大體積混凝土裂縫形成過(guò)程

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混凝土是一種由砂石骨料、水泥、水及其他外加材料混合而形成的非均質(zhì)脆性材料。由于混凝土施工和本身變形、約束等一系列問(wèn)題，硬化成型的混凝土中存在著眾多的微孔隙、氣穴和微裂縫，正是由于這些初始缺陷的存在才使混凝土呈現(xiàn)出一些非均質(zhì)的特性。微裂縫通常是一種無(wú)害裂縫，對(duì)混凝土的承重、防滲及其他一些使用功能不產(chǎn)生危害。但是在混凝土受到荷載、溫差等作用之后，微裂縫就會(huì)不斷的擴(kuò)展和連通，最終形成我們?nèi)庋劭梢?jiàn)的宏觀裂縫，也就是混凝土工程中常說(shuō)的裂縫。
    混凝土建筑和構(gòu)件通常都是帶縫工作的，由于裂縫的存在和發(fā)展通常會(huì)使內(nèi)部的鋼筋等材料產(chǎn)生腐蝕，降低鋼筋混凝土材料的承載能力、耐久性及抗?jié)B能力，影響建筑物的外觀、使用壽命，嚴(yán)重者將會(huì)威脅到人們的生命和財(cái)產(chǎn)安全。很多工程的失事都是由于裂縫的不穩(wěn)定發(fā)展所致。近代科學(xué)研究和大量的混凝土工程實(shí)踐證明，在混凝土工程中裂縫問(wèn)題是不可避免的，在一定的范圍內(nèi)也是可以接受的，只是要采取有效的措施將其危害程度控制在一定的范圍之內(nèi)。鋼筋混凝土規(guī)范也明確規(guī)定[1]：有些結(jié)構(gòu)在所處的不同條件下，允許存在一定寬度的裂縫。但在施工中應(yīng)盡量采取有效措施控制裂縫產(chǎn)生，使結(jié)構(gòu)盡可能不出現(xiàn)裂縫或盡量減少裂縫的數(shù)量和寬度，尤其要盡量避免有害裂縫的出現(xiàn)，從而確保工程質(zhì)量。
    混凝土裂縫產(chǎn)生的原因很多，有變形引起的裂縫：如溫度變化、收縮、膨脹、不均勻沉陷等原因引起的裂縫；有外載作用引起的裂縫；有養(yǎng)護(hù)環(huán)境不當(dāng)和化學(xué)作用引起的裂縫等等。在實(shí)際工程中要區(qū)別對(duì)待，根據(jù)實(shí)際情況解決問(wèn)題。
    二、混凝土工程中常見(jiàn)裂縫
    1、干縮裂縫
    干縮裂縫多出現(xiàn)在混凝土養(yǎng)護(hù)結(jié)束后的一段時(shí)間或是混凝土澆筑完畢后的一周左右。水泥漿中水分的蒸發(fā)會(huì)產(chǎn)生干縮，且這種收縮是不可逆的。干縮裂縫的產(chǎn)生主要是由于混凝土內(nèi)外水分蒸發(fā)程度不同而導(dǎo)致變形不同的結(jié)果：混凝土受外部條件的影響，表面水分損失過(guò)快，變形較大，內(nèi)部濕度變化較小變形較小，較大的表面干縮變形受到混凝土內(nèi)部約束，產(chǎn)生較大拉應(yīng)力而產(chǎn)生裂縫。相對(duì)濕度越低，水泥漿體干縮越大，干縮裂縫越易產(chǎn)生。干縮裂縫多為表面性的平行線狀或網(wǎng)狀淺細(xì)裂縫，寬度多在0.05~0.2mm之間，大體積混凝土中平面部位多見(jiàn)，較薄的梁板中多沿其短向分布。干縮裂縫通常會(huì)影響混凝土的抗?jié)B性，引起鋼筋的銹蝕影響混凝土的耐久性，在水壓力的作用下會(huì)產(chǎn)生水力劈裂影響混凝土的承載力等等。混凝土干縮主要和混凝土的水灰比、水泥的成分、水泥的用量、集料的性質(zhì)和用量、外加劑的用量等有關(guān)。
    2、塑性收縮裂縫
    混凝土塑性裂縫一般可分為兩類，即塑性沉降裂縫和塑性收縮裂縫，這兩種裂縫的形成過(guò)程都與混凝土的泌水有關(guān)，泌水是指混凝土澆筑搗實(shí)后尚未凝結(jié)硬化之前，從外表看在混凝土的澆筑面上山現(xiàn)一層清水或者從模扳縫中滲出部分水的一種現(xiàn)象，這是因?yàn)樗诨炷涟韬衔锔鹘M分中密度最小。當(dāng)混凝土成型后的靜止過(guò)程中，部分密度較大的固體顆粒還會(huì)向下沉積，而水則只能向上浮動(dòng)，一部分水泌出到混凝土的外表面，稱為外泌水；另一部分被截留在鋼筋及粗骨料的下面形成水囊，水分蒸發(fā)后產(chǎn)生孔隙及界面裂縫，從而降低了鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)強(qiáng)度以及水泥石與骨料之間的界面強(qiáng)度，致使混凝土的抗凍、抗?jié)B和抗腐蝕能力減弱，抗壓抗折強(qiáng)度降低，這部分水稱為內(nèi)泌水，只有當(dāng)水泥水化產(chǎn)生的膠結(jié)強(qiáng)度足以阻止固體顆粒相對(duì)運(yùn)動(dòng)或者各種固體顆粒經(jīng)過(guò)遷移已達(dá)到緊密堆積狀態(tài)時(shí)，沉積相對(duì)停止，泌水才告結(jié)束，泌水使混凝土的體積縮小，促成了混凝土塑性裂縫的產(chǎn)生。
    混凝土塑性裂縫是指混凝土澆筑成型后還未硬化，仍處于可塑狀態(tài)時(shí)產(chǎn)生的裂縫，塑性裂縫的出現(xiàn)不僅會(huì)影響混凝土構(gòu)件的外觀質(zhì)量，更重要的是會(huì)造成混凝土防水性能下降、鋼筋容易銹蝕等不良后果，影響混凝土結(jié)構(gòu)的使用年限，關(guān)于這一點(diǎn)應(yīng)在設(shè)計(jì)和施工過(guò)程中給予充分的重視。 
    塑性收縮裂縫一般在干熱或大風(fēng)天氣出現(xiàn)，裂縫多呈中間寬、兩端細(xì)且長(zhǎng)短不一，互不連貫狀態(tài)。常發(fā)生在混凝土板或比表面積較大的墻面上，較短的裂縫一般長(zhǎng)20~30cm，較長(zhǎng)的裂縫可達(dá)2~3ｍ，寬1~5mm。從外觀分為無(wú)規(guī)則網(wǎng)絡(luò)狀和稍有規(guī)則的斜紋狀或反映出混凝土布筋情況和混凝土構(gòu)件截面變化等規(guī)則的形狀，深度一般3～10cm，它與塑性沉降裂縫相比，貫穿整個(gè)混凝土板的裂縫是極少的，而且塑性收縮裂縫通常延伸不到混凝土板的邊緣，這一點(diǎn)可做為混凝土早期塑性收縮裂縫與混凝土長(zhǎng)期干燥收縮裂縫相區(qū)別的依據(jù)，在實(shí)際上很難區(qū)別塑性收縮裂縫與塑性沉降裂縫，但如果裂縫的走向與鋼筋布置的形狀和混凝土構(gòu)件的幾何形狀有關(guān)，則可以判定沉降在裂縫的形成過(guò)程中起了一定的作用，有時(shí)這兩種裂縫是同時(shí)存在的，只不過(guò)是以何種為主罷了。影響混凝土塑性收縮開(kāi)裂的主要因素有水灰比、混凝土的凝結(jié)時(shí)間、環(huán)境溫度、風(fēng)速、相對(duì)濕度等等。
    混凝土可以被認(rèn)為是一種人造的沉積巖，混凝土剛剛澆筑成型后，由于混凝土各種固體顆粒在減水劑的作用下形成了溶劑化層，導(dǎo)致各種固體顆粒之間存在一層水膜，在混凝土的表面處則形成凹形液面，在一般情況下，水分揮發(fā)會(huì)使固體顆粒進(jìn)一步靠近，毛細(xì)管進(jìn)一步變細(xì)，增大了將水從混凝土內(nèi)層提升到表面的能力，同時(shí)混凝土的泌水也有利于水上升到混凝土表面。普通混凝土所含的水分少在泌水和毛細(xì)管的雙重作用下使混凝土的體積收縮小而且較均勻，所以普通混凝土較少產(chǎn)生塑性收縮裂縫。對(duì)于泵送混凝土而言，因其所含的水分較多，若環(huán)境溫度高風(fēng)速大而且干燥，水分揮發(fā)迅速，混凝土的泌水和毛細(xì)管提升水的綜合作用還低于水的揮發(fā)作用時(shí)，使混凝土表層脫水速度遠(yuǎn)大于混凝土內(nèi)層提供水的速度，造成了混凝土面層體積收縮大，若這時(shí)混凝土還未產(chǎn)生足夠的強(qiáng)度，則在混凝土表面產(chǎn)生塑性收縮裂縫，商品混凝土因運(yùn)輸距離長(zhǎng)，為防止流動(dòng)性損失過(guò)大，常常加入緩凝劑、保塑劑等，更增加了形成塑性收縮裂縫的可能。因混凝土的塌落度大，對(duì)模板的側(cè)向壓力也大，使模板容易發(fā)生變形也會(huì)形成塑性裂縫，消除塑性收縮裂縫的積極方法與消除塑性沉降裂縫的方法基本相同，也可以采用二次振搗工藝，所不同的是可以采用平板振動(dòng)器進(jìn)行施工，特別是對(duì)表面積大而厚度小的混凝土板，通過(guò)振搗使混凝土的體積收縮減小而且均勻，而有的施工單位采用碾壓和抹平的方法來(lái)消除塑性裂縫，其效果是值得懷疑的。