簡述混凝土的早期裂縫及防治
炎熱夏天來臨,為了提醒用戶在施工中應注意的事項,避免施工時發(fā)生混凝土(砼)早期裂縫現(xiàn)象,根據混凝土早期裂縫的潛在成因及外部條件的影響,結合已掌握的文獻資料,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、施工材料質量引起的裂縫、施工質量引起的裂縫、微裂縫。文未同時說明,加強對混凝土的合理養(yǎng)護,也是避免施工時發(fā)生混凝土早期裂縫現(xiàn)象的一項不可輕視的關鍵因素?,F(xiàn)將混凝土(砼)早期裂縫現(xiàn)象的產生原因和防治辦法簡要分述于下,和集團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識。
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1.混凝土基礎沉降裂縫:由于基礎豎向不均勻沉降或水平方向位移,使結構中產生附加應力,超出混凝土結構的抗拉能力,導致結構開裂。
對地質情況掌握不夠、設計不合理和施工時破壞了原有地質條件是產生混凝土基礎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、基礎沉降,使該處砼產生拉應力和剪應力時,該處就會產生沉降裂縫。裂縫一般均在澆筑后1~3小時產生,屬硬化前裂縫。發(fā)現(xiàn)后迅速進行處理,可重新加壓抹平,使裂縫閉合,能達到較好效果。
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,將導致沉降停止。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)選擇在沉降結束以前快速硬化,而又不失去粘結力的水泥和外加劑。(3)施工時震搗密實,消除因泌水產生的水膜而減少砼沉降。
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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,隨著砼體積收縮產生拉應力,當拉應力大于當時砼的抗拉強度,而產生干縮裂縫。干縮裂縫是砼路面早期裂縫中最常見危害之一。
因內外研究資料表明,砼的干燥收縮也是砼特性之一,正是因為這一特征,能使砼密實,提高砼與鋼筋之間的粘結力。但是干縮量超過一定程度就會產生裂縫。
干縮裂縫的產生與使用材料、配合比、板塊尺寸、養(yǎng)護條件、外加劑等有密切關系,根據對干縮裂縫的認識,對其成因分述如下:
?。?)在冬季或夏季施工,往往由于養(yǎng)護不及時,讓砼風吹日曬,造成砼表面水分蒸發(fā)速度過快,超過了泌水速度,因而產生干縮裂縫。
(2)對于塑性砼來說,從凝結到硬化結束,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生裂縫。
實踐證明:水泥標號越高,收縮越大;級配骨料粒徑越小,收縮愈大;產生干縮裂縫危害的機會就越大。為防止干縮裂縫產生,首要任務是消除一切可能誘導的因素。如:
?。?)根據不同氣候條件,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,避免風吹干燥,日光直接照射,進入養(yǎng)護期后,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,摻配外加劑前應對干縮率作試驗后,再確定是否摻配和摻配量。
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水泥砼(混凝土)具有熱脹冷縮的性質。由于水泥水化作用,是伴隨發(fā)熱的化學反應,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,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。砼路面板的內部溫度增高有時可達到40~60℃,使內部砼產生顯著的體積膨脹,而板面砼隨著晚上氣溫降低,濕水養(yǎng)護而冷卻收縮。內部膨脹與外部收縮,互相制約,產生很大拉應力,而外部砼所受拉應力一旦超過砼當時的極限抗拉強度時,板塊就會產生裂縫。
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,這種情況應引起重視。
對于溫度裂縫,應該樹立以防為主的思想。為了防止裂縫,減輕溫度應力可以從控制溫度、改善約束條件等方面考慮。
1.控制溫度的措施如下:
?。?)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;
?。?)拌合混凝土時加水或用水將碎石冷卻以降低混凝土的澆筑溫度;
?。?)熱天澆筑混凝土時減少澆筑厚度,利用澆筑層面散熱;同時盡可能在旁晚或晚上施工。
?。?)在混凝土中埋設水管,通入冷水降溫;
?。?)規(guī)定合理的拆模時間,氣溫驟降時進行表面保溫,以免混凝土表面發(fā)生急劇的溫度梯度;
(6)施工中長期暴露的混凝土澆筑塊表面或薄壁結構,在寒冷季節(jié)采取保溫措施;
2.改善約束條件的措施是:
?。?)合理地分縫分塊;
(2)避免基礎過大起伏;
?。?)合理的安排施工工序,避免過大的高差和側面長期暴露;
此外,改善混凝土的性能,提高抗裂能力,加強養(yǎng)護,防止表面干縮,特別是保證混凝土的質量對防止裂縫是十分重要,應特別注意避免產生貫穿裂縫,出現(xiàn)后要恢復其結構的整體性是十分困難的,因此施工中應以預防貫穿性裂縫的發(fā)生為主。
(四)、施工材料質量引起的裂縫
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量不合格,可能導致結構出現(xiàn)裂縫。
1、水泥
?。?)、水泥出廠時強度不足,水泥受潮或過期,可能使混凝土強度不足,從而導致混凝土開裂。
(2)、水泥安定性不合格,水泥中游離的氧化鈣含量超標。氧化鈣在凝結過程中水化很慢,在水泥混凝土凝結后仍然繼續(xù)起水化作用,可破壞已硬化的水泥石,使混凝土抗拉強度下降。
?。?)、當水泥含堿量較高(例如超過0.6%),工地在施工時又使用含有堿活性的骨料,可能導致堿骨料反應。
2、砂、石骨料
砂石的粒徑、級配、雜質含量。砂石中有機質和輕物質過多,將延緩水泥的硬化過程,降低混凝土強度,特別是早期強度。砂石中硫化物可與水泥中的鋁酸三鈣發(fā)生化學反應,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力,降低混凝土強度。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,將導致水泥和拌和水用量加大,影響混凝土的強度,使混凝土收縮加大,如果使用超出規(guī)定的特細砂,后果更嚴重。
3、拌和水及外加劑
拌和水或外加劑中氯化物等雜質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生的裂縫。施工質量控制差,任意套用混凝土配合比,水、砂石、水泥材料配比計量不準,易造成混凝土強度不足和其他性能(和易性、密實度)下降,導致結構開裂。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。
對防止施工裂縫的產生,并非一個純技術問題,在很大程度上是施工管理問題。只要嚴格加強施工質量,正確執(zhí)行施工技術操作規(guī)程,因施工因素產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不足,硬化后沉實過大,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,導致混凝土凝結硬化時收縮量增加,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力小,或后澆混凝土養(yǎng)護不到位,導致混凝土收縮而引起裂縫。
6、混凝土保護層過厚,或亂踩已綁扎的上層鋼筋,使承受負彎矩的受力筋保護層加厚,導致構件的有效高度減小,形成與受力鋼筋垂直方向的裂縫。
7、混凝土振搗不密實、不均勻,出現(xiàn)蜂窩、麻面、空洞,導致鋼筋銹蝕或其它荷載裂縫的起源點。
8、混凝土早期受凍,使構件表面出現(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,在澆筑混凝土時,由于側向壓力的作用使得模板變形,產生與模板變形一致的裂縫。
10、施工時拆模過早,混凝土強度不足,使得構件在自重或施工荷載作用下產生裂縫。
11、施工前對支架壓實不足或支架剛度不足,澆筑混凝土后支架不均勻下沉,導致混凝土出現(xiàn)裂縫。
12、裝配式結構,在構件運輸、堆放時,支承墊木不在一條垂直線上,或懸臂過長,或運輸過程中劇烈顛撞;吊裝時吊點位置不當,T梁等側向剛度較小的構件,側向無可靠的加固措施等,均可能產生裂縫。
13、安裝順序不正確,對產生的后果認識不足,導致產生裂縫。如鋼筋混凝土連續(xù)梁滿堂支架現(xiàn)澆施工時,鋼筋混凝土墻式護欄若與主梁同時澆筑,拆架后墻式護欄往往產生裂縫;拆架后再澆筑護欄,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、碳化等因素產生的微裂縫,在未受外力作用之前,就存在于砼(混凝土)內部。
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。所以我們應該首先認識和掌握微裂縫的產生和發(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性質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生的應力,破壞了砂漿和粗骨料界面間的粘結力,而形成雜亂無章分布的微細裂縫。
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,妨礙粘結而成為界面裂縫,這種裂縫對砼的變形性質起著重要的作用。
?。?)砂漿裂縫
砂漿本身產生的裂縫。主要由水泥含堿量和溫度變化引起砂漿膨脹而生產。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,此時砼將會遭到嚴重破壞。
?。?)骨料裂縫
骨料粒子內部產生裂縫。這種裂縫在骨料(石料)中因石質和成巖紋理的原因,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裂縫,并且以砂漿裂縫為聯(lián)結而形成連續(xù)裂縫。微裂縫在外力和溫度、干濕變化、化學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。因為它是埋藏的地下炸彈。所以我們應該盡量消除和防止微裂縫的產生,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。使砼相互粘結密實穩(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
實踐證明,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。
從溫度應力觀點出發(fā),保溫應達到下述要求:
(1)防止混凝土內外溫度差及混凝土表面溫度梯度,防止表面裂縫。
(2)防止混凝土超冷,應該盡量設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。
(3)防止老混凝土過冷,以減少新老混凝土間的約束。
?。?)當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,沉實不足,或者骨料下沉,表層浮漿過多,砼澆筑后,沒有及時抹壓實(特別是初凝前的二次拌壓),且表面覆蓋不及時,受風吹日曬,表面水份散失快,產生干縮,砼早期強度又低,不能抵抗這種變形而導致開裂。在施工中采用緩凝型泵送劑,延緩砼的凝結硬化速度,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,主要目的在于保持適宜的溫濕條件,以達到兩個方面的效果,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行,以期達到設計的強度和抗裂能力。適宜的溫濕度條件是相互關聯(lián)的。混凝上的保溫措施常常也有保濕的效果。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)護的關鍵時期,在施工中應切實重視起來。
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