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淺析混凝土施工中裂縫問題的成因及防治

來源:期刊VIP網所屬分類:建筑工程時間:瀏覽:

   隨著我國社會經濟的迅猛發展,各地興建了大量的混凝土構造物。在工程施工過程中,混凝土開裂可以說是“常見病”和“多發病”,故在某些施工驗收規范中都是不允許混凝土結構出現有明顯的裂縫。
   1 混凝土裂縫出現的原因
  混凝土結構出現裂縫,最根本原因是混凝土中的拉應力超過了混凝土的抗拉強度。根據國內外的調查資料,引起裂縫有兩大類原因,一種由外荷載的直接應力和結構次應力引起的裂縫,一種是結構因溫度、膨脹、收縮和不均勻沉降等因素引起的裂縫。就其產生的原因,大致可劃分如下幾種:
   1.1、地基及基礎變形引起的裂縫
  由于地質勘察精度不夠,地基地質差異太大、結構荷載差異太大、結構基礎類型差別大、基礎分期建造、基礎置于滑坡體、溶洞或活動斷層等不良地質段、原有地基條件變化等原因,使基礎豎向不均勻沉降或水平方向位移,使結構中產生附加應力,導致開裂;或者因為模板剛度不足,模板支撐間距過大或支撐底部松動等,特別是在冬季,模板支撐在凍土上,凍土化凍后產生不均勻沉降,致使混凝土結構產生裂縫。
   1.2、混凝土濕度變化引起塑性收縮裂縫和干縮裂縫
  混凝土初凝之前出現泌水和水份急劇蒸發,引起失水收縮,此時骨料與水泥之間也產生不均勻的沉縮變形,它發生在混凝土終凝之前的塑性階段,故稱為塑性收縮。而干縮裂縫則多發生在混凝土硬化前后,此時混凝土表層水分散發快,內部散發慢,因此產生表面收縮大、內部收縮小的不均勻收縮,表面收縮變形受到內部混凝土的約束,致使表面混凝土承受拉力,就會產生干縮裂縫。
   1.3、荷載引起的裂縫
  混凝土結構受荷載作用后產生裂縫的因素很多,施工中和使用中都可能出現裂縫。例如早期受震、構件堆放、運輸、吊裝時的墊塊或吊點位置不當、施工超載、張拉預應力值過大等均可能產生裂縫。在使用階段,承受的荷載超出設計范圍,受到劇烈碰撞,發生大風、地震等,都極有可能使結構混凝土產生裂縫。
  1.4、組成混凝土的原材料質量缺陷引起的裂縫
  由于混凝土是由水泥、砂、骨料、水和外加劑等按一定比例配合、拌制成拌合物,經過一點時間硬化而成的人造石材。配置混凝土所采用材料質量不合格,可導致結構出現裂縫。所以水泥品質、鋼筋銹蝕、骨料性質、外加劑都是混凝土裂縫產生的原因。比如:水泥強度不足,水泥受潮或過期;水泥安定性不合格,水泥中游離的氧化鈣含量超標;水泥含堿量較高同時又使用含有堿活性的骨料;砂石中云母、泥沙、有機質的含量較高;砂石粒徑太小、級配不良、空隙率大;拌和水或外加劑中氯化物等雜質含量較高。
   1.5、冬季施工中混凝土受凍引起的裂縫
  大氣氣溫低于零度時,吸水飽和的混凝土出現冰凍,體積膨脹,因而混凝土產生膨脹應力;同時混凝土凝膠孔中的過冷水在微觀結構中遷移和重分布引起滲透壓,使混凝土中膨脹力加大,混凝土強度降低,并導致裂縫出現。   
 1.6、混凝土外部及內部溫度變化引起的裂縫
 由于混凝土具有熱脹冷縮性質,當外部環境或結構內部溫度發生變化,混凝土將發生變形,若變形遭到約束,則在結構內將產生應力,當應力超過混凝土抗拉強度時即產生溫度裂縫。
 溫度裂縫多發生在大體積混凝土表面或溫差變化較大地區的混凝土結構中。混凝土澆筑后,在硬化過程中,水泥水化產生大量的水化熱,由于混凝土的體積較大,大量的水化熱聚積在混凝土內部而不易散發,導致內部溫度急劇上升,而混凝土表面散熱較快,或者是混凝土受到寒潮的襲擊等,會導致混凝土表面溫度急劇下降,這樣就形成內外的較大溫差,較大的溫差造成內部與外部熱脹冷縮的程度不同,使混凝土表面產生一定的拉應力,就會產生裂縫,這種裂縫通常只在混凝土表面較淺的范圍內產生。
在大體積混凝土結構中,貫穿裂縫一般發生在降溫階段,混凝土的硬化過程會產生體積收縮,而且在澆筑后期,混凝土內部逐漸冷卻也產生收縮,由于受到基底或已澆筑的混凝土的約束,接觸處將產生很大的剪應力,在混凝土正截面形成拉應力。當拉應力超過混凝土當時齡期的極限抗拉強度時,便會產生裂縫,甚至會貫穿整個混凝土斷面,由此帶來嚴重的危害。在大體積混凝土結構的澆筑中,上述兩種裂縫都應設法防止。  
1.7、堿集料反應裂縫和鋼筋銹蝕引起的裂縫
這兩種裂縫都是由化學反應引起的裂縫。堿集料反應,是指混凝土中含有活性氧化硅的骨料與所用水泥中的堿性氧化物在有水的條件下發生反應,生成復雜的堿—硅酸凝膠,這種凝膠具有無限膨脹性(即吸水后體積不斷腫脹)使混凝土受到膨脹壓力作用而開裂的現象。由于混凝土澆筑、振搗不良或者是鋼筋保護層較薄,有害物質進入混凝土使鋼筋產生銹蝕,銹蝕的鋼筋體積膨脹,導致混凝土脹裂,此種類型的裂縫多為縱向裂縫,沿鋼筋的位置出現。 
2、預防措施
通過以上分析,在混凝土裂縫中有很大一部分是可以通過設計手段、施工手段來克服。
  2.1、對于地基及基礎變形引起的裂縫主要預防措施是:一是加強地基的檢查與驗收工作,基坑開挖后應及時通知監理到現場驗收,對較復雜的地基,設計方在基坑開挖后應要求勘察補鉆探,當探出有不利的地質情況時,必須先對其加固處理,并經驗收合格后,方可進行下一步施工。二是控制建筑物的長高比,長高比越小,整體剛度越大,調整不均勻沉降的能力越強。三是正確地設置沉降縫。在施工過程中,要保證模板有足夠的強度和剛度,且支撐牢固,模板拆除的時間不能太早,且要注意拆模的先后次序;在凍土上搭設模板時要注意采取一定的預防措施。
2.2、對于溫度變化和濕度變化引起的裂縫主要預防措施:盡量選用低熱或中熱水泥,如礦渣水泥、粉煤灰水泥等;減少水泥用量,將水泥用量盡量控制在450kg/m3以 下;降低水灰比,一般混凝土的水灰比控制在0.6以下;改善骨料級配,摻加粉煤灰或高效減水劑等來減少水泥用量,改善混凝土拌合物的流動性、保水性,降低水化熱;加強混凝土溫度的監控,及時采取冷卻、保護措施;加強混凝土養護,混凝土澆筑后,及時用濕潤的草簾、麻片等覆蓋,并注意灑水養護,適當延長養護時間,保證混凝土表面緩慢冷卻。
2.3、材料選用上應選用符合規范要求的合格材料。水泥應選用水化熱較低的水泥,嚴禁使用安定性、強度不合格的水泥。粗骨料宜用表面粗糙、質地堅硬、級配良好、空隙率小、無堿性反應、有害物質及粘土含量不超過規定的石料。細骨料宜用顆粒較粗、空隙較小、含泥量較低的中砂。
2.4、對于凍脹引起的裂縫主要預防措施是:
冬季施工時,注意防止混凝土受凍,及時用保溫材料進行覆蓋,采用電氣加熱法、暖棚法、地下蓄熱法、蒸汽加熱法養護以及在混凝土拌和水中摻入防凍劑,可保證混凝土在低溫或負溫條件下硬化。都可有效防止凍脹裂縫的出現。  
2.5、化學反應引起裂縫的預防措施是:因為堿集料反應的發生,必然是由于水泥中含堿量較高,骨料中含有活性二氧化硅及有水存在的緣故。可采用低堿水泥,對骨料進行檢測,不用含活性二氧化硅的骨料,也可采用摻入活性混合材料及摻入引氣劑等方法來減輕堿集料反應的破壞作用。為避免鋼筋銹蝕,施工時通常的預防措施有:(1)是保證鋼筋保護層的厚度;(2)是混凝土級配要良好;(3)是混凝土澆筑要振搗密實;(4)是鋼筋表層涂刷防腐涂料。
  3、結語
對于混凝土工程中的裂縫問題,應貫徹預防為主的原則,加強設計施工及使用等方面的管理,確保結構安全和避免不必要的損失。論文
 
 
參考文獻
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[2]混凝土結構設計規范G B 50010–2002
[3]混凝土結構工程施工質量驗收規范G B50204-2002
[4]曹軍,混凝土常見施工質量問題及補救措施,中國農村水利水,1999(5)

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