淺談建筑施工中混凝土開裂原因及防治措施

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 1 、混凝土裂縫類型

  混凝土裂縫分宏觀裂縫和微觀裂縫。微觀裂縫也稱可控裂縫，微觀裂縫有三種，一是骨料與水泥石粘和面上的裂縫，二是水泥石自身的裂縫，三是骨料自身的裂縫，微觀裂縫在混凝土結構中分布是不規(guī)則、不貫通，是肉眼看不見的，是本身物理力學性質(zhì)決定的，其有害程度是可控制的。宏觀裂縫是肉眼看得見的裂縫，一般不小于0.05mm，是微觀裂縫擴展而來的，其有害程度的標準是根據(jù)使用條件決定的，如從結構耐久性要求、承載力要求及正常使用要求，最嚴格的允許裂縫寬度為0．1mm。如果結構所處的環(huán)境正常，保護層厚度滿足設計要求，沒侵蝕介質(zhì)，那么混凝土裂縫寬度可允許在0．4mm以內(nèi)；經(jīng)常處在水下土壤覆蓋無侵蝕介質(zhì)，混凝土裂縫寬度允許在0．3mm以內(nèi)；在海水及干濕交替環(huán)境，混凝土裂縫寬度允許在0．15mm以內(nèi)。當沿裂縫有侵蝕介質(zhì)時，有害程度高，就必須進行混凝土裂縫控制。
　　2、混凝土產(chǎn)生裂縫的原因

混凝土中產(chǎn)生裂縫有多種原因，（1）結構不合理，一是由外部荷載引起的裂縫，按常規(guī)計算的各種荷載主要應力引起的；二是由于結構的實際工作狀態(tài)與設計模型的不同而產(chǎn)生的結構次應力引起的裂縫；（2）由溫度、收縮、膨脹、模板變形、不均勻沉降等因素產(chǎn)生的變形應力引起的裂縫，施工中可采取措施避免。（3）大體積混凝土結構中，由于結構截面大，水泥用量多，水泥水化釋放的水化熱能產(chǎn)生很大的溫度變化和收縮作用，是導致大體積混凝土溫度裂縫的主要原因。

2．1結構方面，混凝土是一種非均質(zhì)的復雜多相混相材料，在其微觀結構相組成之間主要的結合力是范德華力。因此其抗拉強度遠低于抗壓強度。當混凝土內(nèi)部產(chǎn)生拉應力超過其抗拉強度時，就會產(chǎn)生裂縫。結構設計不合理會加劇混凝土裂縫發(fā)展。

2．2大體積混凝土水化熱產(chǎn)生裂縫的機理，大體積混凝土結構的截面尺寸較大，在施工過程中，由水泥水化過程中釋放出大量水化熱，由于體積大，熱量不易散發(fā)，造成較大溫升，從而導致體積增大。當這種變形不受約束時，混凝土結構內(nèi)部不會產(chǎn)生應力。但實際上這種變形肯定會受到約束，約束有兩種。一是混凝土與外部環(huán)境溫度差異引起的約束；另一種是由于內(nèi)部的條件不同產(chǎn)生的約束，以上兩種約束產(chǎn)生的應力為溫度應力。其次，濕度變化引起的混凝土內(nèi)部各單元體之間相互約束，產(chǎn)生的應力為干縮應力。因為濕度傳導率遠小于熱度傳導率（約為1/1600），所以，它主要在混凝土表面附近：另外，混凝土自身體積變形不能自由伸縮所產(chǎn)生的應力，稱為自身體積變形應力；還有地基非均勻沉降、模板走樣也會產(chǎn)生變形應力。在以上非結構荷載作用下所產(chǎn)生的應力中，主要是溫度應力和變形應力。對于大體積混凝土結構施工，當混凝土澆筑體邊界無約束時（如底、頂板頂面），在早期水化熱溫度迅速升高階段，由于混凝土內(nèi)、外散熱條件不同，形成溫度梯度，表面受拉，內(nèi)部受壓。當拉應力超過混凝土抗拉強度時，混凝土表面就產(chǎn)生裂縫。在混凝土的降溫階段，混凝土的溫差引起的變形加上混凝土的體積收縮變形，受到地基和結構邊界條件的約束時，在澆筑體中央斷面產(chǎn)生內(nèi)部拉應力，當該拉應力超過混凝土抗拉強度時，混凝土整個截面就產(chǎn)生貫穿裂縫。

2．3溫度應力的分析，根據(jù)溫度應力的形成過程可分為以下三個階段：

（1）初期：自澆筑混凝土開始至水泥放熱基本結束，一般約30天。這個階段的兩個特征，一是水泥放出大量的水化熱，二是混凝土彈性模量的急劇變化。由于彈性模量的變化，這一時期在混凝土內(nèi)形成殘余應力。

（2）中期：自水泥放熱作用基本結束時起至混凝土冷卻到穩(wěn)定溫度時止，這個時期中，溫度應力主要是由于混凝土的冷卻及外界氣溫變化所引起，這些應力與早期形成的殘余應力相疊加，在此期間混凝土的彈性模量變化不大。

（3）后期：混凝土完全冷卻以后的運轉(zhuǎn)時期。溫度應力主要是外界氣溫變化所引起，這些應力與前兩種的殘余應力相疊加。根據(jù)溫度應力引起的原因可分為兩類：一是自生應力：邊界上沒有任何約束或完全靜止的結構，如果內(nèi)部溫度是非性分布的，由于結構本身互相約束而出現(xiàn)的溫度應力。例如，橋梁墩身、結構尺寸相對較大，混凝土冷卻時表面溫度低，內(nèi)部溫度高，在表面出現(xiàn)拉應力，在中間出現(xiàn)壓應力。二是約束應力：結構的全部或部分邊界受到外界的約束，不能自由變形而引起的應力。如箱梁頂板混凝土和護欄混凝土。這兩種溫度應力往往和混凝土的干縮所引起的應力共同作用。要想根據(jù)已知的溫度準確分析出溫度應力的分布、大小是一項比較復雜的工作。在大多數(shù)情況下，需要依靠模型試驗或數(shù)值計算?；炷恋男熳兪箿囟葢τ邢喈敶蟮乃沙?，計算溫度應力時，必須考慮徐變的影響。

3、 混凝土裂縫預防措施

混凝土的裂縫控制是指杜絕有害裂縫，同時減少或避免不影響使用的混凝土表面裂縫。降低混凝土外約束與非線性降溫和收縮所產(chǎn)生的拉應力，提高混凝土相應齡期的抗拉強度和極限拉伸，以確?？沽寻踩纫蟆Ａ芽p控制方法采取溫差與溫度應力雙控制方法，避免構件出現(xiàn)溫度裂縫，同時調(diào)整混凝土表面濕度以防止表面干縮裂縫。結構裂縫產(chǎn)生的主要原因是降溫和收縮。任一降溫差包含水化熱引起的溫差和收縮當量溫差，又都可以分解為均勻降溫差和非均勻降溫差兩類。前者產(chǎn)生外約束力，它成為貫穿性裂縫的主要原因；后者引起自約束力，形成表面裂縫；只有同時控制好這兩類降溫差，才能減小和避免裂縫的產(chǎn)生。

3.1結構設計方面

合理的結構設計能有效控制主、次應力引起的混凝土開裂?；炷涟l(fā)生開裂的條件就是：在約束下變形產(chǎn)生的拉應力超過實時的抗拉強度，也就是說必須同時考慮三個條件：變形的大小、約束的程度、實時抗拉強度?？估瓘姸茸阋缘挚顾a(chǎn)生的拉應力時則不會開裂。也就是說不能籠統(tǒng)地認為收縮必然開裂。所產(chǎn)生的應力大小和實時的彈性模量有關，和能夠松弛應力的徐變有關；是否引起開裂還和混凝土的抗拉強度有關。充分分析建筑物的結構形式，對混凝土強度等級、鋼筋的品種、規(guī)格、建筑物的結構等統(tǒng)籌設計，有效進行裂縫控制。

3．2施工方面

施工階段采取加入外加劑改善混凝土性能、降低水泥水化熱、降低混凝土內(nèi)外溫差、設置施工縫或變形縫、加強混凝土中的配筋率等措施來減少混凝土的收縮，防止混凝土產(chǎn)生有害裂縫。

3.2.1．合理設計施工配合比

由于大體積混凝土各項指標要求較高，并普遍采用泵送混凝土，因此合理設計配合比是有效控制和預防混凝土裂縫發(fā)生的基礎。應根據(jù)工程所處條件，對砂率、水灰比、水泥用量及摻合料用量等進行優(yōu)化設計，選擇最優(yōu)方案。

（1）砂率的選擇。適當砂率的選擇對控制混凝土的裂縫有積極作用，混凝土的干燥收縮隨砂率的增大而增大。由于砂率減小使粗骨料含量增大，在相同條件下混凝土的彈性模量較高，收縮量較小，而且由于粗骨料對收縮的約束作用，可減少開裂的可能。使用粗骨料，盡量選用粒徑較大，級配良好的粗骨料，在厚大無筋或少筋的大體積混凝土中，摻總量不超過20%的大石塊，減少混凝土的用量，以達到節(jié)省水泥和降低水化熱的目的。

（2）選用中低水化熱水泥，可使水泥在拌和過程中水化熱釋放較小，顯著減少混凝土升溫，如選用礦渣硅酸鹽水泥，火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥、普硅非早強型水泥。充分利用混凝土后期強度，減少每立方米混凝土中水泥用量。

（3）采用混凝土雙摻技術，即在混凝土中加入優(yōu)質(zhì)粉煤灰，摻入量一般為水泥用量的20%左右，摻入緩凝型減水劑，用量為水泥用量的 1.0%左右。通過采用雙摻技術，減少水泥用量，降低水化熱并使混凝土在常溫下延長初凝時間。

（4）加入UEA或AEA膨脹劑，用量為水泥用量的14%左右，使混凝土在凝固過程中不產(chǎn)生收縮，還可以提高混凝土自防水能力。

3.2.2混凝土結構原料的控制

（1）材料的選擇，應優(yōu)先采用水化熱低的水泥配制大體積混凝土，如礦渣硅酸鹽水泥。在施工中避免使用含泥量高的集料，因使用含泥量高的集料會導致集料表面與水泥石的機械粘結力降低，而且會增加混凝土拌合物的用水量，不僅增加了混凝土的收縮，同時降低了混凝土的抗拉強度，導致收縮裂縫發(fā)生。

（2）采用降低水泥用量的方法來降低混凝土的絕對溫升值，可以使混凝土澆筑后的內(nèi)外差和降溫速度控制的難度降低。

（3）摻合料和外加劑的控制。摻合料的質(zhì)量對混凝土裂縫有顯著的影響， 當前用的摻合料主要是粉煤灰或礦粉，它們可以提高混凝土的和易性大大改善混凝土工作性能和可靠性，粉煤灰對混凝土的早期干縮影響很大，使用細度較粗或含碳量高的粉煤灰會大幅度增加混凝土的需水量，從而加大混凝土的收縮導致開裂。外加劑主要指減水劑、緩凝劑和膨脹劑?；炷林袚饺霚p水劑，不僅使混凝土工作性能有了明顯的改善，同時又減少拌和用水，節(jié)約水泥，從而降低了水化熱。若是泵送混凝土，同時在炎熱的夏天，為了延緩凝結時間，要加緩凝劑，反之凝結時間過早，將影響混凝土的輸送和澆筑面的粘結，易出現(xiàn)層間縫隙，使混凝土防水、抗裂和整體強度下降。為了防止混凝土的初始裂縫，可摻加膨脹劑，如UEA膨脹劑等。

3.2.3澆筑時的控制措施

（1）控制澆筑溫度：夏季澆筑混凝土應降低溫度，至少應比當天最高溫度氣溫低10℃（如：混凝土攪拌時可加低溫水等），但混凝土澆筑溫度太低，環(huán)境溫度較高混凝土表面硬化較快，內(nèi)部溫度升高時產(chǎn)生膨脹，會使先硬化的表面受拉而開裂。因此在夏季澆筑混凝土應降低入模溫度（例如避免上午澆筑，冷卻模板，避免陽光直射于混凝土表面等)，避免混凝土表面受氣溫影響而先于內(nèi)部硬化。冬季要提高混凝土澆筑溫度，則混凝土內(nèi)部溫度高于氣溫，內(nèi)部成熟快，產(chǎn)生膨脹時，表面仍有一定塑性，可變形而不裂，而當混凝土降溫時，在表面產(chǎn)生壓應力，而有利于抗裂。冬季澆筑溫度應不低于10℃。
（2）加強混凝土的澆灌振搗，提高密實度。

（3）采用兩次振搗技術，改善混凝土強度，提高抗裂性。

（4）混凝土盡可能晚拆模，或采用帶模養(yǎng)護，拆模后混凝土表面溫度不應下降15℃以上。

（5）加強混凝土的養(yǎng)護及測溫工作?；炷翝仓戤吅?，應及時按溫控技術措施的要求進行保溫養(yǎng)護，保溫養(yǎng)護是大體積混凝土施工的關鍵環(huán)節(jié)，其目的主要是降低大體積混凝土澆筑塊體的內(nèi)外溫差值以降低混凝土塊體的自約束應力；其次是降低大體積混凝土澆筑塊體的降溫速度，充分利用混凝土的抗拉強度，以提高混凝土塊體的抗裂能力，同時，在養(yǎng)護過程中保持良好的濕度和抗風條件，使混凝土在良好的環(huán)境下養(yǎng)護。具體應使混凝土澆筑塊體的里外溫差及降溫速度滿足溫控指標的要求，保溫養(yǎng)護的持續(xù)時間應根據(jù)溫度應力加以控制、確定，保溫覆蓋層的拆除應分層逐步進行；在保溫養(yǎng)護過程中，應保持混凝土表面的濕潤。施工人員需根據(jù)事先確定的溫控指標的要求，來確定大體積混凝土澆筑后的養(yǎng)護措施，如采用蓄水法保溫養(yǎng)護等。保溫養(yǎng)護條件受限制時，采用預埋導管注入循環(huán)水，循環(huán)水降低大體積混凝土塊內(nèi)溫度，縮小內(nèi)外溫差，減小內(nèi)部膨脹產(chǎn)生壓力。

4、結論

混凝土結構裂縫的發(fā)生的原因很復雜也是不可避免的，混凝土裂縫的防治重點在于“防”，而不在于“治”在采取了上述綜合性控制措施后，由于各種原因仍可能有少量的混凝土裂縫發(fā)生。當這些裂縫發(fā)生后，必須分析、總結，查明裂縫產(chǎn)生的原因，判明裂縫的類型，選擇正確的處理方法，同時要通過合理設計混凝土配合比、正確選用原材料、合理設計建筑結構、采取有效的技術措施、加強施工監(jiān)控、嚴格遵守施工技術規(guī)程、提高施工技術水平，最大程度減少混凝土裂縫的產(chǎn)生，把裂縫寬度控制在設計范圍內(nèi)，減少裂縫造成的危害。