两种常见的混凝土裂缝的分析与控制

张晓华

两种常见的混凝土裂缝的分析与控制

张晓华

阐述了裂缝在混凝土结构工程中的普遍性、危害性及其特有的规律性,讨论了结构中较为常见的温度和收缩两种类型的裂缝状况、成因,提出了在混凝土施工过程中有效防止和降低这两种裂缝的方法,从而为现场施工提供更好的控制手段和补救措施。

温度裂缝,混凝土收缩,裂缝控制

1 概述

混凝土依靠其取材广泛、价格低廉、可浇筑成各种形状、养护费用低,且性能较高等一系列优点,使它广泛应用于目前建筑工程中,但它是一种非均质的复杂多相混合脆性体,范德华力是其微观结构组成之间主要的结合力,这样就造成了其抗拉强度远低于抗压强度,当混凝土内部产生拉应力超过其抗拉强度时,就会产生裂缝。裂缝的出现影响了建筑物的外观、使用寿命,导致了结构承载能力的减弱、钢筋的锈蚀、碳化的加剧、抗冻融、抗疲劳及抗渗能力的降低,严重者将会威胁到人们的生命和财产安全,所以说,混凝土裂缝情况是工程技术人员在施工中所必须考虑的问题。

在具体的工程实践中,混凝土裂缝的原因有多种,具体可归结为温度和湿度的变化、混凝土自身收缩、外荷载产生的变形过大、基础不均匀沉降、结构不合理、原材料不合格、模板变形、施工工艺及方法不当等,习惯上将其分成两大类：一类是由外荷载的直接应力或结构次应力引起,常称荷载裂缝;另一类是温度、收缩和膨胀、不均匀沉降等因素导致结构或构件变形变化而引起,常称变形裂缝,下面对工程中较为常见的混凝土温度型裂缝和收缩型裂缝的状况、成因、防止及处理措施做一探讨。

2 温度型裂缝

2.1 裂缝状况

温度型裂缝受温度变化影响较为明显,冬季较宽,夏季较窄,高温膨胀引起的混凝土温度裂缝通常是中间粗两端细,冷缩裂缝的粗细变化不太明显,裂缝宽度大小不一,走向通常无一定规律,大面积结构裂缝常纵横交错,梁板类长度尺寸较大的构件,裂缝多平行于短边,深入和贯穿性的裂缝一般与短边方向平行或接近平行,裂缝沿着长边分段出现,中间较密。该类裂缝多发生在大体积混凝土表面或温差变化较大地区的混凝土结构中。

2.2 开裂原因

该裂缝主要是由温度和湿度的变化引起,混凝土在硬化过程中,水泥水化产生大量的水化热,内部温度不断上升,而表面散热较快,这样就形成较大的内外温差,造成内部与外部热胀冷缩的程度不同,使混凝土表面产生一定的拉应力,在降温过程中,由于受到基础或原有混凝土的约束,又会在混凝土内部出现拉应力,加之混凝土是一种脆性材料,抗拉强度是抗压强度的 1/10左右,由于原材料不均匀,水灰比不稳定,及运输和浇筑过程中的离析现象,使得同一批次的混凝土中其抗拉强度带有很大的不均匀性,存在着许多抗拉能力很低,易于出现裂缝的薄弱部位,当拉应力超过混凝土的抗拉强度极限时,就会在混凝土表面及内部出现开裂现象。

2.3 防止措施

第一,在选材上,选用低热或中热水泥,减少水泥用量,降低水灰比,改善骨料级配,降低水化热。第二,在施工工艺上,应改善混凝土的搅拌加工工艺,合理安排施工工序,分层、分块浇筑,以利于散热。第三,在设计上,应在温度应力较大的部位,留置温度收缩缝。第四,选用合适的外加剂,掺加一定量的具有减水、增塑、缓凝等作用的外加剂,改善混凝土拌合物的流动性、保水性,降低水化热,推迟热峰的出现时间。最后,应规定合理的拆模时间,加强混凝土后期养护,适当延长养护时间。

3 收缩型裂缝

3.1 裂缝状况

收缩型裂缝主要在板墙开裂,尤其是在超长墙体、顶板中较为常见,裂缝多出现在构件表面,形状不规则、长短宽窄不一、深度一般不超过 50mm,其中板中裂缝不规则且细小、不连续、呈龟裂状,边缘部一般呈对角斜线状,长度通常不超过300mm;梁上裂缝一般为竖直方向,部分沿梁内箍筋呈“U”形,裂缝下宽上窄,且梁跨中较两端开裂严重。

3.2 开裂原因

混凝土在凝结硬化的过程中产生的体积缩小现象统称为收缩,施工中主要存在三种收缩现象：第一种是干燥收缩,主要为混凝土内吸附水的消失,刚浇筑完成的水泥混凝土往往因为外界气温较高,相对温度过小,表面蒸发过快,或者是基础、模板吸水过快,使表面变干,而其内部仍是塑性体,因塑性收缩过快而使表面产生裂缝,这种裂缝出现在混凝土的表面,比较细小,特别是商品混凝土,为了满足可泵性、流动性等,出机时混凝土的坍落度和砂率比自拌混凝土要大很多,其水分特别容易散失,加之早期强度低,造成其表面容易形成裂缝;第二种是自生收缩,主要为水泥水化物的体积小于参与水化反应的水泥和水的体积,这是一种由水泥的水化反应所产生的固有收缩;第三种是碳化收缩,是混凝土中的水泥水化物与空气中的二氧化碳发生化学反应的结果。混凝土如果在无约束的条件下收缩,只会单纯地引起体积缩小,而不会产生应力,但实际工程中的混凝土构件均会不同程度的受到约束,使得混凝土为了保持初始长度,收缩就会在混凝土中产生拉应力,当拉应力大于混凝土抗拉强度时就会产生收缩裂缝。

3.3 防止措施

第一,设计上,应按工程特点充分考虑混凝土收缩因素引起的应力,在结构中断面薄弱和应力集中处,宜采用各种加强措施,增设钢筋或钢筋网作为补偿,以及采取合理的构造措施,设置混凝土伸缩缝和后浇带。

第二,材料上,在拌制混凝土时,应严禁不同品牌、不同标高的水泥混在一起使用。另外,采取外加剂和施加预应力也可补偿混凝土的收缩,前者依靠水泥用量的减少以降低混凝土收缩率,掺加减水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,其体积可用增加骨料用量来补充;后者依靠预应力的施加以增强梁板刚度,所产生的预应力可抵消由于混凝土收缩产生的轴向拉应力,从而消除或减少收缩裂缝的出现,但所施加的预应力必须是专门用于抵消收缩应变的预应力。

第三,施工上,应加强施工现场管理,采取正确的浇筑顺序与振捣方式,在混凝土浇筑时采取措施遮掩浇筑面,使其避免风吹日晒,混凝土浇筑完毕后立即将表面覆盖并及时洒水养护,以减少混凝土收缩。

4 裂缝的处理方式[1]

无论是荷载裂缝还是变形裂缝,过大的裂缝会危及建筑物的安全或正常使用,应作出妥善处理,工程中处理裂缝的常用方法有：表面处理法,填充法,结构补强法,混凝土置换法,电化学防护法以及仿生自愈合法,下面对前三种方法做一简单的介绍。

4.1 表面处理法

表面处理法是一种简单、常见的修补方法,该方法主要适用于混凝土浅层裂缝,包括表面涂抹和表面贴补法,通常的处理措施是在裂缝的表面粘贴玻璃纤维布,涂刷水泥浆、环氧胶泥或油漆、沥青等防腐材料,在防护的同时也防止了混凝土受各种作用的影响而继续开裂。

4.2 填充法

填充法主要用于较深或较宽的裂缝,主要适用于对结构整体性有影响或有防渗要求的混凝土裂缝的处理,该方法主要为压力灌浆法,利用压力设备将胶结材料压入混凝土的裂缝中,胶结材料硬化后与混凝土形成一个整体,从而起到封堵加固的目的,以日本SHO-BOND公司开发的 BICS工法较为常用,所用的胶结材料有水泥浆、环氧树脂、甲基丙烯酸酯、聚氨酯等化学材料。

4.3 结构补强法

当裂缝影响到混凝土结构的性能时,就要考虑采取加固补强法对混凝土结构进行处理。补强加固中常用的方法有：加大混凝土结构的截面面积、在构件的角部外包型钢、采用预应力法加固、粘贴钢板加固、增设支点加固以及喷射混凝土补强加固等。

5 结语

以上对混凝土工程中常见的温度和收缩两种类型的裂缝进行了理论和实践上的初步探讨,但实际施工中裂缝的成因都是复杂多变的,裂缝的出现大都是由于多种因素的叠加所导致的,通常情况下混凝土建筑和构件都是带缝工作的,只要采取有效的措施将其危害性控制在一定程度上,裂缝在一定的范围内是可以接受的,具体施工中要靠我们多观察、多比较,出现问题后多分析、多总结,结合多种预防处理措施,混凝土的裂缝是完全可以避免的。

[1]GB 50367-2006,混凝土结构加固设计规范[S].

[2]张小亮.混凝土裂缝成因分析及控制[J].山西建筑,2010,36(4)：160-161.

On analysis and control of two common concrete cracks

ZHANG X iao-hua

The paper illustrates the widespread,the danger and the specific law of the cracks in the concrete structure,discusses the two cracks of the structure and their reasons,that is the temperature and shrinkage,and points out themethods for preventing or reducing the two cracks in the concrete construction process,so as to provide better controllingmethods andmaintenancemeasures for field construction.

temperature cracks,concrete shrinkage,crack control

TU755.7

B

1009-6825(2011)03-0075-03

2010-09-22

张晓华(1979-),男,工程师,山西省建筑科学研究院,山西太原 030001