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淺議混凝土裂縫

來源:UC論文網2019-04-05 10:11

摘要:

  摘要:混凝土是一種非均質脆性材料,由骨料、水泥石以及其中的氣體和水組成。開裂發生的原因可能是原材料的選取與配合比的選擇不當、施工方法和措施有誤、建筑物所處的條件影響以及結構不合理等。本文介紹混凝土裂縫的一些介紹。  關鍵詞:混凝土裂縫;溫度裂縫;收縮裂縫;混凝土結構受力裂縫  中圖分類號:TU375文獻標識碼:A文章編號:2095-2104(2012)  混凝土是一種由砂石骨料、水泥、水及其他...

  摘要:混凝土是一種非均質脆性材料,由骨料、水泥石以及其中的氣體和水組成。開裂發生的原因可能是原材料的選取與配合比的選擇不當、施工方法和措施有誤、建筑物所處的條件影響以及結構不合理等。本文介紹混凝土裂縫的一些介紹。


  關鍵詞:混凝土裂縫;溫度裂縫;收縮裂縫;混凝土結構受力裂縫


  中圖分類號:TU375文獻標識碼:A文章編號:2095-2104(2012)


  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脆性材料。在施工及其本身特性的影響下,混凝土硬化過程中會產生眾多的微孔隙、氣穴和微裂縫。這類裂縫的分布是不規則且不貫通的,但在荷載作用下或進一步產生溫差收縮的情況下,裂縫開始擴展,最終形成肉眼可見的宏觀裂縫,也就是砼工程中常說的裂縫。如果不能及時修復和處理,隨著裂縫的擴展及外部水的滲入最終導致鋼筋的銹蝕,降低砼結構的結構性能和使用壽命。


  混凝土裂縫的類型及成因


  1、塑性裂縫:


  (1)裂縫現象:裂縫在結構表面出現,形狀很不規則且長短不一,互不連貫,類似干燥的泥漿面。大多在混凝土澆筑初期(一般在澆筑后4小時左右),當混凝土本身與外界氣溫相差懸殊,或本身溫度長時間過高(40℃以上),而氣候很干燥的情況下出現。塑性裂縫又稱龜裂,屬于干縮裂縫,出現普遍。


  (2)產生原因:混凝土澆筑后,表面沒有及時覆蓋,受風吹日曬,表面游離水分蒸發過快,產生急劇的體積收縮,而此時混凝土早期強度很低,不能抵抗這種變形應力而導致開裂。使用收縮率較大的水泥,水泥用量過多,或使用過量的粉砂。混凝土水灰比過大,模板過于干燥。


  2、干縮裂縫:


  (1)裂縫現象:裂縫為表面性,寬度較細。其走向縱橫交錯,沒有規律。較薄的梁、板類構件(或桁架桿件),多沿短向分布;整體性結構多發生在結構變截面處;平面裂縫多延伸到變截面部位或塊體邊緣,大體積混凝土在平面部位較為多見,但側面也常出現,并隨濕度和溫度變化而逐漸發展。


  (2)產生原因:混凝土成型后,養護不當,受到風吹日曬,表面水分散失快,體積收縮大,而內部濕度變化很小,收縮也小,因而表面收縮變形受到內部混凝土的約束,出現拉應力,引起混凝土表面開裂,或者構件水分蒸發,產生體積收縮受到地基或墊層的約束,而出現干縮裂縫。混凝土構件長期露天堆放,表面濕度經常發生劇烈變化,混凝土經過度振搗,表面形成水泥含量較多的砂漿層,后張法預應力構件露天生產后長久為張拉等。


  3、溫度裂縫:


  (1)裂縫現象:表面溫度裂縫走向無一定規律性;梁板式或長度尺寸較大的結構,裂縫多平行于短邊;大面積結構裂縫常縱橫交錯。深進的和貫穿的溫度裂縫,一般與短邊方向平行或接近于平行,裂縫沿全長分段出現,中間較密。裂縫寬度沿全長沒有太大的變化。溫度裂縫多發生在施工期間,縫寬受溫度變化影響較明顯,冬季較寬,夏季較細。沿斷面高度,裂縫大多呈上寬下窗狀,但個別也有下寬上窄情況,遇上下邊緣區配筋較多的結構,在時也出現中間寬兩端窄的梭形裂縫。


  (2)產生原因:表面溫度裂縫,多由于溫度較大。混凝土結構,特別是大體積混凝土基礎澆筑后,在硬化期間放出大量水化熱,內部溫度不斷上升,使混凝土表面和內部溫差很大。當溫度產生非均勻的降溫時(如施工中注意不夠,過早拆除模板;冬季施工,過早除掉保溫層,或受到寒潮襲擊),將導致混凝土表面急劇的溫度變化而產生較大的降溫收縮,此時表面胺到內部混凝土的約束,將產生很大的拉應力(內部降溫慢,受自約束而產生壓應力),而混凝土早期抗拉強度和彈性模量很低,因而出現裂縫(這種裂縫又稱為內約束裂縫)。但這種溫差僅在表面處較大,離開表面就很快減弱。因此,裂縫只在接近表面較淺的范圍出現,表面層以下結構仍保持完整。深進的和貫穿的濁裂縫多由于結構降溫差較大,受到外界的約束而引起的。當大體積混凝土基礎、墻體澆灌在堅硬地基(特別是巖石地基)或厚大的老混凝土墊層上時,沒有采取隔離層等放松約束的措施,如果混凝土澆灌時溫度很高,加上水泥水化熱的混凝土冷卻收縮,全部或部分地受到地基、混凝土墊層或其他外部結構的約束,將傳統在混凝土澆筑后2-3個月或更長時間出現,裂縫較深,有時是貫穿性的,將破壞結構的整體性。基礎工程長期不回填,受風吹日曬或寒潮襲擊作用;框架結構的梁、墻板、基礎梁,由于與剛度較大的柱、基礎連接,或預制構件澆筑在臺座伸縮縫處,因溫度變形受到約束,降溫時也常出現這類裂縫。采用蒸氣養護的預制構件,混凝土降溫制度控制不嚴,降溫過速,或養生窯坑急劇揭蓋,使混凝土表面劇烈降溫,而受到肋部或胎模的約束,常導致構件表面或肋部出現裂縫。


  3、不均勻沉陷裂縫:


  (1)裂縫現象:不均勻沉陷裂縫多屬貫穿性裂縫,其走向與沉陷情況有關,有的在上部,有的在下部,一般與地面垂直或呈30°~45°角方向發展。較大的不均勻沉陷裂縫,往往上下或左右有一定的差距,裂縫寬度受溫度變化影響較小,因荷載大小而異,且與不均勻沉降值成比例。


  (2)產生原因:結構、構件下面的地基未經夯實和必要的加固處理,混凝土澆筑后,地基因沒水引起不均勻沉降。平臥生產的預制構件(如屋架、梁等),由于側向剛度較差,在弦、腹桿件或梁的側面常出現裂縫。模板剛度不足,模板支撐間距過大或支撐底部松動,以及過早拆模,也常導致不均勻沉陷裂縫出現。


  混凝土裂縫的預防措施


  設計方面、施工方面的因素可以通過人為措施進行干預和調整,并且能夠得到改善甚至于做到完全避免;而混凝土自身的干縮變形確是無法完全避免的,因為它是混凝土本身固有的特性,我們只有通過改善各種影響混凝土干縮變形的因素,才能減少和減小混凝土的裂縫產生和寬度。對混凝土裂縫的控制方法,應該以預防為主,同時在施工過程做好過程控制,盡量做到按設計和施工規范進行操作,如果發現微小裂縫存在,應及早進行處理補救。現針對現場實際可能出現的情況,提出以下控制措施和建議。


  1、嚴格控制混凝土施工配合比


  根據混凝土強度等級和質量檢驗以及混凝土和易性的要求確定配合比。嚴格控制水灰比和水泥用量。選擇級配良好的石子,減小空隙率和砂率以減少收縮量,提高混凝土抗裂強度。


  2、嚴格控制混凝土的溫度應力


  溫度應力是產生溫度裂縫的根本原因,一般將內外溫差控制在20~25℃范圍內時,不會產生溫度裂縫。在保證混凝土強度的條件下,盡量減少水泥用量和每立方米混凝土的用水量;盡量降低混凝土的入模溫度,規范要求混凝土的澆筑溫度不宜超過28℃,故在氣溫較高時,可在砂石堆場、運輸設備上搭設簡易遮陽裝置,采用低溫水或冰水拌制混凝土。


  3、做好裂縫計算


  設計單位除對鋼筋混凝土結構體系進行常規計算以外,還應考慮現場的實際施工狀況,對容易產生裂縫的部位進行裂縫計算,同時選擇合理的混凝土強度等級和配筋,如對樓板配筋改成細密型的,采用上下雙層雙向配筋,在柱支座處增加鋼筋網片等等。


  4、做好混凝土的澆筑和振搗


  在混凝土澆搗前,應先將基層和模板澆水濕透,避免過多吸收水分,澆搗過程中應盡量做到既振搗充分又避免過度。在樓板澆搗過程中更要派專人護筋,避免踩彎面負筋的現象發生。通過在大梁兩側的面層內配置通長的鋼筋網片;承受支座負彎矩,避免因不均勻沉降而產生的裂縫。混凝土澆搗完成后,要及時進行養護,包括濕度和溫差方面的要求。禁止在混凝土強度未達到設計和施工規范規定要求的情況下,擅自進行拆除支撐和模板。同時應根據設計提供的承載力限值,合理進行材料堆放。


  5、做好后澆帶的施工


  施工后澆帶的施工應認真領會設計意圖,制定施工方案。杜絕在后澆帶處出現混凝土不密實,不按圖紙要求留企口縫。


  混凝土裂縫的處理措施


  1、表面修補法


  表面修補法是一種簡單、常見的修補方法。它主要適用于穩定和對結構承載能力沒有影響的表面裂縫以及探進裂縫的處理。通常的處理措施是在裂縫的表面涂抹水泥漿、環氧膠泥或在混凝土表面涂刷油漆、瀝青等防腐材料。在防護的同時為了防止混凝土受各種作用的影響繼續開裂,通常可以采用在裂縫的表面粘貼玻璃纖維布等措施。


  2、灌漿、嵌縫封堵法


  灌漿法主要適用于對結構整體性有影響或有防滲要求的混凝土裂縫的修補,它是利用壓力設備將膠結材料壓入混凝土的裂縫中。膠結材料硬化后與混凝土形成一個整體,從而起到封堵加固的目的。常用的膠結材料有水泥漿、環氧樹脂、甲基丙烯酸酯、聚氨酯等化學材料。嵌縫法是裂縫封堵中最常用的一種方法,它通常是沿裂縫鑿槽,在槽中嵌填塑性或剛性止水材料。以達到封閉裂縫的目的。常用的塑性材料有聚氯乙烯膠泥、塑料油膏、丁基橡膠等等。常用的剛性止水材料為聚合物水泥砂漿。


  3、結構加固法


  當裂縫影響到混凝土結構的性能時,就要考慮采取加固法對混凝土結構進行處理。結構加固中常用的主要有以下幾種方法:加大混凝土結構的截面面積,在構件的角部外包型鋼、采用預應力法加固、粘貼鋼板加固、增設支點加固以及噴射混凝土補強加固。


  4、混凝土置換法


  混凝土置換法是處理混凝土嚴重損壞的一種有效方法,此方法是先將損壞的混凝土剔除,然后在置換新的混凝土或其他材料。常用的置換材料有:普通混凝土或水泥砂漿、聚合物或改性聚合物混凝土或砂漿。


  5、電化學防護法


  電化學防腐是利用施加電場在介質中的電化學作用,改變混凝土或鋼筋混凝土所處的環境狀態,鈍化鋼筋,以達到防腐的目的。陰極防護法、氯鹽提取法、堿性復原法是化學防護法中常用而有效的三種方法。


  6、仿生自愈合法


  仿生自愈合法是一種新的裂縫處理方法它模仿生物組織對受創傷部位分泌某種物質,而使創傷部位得到愈合的機能,在混凝土的傳統組分中加入某些特殊組分(如含粘接劑的液芯纖維或膠囊)。在混凝土內部形成智能型仿生自愈合神經網絡系統,當混凝土出現裂縫時分泌出部分液芯纖維可使裂縫重新愈合。


  總結


  混凝土結構裂縫的危害是巨大的,它將直接影響工程的質量、安全、使用功能和觀瞻,加速內部鋼筋的銹蝕,影響結構的耐久性、安全使用年限,給人們的生活帶來潛在的危害。因此,《混凝土泵送施工技術規程》JGJ/T10-95、《混凝土質量控制標準》GB50164-92、《混凝土結構工程施工質量驗收規范》GB50204-2002等標準與規范中都對其有詳細而嚴格的要求。我們必須高度重視,在工程實踐中以預防控制為主,若結構出現裂縫要認真分析原因,并采取相應的措施加以妥善處理。

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