中“抗”與“放”的關系。

所謂‘抗’就是處于約束狀態(tài)下的結構，沒有足夠的變形余地時，為防止裂縫所采取的有力措施；而所謂‘放’就是結構完全處于自由變形無約束狀態(tài)下，有足夠變形余地時所采取的措施。

設計中應盡量避免結構斷面突變帶來的應力集中。

積極采用補償收縮混凝土技術。

常見混凝土裂縫中，相當部分是由于混凝土收縮而造成的。要解決此問題，可在混凝土中摻用膨脹劑來補償混凝土的收縮。實踐證明，效果很好。

選材和配合比設計方面

根據(jù)結構要求選擇合適的混凝土強度等級及水泥品種、等級，盡量避免采用早強高的水泥。

選用級配優(yōu)良的砂、石原材料，含泥量應符合規(guī)范要求。

積極采用摻合料和混凝土外加劑。

施工操作方面

澆搗工作

澆搗時，振搗捧要快插慢拔，根據(jù)不同的混凝土坍落度正確掌握振搗時間，避免過振或漏振，應提倡采用二次振搗、二次抹面技術，以排除泌水、混凝土內部的水分和氣泡。

混凝土養(yǎng)護

混凝土裂縫防治工作中，新澆混凝土早期養(yǎng)護尤為重要，可保證混凝土在早期盡可能少產(chǎn)生收縮。

夏季應注意混凝土的澆搗溫度，采用低溫入模、低溫養(yǎng)護，必要時經(jīng)試驗可采用冰塊，以降低混凝土原材料的溫度。

體積收縮引起的裂縫防治

收縮裂縫分為干縮裂縫和塑性收縮裂縫。干縮裂縫多發(fā)生于混凝土終凝前后，產(chǎn)生這種裂縫的原因主要是混凝土在硬化過程中，由于環(huán)境氣候條件的影響，混凝土表面的水分蒸發(fā)，水泥石中的凝膠體逐漸干縮引起的體積變形受到約束時產(chǎn)生的裂縫，這種裂縫的寬度有時會很大，甚至會貫穿整個構件。塑性收縮裂縫多發(fā)生于新澆混凝土的板面、地面或具有較大面積的構件表面。裂縫的形狀不規(guī)則、長短不一、互不連貫。產(chǎn)生這類裂縫的原因主要是混凝土多為室外露天澆筑。

收縮裂縫的控制主要在于控制濕度的變化，使結構、構件具有相對穩(wěn)定的濕度。具體措施有：

適當選擇配合比，摻外加劑控制水灰比、在混凝土中攙加粉煤灰，利用后期強度以降低水泥用量和溫升，嚴格控制砂、石的含泥量，避免使用粉砂，以提高混凝土抗拉強度。

加強混凝土的早期養(yǎng)護，混凝土澆筑之后，采用塑料薄膜和草袋覆蓋以確保混凝土內外溫差小于25℃，并灑水濕潤養(yǎng)護。在氣溫高、濕度低、風速大的天氣及早覆蓋、噴水霧養(yǎng)護，并適當延長養(yǎng)護時間。

加強混凝土表面的抹壓、但應注意避免過分抹壓。

采用密封保水法，如在混凝土表面噴水養(yǎng)護或覆蓋塑料薄膜，使水分不易蒸發(fā)或采用其他方法減少空氣流動。延緩表面水分蒸發(fā)的辦法。

構件長期露天堆放時，應繼續(xù)適當灑水或覆蓋養(yǎng)護以便有較長的保溫養(yǎng)護時間，特別是薄壁構件，應置于陰涼地方覆蓋堆放。

3混凝土裂縫常見補救措施

隨著施工經(jīng)驗的發(fā)展，現(xiàn)在混凝土裂縫修補的方法有很多如：表面處理法、灌漿嵌縫封堵法、結構加固法、混凝土置換法、電化學防護法、仿生自愈合法等。其中灌漿嵌縫封堵法又可分為壓力注漿法、開槽填補法和涂膜封閉法三種。

表面處理法

包括表面涂抹和表面補貼法。表面涂抹適用范圍是槳材難以灌人的細而淺的裂縫，深度未達到鋼筋表面的發(fā)絲裂縫，不漏水的縫，不伸縮的裂縫以及不再活動的裂縫。表面貼補法適用于大面積漏水的防滲堵漏。

灌漿嵌縫封堵法

此法應用范圍廣，從細微裂縫到大裂縫均可適用，處理效果好。它的三種方法可以單獨使用，也可以同時使用。例如橋梁裂的修補可先注漿，在涂膜封閉；而對于路面、墩臺的粗大裂縫則采用開槽填補發(fā)為宜；為了防止鋼筋銹蝕，混凝土受到有害離子的腐蝕，則可以采用涂膜防水處理。

結構加固法

因超荷載產(chǎn)生的裂縫、裂縫長時間不處理導致的混凝土耐久性降低、火災造成的裂縫等影響結構強度可采取結構補強法。包括斷面補強法、錨固補強法、預應力法等混凝土裂縫處理效果的檢查包括修補材料試驗；鉆心取樣試驗；壓水試驗；壓氣試驗等。

4建筑構件裂縫的控制

梁的裂縫控制

梁易產(chǎn)生裂縫的部位有：梁受拉區(qū)裂縫，梁在支座附近的斜裂縫，梁受壓區(qū)裂縫。在確認裂縫在不降低承載力的情況下采取表面處理法、灌漿嵌縫封堵法等簡易的處理方法。如果梁的裂縫情況影響了梁的承載能力，就應更慎重研討，分析比較，采用經(jīng)濟高效的方法，達到加固的目的，可采用的方法有：鋼箍加固法：粘貼加固法；梁的三面或四面加做圍套法；梁的單面加大截面法。

現(xiàn)澆混凝土板的裂縫控制

現(xiàn)澆混凝土板裂縫主要表現(xiàn)為龜裂，縱向、橫向裂縫以及斜向裂縫等問題，其中有設計、原材料的原因，也有施工方面的原因。裂縫控制措施有：提高原材料的質量。嚴格控制混凝土拌制。提高混凝土運輸、澆筑要求。加強混凝土施工的過程控制。加強對混凝土的養(yǎng)護及成品保護?；炷亮芽p的原因是多方面的也是極為復雜的，應從材料選擇、施工工藝、結構設計等多方面采取措施予以防范，一旦出現(xiàn)裂縫，要正確對待。結合實際情況采取合適的解決辦法及時進行修補，不要讓其繼續(xù)發(fā)展。

5結論

裂縫是混凝土結構中普遍存在的一種現(xiàn)象?；炷亮芽p進行認真研究、區(qū)別對待，采用合理的方法進行處理，并在施工中采取各種有效的預防措施來預防裂縫的出現(xiàn)和發(fā)展，保證建筑物和構件安全、穩(wěn)定地工作。

參考文獻

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張振宇.三維廣義有限元法及其在混凝土結構開裂分析中的應用