混凝土的質(zhì)量“裂縫形成原因分析與控制”

劉銘鈺 劉衛(wèi)恒

摘 要：混凝土的質(zhì)量是當(dāng)今工程領(lǐng)域一個(gè)多元化的問(wèn)題，但最常見(jiàn)的質(zhì)量問(wèn)題是混凝土裂縫的出現(xiàn)，如果施工中混凝土常常出現(xiàn)裂縫就會(huì)影響到結(jié)構(gòu)的整體性和耐久性。結(jié)合實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，從荷載和收縮兩大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(shù)，對(duì)在施工期如何進(jìn)行混凝土裂縫控制有一定的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：荷載裂縫；收縮裂縫；裂縫控制；防治措施

中圖分類號(hào)：TV331 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2016）30-0164-03

1 認(rèn)識(shí)混凝土

1.1 混凝土的發(fā)展史

考古人員發(fā)現(xiàn)早在5000年前的凌家灘人不是只會(huì)簡(jiǎn)單的搭建屋舍，他們要用經(jīng)過(guò)火燒過(guò)土作為房基槽與墻體的填充材料，在基槽內(nèi)用木棍作為墻體的支撐柱，然后填埋紅燒的土塊，并在墻體兩側(cè)表面敷上較厚的粘泥，甚至一部分還可能用蘆葦桿加固，這和現(xiàn)在的鋼筋商品混凝土非常相似。1879年，法國(guó)工程師艾納比克開(kāi)始制造鋼筋商品混凝土樓板，以后發(fā)展為整套建筑使用由鋼筋箍和縱向桿加固的商品混凝土結(jié)構(gòu)梁?；炷翉?900年，萬(wàn)國(guó)博覽會(huì)上展示了鋼筋混凝土在很多方面的使用，在建材領(lǐng)域引起了一場(chǎng)革命。1918年艾布拉姆發(fā)表了著名的計(jì)算商品混凝土強(qiáng)度的水灰比理論。鋼筋商品混凝土開(kāi)始成為改變這個(gè)世界景觀的重要材料。

1.2 混凝土的組成

混凝土，簡(jiǎn)稱“砼”。是指由膠凝材料將集料膠結(jié)成整體的工程復(fù)合材料的統(tǒng)稱。通常講的混凝土一詞是指用水泥作膠凝材料，砂、石作集料；與水（加或不加外加劑和摻合料）按一定比例配合，經(jīng)攪拌、成型、養(yǎng)護(hù)而得的水泥混凝土，也稱普通混凝土?；炷烈部梢钥闯梢环N人工石材，由于其原料豐富，造價(jià)低廉，工藝簡(jiǎn)單的特性使它在工程中有廣泛的應(yīng)用。

2 混凝土裂縫的原因分析

混凝土以固液氣三相并存、各向異性的多孔非均質(zhì)材料，內(nèi)部存在大量微細(xì)裂隙和宏、微觀缺陷，因此，混凝土這種材料有裂縫是絕對(duì)的，無(wú)裂縫是相對(duì)的。

混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫的主要原因是荷載和收縮裂縫。荷載裂縫占有的比例比較低，它主要是由于結(jié)構(gòu)不均勻和氣候溫差引起的，可由結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師來(lái)解決。而收縮裂縫是由材料和施工技術(shù)人員來(lái)解決。

混凝土在承受荷載之前就已經(jīng)存在微觀裂縫，受力使微裂縫連通成宏觀裂縫，對(duì)混凝土的收縮裂縫而言，是由于在混凝土的凝固硬化過(guò)程中產(chǎn)生收縮變形，而收縮變形差過(guò)大時(shí)產(chǎn)生了收縮裂縫?；炷恋捏w積收縮最主要和最常見(jiàn)的是干縮和冷縮。前者是由于混凝土中水分的散失或溫度下降引起的，后者是由于混凝土中熱量的散失或者溫度下降引起的。

混凝土的體積收縮最主要最常見(jiàn)的是干縮和冷縮。前者是由于混凝土中水分的散失和溫度的下降引起的，后者是由于混凝土中熱量的散失和溫度的下降引起的。干縮和冷縮裂縫，如圖1所示。

混凝土的其它體積收縮還有：①水泥水化熱產(chǎn)生的體積收縮叫做減縮；②顆粒沉降產(chǎn)生的體積收縮叫做沉縮；③當(dāng)混凝土尚處于塑性狀態(tài)，由于水分蒸發(fā)過(guò)快，泌水率小于表面蒸發(fā)率，就會(huì)引起表面失水過(guò)多多面開(kāi)裂，裂縫隨時(shí)間向混凝土內(nèi)部發(fā)展，形成塑性收縮，通過(guò)采用早期保濕養(yǎng)護(hù)來(lái)避免發(fā)生。④空氣中的二氧化碳在有水分存在時(shí)對(duì)水泥水化產(chǎn)物作用的結(jié)果，這些結(jié)果的綜合引起體積收縮稱之為碳化收縮，這類收縮僅限于表層，只會(huì)產(chǎn)生混凝土的表面裂縫。

2.1 干縮裂縫

長(zhǎng)期以來(lái)，世界各國(guó)的科學(xué)家工作者對(duì)混凝土的干縮機(jī)理進(jìn)行了大量的分析及研究，但至今還沒(méi)有人能夠作出完全令人滿意的解釋，雖然對(duì)干縫機(jī)理的細(xì)節(jié)說(shuō)法不一，但在影響硬化后的水泥石的體積失水干燥的主要原因是毛細(xì)孔及鉸孔水的蒸發(fā)散失這一點(diǎn)上的看法是一致的。所以，混凝土的干縮主要是由于水泥事的干縮引起的。

混凝土中的孔大致可分為膠孔、毛細(xì)孔和氣孔三種。氣孔最大，直徑一般在1～0.01 mm之間。毛細(xì)孔的尺寸約為氣孔的1/1000，即約為10～40 A，約為水分子直徑的5倍。一般膠體顆粒的直徑約為水分子直徑的100倍，倘若膠體中水分完全被蒸發(fā)，那么水泥的收縮率按長(zhǎng)度計(jì)算，應(yīng)為1%。但是由于環(huán)境的濕度總大于零，這種完全蒸發(fā)的情況是不存在的，實(shí)際上觀察到的水泥石最大干縮率為0.4%。

2.2 影響混凝土干縮的主要因素

①集料：首先是數(shù)量，單方混凝土中的集料用量越多，相對(duì)所用到的膠凝材料也就越少，混凝土的干縮就小。其次是彈性模量，用彈性模量較低的輕骨料配制混凝土，其干縮率較大。另外，集料自身的干縮率亦對(duì)混凝土干縮有一定的影響。

②環(huán)境條件：環(huán)境濕度大，混凝土干縮小，延長(zhǎng)濕養(yǎng)護(hù)的時(shí)間可以推遲干縮的發(fā)生與發(fā)展，但對(duì)于干縮率并無(wú)顯著影響。干燥的速度也不能影響最終干縮率。

③水膠比與加水量：水膠比大則干縮率也大，加水量也亦然。

④水泥與外加劑：硅酸鹽水泥性能的差異一般對(duì)混凝土干縮率影響不大。不同外加劑有不同的影響。

⑤配筋：當(dāng)配筋率不大時(shí)，干縮率減少不顯著，有時(shí)約減少10%左右。配筋率較大時(shí)，對(duì)于干縮變形造成較大限制，但也容易因此發(fā)生干縮裂縫。

⑥雜質(zhì)：混雜在集料中的粘土或包敷在集料的粘土?xí)垢煽s增加。國(guó)外的試驗(yàn)結(jié)果是，由于集料被粘土包敷而是干縮增加70%。

⑦混凝土尺寸形狀：用體積與表面積的比值來(lái)表示試件的形狀特征時(shí)，壁紙小則干縮大。

2.3 冷 縮

顧名思義就是混凝土因熱量散失或溫度降低產(chǎn)生的體積收縮。和一般材料一樣，混凝土的熱脹冷縮都是在相鄰部分混整體性的限制條件下發(fā)生的，故熱漲屬于相向變形，而冷縮則屬于背向變形，很容易引起開(kāi)裂。因此，在混凝土或鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，特別是大體積、基礎(chǔ)、地面或者地下的大型建筑物、橋梁、道路、機(jī)場(chǎng)跑道等結(jié)構(gòu)物中，如何防止冷縫開(kāi)裂是一個(gè)很棘手的問(wèn)題。

2.4 影響混凝土冷縮率的因素

①混凝土的初始溫度，混凝土的初始溫度越高，冷縮率越大；氣溫升高或陽(yáng)光直接照射導(dǎo)致原材料的溫度升高，水泥水化時(shí)放出的熱量都可使混凝土初始溫度升高，特別需要指出的是，混凝土水化熱與水泥用量、水泥的品種、礦物組成、細(xì)度等密切相關(guān)。

②周?chē)h(huán)境的變化，溫差越大，冷縮率越大，要避免或減輕冷縮裂縫，從材料角度看，理論上講有三條途徑：一是降低混凝土初始溫度從而降低溫度以后的降溫幅度，二是選擇膨脹系數(shù)小、受拉徐變大、拉伸極限應(yīng)變高的混凝土，三是采用補(bǔ)償收縮混凝土。

3 控制措施

在鋼筋混凝土中，常常根據(jù)是否引起鋼筋銹蝕來(lái)區(qū)分有害裂縫和無(wú)害裂縫。見(jiàn)表1。

如何更好的去控制混凝土裂縫的形成，我們要抓住混凝土的產(chǎn)生規(guī)律和它的特征，從根源處控制與減少裂縫的形成。見(jiàn)表2。

3.1 設(shè)計(jì)方面

①在建筑設(shè)計(jì)中應(yīng)處理好構(gòu)件中“抗”與“放”的關(guān)系。所謂‘抗就是處于約束狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)，沒(méi)有足夠的變形余地時(shí)，為防止裂縫所采取的有力措施；而所謂‘放就是結(jié)構(gòu)完全處于自由變形無(wú)約束狀態(tài)下，有足夠變形余地時(shí)所采取的措施。

②設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量避免結(jié)構(gòu)斷面突變帶來(lái)的應(yīng)力集中。

③積極采用補(bǔ)償收縮混凝土技術(shù)。常見(jiàn)混凝土裂縫中，相當(dāng)部分是由于混凝土收縮而造成的。要解決此問(wèn)題，可在混凝土中摻用膨脹劑來(lái)補(bǔ)償混凝土的收縮。實(shí)踐證明，效果很好。

3.2 選材和配合比設(shè)計(jì)方面

①根據(jù)結(jié)構(gòu)要求選擇合適的混凝土強(qiáng)度等級(jí)及水泥品種、等級(jí)，盡量避免采用早強(qiáng)高的水泥。

②選用級(jí)配優(yōu)良的砂、石原材料，含泥量應(yīng)符合規(guī)范要求。

③積極采用摻合料和混凝土外加劑。

3.3 施工操作方面

①澆搗時(shí)，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(shí)間，避免過(guò)振或漏振，應(yīng)提倡采用二次振搗、二次抹面技術(shù)，以排除泌水、混凝土內(nèi)部的水分和氣泡。

②混凝土裂縫防治工作中，新澆混凝土早期養(yǎng)護(hù)尤為重要，可保證混凝土在早期盡可能少產(chǎn)生收縮。

③夏季應(yīng)注意混凝土的澆搗溫度，采用低溫入模、低溫養(yǎng)護(hù)，必要時(shí)經(jīng)試驗(yàn)可采用冰塊，以降低混凝土原材料的溫度。

3.4 體積收縮引起的裂縫防治

①適當(dāng)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(qiáng)度以降低水泥用量和溫升，嚴(yán)格控制砂、石的含泥量，避免使用粉砂，以提高混凝土抗拉強(qiáng)度。

②加強(qiáng)混凝土的早期養(yǎng)護(hù)，混凝土澆筑之后，采用塑料薄膜和草袋覆蓋以確?；炷羶?nèi)外溫差小于25℃，并灑水濕潤(rùn)養(yǎng)護(hù)。在氣溫高、濕度低、風(fēng)速大的天氣及早覆蓋、噴水霧養(yǎng)護(hù)，并適當(dāng)延長(zhǎng)養(yǎng)護(hù)時(shí)間。

③加強(qiáng)混凝土表面的抹壓、但應(yīng)注意避免過(guò)分抹壓。

④采用密封保水法，如在混凝土表面噴水養(yǎng)護(hù)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(dòng)。延緩表面水分蒸發(fā)的辦法。

⑤構(gòu)件長(zhǎng)期露天堆放時(shí)，應(yīng)繼續(xù)適當(dāng)灑水或覆蓋養(yǎng)護(hù)以便有較長(zhǎng)的保溫養(yǎng)護(hù)時(shí)間，特別是薄壁構(gòu)件，應(yīng)置于陰涼地方覆蓋堆放。

4 結(jié) 語(yǔ)

裂縫是混凝土結(jié)構(gòu)中普遍存在的一種現(xiàn)象。深刻的了解混凝土裂縫的形成與影響因素是非常重要的進(jìn)行認(rèn)真研究、區(qū)別對(duì)待，因此我們要采用合理的方法進(jìn)行處理，并在施工中采取各種有效的預(yù)防措施來(lái)預(yù)防裂縫的出現(xiàn)和發(fā)展，保證混凝土類的建筑物和構(gòu)件安全、穩(wěn)定地工作。

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