裂缝削弱了混凝土的整体性及承载能力, 影响了工程的安全运行, 因此, 探讨混凝土工程裂缝的成因和采取相应的预防措施有重要的现实意义。本文中以裂缝的表现特征将其分为表面裂缝和贯穿裂缝, 对其产生的原因及其机理进行分析, 总结出一套有针对性的预防措施, 在现场施工中得以充分运用, 并取得良好的效果。
(1) 缝表面产生的原因及机理。配合比不合理, 施工过程控制不规范是表面裂缝产生的主观原因。配合比决定了混凝土的各项工作性能, 在实验室的试拌过程中未考虑现场的条件差异, 对原材料不作选择, 水灰比过大, 计量的偏差都将造成混凝土开裂。在实验室的试拌过程中由于控制了操作室的温度及湿度, 混凝土从搅拌到入模都处于一种较为理想的环境中。而在现场, 温度与湿度将难以控制, 导致混凝土施工中水泥的水化过程受到影响, 产生分层离析, 这是产生表面裂缝的环境因素。在施工过程中用水量的随意性, 致使混凝土产生离析浮浆, 产生表面裂缝。搅拌时间的不足也是产生表面裂缝的人为因素。
(2) 混凝土在强度形成初期的浇筑及塑性阶段。混凝土在强度形成初期的浇筑及塑性阶段, 水化热聚集在结构内部, 由于导热性差, 不易消散, 使温升剧烈, 出现内外温差, 在表面产生拉应力, 当混凝土早期拉强度不足时, 即在表面产生裂缝。而在硬化后期, 水化温升达到峰值后开始降温, 内外降温速度不同, 因而造成较大温差收缩, 当受到边界条件约束时, 易在临界面产生裂缝。如大体积混凝土基础浇筑在硬基层上的连续墙体等。最典型的是高层建筑基础底版等大体积混凝土, 其厚度多在1.0~2.5m间, 其最高温升发生在中心部位, 3d左右可达峰值, 最高可至70℃以上, 而上表面的温升峰值最低, 最先达峰值, 降温则比中心快数倍, 造成温差明显而冷缩大。
(3) 贯穿裂缝产生的原因及其机理贯穿性裂缝的产生, 一般应同时具备两个条件;混凝土收缩的趋势和阻碍这种趋势的约束。收缩的趋势可由湿度因素造成, 而湿度变化引起的裂缝又占主要部分。湿度因素引起的收缩主要包括塑性收缩和干缩。塑性收缩裂缝:大多在混凝土初终凝前后, 在结构表面出现类似干燥的泥浆面的裂缝。其特征是:裂缝不连贯中间宽, 两端渐细, 形状很不规则。主要原因是由于初期养护不良, 表面无及时覆盖, 受风吹日晒, 混凝土表面游离水份蒸发过快, 产生急剧体积收缩, 其初期强度不能抵抗, 这种变形应力因而产生裂缝, 混凝土水灰比过大, 水泥用量过多等都是导致这类裂缝出现的因素。干燥收缩:混凝土具有“干缩湿涨”的特征, 当混凝土中的水分蒸发时可引起收缩, 吸收水分时又可引起膨胀, 但此前的收缩并不能完全恢复。当混凝土受到干燥作用事, 首先是大空隙及粗毛细孔中的自由水分蒸发, 这种失水不引起收缩。然后毛细孔微毛细孔中水的蒸发, 使细孔中形成负压。随着干燥作用的加剧, 负压逐渐增大, 水泥石受压而形成压缩变形, 构成混凝土收缩变形的一部分。在毛细水蒸发后, 如继续干燥, 物理-化学结合的吸附水, 包括晶格间水分和分子层中的吸附水先后蒸发。这种失水引起显著的水泥石压缩, 是收缩变形的主要部分。从以上分析可以看出, 混凝土的收缩的原因及机理是不尽相同的, 因此裂缝的预防应是具有针对性的。
首先应考虑选取低水化热的水泥, 尽可能避免使用早强型水泥和矿渣水泥。因为早强型水泥化时间短, 热量释放快, 混凝土内外温差较大, 容易造成混凝土开。而矿渣水泥混凝时间较长, 泌水性较大, 早期化学收缩较大, 也不宜浇筑大体积混凝土。另外, 在不影响水泥活性的情况下, 要尽量使水泥的细度适量减少, 因为水泥的细度会影响水化热的放热的速率。
外加剂是大体积混凝土不可缺少的原材料之一, 为使混凝土水化更加均和完全, 常在大体积混凝土中掺加适量缓凝剂, 其掺量应因水泥品种、气候条件的变化而变化, 如在使用矿渣水泥、粉煤灰作胶结材料, 气温相对低时, 混凝土的凝结时间会大幅度延长, 一方面增加了混凝土表失水时间, 造成混凝土表面大量水分蒸发, 增加了混凝土的干燥收缩。因此不能只考虑外加剂对混凝土的强度的影响, 而应更重视外加剂对混凝土的工作性能及收缩的影响。对此, 在进行混凝土拌合试验和强度试验的同时也应增加混凝土的收缩实验。有针对性的选择加剂是预防混凝土开裂的有效方法。
外加剂对混凝土收缩开裂性能有以下影响:
(1) 减水剂对混凝土开裂的影响减水剂的主要作用改善混凝土的和易性, 降低水灰比, 提高混凝土强度或在保持混凝土一定强度时减少水泥用量, 而水灰比的降低, 水泥用量的减少对防止开裂是十分有利的。
(2) 缓凝剂对混凝土开裂的影响缓凝剂的作用一是延缓混凝土放热峰值出现的时间, 由于混凝土的强度会随龄期的增长而增大, 所以等放热峰值出现时, 混凝土强度也增大了, 从而减小裂缝出现的机率, 二是改善和易性, 减少运输过程中的塌落度损失。
(3) 引气剂对混凝土开裂的影响引气剂在混凝土的应用对改善混凝土的和易性、可泵性、提高混凝土耐久性能十分有利。在一定程度上增大混凝土的抗裂性能。在这里值得注意的是:外加剂不能掺量过大, 否则会产生负面影响, 在GB8076~1977中规定, 掺有外加剂的混凝土, 28d的收缩比不得大于135%, 即掺有外加剂的混凝土收缩比基准混凝土的收缩不得大于35%。
为了减少水泥用量, 降低水化热并提高和易性, 我们可以把部分水泥用粉煤代替, 掺入粉煤主要有以下作用:由于粉煤灰中含有大量的硅、铝氧化物, 其中二氧化硅含量40%~60%, 三氧化二铝含量17%~35%, 这些硅铝氧化物能够与水泥的水化产物进行二次反应, 是其活性的来源, 可以取代部分水泥, 从而减少水泥用量, 降低混凝土的热胀;由于粉煤灰颗粒较细, 能够参加二次反应的界面相应增加, 在混凝土中分散更加均匀;同时, 粉煤灰的火山灰反应进一步改善了混凝土内部的孔结构, 使混凝土中总的孔隙率降低, 孔结构进一步的细化, 分布更加合理, 使硬化后的混凝土更加致密, 相应收缩值也减少。值得一提的是:由于粉煤灰的比重较水泥小, 混凝土振捣时比重小的粉煤灰容易浮在混凝土的表面, 使上部混凝土中的掺合料较多, 强度较低, 表面容易产生塑性收缩裂缝。因此, 粉煤灰的掺量不宜过多, 在工程中我们应根据具体情况确定粉煤灰的掺量。
(1) 粗骨料:尽量扩大粗骨料的粒径, 因为粗骨料粒径越大, 级配越好, 孔隙率越小, 总表面积越小, 每立方米的用水泥砂浆量和水泥用量就越小, 水化热就随之降低, 对防止裂缝的产生有利。
(2) 细骨料:宜采用级配良好的中砂和中粗砂, 最好用中粗砂, 因为其孔隙率小, 总表面积小, 这样混凝土的用水量和水泥用量就可以减少, 水化热就低, 裂缝就减少, 另一方面, 要控制砂子的含泥量, 含泥量越大, 收缩变形就越大, 裂缝就越严重, 因此细骨料尽量用干净的中粗沙。
普通混凝土是由水泥, 水, 砂, 石4种材料组成的。混凝土配合比设计就是解决4种材料用量的比例, 即水灰比砂率胶骨比。采用粗砂, 砂率就尽量能小, 当砂率超过一定值时混凝土的抗裂性降低, 混凝土的干燥收缩加大, 也易产生收缩裂缝;稠度较大, 振捣后粗骨料下沉, 表面浮浆增加, 抗裂性下降, 干燥收缩加大, 也会导致混凝土的开裂。
大体积混凝土的裂缝, 特别是表面裂缝, 主要是由于内外温差过大产生的。在浇筑完成后, 随着水泥的水化过程, 混凝土的温度逐渐升高, 因为表面散热快, 温度升高较为缓慢, 内部则不易散热导致温度较高。当内外温差超过20℃时混凝土因内外温度应力造成裂缝, 此时应该通过测温点测量, 掌握内外各个测点温度变化, 及时调整养护措施降低混凝土的内外温差。
大体积混凝土养护方法: (1) 预埋冷却管降低内部温度, 这种方法成本较高, 但简单易行。 (2) 表面覆盖法, 即在表面覆盖上棉絮、黑塑料布等隔热材料, 防止混凝土表面热量的散失, 保持混凝土内外温度场呈均匀上升, 减小混凝土温度内外应力差以达到防止裂缝的目的。最初几天是养护的关键时期, 在施工中应切实重视起来。
裂缝是混凝土工程常见问题。如何有效控制大体积混凝土裂缝的产生, 是当前混凝土工程的一个重点和难点。本文分析了大体积混凝土裂缝产生的原因, 重点对裂缝产生的机理进行了探讨, 并从材料选用, 理论设计及施工控制等方面提出有针对性的措施方案。
摘要：本文通过对混凝土裂缝的成因的分析, 有针对性的提出控制措施。具体施工中我们要多观察多总结, 综合多种预防措施, 减少混凝土工程病害, 提高施工质量。
关键词：混凝土,裂缝产生,措施及对策
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