淺談建筑施工中混凝土開(kāi)裂原因及防治措施

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 1 、混凝土裂縫類(lèi)型

  混凝土裂縫分宏觀(guān)裂縫和微觀(guān)裂縫。微觀(guān)裂縫也稱(chēng)可控裂縫，微觀(guān)裂縫有三種，一是骨料與水泥石粘和面上的裂縫，二是水泥石自身的裂縫，三是骨料自身的裂縫，微觀(guān)裂縫在混凝土結(jié)構(gòu)中分布是不規(guī)則、不貫通，是肉眼看不見(jiàn)的，是本身物理力學(xué)性質(zhì)決定的，其有害程度是可控制的。宏觀(guān)裂縫是肉眼看得見(jiàn)的裂縫，一般不小于0.05mm，是微觀(guān)裂縫擴(kuò)展而來(lái)的，其有害程度的標(biāo)準(zhǔn)是根據(jù)使用條件決定的，如從結(jié)構(gòu)耐久性要求、承載力要求及正常使用要求，最嚴(yán)格的允許裂縫寬度為0．1mm。如果結(jié)構(gòu)所處的環(huán)境正常，保護(hù)層厚度滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，沒(méi)侵蝕介質(zhì)，那么混凝土裂縫寬度可允許在0．4mm以?xún)?nèi)；經(jīng)常處在水下土壤覆蓋無(wú)侵蝕介質(zhì)，混凝土裂縫寬度允許在0．3mm以?xún)?nèi)；在海水及干濕交替環(huán)境，混凝土裂縫寬度允許在0．15mm以?xún)?nèi)。當(dāng)沿裂縫有侵蝕介質(zhì)時(shí)，有害程度高，就必須進(jìn)行混凝土裂縫控制。
　　2、混凝土產(chǎn)生裂縫的原因

混凝土中產(chǎn)生裂縫有多種原因，（1）結(jié)構(gòu)不合理，一是由外部荷載引起的裂縫，按常規(guī)計(jì)算的各種荷載主要應(yīng)力引起的；二是由于結(jié)構(gòu)的實(shí)際工作狀態(tài)與設(shè)計(jì)模型的不同而產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)次應(yīng)力引起的裂縫；（2）由溫度、收縮、膨脹、模板變形、不均勻沉降等因素產(chǎn)生的變形應(yīng)力引起的裂縫，施工中可采取措施避免。（3）大體積混凝土結(jié)構(gòu)中，由于結(jié)構(gòu)截面大，水泥用量多，水泥水化釋放的水化熱能產(chǎn)生很大的溫度變化和收縮作用，是導(dǎo)致大體積混凝土溫度裂縫的主要原因。

2．1結(jié)構(gòu)方面，混凝土是一種非均質(zhì)的復(fù)雜多相混相材料，在其微觀(guān)結(jié)構(gòu)相組成之間主要的結(jié)合力是范德華力。因此其抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)低于抗壓強(qiáng)度。當(dāng)混凝土內(nèi)部產(chǎn)生拉應(yīng)力超過(guò)其抗拉強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生裂縫。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理會(huì)加劇混凝土裂縫發(fā)展。

2．2大體積混凝土水化熱產(chǎn)生裂縫的機(jī)理，大體積混凝土結(jié)構(gòu)的截面尺寸較大，在施工過(guò)程中，由水泥水化過(guò)程中釋放出大量水化熱，由于體積大，熱量不易散發(fā)，造成較大溫升，從而導(dǎo)致體積增大。當(dāng)這種變形不受約束時(shí)，混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部不會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力。但實(shí)際上這種變形肯定會(huì)受到約束，約束有兩種。一是混凝土與外部環(huán)境溫度差異引起的約束；另一種是由于內(nèi)部的條件不同產(chǎn)生的約束，以上兩種約束產(chǎn)生的應(yīng)力為溫度應(yīng)力。其次，濕度變化引起的混凝土內(nèi)部各單元體之間相互約束，產(chǎn)生的應(yīng)力為干縮應(yīng)力。因?yàn)闈穸葌鲗?dǎo)率遠(yuǎn)小于熱度傳導(dǎo)率（約為1/1600），所以，它主要在混凝土表面附近：另外，混凝土自身體積變形不能自由伸縮所產(chǎn)生的應(yīng)力，稱(chēng)為自身體積變形應(yīng)力；還有地基非均勻沉降、模板走樣也會(huì)產(chǎn)生變形應(yīng)力。在以上非結(jié)構(gòu)荷載作用下所產(chǎn)生的應(yīng)力中，主要是溫度應(yīng)力和變形應(yīng)力。對(duì)于大體積混凝土結(jié)構(gòu)施工，當(dāng)混凝土澆筑體邊界無(wú)約束時(shí)（如底、頂板頂面），在早期水化熱溫度迅速升高階段，由于混凝土內(nèi)、外散熱條件不同，形成溫度梯度，表面受拉，內(nèi)部受壓。當(dāng)拉應(yīng)力超過(guò)混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)，混凝土表面就產(chǎn)生裂縫。在混凝土的降溫階段，混凝土的溫差引起的變形加上混凝土的體積收縮變形，受到地基和結(jié)構(gòu)邊界條件的約束時(shí)，在澆筑體中央斷面產(chǎn)生內(nèi)部拉應(yīng)力，當(dāng)該拉應(yīng)力超過(guò)混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)，混凝土整個(gè)截面就產(chǎn)生貫穿裂縫。

2．3溫度應(yīng)力的分析，根據(jù)溫度應(yīng)力的形成過(guò)程可分為以下三個(gè)階段：

（1）初期：自澆筑混凝土開(kāi)始至水泥放熱基本結(jié)束，一般約30天。這個(gè)階段的兩個(gè)特征，一是水泥放出大量的水化熱，二是混凝土彈性模量的急劇變化。由于彈性模量的變化，這一時(shí)期在混凝土內(nèi)形成殘余應(yīng)力。

（2）中期：自水泥放熱作用基本結(jié)束時(shí)起至混凝土冷卻到穩(wěn)定溫度時(shí)止，這個(gè)時(shí)期中，溫度應(yīng)力主要是由于混凝土的冷卻及外界氣溫變化所引起，這些應(yīng)力與早期形成的殘余應(yīng)力相疊加，在此期間混凝土的彈性模量變化不大。

（3）后期：混凝土完全冷卻以后的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)期。溫度應(yīng)力主要是外界氣溫變化所引起，這些應(yīng)力與前兩種的殘余應(yīng)力相疊加。根據(jù)溫度應(yīng)力引起的原因可分為兩類(lèi)：一是自生應(yīng)力：邊界上沒(méi)有任何約束或完全靜止的結(jié)構(gòu)，如果內(nèi)部溫度是非性分布的，由于結(jié)構(gòu)本身互相約束而出現(xiàn)的溫度應(yīng)力。例如，橋梁墩身、結(jié)構(gòu)尺寸相對(duì)較大，混凝土冷卻時(shí)表面溫度低，內(nèi)部溫度高，在表面出現(xiàn)拉應(yīng)力，在中間出現(xiàn)壓應(yīng)力。二是約束應(yīng)力：結(jié)構(gòu)的全部或部分邊界受到外界的約束，不能自由變形而引起的應(yīng)力。如箱梁頂板混凝土和護(hù)欄混凝土。這兩種溫度應(yīng)力往往和混凝土的干縮所引起的應(yīng)力共同作用。要想根據(jù)已知的溫度準(zhǔn)確分析出溫度應(yīng)力的分布、大小是一項(xiàng)比較復(fù)雜的工作。在大多數(shù)情況下，需要依靠模型試驗(yàn)或數(shù)值計(jì)算?；炷恋男熳兪箿囟葢?yīng)力有相當(dāng)大的松弛，計(jì)算溫度應(yīng)力時(shí)，必須考慮徐變的影響。

3、 混凝土裂縫預(yù)防措施

混凝土的裂縫控制是指杜絕有害裂縫，同時(shí)減少或避免不影響使用的混凝土表面裂縫。降低混凝土外約束與非線(xiàn)性降溫和收縮所產(chǎn)生的拉應(yīng)力，提高混凝土相應(yīng)齡期的抗拉強(qiáng)度和極限拉伸，以確?？沽寻踩纫?。裂縫控制方法采取溫差與溫度應(yīng)力雙控制方法，避免構(gòu)件出現(xiàn)溫度裂縫，同時(shí)調(diào)整混凝土表面濕度以防止表面干縮裂縫。結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生的主要原因是降溫和收縮。任一降溫差包含水化熱引起的溫差和收縮當(dāng)量溫差，又都可以分解為均勻降溫差和非均勻降溫差兩類(lèi)。前者產(chǎn)生外約束力，它成為貫穿性裂縫的主要原因；后者引起自約束力，形成表面裂縫；只有同時(shí)控制好這兩類(lèi)降溫差，才能減小和避免裂縫的產(chǎn)生。

3.1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面

合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能有效控制主、次應(yīng)力引起的混凝土開(kāi)裂?；炷涟l(fā)生開(kāi)裂的條件就是：在約束下變形產(chǎn)生的拉應(yīng)力超過(guò)實(shí)時(shí)的抗拉強(qiáng)度，也就是說(shuō)必須同時(shí)考慮三個(gè)條件：變形的大小、約束的程度、實(shí)時(shí)抗拉強(qiáng)度?？估瓘?qiáng)度足以抵抗所產(chǎn)生的拉應(yīng)力時(shí)則不會(huì)開(kāi)裂。也就是說(shuō)不能籠統(tǒng)地認(rèn)為收縮必然開(kāi)裂。所產(chǎn)生的應(yīng)力大小和實(shí)時(shí)的彈性模量有關(guān)，和能夠松弛應(yīng)力的徐變有關(guān)；是否引起開(kāi)裂還和混凝土的抗拉強(qiáng)度有關(guān)。充分分析建筑物的結(jié)構(gòu)形式，對(duì)混凝土強(qiáng)度等級(jí)、鋼筋的品種、規(guī)格、建筑物的結(jié)構(gòu)等統(tǒng)籌設(shè)計(jì)，有效進(jìn)行裂縫控制。

3．2施工方面

施工階段采取加入外加劑改善混凝土性能、降低水泥水化熱、降低混凝土內(nèi)外溫差、設(shè)置施工縫或變形縫、加強(qiáng)混凝土中的配筋率等措施來(lái)減少混凝土的收縮，防止混凝土產(chǎn)生有害裂縫。

3.2.1．合理設(shè)計(jì)施工配合比

由于大體積混凝土各項(xiàng)指標(biāo)要求較高，并普遍采用泵送混凝土，因此合理設(shè)計(jì)配合比是有效控制和預(yù)防混凝土裂縫發(fā)生的基礎(chǔ)。應(yīng)根據(jù)工程所處條件，對(duì)砂率、水灰比、水泥用量及摻合料用量等進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，選擇最優(yōu)方案。

（1）砂率的選擇。適當(dāng)砂率的選擇對(duì)控制混凝土的裂縫有積極作用，混凝土的干燥收縮隨砂率的增大而增大。由于砂率減小使粗骨料含量增大，在相同條件下混凝土的彈性模量較高，收縮量較小，而且由于粗骨料對(duì)收縮的約束作用，可減少開(kāi)裂的可能。使用粗骨料，盡量選用粒徑較大，級(jí)配良好的粗骨料，在厚大無(wú)筋或少筋的大體積混凝土中，摻總量不超過(guò)20%的大石塊，減少混凝土的用量，以達(dá)到節(jié)省水泥和降低水化熱的目的。

（2）選用中低水化熱水泥，可使水泥在拌和過(guò)程中水化熱釋放較小，顯著減少混凝土升溫，如選用礦渣硅酸鹽水泥，火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥、普硅非早強(qiáng)型水泥。充分利用混凝土后期強(qiáng)度，減少每立方米混凝土中水泥用量。

（3）采用混凝土雙摻技術(shù)，即在混凝土中加入優(yōu)質(zhì)粉煤灰，摻入量一般為水泥用量的20%左右，摻入緩凝型減水劑，用量為水泥用量的 1.0%左右。通過(guò)采用雙摻技術(shù)，減少水泥用量，降低水化熱并使混凝土在常溫下延長(zhǎng)初凝時(shí)間。

（4）加入U(xiǎn)EA或AEA膨脹劑，用量為水泥用量的14%左右，使混凝土在凝固過(guò)程中不產(chǎn)生收縮，還可以提高混凝土自防水能力。

3.2.2混凝土結(jié)構(gòu)原料的控制

（1）材料的選擇，應(yīng)優(yōu)先采用水化熱低的水泥配制大體積混凝土，如礦渣硅酸鹽水泥。在施工中避免使用含泥量高的集料，因使用含泥量高的集料會(huì)導(dǎo)致集料表面與水泥石的機(jī)械粘結(jié)力降低，而且會(huì)增加混凝土拌合物的用水量，不僅增加了混凝土的收縮，同時(shí)降低了混凝土的抗拉強(qiáng)度，導(dǎo)致收縮裂縫發(fā)生。

（2）采用降低水泥用量的方法來(lái)降低混凝土的絕對(duì)溫升值，可以使混凝土澆筑后的內(nèi)外差和降溫速度控制的難度降低。

（3）摻合料和外加劑的控制。摻合料的質(zhì)量對(duì)混凝土裂縫有顯著的影響， 當(dāng)前用的摻合料主要是粉煤灰或礦粉，它們可以提高混凝土的和易性大大改善混凝土工作性能和可靠性，粉煤灰對(duì)混凝土的早期干縮影響很大，使用細(xì)度較粗或含碳量高的粉煤灰會(huì)大幅度增加混凝土的需水量，從而加大混凝土的收縮導(dǎo)致開(kāi)裂。外加劑主要指減水劑、緩凝劑和膨脹劑。混凝土中摻入減水劑，不僅使混凝土工作性能有了明顯的改善，同時(shí)又減少拌和用水，節(jié)約水泥，從而降低了水化熱。若是泵送混凝土，同時(shí)在炎熱的夏天，為了延緩凝結(jié)時(shí)間，要加緩凝劑，反之凝結(jié)時(shí)間過(guò)早，將影響混凝土的輸送和澆筑面的粘結(jié)，易出現(xiàn)層間縫隙，使混凝土防水、抗裂和整體強(qiáng)度下降。為了防止混凝土的初始裂縫，可摻加膨脹劑，如UEA膨脹劑等。

3.2.3澆筑時(shí)的控制措施

（1）控制澆筑溫度：夏季澆筑混凝土應(yīng)降低溫度，至少應(yīng)比當(dāng)天最高溫度氣溫低10℃（如：混凝土攪拌時(shí)可加低溫水等），但混凝土澆筑溫度太低，環(huán)境溫度較高混凝土表面硬化較快，內(nèi)部溫度升高時(shí)產(chǎn)生膨脹，會(huì)使先硬化的表面受拉而開(kāi)裂。因此在夏季澆筑混凝土應(yīng)降低入模溫度（例如避免上午澆筑，冷卻模板，避免陽(yáng)光直射于混凝土表面等)，避免混凝土表面受氣溫影響而先于內(nèi)部硬化。冬季要提高混凝土澆筑溫度，則混凝土內(nèi)部溫度高于氣溫，內(nèi)部成熟快，產(chǎn)生膨脹時(shí)，表面仍有一定塑性，可變形而不裂，而當(dāng)混凝土降溫時(shí)，在表面產(chǎn)生壓應(yīng)力，而有利于抗裂。冬季澆筑溫度應(yīng)不低于10℃。
（2）加強(qiáng)混凝土的澆灌振搗，提高密實(shí)度。

（3）采用兩次振搗技術(shù)，改善混凝土強(qiáng)度，提高抗裂性。

（4）混凝土盡可能晚拆模，或采用帶模養(yǎng)護(hù)，拆模后混凝土表面溫度不應(yīng)下降15℃以上。

（5）加強(qiáng)混凝土的養(yǎng)護(hù)及測(cè)溫工作?；炷翝仓戤吅螅瑧?yīng)及時(shí)按溫控技術(shù)措施的要求進(jìn)行保溫養(yǎng)護(hù)，保溫養(yǎng)護(hù)是大體積混凝土施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其目的主要是降低大體積混凝土澆筑塊體的內(nèi)外溫差值以降低混凝土塊體的自約束應(yīng)力；其次是降低大體積混凝土澆筑塊體的降溫速度，充分利用混凝土的抗拉強(qiáng)度，以提高混凝土塊體的抗裂能力，同時(shí)，在養(yǎng)護(hù)過(guò)程中保持良好的濕度和抗風(fēng)條件，使混凝土在良好的環(huán)境下養(yǎng)護(hù)。具體應(yīng)使混凝土澆筑塊體的里外溫差及降溫速度滿(mǎn)足溫控指標(biāo)的要求，保溫養(yǎng)護(hù)的持續(xù)時(shí)間應(yīng)根據(jù)溫度應(yīng)力加以控制、確定，保溫覆蓋層的拆除應(yīng)分層逐步進(jìn)行；在保溫養(yǎng)護(hù)過(guò)程中，應(yīng)保持混凝土表面的濕潤(rùn)。施工人員需根據(jù)事先確定的溫控指標(biāo)的要求，來(lái)確定大體積混凝土澆筑后的養(yǎng)護(hù)措施，如采用蓄水法保溫養(yǎng)護(hù)等。保溫養(yǎng)護(hù)條件受限制時(shí)，采用預(yù)埋導(dǎo)管注入循環(huán)水，循環(huán)水降低大體積混凝土塊內(nèi)溫度，縮小內(nèi)外溫差，減小內(nèi)部膨脹產(chǎn)生壓力。

4、結(jié)論

混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的發(fā)生的原因很復(fù)雜也是不可避免的，混凝土裂縫的防治重點(diǎn)在于“防”，而不在于“治”在采取了上述綜合性控制措施后，由于各種原因仍可能有少量的混凝土裂縫發(fā)生。當(dāng)這些裂縫發(fā)生后，必須分析、總結(jié)，查明裂縫產(chǎn)生的原因，判明裂縫的類(lèi)型，選擇正確的處理方法，同時(shí)要通過(guò)合理設(shè)計(jì)混凝土配合比、正確選用原材料、合理設(shè)計(jì)建筑結(jié)構(gòu)、采取有效的技術(shù)措施、加強(qiáng)施工監(jiān)控、嚴(yán)格遵守施工技術(shù)規(guī)程、提高施工技術(shù)水平，最大程度減少混凝土裂縫的產(chǎn)生，把裂縫寬度控制在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，減少裂縫造成的危害。