混凝土裂缝防治技术

马银静

（黑龙江省人才）

混凝土裂缝防治技术

马银静

（黑龙江省人才）

本文阐述了混凝土裂缝产生的原因及混凝土施工中温度应力的分析,提出了施工过程温度的控制和防止裂缝的措施。

混凝土裂缝防治技术

一、裂缝成因

混凝土中产生裂缝有多种原因。主要是温度和湿度的变化,混凝土的脆性和骨料不均匀以及结构不合理、原材料缺陷性问题(如碱骨料反应),模板变形,基础使用过程不均匀沉降等。混凝土硬化期间水泥放出大量水化热,内部温度不断上升,在表面引起拉应力,后期在降温过程中由于受到基础或原混凝土的约束,又会在混凝土内部出现拉应力。气温的降低也会在混凝土表面引起很大的拉应力。当这些拉应力超出混凝土的抗裂能力时,即会出现裂缝。许多混凝土的内部湿度变化,但表面湿度可能变化较大或发生剧烈变化。如养护不周,时干时湿,表面干缩形变受到内部混凝土的约束,也往往导致裂缝。混凝土是一种脆性材料,抗拉强度是抗压强度的1/10左右,短期加荷时的极限拉伸变形只有(0.6～1.0)×104,长期加荷时的极限位伸变形也只有(1.2～2.0)×104。由于原材料的不均匀,水灰比不稳定,及运输和浇筑过程中的离析现象在同一块,混凝土中其抗拉强度又不是不均匀的,存在着许多抗拉能力很低,易于出现裂缝的薄弱部位在钢筋砼中,拉应力主要是由钢筋承担,混凝土只是承受压应力。在素混凝土内或钢筋混凝土结构中内出现了拉应力,则须依靠混凝土自身承担。一般设计中均要求不出现拉应力或者只出现很小的拉应力。但在施工中混凝土由最高温度冷却到运转时期的稳定温度,往往在混凝土内部引起相当大的拉应力。有时温度应力可超过其它外荷载所引起的应力,因此掌握温度应力的变化规律对于进行合理的结构设计和施工极为重要。

二、温度应力分析

根据施工过程中温度应力的形成过程可分为以下阶段:

1、早期:自浇筑混凝土开始至水泥放热基本结束,一般约30天。这个阶段的两个特征,一是水泥放出大量的水化热,二是混凝土弹性模量的急剧变化。由于弹性模量的变化,这一时期在混凝土内形成残余应力。

2、中期:自水泥放热作用基本结束时起至混凝土冷却到稳定温度时止,这个时期中,温度应力主要是由于混凝土的冷却及外界气温变化所引起,这些应力与早期形成的残余应力相叠加在此期间混凝土的弹性模量变化不大。

根据温度应力引起的原因可分为两类:

（1）自生应力:边界上没有任何约束或完全静止的结构,如果内部温度是非线性分布的,由于结构本身互相约束而出现温度应力。

（2）约束应力:结构的全部或部分边界受到外界的约束,不能自由变形而引起的应力。如箱梁顶板混凝土。这两种温度应力往往和混凝土的干缩所引起的应力共同作用。要想根据已知的温度准确分析出温度应力的分布、大小是一项比较复杂的工作。混凝土的徐变使温度应力有相当的松弛,这里不再细述。

三、裂缝防治技术

为了防止裂缝,减轻温度应力可以从控制温度和改善约束条件两个方面着手。

控制温度的措施如下:

1、采用改善骨料级配,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;

4、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。

5、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;改善约束条件的措施是:

A:合理地分缝分块;

B: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;正确的使用减水、防裂外加剂也是减少开裂的有效措施。

在混凝土的施工中,往往要求新浇筑的混凝土尽早拆模,当混凝土温度高于气温时应适当考虑拆模时间,以免引起混凝土表面的早期裂缝。新浇筑早期拆模,在表面上引起很大的拉应力,出现“温度冲击”现象。在混凝土浇筑初期,由于水化热的散发,表面引起相当大的拉应力,此时表面温度亦较气温为高,此时拆除模板,表面温度骤降,必须引起温度梯度,从而在表面附加一拉应力,与水化热应力迭加,再加上混凝土干缩,表面的拉应力达到很大的数值,就有导致裂缝的危险,但如果在拆除模板后及时在表面覆盖一轻型保温材料,如泡沫、海棉等,对于防止混凝土表面产生过大的拉应力,具有显著的效果。

C:为保证混凝土工程质量,防止开裂,提高混凝土的耐久性,正确作用外加剂也是减少开裂的措施之一。

（1）混凝土中存在大量毛细孔道,水蒸发后毛细管中产生毛细管张力,使混凝土干缩变形,增大毛细孔径可降低毛细管表面张力,但会使混凝土强度降低。这个表面张力理论早在六十年代就已被国际上所公认。

（2）水泥用量也是混凝土收缩的重要因素,掺减水防裂剂的混凝土在保持混凝土强度的条件下,可减少15%的水泥用量,其体积用增加骨料的用量来补充。

（3）减水防裂剂可以改善水泥浆的稠度,减少混凝土泌水,减少收缩变形。

（4）提高水泥浆与骨料的粘结力,提高的混凝土抗裂性能。

（5）混凝土在收缩时受到约束产生拉应力,当拉应力大于混凝土抗拉强度时裂缝就会发生,减水防裂剂可有效的提高混凝土抗拉强度,大幅度提高混凝土的抗裂性能。

（6）掺加外加剂可使混凝土密实性好,可有效地提高混凝土的抗碳化性,减少碳化收缩。

（7）掺加减水防裂剂后混凝土缓凝时间适当,在有效防止水泥迅速水化热基础上,避免因水泥长期不凝而带来的塑性收缩增加。

（8）掺外加剂混凝土和易性好,表面易摸平,形成微膜,减少水分蒸发,减少干燥收缩。许多外加剂都有缓凝、增加和易性改善塑性的功能,我们在工程实践中应多进行这方面的实验对比和研究,比单纯的靠改善外部条件,可能会更加简捷、经济。

四、混凝土的早期养护

从最早可能的时间开始防止水分从混凝土表面损失。这里不存在从初凝还是终凝开始的问题,只有什么时候能够开始的问题。例如,混凝土路面、桥面或地面施工,塑性收缩裂缝是长期困扰的问题。过去混凝土泌水量大,一般采用二次收浆,然后开始养护,防止塑性收缩裂缝。现代高性能混凝土基本没有泌水,如果风大或温度高,水分蒸发量大,混凝土表面很快就会出现裂缝,必须在终凝前再次抹面闭合裂缝。在工程实践中,一直在摸索如何更早地开始养护,得到很多成功经验。比如,在初凝前,混凝土表面抹面完成:

1、马上覆盖湿麻布。

2、马上在混凝土表面上方喷雾,形成局部高湿度,降低蒸发速率。

3、在混凝土表面喷洒养护膜(可降低表面蒸发率90%以上)。然后,待混凝土终凝后或有一定强度后,再进行洒水或表面保水养护。混凝土表面湿养护至少持续3天,最后能达到7天。

适宜的温度条件是相互关联的,混凝土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。

对混凝土的施工温度与裂缝之间的关系及具体的预防和改善措施有了一定的了解,实际运用效果将会比较理想。在施工中通过我们全面观察、正确分析、结合多种预防处理措施,混凝土的裂缝是可以避免的。

TU821

1674-3954（2011）03-0286-01