混凝土裂缝成因及其防治措施分析.docx

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混凝土裂缝成因及其防治措施分析

论文

混凝土裂缝成因及其防治措施分析

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混凝土裂缝成因及其防治措施分析

论文摘要:

本文分析了钢筋混凝土梁裂缝的产生原因,并提出了相应的防治措施。

论文关键词:

钢筋混凝土梁;裂缝;受拉区

一、前言

　　钢筋混凝土梁在外荷载的直接应力和次应力的作用下,引起结构变形而裂缝。

构件在使用过程中受年温差的长期作用,当温差的胀缩应力大于构件极限抗拉强度时就会裂缝。

构件裂缝的因素是多方面的,包括结构设计、地基沉降差异、施工质量、材料质量、环境影响等,无论何种原因产生的裂缝,都会给建筑物肢体结构带来影响。

　　一、混凝土微裂缝

　　钢筋混凝土构件是带裂缝工作的。

确切地说,混凝土在凝结硬化过程中就有微裂缝存在,这是因为混凝土中的水泥石和骨料在温湿度变化条件下产生不均匀的体积变形,而它们又粘结在一起不能自由变形,于是形成相互间的约束应力;一旦此约束应力大于水泥石和骨料间的黏结强度,以及水泥石自身的抗拉强度,就会产生微裂缝[1]。

　　2混凝土产生裂缝的原因

　　混凝土裂缝的产生,都是微裂缝发展的结果。

就其本身而言,一般认为是混凝土材料变形约束所引起的内应力大于材料抗拉强度所致。

1.1混凝土本身的影响

　　在大体积砼浇筑时,因水泥水化热过高,混凝土在浇筑振捣以后,水泥水化过程中产生一定的热量,水化热聚在结构内部不易散失,引起急剧升温。

由于结构物在一个自然散热条件中,实际混凝土内部的最高温度多数发生在混凝土浇筑的最初3～5d。

随着混凝土龄期的增长,砼弹性模量的增高,对混凝土内部降温收缩的约束也就愈来愈大,以致产生很大的拉应力,当混凝土的抗拉强度不足以抵抗这种应力时,开始出现温度裂缝[1-2]。

　　1.2混凝土的收缩变形

　　混凝土的收缩,也是产生裂缝的重要原因。

实际所需拌合水比水泥水化所需的水要多得多。

拌合水中只有约20%的水是水泥水化所必需的,其余的都要被蒸发掉。

水分蒸发之后,引起混凝土收缩,当收缩受到约束时,则产生收缩应力,当收缩应力大于当时混凝上的抗拉应力时,则裂缝随之产生。

　　1.3施工方面的因素

　　一是在施工过程中,出现违章施工、不当施工造成混凝土裂缝。

如夏季施工时由于运输车交通不畅耽搁时间,混凝土的和易性和流动性较差,现场人为加水,造成混凝土强度的降低,加水部分的混凝土水灰比和强度与原配合比的混凝土不同,造成不同配比混凝土的凝缩裂缝和干缩裂缝。

二是振捣方式不当引起裂缝。

不正确的振捣方式会造成混凝土分层离析、表面浮浆而使混凝土面层开裂,或造成混凝土砂浆大量向低处流淌,致使混凝土产生不均匀沉降收缩而在结构厚薄交界处出现裂缝。

三是现场养护不当造成混凝土收缩开裂。

在施工现场浇筑混凝土时不能做到及时覆盖保温养护,一般总要等到最后一遍抹光结束后才覆盖,有的甚至不覆盖,结果导致混凝上表面开裂。

　　1.4环境气候的因素

　　混凝土浇筑施工期间,外界气温的变化情况对防止混凝土开裂亦有影响。

外界气温越高,混凝土的浇筑温度也越高。

如果外界温度下降,会增加混凝土的降温幅度,特别是在外界温度骤降时,会增加外层混凝土与内部混凝土的温差,这时对混凝土抗裂极为不利[3-4]。

　　　　二、裂缝的部位

（一）梁受拉区裂缝

　　由于浇筑混凝土时施工管理不善,使用了低劣的钢筋,造成梁受拉钢筋强度不足。

施工中,提前拆模、施工荷载超过设计荷载或混凝土强度低于设计规定,以及使用不当,使用荷载大大超过原设计荷载,使梁受拉区产生裂缝。

梁受拉区产生的裂缝一般采用水泥浆封闭,防止钢筋锈蚀,再根据具体情况做补强加固处理。

（二）梁在支座附近的斜裂缝

　　梁的混凝土强度低于设计强度,抗剪钢筋不足,箍筋没有增加,也有的因超载,提前拆模时混凝土强度低于标准强度值,造成的抗剪能力低而产生剪切裂缝。

应先用粘结浆液压注处理,再进行加固补强,确保梁的使用安全。

　　（三）梁受压区裂缝

　　梁的高度小,有的梁没有抗裂验算,混凝土振捣不够密实,梁长期在年温差和日温差作用下产生温差变形及长期处于干燥状态的环境中干缩变形,梁在温差和干缩的综合作用下裂缝。

缝上宽下窄,有贯穿的,不贯穿的。

裂缝长度为梁高的3/5～4/5,梁底部不裂,这种裂缝可用水泥砂浆压注、粘结密封裂缝和补强。

　三、混凝土裂缝发生的控制措施

　　混凝土裂缝发生与组成混凝土的水泥、净砂、石子、掺加剂等原材料有关,也与浇筑后混凝土的保温保湿的养护措施有关。

（一）原材料的质量控制

　　水泥:

在混凝土路面及大体积混凝土施中,水化热引起的温升较高,降温幅度大,容易引起温度裂缝。

为此,在施工中应选用水化热较低的水泥,尽量降低单位水泥使用量。

　　粗骨料:

在钢筋混凝土施工中,粗骨料的最大尺寸与结构物的配筋、混凝土的浇灌工艺有关,增大骨料粒径可减少用水量,混凝土的收缩和泌水随之减少,但骨料粒径增大容易引起混凝土的离析,因此,必须调整好级配设计,并在施工中加强振捣。

　　对于粒径5～40mm的石子,要求针片状少,超规少,颗粒级配符合筛分曲线要求,这样可避免堵泵,减少砂率、水泥用量,提高混凝土强度。

试验结果表明:

采用粒径5-40mm石子比采用粒径5～25mm石子每立方米混凝土减少用水量l5kg左右:

在相同水灰比情况下,每立方米混凝土水泥用量减少20kg左右（水灰比0.709）,同时降低了混凝土的温升;当粒径50mm石子满足筛分曲线要求时,其砂率控制在42%左右即可满足泵送要求。

　　细骨料:

采用中粗砂比采用细砂每立方米混凝土减少用水量20kg左右,水泥相应减少28kg左右,从而降低混凝土的干缩。

　　砂石料的含泥量控制:

砂石含泥量超标,不仅增加混凝土的干缩,同时降低了混凝土的抗拉强度,对混凝土的抗裂十分不利,因此,在路面混凝土及大体积混凝土施工中,石子含泥量应　　掺加块石:

在大体积混凝土基础施工中,掺加无裂缝的、冲洗干净、规格为l50～250mm的坚固大石块,不仅可减少混凝土的总用量,又可减少单位水泥用量,从而降低水化热,同时,石块本身也吸收热量,使水化热进一步降低,对控制裂缝有利。

如在滨河路防洪堤施工中,基础混凝土掺人l5%的块石,使得基础混凝土裂缝出现极少。

（二）混凝土配合比的选定

　　混凝土原料的配合比应根据工程的要求,如防水、防渗、防气、防射线等进行认真分析,选择最优方案。

混凝土的水灰比应在满足强度要求及泵送工艺要求条件下尽可能降低。

　　掺合料:

混凝土中掺人粉煤灰不仅能替代部分水泥,而且粉煤灰颗粒成球状,可起润滑作用,能改善混凝土的工作性和可泵性,且可明显降低混凝土水化热。

　　外加剂:

为了满足送到现场的混凝土具有l1～l3cm坍落度,若只增加水泥使用量,则会加剧混凝土干燥收缩,明显增大混凝土水化热,易引起开裂。

因此,除了调整级配外,可掺入适量的减水剂。

　　（三）利用混凝土的后期强度

　　对于大体积混凝土可以利用后期强度,如60d、90d、120d强度,即允许工程在60d、90d或120d达到设计强度,这样可以减少水泥用量,减少水化热和收缩,从而减少裂缝。

　　（四）混凝土的浇灌振捣技术

　　混凝土的浇灌振捣技术对混凝土密实度很重要,最宜振捣时间为10～30s。

泵送流态混凝土同样需要振捣,大体积混凝土在浇灌振捣中会产生大量的泌水,应及时排除,有利于提高混凝土质量和混凝土抗裂性。

　　（五）大体积混凝土施工过程中的温度控制

　　在大体积混凝土施工过程中为了减少混凝土的内外温差,一方面应尽可能减少入模温度,另一方面应采取保温养护,以减少内外温差。

浇筑体的混凝土缓慢降温是重要环节,越慢越好,为混凝土创造充分应力松弛的条件,与此同时还要在养护中使混凝土保持良好的潮湿状态,这对增加混凝土强度和减少收缩是十分有利的。

　　（六）混凝土的拆模时间

　　混凝土的拆模时间可根据工程部位具体情况（工序要求、施工荷载状况）确定,应尽可能地多养护一段时间。

拆模后混凝土表面的温度下降幅度不应>15℃。

拆模时混凝土的现场试块等级最低不宜低于C5。

　　（七）混凝土基础工程拆模后及时回填土

　　及时回填土是控制早期、中期开裂的有力措施。

土是混凝土养护的最佳介质,施工经验表明,迟迟不回填土的暴露工程裂缝最多。

四、控制和防止裂缝的措施

（1）由于砼搅拌运输时间过长、浇筑速度过快、振捣不实、施工缝做法不当、模板走动等原因形成的裂缝可以按照《混凝土施工规程》严格执行混凝土拌制、运输、浇筑、振捣施工缝设置和旧混凝土连接,按模板制作、拆模以及养护方面的规定来防止。

对已出现这类裂缝的构件,也要区分构件的类别、构件的受力特征、裂缝所在的部位以及裂缝严重的程度,分别采用一般混凝土裂缝补强措施或采用充填混凝土材料、钢锚栓加固、粘钢板加固、预应力加固等补救措施[3]。

（2）对水泥、水、骨料、外加剂、钢筋材料选用不当形成的裂缝,必须用对进场原材料按照国家标准进行严格检查和验收的办法加以预防,凡不合格的次品材料一律不得使用,或经试验后降低等级使用;对已发生这类因材料选用不当而产生的砼缺陷或裂缝,必须作长期详细地观察（因有的问题需要一段时间才能发现）,认真查明其原因和质量问题的严重程度,研究制定其处理和加固方案。

这是因为一旦因材料选用不当而发生的质量问题,往往带有普遍性。

　　（3）地基过大不均匀沉降产生过宽裂缝时,进行建筑物在使用阶段的沉降验算可以防止这些裂缝的出现,对已出现这类裂缝的结构,要采用地基基础的防治措施对地基基础妥善处理后,再采用建筑结构的加固措施来解决。

4）由于天气干燥、初期养护不好、混凝土早期受冻、大气温湿度的变化产生的裂缝分别采用加强混凝土结硬化过程的自然养护、蓄热养护,采用引气剂使混凝土内部均匀分布气泡,预留温度伸缩缝等措施修补。

受冻严重的构件,有的要拆除,有的要加固后方可使用。

　　（5）由于承受荷载使构件产生过宽裂缝,合理地进行设计,可以防止这些裂缝出现;对已出现的过宽裂缝的构件要采用加固措施进行加固。

　　（6）对因使用及环境条件变化而产生的裂缝,要依据不同性质采用不同的防治措施。

①因多次冻融而产生的裂缝,除对已形成缺陷和损坏的部分予以补强或加固外,宜添加对受冻混凝土构件的保温措施;②因处于侵蚀性介质中而产生的大面积的缺陷损伤,除应剔除受腐蚀和损伤的部位予以补强或加固外,应使用矿渣水泥混凝土或水玻璃耐酸混凝土罩面加以保护;③因地震灾害的损伤要采用抗震构造措施来预防;对已产生的不太严重的地震损伤可参考震损建筑修复加固的办法来解决。

　　（7）从改善约束条件着手,合理地分缝分块;避免基础过大起伏;合理地安排施工工序,避免过大的高差和侧面长期暴露。

　　（8）从控制温度着手,采用改善骨料级配,用干硬性混凝土,掺混合料,加引气剂或塑化剂等措施以减少混凝土中的水泥用量;拌合混凝土时对水或用水将碎石冷却以降低混凝土的浇筑温度;热天浇筑混凝土时减少浇筑厚度,利用浇筑层面散热;在混凝土中埋设水管,通入冷水降温;规定合理的拆模时间,气温骤降时进行表面保温,以免混凝土表面发生急剧的温度梯度;施工中长期暴露的混凝土浇筑块表面或薄壁结构,在寒冷季节采取保温措施。

　　此外,改善混凝土的性能,提高抗裂能力,加强养护,防止表面干缩,特别是保证混凝土的质量对防止裂缝十分重要,应特别注意避免产生贯穿裂缝,出现后要恢复其结构的整体性十分困难,因此施工中应以预防贯穿性裂缝的发生为主[4]。

　　4混凝土的早期养护

　　实践证明,混凝土常见的裂缝,大多数是不同深度的表面裂缝,其主要原因是温度梯度造成寒冷地区的温度骤降。

因此,混凝土的保温对防止表面早期裂缝尤其重要。

从温度应力观点出发,保温应达到下述要求:

①防止混凝土超冷,应该尽量设法使混凝土的施工期最低温度不低于混凝土使用期的稳定温度;②防止混凝土内外温度差及混凝土表面梯度,防止表面裂缝;③防止老混凝土过冷,以减少新老混凝土间的约束。

混凝土的早期养护,主要目的在于保持适宜的温湿条件,以达到2个方面的效果,一方面使混凝土免受不利温、湿度变形的侵袭,防止有害的冷缩和干缩;另一方面使水泥水化作用顺利进行,以期达到设计的强度和抗裂能力。

结束语

　　混凝土梁产生的裂缝的原因很多,分析也比较复杂,以上仅是对混凝土梁裂缝的原因进行了初步分析,在现场施工中要根据不同的情况,不同的施工方法,有效的控制混凝土梁的裂缝的产生,以预防为主,避免混凝土梁裂缝影响结构使用。