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简述混凝土的早期裂缝及防治

信息来源:hunningtu.biz  时间:2007-10-10  浏览次数:187

  炎热夏天来临,为了提醒用户在施工中应注意的事项,避免施工时发生混凝土(砼)早期裂缝现象,根据混凝土早期裂缝的潜在成因及外部条件的影响,结合已掌握的文献资料,将混凝土早期裂缝归纳为六种:沉降裂缝、干缩裂缝、温度裂缝、施工材料质量引起的裂缝、施工质量引起的裂缝、微裂缝。文未同时说明,加强对混凝土的合理养护,也是避免施工时发生混凝土早期裂缝现象的一项不可轻视的关键因素。现将混凝土(砼)早期裂缝现象的产生原因和防治办法简要分述于下,和集团各级管理人员及各地用户一起,加深对混凝土早期裂缝的感性认识。
  (一)沉降裂缝
  1.混凝土基础沉降裂缝:由于基础竖向不均匀沉降或水平方向位移,使结构中产生附加应力,超出混凝土结构的抗拉能力,导致结构开裂。
  对地质情况掌握不够、设计不合理和施工时破坏了原有地质条件是产生混凝土基础沉降裂缝的主要原因。
  2.混凝土浇筑沉降裂缝:混凝土(砼)浇筑后,水泥和骨料自然下沉,同时引起泌水,在沉降过程中发生的裂缝。产生沉降裂缝主要原因,是砼浇筑后,水泥和骨料在下沉阶段,如受到钢筋和其它埋件的局部阻碍、模板移动、基础沉降,使该处砼产生拉应力和剪应力时,该处就会产生沉降裂缝。裂缝一般均在浇筑后1~3小时产生,属硬化前裂缝。发现后迅速进行处理,可重新加压抹平,使裂缝闭合,能达到较好效果。
  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,随着各粒子间的相互接触,水泥浆的逐步凝结,将导致沉降停止。沉降量与单位用水量成正比:单位用水量愈大,泌水率愈大,沉降量也愈大。为防止和减少沉降裂缝,一般从以下方面考虑:(1)在保证砼和易性的条件下,降低砼的单位用水量,使用干硬性砼。(2)选择在沉降结束以前快速硬化,而又不失去粘结力的水泥和外加剂。(3)施工时震捣密实,消除因泌水产生的水膜而减少砼沉降。
  (二)干缩裂缝
  水泥砼(混凝土)浇筑后,在硬化的过程中,由于水泥水化生成物的体积比原来物质的体积小,加上游离水在空气中蒸发及凝胶体失水而紧缩,随着砼体积收缩产生拉应力,当拉应力大于当时砼的抗拉强度,而产生干缩裂缝。干缩裂缝是砼路面早期裂缝中最常见危害之一。
  因内外研究资料表明,砼的干燥收缩也是砼特性之一,正是因为这一特征,能使砼密实,提高砼与钢筋之间的粘结力。但是干缩量超过一定程度就会产生裂缝。
  干缩裂缝的产生与使用材料、配合比、板块尺寸、养护条件、外加剂等有密切关系,根据对干缩裂缝的认识,对其成因分述如下:
  (1)在冬季或夏季施工,往往由于养护不及时,让砼风吹日晒,造成砼表面水分蒸发速度过快,超过了泌水速度,因而产生干缩裂缝。
  (2)对于塑性砼来说,从凝结到硬化结束,就是早期收缩期间,也是砼快速失去塑性的过程。此时,如果砂率过大,石料含泥量过多,或是采用干缩量较大的水泥,都会造成砼过量收缩而产生裂缝。
  实践证明:水泥标号越高,收缩越大;级配骨料粒径越小,收缩愈大;产生干缩裂缝危害的机会就越大。为防止干缩裂缝产生,首要任务是消除一切可能诱导的因素。如:
  (1)根据不同气候条件,选用合理级配。正确选用水泥、石料、砂率、用水量、外掺剂等,从减少干缩率,来防止干缩裂缝。
  (2)严格施工管理,防止水分过量蒸发,捣筑后,及时采用凉棚或其它遮盖物,将砼覆盖起来,避免风吹干燥,日光直接照射,进入养护期后,注意养生。
  (3)不同外加剂及剂量,对砼干缩率有一定影响。因此,掺配外加剂前应对干缩率作试验后,再确定是否掺配和掺配量。
  (三)温度裂缝
  水泥砼(混凝土)具有热胀冷缩的性质。由于水泥水化作用,是伴随发热的化学反应,所以,在硬化的过程中释放大量热能(水化热),使温度上升。在通常温度范围内,砼温度上升1℃,每米膨胀0.01毫米。这种温度变形,对大面积砼板块,极为不利。砼路面板的内部温度增高有时可达到40~60℃,使内部砼产生显著的体积膨胀,而板面砼随着晚上气温降低,湿水养护而冷却收缩。内部膨胀与外部收缩,互相制约,产生很大拉应力,而外部砼所受拉应力一旦超过砼当时的极限抗拉强度时,板块就会产生裂缝。
  现场观察温度裂缝的一般现象是:横向裂缝多于纵向裂缝,板中裂缝多于板边裂缝,缝宽大小不一,受温度影响大。另外,在某些路段,因踞缝不及时,而在靠近设计伸缩缝处,发生了走向较规则的温度裂缝,这种情况应引起重视。
  对于温度裂缝,应该树立以防为主的思想。为了防止裂缝,减轻温度应力可以从控制温度、改善约束条件等方面考虑。
  1.控制温度的措施如下:
  (1)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;
  (2)拌合混凝土时加水或用水将碎石冷却以降低混凝土的浇筑温度;
  (3)热天浇筑混凝土时减少浇筑厚度,利用浇筑层面散热;同时尽可能在旁晚或晚上施工。
  (4)在混凝土中埋设水管,通入冷水降温;
  (5)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;
  (6)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;
  2.改善约束条件的措施是:
  (1)合理地分缝分块;
  (2)避免基础过大起伏;
  (3)合理的安排施工工序,避免过大的高差和侧面长期暴露;
  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是十分重要,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是十分困难的,因此施工中应以预防贯穿性裂缝的发生为主。
  (四)、施工材料质量引起的裂缝
  混凝土(砼)主要由水泥、砂、骨料、拌和水及外加剂组成。配置混凝土所采用材料质量不合格,可能导致结构出现裂缝。
  1、水泥
  (1)、水泥出厂时强度不足,水泥受潮或过期,可能使混凝土强度不足,从而导致混凝土开裂。
  (2)、水泥安定性不合格,水泥中游离的氧化钙含量超标。氧化钙在凝结过程中水化很慢,在水泥混凝土凝结后仍然继续起水化作用,可破坏已硬化的水泥石,使混凝土抗拉强度下降。
  (3)、当水泥含碱量较高(例如超过0.6%),工地在施工时又使用含有碱活性的骨料,可能导致碱骨料反应。
  2、砂、石骨料
  砂石的粒径、级配、杂质含量。砂石中有机质和轻物质过多,将延缓水泥的硬化过程,降低混凝土强度,特别是早期强度。砂石中硫化物可与水泥中的铝酸三钙发生化学反应,体积膨胀2.5倍。砂石中云母的含量较高,将削弱水泥与骨料的粘结力,降低混凝土强度。砂石中含泥量高,不仅将造成水泥和拌和水用量加大,而且还降低混凝土强度和抗冻性、抗渗性。砂石粒径太小、级配不良、空隙率大,将导致水泥和拌和水用量加大,影响混凝土的强度,使混凝土收缩加大,如果使用超出规定的特细砂,后果更严重。
  3、拌和水及外加剂
  拌和水或外加剂中氯化物等杂质含量较高时对钢筋锈蚀有较大影响。采用海水或含碱泉水拌制混凝土,或采用含碱的外加剂,可能对碱骨料反应有影响。
  (五)、施工引起的裂缝
  施工裂缝主要是指由施工因素产生的裂缝。施工质量控制差,任意套用混凝土配合比,水、砂石、水泥材料配比计量不准,易造成混凝土强度不足和其他性能(和易性、密实度)下降,导致结构开裂。在砼(混凝土)早期裂缝中,可以说没一种裂缝不与施工因素有关。
  对防止施工裂缝的产生,并非一个纯技术问题,在很大程度上是施工管理问题。只要严格加强施工质量,正确执行施工技术操作规程,因施工因素产生的裂缝是可以防止和避免的。
  1、混凝土浇筑过快,混凝土流动性较低,在硬化前因混凝土沉实不足,硬化后沉实过大,容易在浇筑数小时后发生裂缝,既塑性收缩裂缝。
  2、混凝土搅拌、运输时间过长,使水分蒸发过多,引起混凝土塌落度过低,使得在混凝土体积上出现不规则的收缩裂缝。
  3、混凝土初期养护时急剧干燥,使得混凝土与大气接触的表面上出现不规则的收缩裂缝。
  4、用泵送混凝土施工时,为保证混凝土的流动性,增加水和水泥用量,或因其它原因加大了水灰比,导致混凝土凝结硬化时收缩量增加,使得混凝土体积上出现不规则裂缝。
  5、混凝土分层或分段浇筑时,接头部位处理不好,易在新旧混凝土和施工缝之间出现裂缝。如混凝土分层浇筑时,后浇混凝土因停电、下雨等原因未能在前浇混凝土初凝前浇筑,引起层面之间的水平裂缝;采用分段现浇时,先浇混凝土接触面凿毛、清洗不好,新旧混凝土之间粘结力小,或后浇混凝土养护不到位,导致混凝土收缩而引起裂缝。
  6、混凝土保护层过厚,或乱踩已绑扎的上层钢筋,使承受负弯矩的受力筋保护层加厚,导致构件的有效高度减小,形成与受力钢筋垂直方向的裂缝。
  7、混凝土振捣不密实、不均匀,出现蜂窝、麻面、空洞,导致钢筋锈蚀或其它荷载裂缝的起源点。
  8、混凝土早期受冻,使构件表面出现裂纹,或局部剥落,或脱模后出现空鼓现象。
  9、施工时模板刚度不足,在浇筑混凝土时,由于侧向压力的作用使得模板变形,产生与模板变形一致的裂缝。
  10、施工时拆模过早,混凝土强度不足,使得构件在自重或施工荷载作用下产生裂缝。
  11、施工前对支架压实不足或支架刚度不足,浇筑混凝土后支架不均匀下沉,导致混凝土出现裂缝。
  12、装配式结构,在构件运输、堆放时,支承垫木不在一条垂直线上,或悬臂过长,或运输过程中剧烈颠撞;吊装时吊点位置不当,T梁等侧向刚度较小的构件,侧向无可靠的加固措施等,均可能产生裂缝。
  13、安装顺序不正确,对产生的后果认识不足,导致产生裂缝。如钢筋混凝土连续梁满堂支架现浇施工时,钢筋混凝土墙式护栏若与主梁同时浇筑,拆架后墙式护栏往往产生裂缝;拆架后再浇筑护栏,则裂缝不易出现。
  (六)微裂缝
  所谓微裂缝,是每一种肉眼无法看到,只有用显微镜或超声波探测器才能发现的裂缝。这种由于沉陷、水化、干燥、碳化等因素产生的微裂缝,在未受外力作用之前,就存在于砼(混凝土)内部。
  对于微裂缝,就其存在来说,它是诱发早期裂缝的潜在因素。就其发展来看,它是混凝土受力后(或路面通车后),大开裂或变形破坏的祸根之一。所以我们应该首先认识和掌握微裂缝的产生和发展基因,才能从根本上防止和消除微裂缝。随着对微裂缝研究的发展,目前已观测到对水泥砼力学性质具有很大影响的微裂缝主要有三种:
  (1)界面裂缝
  界面裂缝存在于砂浆和粗骨料粘结面上。由于砼硬化过程中,砂浆的水化作用和收缩引起砂浆体积变化而产生的应力,破坏了砂浆和粗骨料界面间的粘结力,而形成杂乱无章分布的微细裂缝。
  另一原因,是砼成型后的泌水作用,某些上升的水分为骨料所阻,因而聚集于粗骨料的下缘,妨碍粘结而成为界面裂缝,这种裂缝对砼的变形性质起着重要的作用。
  (2)砂浆裂缝
  砂浆本身产生的裂缝。主要由水泥含碱量和温度变化引起砂浆膨胀而生产。这种裂缝在受力或其它因素的作用下,将会连接邻近的界面裂缝而形成连续裂缝,此时砼将会遭到严重破坏。
  (3)骨料裂缝
  骨料粒子内部产生裂缝。这种裂缝在骨料(石料)中因石质和成岩纹理的原因,使其在开采和扎碎过程中形成微裂缝。
  以上三种裂缝常常形成两条粘结裂缝,并且以砂浆裂缝为联结而形成连续裂缝。微裂缝在外力和温度、干湿变化、化学作用等因素的影响下,常常引起早期和后期的砼破坏。
  微裂缝对路面砼有着极大地破坏作用,甚至比已发现的早期裂缝还具有破坏性。因为它是埋藏的地下炸弹。所以我们应该尽量消除和防止微裂缝的产生,要注意砼施工操作方法,减少从搅拌到成型之间的时间和运输路程,避免砼过早凝聚及泌水现象而致微裂。必须坚持做到砼搅拌均匀,震捣密实。使砼相互粘结密实稳定,有效消除界面裂缝和砂浆裂缝。
  (七) 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温度骤增,也容易形成裂缝。因此说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)防止混凝土内外温度差及混凝土表面温度梯度,防止表面裂缝。
  (2)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。
  (3)防止老混凝土过冷,以减少新老混凝土间的约束。
  (4)当然砼沉缩裂缝在大体积砼(特别是泵送大流态砼)施工中也是非常多的。主要原因是振捣不密实,沉实不足,或者骨料下沉,表层浮浆过多,砼浇筑后,没有及时抹压实(特别是初凝前的二次拌压),且表面覆盖不及时,受风吹日晒,表面水份散失快,产生干缩,砼早期强度又低,不能抵抗这种变形而导致开裂。在施工中采用缓凝型泵送剂,延缓砼的凝结硬化速度,充分利用外加剂(特别是缓凝剂)的特性,适时增加抹加次数,消除表面裂缝(特别是沉缩裂缝和初期温度裂缝),特别是初凝前的抹压,这对消除表面裂缝是非常有效的。
  混凝土的早期养护,主要目的在于保持适宜的温湿条件,以达到两个方面的效果,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。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。适宜的温湿度条件是相互关联的。混凝上的保温措施常常也有保湿的效果。从理论上分析,新浇混凝土中所含水分完全可以满足水泥水化的要求而有余。但由于蒸发等原因常引起水分损失,从而推迟或防碍水泥的水化,表面混凝土最容易而且直接受到这种不利影响。因此混凝土浇筑后的最初几天是养护的关键时期,在施工中应切实重视起来。

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