巖土工程師輔導(dǎo)：巖土混凝土結(jié)構(gòu)裂縫原因分析與控制(1)

　　混凝土裂縫是施工中具有較普遍性的質(zhì)量問題?；炷两Y(jié)構(gòu)、構(gòu)件出現(xiàn)裂縫，不但影響建筑外觀，而且有可能影響構(gòu)件剛度和結(jié)構(gòu)整體性。當(dāng)裂縫寬度超出一定限度，有時(shí)會(huì)造成鋼筋銹蝕，影響結(jié)構(gòu)構(gòu)件的耐久性，因此，為裂縫的出現(xiàn)，應(yīng)給予應(yīng)有的重視。

　　混凝土出現(xiàn)裂縫的原因是多方面的，主要有濕度變化、溫度變化、徐變影響、應(yīng)力作用和施工操作等因素。

　　1、幾種常見裂縫的原因分析與控制方法

　　收縮(塑性、干縮)裂縫的控制。收縮(塑性、干縮)裂縫的控制主要在于控制濕度的變化，使結(jié)構(gòu)、構(gòu)件具有相對穩(wěn)定的濕度。

　　1.1塑性收縮裂縫。此種裂縫多發(fā)生于新澆混凝土的基礎(chǔ)、梁板或具有較大面積的構(gòu)件表面，接近直線，裂縫形狀長短不一，互不連貫，裂縫較淺，產(chǎn)生這類裂縫的原因主要是混凝土多為室外露天澆筑。澆筑后混凝土表面受到日曬、風(fēng)吹的影響，使新澆混凝土表面水分蒸發(fā)過快，即蒸發(fā)速度大于泌水速度，表面混凝土的收縮受到底層混凝土的約束，使正在硬化的混凝土產(chǎn)生拉應(yīng)力，從而導(dǎo)致混凝土表面裂縫。塑性裂縫一般在混凝土澆筑后4h左右形成，開始不很明顯。

　　控制產(chǎn)生這種裂縫的有效方法是，盡可能減少混凝土表面與內(nèi)部的相對體積變化的差異?；炷翝仓笳駬v要密實(shí);水、水泥、砂、石子用量要嚴(yán)格控制且配合比要合理;對裸露表面應(yīng)及時(shí)覆蓋，加強(qiáng)養(yǎng)護(hù);對高溫、大風(fēng)天氣施工的混凝土應(yīng)及時(shí)抹壓，防止裂縫繼續(xù)發(fā)生。

　　1.2干縮裂縫。這種裂縫多發(fā)生于混凝土終凝前后，也有表面裂縫，寬度一般為0.05～0.2mm，個(gè)別情況也有大于0.2mm的。終凝前出現(xiàn)裂縫，較薄的梁、板類構(gòu)件多沿短方向分布;凝固后期的裂縫一般較寬較深，此時(shí)出現(xiàn)的干縮裂縫一般均勻地分布于相鄰兩鋼筋之間并與鋼筋平行。產(chǎn)生這種裂縫的原因主要是混凝土在硬化過程中，由于環(huán)境氣候條件的影響，混凝土表面的水分蒸發(fā)，水泥石中的凝膠體逐漸干縮產(chǎn)生初始應(yīng)力，引起混凝土干縮裂縫。

　　控制和減少這種裂縫的有效方法應(yīng)覆蓋草袋或草簾，避免暴曬。

　　1.3加強(qiáng)混凝土的早期養(yǎng)護(hù)，混凝土澆筑完后，裸露表面應(yīng)及時(shí)用草墊、草袋或塑料薄膜覆蓋，并灑水濕潤養(yǎng)護(hù)。在氣溫高、濕度低、風(fēng)速大的天氣及早覆蓋、噴水霧養(yǎng)護(hù)，并適當(dāng)延長養(yǎng)護(hù)時(shí)間。

　　1.4加強(qiáng)混凝土表面的抹壓，但應(yīng)注意避免過分抹壓。

　　1.5采用密封保水方法，如在混凝土表面噴養(yǎng)護(hù)劑或覆蓋塑料薄膜，使水分不易蒸發(fā)，或采用其他減少空氣流動(dòng)(如設(shè)擋風(fēng)墻、罩)，延緩表面水分蒸發(fā)的辦法。

　　1.6預(yù)應(yīng)力構(gòu)件應(yīng)及時(shí)張拉，避免長期堆放。

　　1.7適當(dāng)選擇配合比，避免水灰比、水泥用量、砂率過大，嚴(yán)格控制砂、石的含泥量，避免使用粉砂，以提高混凝土抗拉強(qiáng)度。

　　1.8構(gòu)件長期露天堆放時(shí)，應(yīng)繼續(xù)適當(dāng)灑水或覆蓋養(yǎng)護(hù)，以便有較長的保濕養(yǎng)護(hù)時(shí)間，特別是薄壁構(gòu)件，應(yīng)放在陰涼地方覆蓋堆放。

　　2、溫度裂縫的控制

　　2.1溫度裂縫的原因。混凝土受水泥水化熱作用，大氣及周圍溫度、電氣焊接等因素影響而冷熱變化時(shí)，發(fā)生收縮和膨脹，產(chǎn)生溫度裂縫。由于水泥水化熱引起的裂縫一般產(chǎn)生于大體積混凝土，裂縫多平行于結(jié)構(gòu)的短邊，由于環(huán)境溫度變化而產(chǎn)生的溫度裂縫可能貫穿整個(gè)桿件截面。

　　2.2施工期間裂縫。大體積混凝土澆筑后，在硬化期間水泥放出大量的水化熱，內(nèi)部溫度不斷上升，使混凝土外部和內(nèi)部形成較大的溫差，而施工又未采取有效的技術(shù)措施時(shí)，將導(dǎo)致混凝土內(nèi)外溫度急劇變化而產(chǎn)生溫度裂縫。

　　防止混凝土產(chǎn)生的裂縫關(guān)鍵時(shí)期：

　　2.2.1混凝土的溫度變化產(chǎn)生溫差，對混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生作用，該作用可分為時(shí)間溫差作用和截面溫差作用兩種。而大體積混凝土溫度變化開裂，主要由截面內(nèi)外溫差作引起，由于混凝土體量大，澆筑后水泥水化熱在內(nèi)部不易散發(fā)，引起混凝土內(nèi)部溫度顯著升高，使凝膠體積膨脹。

　　2.2.2混凝土傳熱性較差，散熱慢，在澆筑過程中其內(nèi)部的溫度會(huì)很快升高，對于厚度超過800mm的大體積混凝土內(nèi)部絕對溫升可達(dá)35～50℃，甚至更高。筆者曾對2m厚澆筑混凝土板進(jìn)行實(shí)測，最高溫度達(dá)到81.3℃。水泥水化放熱是一個(gè)早期快后期慢的過程，其混凝土內(nèi)部的溫升一般在2～3d可達(dá)最高溫度，持續(xù)一段時(shí)間以后才開始緩慢降溫，約21d后降溫至大氣溫度。

　　2.2.3混凝土在降溫階段從熱膨脹的最大變形開始降溫收縮，此時(shí)，混凝土的彈性模量也已增大，故降溫收縮產(chǎn)生一定的拉應(yīng)力，當(dāng)拉應(yīng)力超過混凝土的變形能力時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生收縮裂縫。

　　2.2.4防止大體積混凝土產(chǎn)生裂縫的關(guān)鍵時(shí)期是在降溫階段，從實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來看，混凝土澆搗后7d左右的降溫時(shí)最容易產(chǎn)生裂縫，此時(shí)是施工保養(yǎng)中容易被忽視、也是防止產(chǎn)生裂縫的關(guān)鍵時(shí)候，這一點(diǎn)施工中應(yīng)該更為重視。

　　2.3施工時(shí)溫度控制。為防止水化熱引起的溫度裂縫，施工時(shí)溫度控制是關(guān)鍵。施工溫度控制包括以下兩個(gè)方面：

　　2.3.1構(gòu)件內(nèi)外溫差控制。即內(nèi)部與外表以及外表與大氣環(huán)境的溫差控制。由溫差引起的變形和應(yīng)力值可按式(1)和(2)計(jì)算：

　　△L=L(t2-t1)α(1)

　　δt=EC△L/L=EC(t2-t1)α(2)

　　式中：△L——鋼筋混凝土構(gòu)件的變形值;

　　L——構(gòu)件的長度;

　　t2-t1——溫差，即溫度變化值;

　　α——溫度膨脹系數(shù);

　　δt——混凝土溫度應(yīng)力;

　　EC——混凝土彈性模量。

　　混凝土降溫時(shí)，熱量從內(nèi)向外傳遞擴(kuò)散，表面散熱快，溫度低，從而形成內(nèi)外溫差，由上面理論公式計(jì)算出允許混凝土內(nèi)外溫差應(yīng)是5～10℃。但由于結(jié)構(gòu)構(gòu)件不可能受到絕對約束，混凝土也不可能完全沒有徐變和塑型變形，多數(shù)工程混凝土的內(nèi)外溫差在10～25℃尚未開裂。因此，我國有關(guān)施工規(guī)范對這類大體積混凝土澆筑時(shí)規(guī)定內(nèi)外溫差宜控制在25℃內(nèi)。另外，環(huán)境溫度越低，產(chǎn)生內(nèi)外溫差也越大，引起混凝土開裂的幾率增加，這種情況下可采取表面覆蓋等措施進(jìn)行溫差控制以防止混凝土表面散熱過快。

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