簡述混凝土的早期裂縫原因及防治
炎熱夏天來臨,為了提醒用戶在施工中應(yīng)注意的事項(xiàng),避免施工時發(fā)生混凝土(砼)早期裂縫現(xiàn)象,根據(jù)混凝土早期裂縫的潛在成因及外部條件的影響,結(jié)合已掌握的文獻(xiàn)資料,將混凝土早期裂縫歸納為六種:沉降裂縫、干縮裂縫、溫度裂縫、施工材料質(zhì)量引起的裂縫、施工質(zhì)量引起的裂縫、微裂縫。文未同時說明,加強(qiáng)對混凝土的合理養(yǎng)護(hù),也是避免施工時發(fā)生混凝土早期裂縫現(xiàn)象的一項(xiàng)不可輕視的關(guān)鍵因素?,F(xiàn)將混凝土(砼)早期裂縫現(xiàn)象的產(chǎn)生原因和防治辦法簡要分述于下,和集團(tuán)各級管理人員及各地用戶一起,加深對混凝土早期裂縫的感性認(rèn)識。
(一)沉降裂縫
1.混凝土基礎(chǔ)沉降裂縫:由于基礎(chǔ)豎向不均勻沉降或水平方向位移,使結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生附加應(yīng)力,超出混凝土結(jié)構(gòu)的抗拉能力,導(dǎo)致結(jié)構(gòu)開裂。
對地質(zhì)情況掌握不夠、設(shè)計不合理和施工時破壞了原有地質(zhì)條件是產(chǎn)生混凝土基礎(chǔ)沉降裂縫的主要原因。
2.混凝土澆筑沉降裂縫:混凝土(砼)澆筑后,水泥和骨料自然下沉,同時引起泌水,在沉降過程中發(fā)生的裂縫。產(chǎn)生沉降裂縫主要原因,是砼澆筑后,水泥和骨料在下沉階段,如受到鋼筋和其它埋件的局部阻礙、模板移動、基礎(chǔ)沉降,使該處砼產(chǎn)生拉應(yīng)力和剪應(yīng)力時,該處就會產(chǎn)生沉降裂縫。裂縫一般均在澆筑后1~3小時產(chǎn)生,屬硬化前裂縫。發(fā)現(xiàn)后迅速進(jìn)行處理,可重新加壓抹平,使裂縫閉合,能達(dá)到較好效果。
沉降是砼特性之一,完全避免是不可能的。但沉降有一定限度,隨著各粒子間的相互接觸,水泥漿的逐步凝結(jié),將導(dǎo)致沉降停止。沉降量與單位用水量成正比:單位用水量愈大,泌水率愈大,沉降量也愈大。為防止和減少沉降裂縫,一般從以下方面考慮:(1)在保證砼和易性的條件下,降低砼的單位用水量,使用干硬性砼。(2)選擇在沉降結(jié)束以前快速硬化,而又不失去粘結(jié)力的水泥和外加劑。(3)施工時震搗密實(shí),消除因泌水產(chǎn)生的水膜而減少砼沉降。
?。ǘ└煽s裂縫
水泥砼(混凝土)澆筑后,在硬化的過程中,由于水泥水化生成物的體積比原來物質(zhì)的體積小,加上游離水在空氣中蒸發(fā)及凝膠體失水而緊縮,隨著砼體積收縮產(chǎn)生拉應(yīng)力,當(dāng)拉應(yīng)力大于當(dāng)時砼的抗拉強(qiáng)度,而產(chǎn)生干縮裂縫。干縮裂縫是砼路面早期裂縫中最常見危害之一。
因內(nèi)外研究資料表明,砼的干燥收縮也是砼特性之一,正是因?yàn)檫@一特征,能使砼密實(shí),提高砼與鋼筋之間的粘結(jié)力。但是干縮量超過一定程度就會產(chǎn)生裂縫。
干縮裂縫的產(chǎn)生與使用材料、配合比、板塊尺寸、養(yǎng)護(hù)條件、外加劑等有密切關(guān)系,根據(jù)對干縮裂縫的認(rèn)識,對其成因分述如下:
?。?)在冬季或夏季施工,往往由于養(yǎng)護(hù)不及時,讓砼風(fēng)吹日曬,造成砼表面水分蒸發(fā)速度過快,超過了泌水速度,因而產(chǎn)生干縮裂縫。
?。?)對于塑性砼來說,從凝結(jié)到硬化結(jié)束,就是早期收縮期間,也是砼快速失去塑性的過程。此時,如果砂率過大,石料含泥量過多,或是采用干縮量較大的水泥,都會造成砼過量收縮而產(chǎn)生裂縫。
實(shí)踐證明:水泥標(biāo)號越高,收縮越大;級配骨料粒徑越小,收縮愈大;產(chǎn)生干縮裂縫危害的機(jī)會就越大。為防止干縮裂縫產(chǎn)生,首要任務(wù)是消除一切可能誘導(dǎo)的因素。如:
?。?)根據(jù)不同氣候條件,選用合理級配。正確選用水泥、石料、砂率、用水量、外摻劑等,從減少干縮率,來防止干縮裂縫。
?。?)嚴(yán)格施工管理,防止水分過量蒸發(fā),搗筑后,及時采用涼棚或其它遮蓋物,將砼覆蓋起來,避免風(fēng)吹干燥,日光直接照射,進(jìn)入養(yǎng)護(hù)期后,注意養(yǎng)生。
?。?)不同外加劑及劑量,對砼干縮率有一定影響。因此,摻配外加劑前應(yīng)對干縮率作試驗(yàn)后,再確定是否摻配和摻配量。
(三)溫度裂縫
水泥砼(混凝土)具有熱脹冷縮的性質(zhì)。由于水泥水化作用,是伴隨發(fā)熱的化學(xué)反應(yīng),所以,在硬化的過程中釋放大量熱能(水化熱),使溫度上升。在通常溫度范圍內(nèi),砼溫度上升1℃,每米膨脹0.01毫米。這種溫度變形,對大面積砼板塊,極為不利。砼路面板的內(nèi)部溫度增高有時可達(dá)到40~60℃,使內(nèi)部砼產(chǎn)生顯著的體積膨脹,而板面砼隨著晚上氣溫降低,濕水養(yǎng)護(hù)而冷卻收縮。內(nèi)部膨脹與外部收縮,互相制約,產(chǎn)生很大拉應(yīng)力,而外部砼所受拉應(yīng)力一旦超過砼當(dāng)時的極限抗拉強(qiáng)度時,板塊就會產(chǎn)生裂縫。
現(xiàn)場觀察溫度裂縫的一般現(xiàn)象是:橫向裂縫多于縱向裂縫,板中裂縫多于板邊裂縫,縫寬大小不一,受溫度影響大。另外,在某些路段,因踞縫不及時,而在靠近設(shè)計伸縮縫處,發(fā)生了走向較規(guī)則的溫度裂縫,這種情況應(yīng)引起重視。
對于溫度裂縫,應(yīng)該樹立以防為主的思想。為了防止裂縫,減輕溫度應(yīng)力可以從控制溫度、改善約束條件等方面考慮。
1.控制溫度的措施如下:
(1)采用改善骨料級配,用干硬性混凝土,摻混合料,加引氣劑或塑化劑等措施以減少混凝土中的水泥用量;
?。?)拌合混凝土?xí)r加水或用水將碎石冷卻以降低混凝土的澆筑溫度;
(3)熱天澆筑混凝土?xí)r減少澆筑厚度,利用澆筑層面散熱;同時盡可能在旁晚或晚上施工。
?。?)在混凝土中埋設(shè)水管,通入冷水降溫;
(5)規(guī)定合理的拆模時間,氣溫驟降時進(jìn)行表面保溫,以免混凝土表面發(fā)生急劇的溫度梯度;
?。?)施工中長期暴露的混凝土澆筑塊表面或薄壁結(jié)構(gòu),在寒冷季節(jié)采取保溫措施;
2.改善約束條件的措施是:
(1)合理地分縫分塊;
?。?)避免基礎(chǔ)過大起伏;
?。?)合理的安排施工工序,避免過大的高差和側(cè)面長期暴露;
此外,改善混凝土的性能,提高抗裂能力,加強(qiáng)養(yǎng)護(hù),防止表面干縮,特別是保證混凝土的質(zhì)量對防止裂縫是十分重要,應(yīng)特別注意避免產(chǎn)生貫穿裂縫,出現(xiàn)后要恢復(fù)其結(jié)構(gòu)的整體性是十分困難的,因此施工中應(yīng)以預(yù)防貫穿性裂縫的發(fā)生為主。
?。ㄋ模?、施工材料質(zhì)量引起的裂縫
混凝土(砼)主要由水泥、砂、骨料、拌和水及外加劑組成。配置混凝土所采用材料質(zhì)量不合格,可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫。
1、水泥
?。?)、水泥出廠時強(qiáng)度不足,水泥受潮或過期,可能使混凝土強(qiáng)度不足,從而導(dǎo)致混凝土開裂。
?。?)、水泥安定性不合格,水泥中游離的氧化鈣含量超標(biāo)。氧化鈣在凝結(jié)過程中水化很慢,在水泥混凝土凝結(jié)后仍然繼續(xù)起水化作用,可破壞已硬化的水泥石,使混凝土抗拉強(qiáng)度下降。
?。?)、當(dāng)水泥含堿量較高(例如超過0.6%),工地在施工時又使用含有堿活性的骨料,可能導(dǎo)致堿骨料反應(yīng)。
2、砂、石骨料
砂石的粒徑、級配、雜質(zhì)含量。砂石中有機(jī)質(zhì)和輕物質(zhì)過多,將延緩水泥的硬化過程,降低混凝土強(qiáng)度,特別是早期強(qiáng)度。砂石中硫化物可與水泥中的鋁酸三鈣發(fā)生化學(xué)反應(yīng),體積膨脹2.5倍。砂石中云母的含量較高,將削弱水泥與骨料的粘結(jié)力,降低混凝土強(qiáng)度。砂石中含泥量高,不僅將造成水泥和拌和水用量加大,而且還降低混凝土強(qiáng)度和抗凍性、抗?jié)B性。砂石粒徑太小、級配不良、空隙率大,將導(dǎo)致水泥和拌和水用量加大,影響混凝土的強(qiáng)度,使混凝土收縮加大,如果使用超出規(guī)定的特細(xì)砂,后果更嚴(yán)重。
3、拌和水及外加劑
拌和水或外加劑中氯化物等雜質(zhì)含量較高時對鋼筋銹蝕有較大影響。采用海水或含堿泉水拌制混凝土,或采用含堿的外加劑,可能對堿骨料反應(yīng)有影響。
?。ㄎ澹?、施工引起的裂縫
施工裂縫主要是指由施工因素產(chǎn)生的裂縫。施工質(zhì)量控制差,任意套用混凝土配合比,水、砂石、水泥材料配比計量不準(zhǔn),易造成混凝土強(qiáng)度不足和其他性能(和易性、密實(shí)度)下降,導(dǎo)致結(jié)構(gòu)開裂。在砼(混凝土)早期裂縫中,可以說沒一種裂縫不與施工因素有關(guān)。
對防止施工裂縫的產(chǎn)生,并非一個純技術(shù)問題,在很大程度上是施工管理問題。只要嚴(yán)格加強(qiáng)施工質(zhì)量,正確執(zhí)行施工技術(shù)操作規(guī)程,因施工因素產(chǎn)生的裂縫是可以防止和避免的。
1、混凝土澆筑過快,混凝土流動性較低,在硬化前因混凝土沉實(shí)不足,硬化后沉實(shí)過大,容易在澆筑數(shù)小時后發(fā)生裂縫,既塑性收縮裂縫。
2、混凝土攪拌、運(yùn)輸時間過長,使水分蒸發(fā)過多,引起混凝土塌落度過低,使得在混凝土體積上出現(xiàn)不規(guī)則的收縮裂縫。
3、混凝土初期養(yǎng)護(hù)時急劇干燥,使得混凝土與大氣接觸的表面上出現(xiàn)不規(guī)則的收縮裂縫。
4、用泵送混凝土施工時,為保證混凝土的流動性,增加水和水泥用量,或因其它原因加大了水灰比,導(dǎo)致混凝土凝結(jié)硬化時收縮量增加,使得混凝土體積上出現(xiàn)不規(guī)則裂縫。
5、混凝土分層或分段澆筑時,接頭部位處理不好,易在新舊混凝土和施工縫之間出現(xiàn)裂縫。如混凝土分層澆筑時,后澆混凝土因停電、下雨等原因未能在前澆混凝土初凝前澆筑,引起層面之間的水平裂縫;采用分段現(xiàn)澆時,先澆混凝土接觸面鑿毛、清洗不好,新舊混凝土之間粘結(jié)力小,或后澆混凝土養(yǎng)護(hù)不到位,導(dǎo)致混凝土收縮而引起裂縫。
6、混凝土保護(hù)層過厚,或亂踩已綁扎的上層鋼筋,使承受負(fù)彎矩的受力筋保護(hù)層加厚,導(dǎo)致構(gòu)件的有效高度減小,形成與受力鋼筋垂直方向的裂縫。
7、混凝土振搗不密實(shí)、不均勻,出現(xiàn)蜂窩、麻面、空洞,導(dǎo)致鋼筋銹蝕或其它荷載裂縫的起源點(diǎn)。
8、混凝土早期受凍,使構(gòu)件表面出現(xiàn)裂紋,或局部剝落,或脫模后出現(xiàn)空鼓現(xiàn)象。
9、施工時模板剛度不足,在澆筑混凝土?xí)r,由于側(cè)向壓力的作用使得模板變形,產(chǎn)生與模板變形一致的裂縫。
10、施工時拆模過早,混凝土強(qiáng)度不足,使得構(gòu)件在自重或施工荷載作用下產(chǎn)生裂縫。
11、施工前對支架壓實(shí)不足或支架剛度不足,澆筑混凝土后支架不均勻下沉,導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)裂縫。
12、裝配式結(jié)構(gòu),在構(gòu)件運(yùn)輸、堆放時,支承墊木不在一條垂直線上,或懸臂過長,或運(yùn)輸過程中劇烈顛撞;吊裝時吊點(diǎn)位置不當(dāng),T梁等側(cè)向剛度較小的構(gòu)件,側(cè)向無可靠的加固措施等,均可能產(chǎn)生裂縫。
13、安裝順序不正確,對產(chǎn)生的后果認(rèn)識不足,導(dǎo)致產(chǎn)生裂縫。如鋼筋混凝土連續(xù)梁滿堂支架現(xiàn)澆施工時,鋼筋混凝土墻式護(hù)欄若與主梁同時澆筑,拆架后墻式護(hù)欄往往產(chǎn)生裂縫;拆架后再澆筑護(hù)欄,則裂縫不易出現(xiàn)。
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所謂微裂縫,是每一種肉眼無法看到,只有用顯微鏡或超聲波探測器才能發(fā)現(xiàn)的裂縫。這種由于沉陷、水化、干燥、碳化等因素產(chǎn)生的微裂縫,在未受外力作用之前,就存在于砼(混凝土)內(nèi)部。
對于微裂縫,就其存在來說,它是誘發(fā)早期裂縫的潛在因素。就其發(fā)展來看,它是混凝土受力后(或路面通車后),大開裂或變形破壞的禍根之一。所以我們應(yīng)該首先認(rèn)識和掌握微裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展基因,才能從根本上防止和消除微裂縫。隨著對微裂縫研究的發(fā)展,目前已觀測到對水泥砼力學(xué)性質(zhì)具有很大影響的微裂縫主要有三種:
?。?)界面裂縫
界面裂縫存在于砂漿和粗骨料粘結(jié)面上。由于砼硬化過程中,砂漿的水化作用和收縮引起砂漿體積變化而產(chǎn)生的應(yīng)力,破壞了砂漿和粗骨料界面間的粘結(jié)力,而形成雜亂無章分布的微細(xì)裂縫。
另一原因,是砼成型后的泌水作用,某些上升的水分為骨料所阻,因而聚集于粗骨料的下緣,妨礙粘結(jié)而成為界面裂縫,這種裂縫對砼的變形性質(zhì)起著重要的作用。
(2)砂漿裂縫
砂漿本身產(chǎn)生的裂縫。主要由水泥含堿量和溫度變化引起砂漿膨脹而生產(chǎn)。這種裂縫在受力或其它因素的作用下,將會連接鄰近的界面裂縫而形成連續(xù)裂縫,此時砼將會遭到嚴(yán)重破壞。
?。?)骨料裂縫
骨料粒子內(nèi)部產(chǎn)生裂縫。這種裂縫在骨料(石料)中因石質(zhì)和成巖紋理的原因,使其在開采和扎碎過程中形成微裂縫。
以上三種裂縫常常形成兩條粘結(jié)裂縫,并且以砂漿裂縫為聯(lián)結(jié)而形成連續(xù)裂縫。微裂縫在外力和溫度、干濕變化、化學(xué)作用等因素的影響下,常常引起早期和后期的砼破壞。
微裂縫對路面砼有著極大地破壞作用,甚至比已發(fā)現(xiàn)的早期裂縫還具有破壞性。因?yàn)樗锹癫氐牡叵抡◤?。所以我們?yīng)該盡量消除和防止微裂縫的產(chǎn)生,要注意砼施工操作方法,減少從攪拌到成型之間的時間和運(yùn)輸路程,避免砼過早凝聚及泌水現(xiàn)象而致微裂。必須堅持做到砼攪拌均勻,震搗密實(shí)。使砼相互粘結(jié)密實(shí)穩(wěn)定,有效消除界面裂縫和砂漿裂縫。
?。ㄆ撸?混凝土的早期養(yǎng)護(hù)
實(shí)踐證明,混凝土常見的裂縫,大多數(shù)是不同深度的表面裂縫,其主要原因是溫度梯度造成溫度驟增,也容易形成裂縫。因此說混凝土的保溫對防止表面早期裂縫尤其重要。
從溫度應(yīng)力觀點(diǎn)出發(fā),保溫應(yīng)達(dá)到下述要求:
?。?)防止混凝土內(nèi)外溫度差及混凝土表面溫度梯度,防止表面裂縫。
?。?)防止混凝土超冷,應(yīng)該盡量設(shè)法使混凝土的施工期最低溫度不低于混凝土使用期的穩(wěn)定溫度。
?。?)防止老混凝土過冷,以減少新老混凝土間的約束。
?。?)當(dāng)然砼沉縮裂縫在大體積砼(特別是泵送大流態(tài)砼)施工中也是非常多的。主要原因是振搗不密實(shí),沉實(shí)不足,或者骨料下沉,表層浮漿過多,砼澆筑后,沒有及時抹壓實(shí)(特別是初凝前的二次拌壓),且表面覆蓋不及時,受風(fēng)吹日曬,表面水份散失快,產(chǎn)生干縮,砼早期強(qiáng)度又低,不能抵抗這種變形而導(dǎo)致開裂。在施工中采用緩凝型泵送劑,延緩砼的凝結(jié)硬化速度,充分利用外加劑(特別是緩凝劑)的特性,適時增加抹加次數(shù),消除表面裂縫(特別是沉縮裂縫和初期溫度裂縫),特別是初凝前的抹壓,這對消除表面裂縫是非常有效的。
混凝土的早期養(yǎng)護(hù),主要目的在于保持適宜的溫濕條件,以達(dá)到兩個方面的效果,一方面使混凝土免受不利溫、濕度變形的侵襲,防止有害的冷縮和干縮。一方面使水泥水化作用順利進(jìn)行,以期達(dá)到設(shè)計的強(qiáng)度和抗裂能力。適宜的溫濕度條件是相互關(guān)聯(lián)的?;炷系谋卮胧┏3R灿斜竦男Ч?。從理論上分析,新澆混凝土中所含水分完全可以滿足水泥水化的要求而有余。但由于蒸發(fā)等原因常引起水分損失,從而推遲或防礙水泥的水化,表面混凝土最容易而且直接受到這種不利影響。因此混凝土澆筑后的最初幾天是養(yǎng)護(hù)的關(guān)鍵時期,在施工中應(yīng)切實(shí)重視起來。
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