混凝土結(jié)構(gòu)裂縫原因及預(yù)防措施分析

(1.廣州大學(xué)土木工程學(xué)院 廣東 廣州 510000；2.廣州番禺橋興建設(shè)安裝工程有限公司 廣東 廣州 511400)

一、前言

隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，人們對生活的水平也越來越高，為了滿足生產(chǎn)生活的需要，各類大型建筑物隨之出現(xiàn)，混凝土結(jié)構(gòu)裂縫控制的好壞直接影響建筑物的安全性以及使用壽命，則混凝土結(jié)構(gòu)裂縫研究分析就顯得尤為重要，將會對混凝土結(jié)構(gòu)施工起到至關(guān)重要的作用。目前，無論是在橋梁工程還是在碼頭工程施工中，由于混凝土材料性質(zhì)以及目前施工現(xiàn)場混凝土施工技術(shù)不完善，往往會產(chǎn)生大面積的裂縫，備受建筑行業(yè)的關(guān)注。在現(xiàn)場施工中，混凝土體積大，由于混凝土材料中水泥組分遇水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部積聚大量的水化熱，混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度急劇升高，混凝土發(fā)生膨脹變形，由于混凝土是一種多相組分的材料，內(nèi)部散熱不均勻，膨脹變形將會受到約束，就產(chǎn)生了裂縫，對建筑物的使用造成重大的質(zhì)量安全隱患。因此，必須要有效的控制混凝土裂縫的產(chǎn)生，才能保證混凝土結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。

二、混凝土建筑結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生的原因

通過目前對混凝土裂縫方面已有的研究來看，混凝土產(chǎn)生裂縫的原因有很多。主要可分為兩類：內(nèi)部因素、外部因素。

(一)內(nèi)部因素的影響

(1)內(nèi)部溫度變化，混凝土在施工過程中，往往會由于水泥水化產(chǎn)生水化熱導(dǎo)致混凝土內(nèi)部產(chǎn)生大量熱量，并且大體積混凝土整體結(jié)構(gòu)尺寸較大，在短時間內(nèi)熱量難以散發(fā)出去，使混凝土內(nèi)部溫度升高，而混凝土表面與外界接觸，這樣會造成內(nèi)部與表面溫差過大，當(dāng)由于溫差過大產(chǎn)生溫度應(yīng)力越大，最終溫度應(yīng)力超過混凝土內(nèi)外約束力時就會產(chǎn)生裂縫。

(2)水分流失，混凝土中水分流失會造成混凝土收縮，混凝土中80%的水分會逐步散失，其硬化只需20%，隨著時間逐步流失的過程中，大體積混凝土內(nèi)部水分流失慢，表層水分流失快，因而就會造成表面收縮大、內(nèi)部收縮小不均勻收縮，表面收縮變形受到內(nèi)部混凝土的約束，致使表面混凝土承受拉應(yīng)力，當(dāng)表面混凝土承受拉力超過其抗拉強(qiáng)度時，便產(chǎn)生收縮裂縫。

(二)外部因素的影響

(1)混凝土材料的組分種類多，主要包括粗骨料、細(xì)骨料以及摻合料，由此可知混凝土是一種多相非均勻脆性材料。試驗表明，由于外界環(huán)境的溫度濕度變化導(dǎo)致混凝土中各組分在一定程度上受到影響，混凝土將極易發(fā)生變形，進(jìn)一步的說是由于混凝土內(nèi)部各組分的變形影響，最終導(dǎo)致混凝土的變形并且由于各組分變形的不相協(xié)調(diào)，各組分的變形受到相互約束影響，當(dāng)約束產(chǎn)生的約束應(yīng)力超過混凝土的抗拉強(qiáng)度，最終導(dǎo)致混凝土開裂。

(2)外界約束

①環(huán)境溫度變化產(chǎn)生的約束?；炷羶?nèi)部絕熱升溫會導(dǎo)致其體積膨脹，此時周圍環(huán)境會給其一壓應(yīng)力，而隨著時間推移混凝土內(nèi)部逐漸降溫，混凝土隨之會收縮，而此時外界環(huán)境會給其一拉應(yīng)力，通?；炷恋目箟簭?qiáng)度遠(yuǎn)大于其抗拉強(qiáng)度，在溫度升降的過程中，易出現(xiàn)拉應(yīng)力大于其抗拉強(qiáng)度從而導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)豎向裂縫。

②相接觸構(gòu)件產(chǎn)生的界面約束。由于現(xiàn)場施工中，混凝土構(gòu)件的澆筑施工往往會形成界面接觸，相接觸的構(gòu)件由于施工順序的原因，往往會形成一個澆筑間隔齡期，導(dǎo)致相接觸的混凝土構(gòu)件在澆筑完后產(chǎn)生的變形很難相協(xié)調(diào)，從而由于新澆筑的混凝土變形相對于舊混凝土變形要滯后，新混凝土由于澆筑完后內(nèi)部溫度有一個上升過程后有會有一個下降的過程達(dá)到與環(huán)境溫度相當(dāng)，在此過程中舊混凝土對新混凝土始終有一個約束作用，當(dāng)此約束作用產(chǎn)生的約束應(yīng)力超過混凝土的抗拉強(qiáng)度，仍然會加大混凝土開裂的可能性。

三、混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的預(yù)防措施

(一)選擇合適的混凝土原材料

有效的控制混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫，才能保證混凝土質(zhì)量?；炷敛牧鲜怯缮啊⑹⑺?、摻合料、外加劑和水組成?？梢赃x擇粒徑較大和級配良好的石子，來減少混凝土的收縮。選用中、低熱水泥可以減少水泥水化時產(chǎn)生的水化熱，從而可以減小混凝土的膨脹變形。同時在混凝土中摻入具有緩凝效果的減水劑，能夠緩解混凝土的凝固，降低水泥水化后的放熱速度，同時能夠降低混凝土的收縮的概率。

(二)選擇合理的施工方式

在混凝土澆筑過程中，可以通過在混凝土內(nèi)部預(yù)埋冷卻水管控制混凝土的入模溫度，同時在使用的拌合水中加冰?；炷凉橇喜捎谜陉柊逭趽?，避免陽光直射，以減小混凝土拌制時的溫度。[3]

對于大體積混凝土裂縫的預(yù)防，合理化的混凝土澆筑方式是十分重要的，混凝土澆筑方式需要按照一定的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，采用分層的澆筑方式。以豎向為基點(diǎn)，分成不同的層次進(jìn)行澆筑，逐層澆筑的方式能夠有效散熱，也能夠避免溫度升高。需要充分控制好混凝土的澆筑質(zhì)量和施工質(zhì)量，對于大體積混凝土的澆筑，需要安排好澆筑的時間，一般不能超過30分鐘。在混凝土攪拌過程中，需要有專業(yè)人員進(jìn)行監(jiān)管，保證水泥用量的準(zhǔn)確。[1]

(三)混凝土的后期養(yǎng)護(hù)

混凝土養(yǎng)護(hù)的關(guān)鍵是保持適宜的溫度和濕度，以便控制混凝土的內(nèi)外溫差，在保證強(qiáng)度發(fā)展的同時防止混凝土裂縫的產(chǎn)生?；炷琉B(yǎng)護(hù)主要從兩方面著手，即覆蓋保溫材料和表面蓄水保濕。在大體積混凝土澆筑完成后，應(yīng)在混凝土表面鋪上厚度適當(dāng)?shù)谋夭牧?，如木屑、草簾、爐渣、粘土等，以減小混凝土內(nèi)部溫度與外界溫度的差值，防止混凝土發(fā)生表面裂縫。待大體積混凝土終凝后，在其表面蓄存一定量的水，可以對混凝土起到良好的養(yǎng)護(hù)效果，提高混凝土結(jié)構(gòu)整體性能。[2]

(四)優(yōu)化混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計

大體積混凝土具有構(gòu)件尺寸大、鋼筋用量多的特點(diǎn)，且不同工程項目施工難度、混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計、技術(shù)要求不同。優(yōu)化大體積混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計，具體可以從兩方面入手:①對鋼筋進(jìn)行合理配置?？紤]造成裂縫的各種因素進(jìn)行補(bǔ)償配筋，按照密配筋、小直徑的原則增加配置構(gòu)造鋼筋，使構(gòu)造鋼筋具備溫度筋的作用，從而進(jìn)一步提高大體積混凝土的抗裂性能。②采用永久性伸縮縫設(shè)計方法。該種設(shè)計方法在實(shí)際應(yīng)用中能夠有效減弱約束應(yīng)力。按照國家相關(guān)設(shè)計規(guī)范要求，對大體積混凝土的結(jié)構(gòu)框架、剪力墻結(jié)構(gòu)、伸縮縫等進(jìn)行合理設(shè)計，降低由結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理所引發(fā)的大體積混凝土結(jié)構(gòu)裂縫可能性。同時，在結(jié)構(gòu)設(shè)計上還應(yīng)融入一些有效的裂縫預(yù)防措施，進(jìn)一步減少大體積混凝土裂縫的出現(xiàn)。[2]

四、總結(jié)

混凝土材料在建筑工程領(lǐng)域中是不可缺少的材料，無論是從耐久性、抗壓強(qiáng)度還是使用壽命來說，相比其他建筑材料都表現(xiàn)出很大的優(yōu)勢，但是混凝土結(jié)構(gòu)裂縫問題一直困擾著工程建設(shè)者。通過大量的工程實(shí)踐證明，混凝土的裂縫不可避免。在工程施工中，我們要最大限度的減小和避免裂縫的產(chǎn)生，避免混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)有害裂縫?；炷亮芽p控制的方式主要有通過合理的選擇混凝土的原材料；在保證混凝土強(qiáng)度的基礎(chǔ)上降低水膠比，優(yōu)化混凝土設(shè)計配合比；采用合理的混凝土澆筑工藝；正確的養(yǎng)護(hù)方式等。