混凝土裂缝的成因及常规处理方法

来源 :城市建设理论研究 | 被引量 : 0次 | 上传用户:tangtieming1983
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  摘要:混凝土裂缝是混凝土结构的严重病害。混凝土早期表面裂缝在以后气温骤降形成的温度应力和外力作用下,表面裂缝可发展成具有破坏性的贯穿裂缝和深层裂缝。贯穿裂缝和深层裂缝会破坏结构的整体性,改变混凝土的受力条件,从而有使局部甚至整体结构发生破坏的可能,严重影响建筑物的质量和运行安全性。因此采取措施对混凝土裂缝进行控制与处理是十分重要和必要的。本文首先分析了混凝土裂缝的特征,然后归纳了混凝土裂缝的类型及成因,最后提出了混凝土裂缝的常规处理办法及防治措施。
  关键词:混凝土裂缝;处理;温度裂缝;结构补强;养护
  Abstract: the concrete crack is one of the serious problems of concrete structures. After early concrete surface crack in low temperature formation of the temperature stress and under the action of external force, surface crack can be developed into a destructive through cracks and deep cracks. Through cracks and deep cracks can destroy the integrity of the structure and change of the concrete stress conditions, thus make the possibility of local and even the whole structure damage, the serious influence the quality of the building and running safety. Therefore take measures to control concrete cracks and the processing is very important and necessary. At first, this paper analyzed the characteristics of the concrete cracks, and sums up the types and the causes of concrete cracks, and finally puts forward the concrete crack of conventional treatment method and prevention measures.
  Keywords: concrete crack; Processing; Temperature crack; Structural reinforcement; maintenance
  中图分类号:[TQ178]文献标识码:A文章编号:2095-2104(2013)
  
  混凝土裂缝的特征
  1、混凝土浇捣成型后1~3h,在构件的表面产生沉缩裂缝,裂缝分布很规则,裂缝上口大,深度不大。
  2、裂缝在构件表面,缝宽在0.05~0.2mm之间。裂缝纵横交错,没有规律性,多沿短方向分布,且长短不一,互不连贯。
  3、混凝土在浇筑后,因温差引起的裂缝。特别是大体积混凝土构件,在硬化其间水泥放出大量水化热,内部温度不断上升,则表面和内部温度差超过25℃,急极易产生冷缩裂缝,在表面较浅的范围内出现。
  4、深度的和贯穿的温差裂缝,多由于结构降温速度快或到外界约束而引起的。这类裂缝常在桥、板上平行于段边出现,与构件垂直,其形状多数是两端细、中间宽。早期裂缝都出现在混凝土终凝前,硬化后的裂缝与构件尺寸、构造、约束、环境因素有关,有的几天、几十天甚至数月后才出现裂缝。
  混凝土裂缝的类型及成因
   (一)混凝土的干缩裂缝
  混凝土的干缩主要起因于水泥石的脱水收缩,凡是能影响水泥石脱水收缩和能影响骨料约束效应的种种因素,都会影响混凝土的干缩变形。水泥石气干收缩在内部主要受制于其中的细孔含量和孔径分布,在外部主要受制于环境湿度,另外工程结构的裸露程度对其也会产生影响。其具体影响因素如下:
  1、水泥石的干缩
  水泥石内的可蒸发水存在于大孔洞、毛细孔及凝胶孔中。气干进行中,首先是大孔洞中的水蒸发,但这不至于引起收缩;随后是毛细孔水蒸发,由较粗孔到较细孔再到更细孔,脱水量依次减少而收缩量却依次增大;在强烈干燥下,凝胶孔里的吸附水也能解吸蒸发并引起收缩。
  2、混凝土材料与配比
  在混凝土材料与配比中影响干缩的重要因素是含水率(水灰比),骨料、水泥、含砂率、坍落度等。
   (1)含水量(水灰比)
  含水量(W)、水灰比(W/C)不仅对水泥石的毛细孔量和孔径分布有重要影响,也对混凝土干縮有重要影响。混凝土的伴合水量受制于混凝土的坍落度、含砂率、温度及骨料的颗粒级配、清洁程度、石子粒径等,这些因素都可引起混凝土的干缩变形。
   (2)骨料
  粗细骨料占混凝土体积很大部分,本身虽多不缩,但却可抑制水泥石收缩,从而可减少混凝土的干缩。粗骨料的岩石种类和骨料品质(吸水率、比重)也对混凝土干缩性产生影响;低吸水率(低孔隙率、高比重)粗骨料混凝土的弹性模量比较高,而干缩性比较低。骨料的清洁程度(洗与不洗)能影响混凝土拌合水量,所以也能影响混凝土干缩性。
   (3)水泥及外加剂
  水泥品质影响水泥凝胶的组分、结构和数量,所以也影响水泥石毛细孔、凝胶孔的形状、尺寸和数量,并进而影响到混凝土的干缩性。外加剂随其品种、特性、用量等不同可对混凝土干缩性产生影响。
   (二)温度应力裂缝 
    此类裂缝产生的主要原因是由于混凝土浇筑后,聚积在内部的水泥水化热不易散发,造成混凝土的内部温度升高,而混凝土表面散热较快,这样形成较大的内外温差,使混凝土内部产生压应力,表面产生拉应力。如果在混凝土表面附近存在较大的温度梯度,就会引起较大的表面拉应力,此时混凝土的龄期很短,抗拉强度很低,如果温差产生的表面拉应力,超过此时的混凝土极限抗拉强度,就会在混凝土表面产生表面裂缝。
  这种裂缝一般产生很早,多呈不规则状态,深度较浅,属表面性质。表面裂缝易产生应力集中,能促使裂缝进一步开展。
   (三)原材料质量引起的裂缝 
    混凝土主要由水泥、砂、骨料、拌和水及外加剂组成。混凝土所采用材料的质量不合格,可能导致结构出现裂缝。
  1、砂石含泥量超过规定,不仅降低混凝土的强度和抗渗性,还会使混凝土干燥时产生不规则的网状裂缝。砂石的级配差,或砂颗粒过细,用这种材料拌制的混凝土常造成侧面裂缝。碱骨料反应。骨料中含有泥性硅化物质与碱性物质相遇,水、硅反应会生成膨胀的胶质,吸水后造成局部膨胀和拉应力,则构件产生爆裂状裂缝,在潮湿的地方较为多见。
  2、拌和用水及外加剂拌和用水或外加剂中氯化物等杂质含量较高时对钢筋锈蚀有较大影响。采用海水或含碱泉水拌制混凝土,或采用含碱的外加剂,可能对碱骨料反应有影响。
   (四)沉陷裂缝
  这种裂缝一般是深进或者是贯穿性的,裂缝的位置与沉陷的方向大都相同。比较大的裂缝通常还会出现错位,裂缝的宽度和沉降值成正比例。产生沉降裂缝的原因主要是结构构件建设在没有经过处理的回填土或者松软地基之上。进行混凝土浇灌后,地基侵水造成不均匀沉降而进一步造成裂缝。平卧生产的钢筋混凝土建筑中,其侧向的刚度通常比较差,配筋少,很容易在弦、腹杆及两侧面的地方出现裂缝。除此之外,由于模板刚度不合格,模板支撑间距太大或者是支撑底部出现松动,以及拆模过早等因素,也会造成沉降裂缝。
   (五)施工裂缝
  施工裂缝的产生因素有很多。例如:
  1、施工时的滑膜、构件制作时的脱模、以及运输、堆放、吊装等不规范,都就会造成混凝土构件出现裂缝;
  2、对后张预应力构件和预制空心板过早或者过晚的抽芯会使得混凝士出现塌落或是拉裂;
  3、吊装构件过程中吊点不准确;
  4、堆放构件时支撑垫木的重心不在垂直线上或悬挑过长,运输构件过程中构件受到严重的振动或冲击等;
  5、在地面施工过程中,抹压触动太多,也会造成表面的龟裂。
  三、混凝土裂缝的常规处理方法
   (一)表面处理法
  包括表面涂抹和表面补贴法。表面涂抹适用范围是浆材难以灌入的细而浅的裂缝,深度未达到钢筋表面的发丝裂缝,不漏水的缝,不伸缩的裂缝以及不再活动的裂缝。表面贴补(土工膜或其它防水片)法适用于大面积漏水(蜂窝麻面等或不易确定具体漏水位置、变形缝)的防渗堵漏。
   (二)填充法
  用修补材料直接填充裂缝,一般用来修补较宽的裂缝,作业简单,费用低。宽度小于03mm,深度较浅的裂缝、或是裂缝中有充填物,用灌浆法很难达到效果的裂缝、以及小规模裂缝的简易处理可采取开V型槽,然后作填充处理。
   (三)低压注浆法修补裂缝
  低压注浆法适用于裂缝宽度为0.2~0.3mm的混凝土裂缝修补。修补工序如下:裂缝清理→试漏→配制注浆液→压力注浆→二次注浆→清理表面。
  当裂缝数量较多时,先要在裂缝位置上贴医用白胶布,再用软毛刷蘸浆沿裂缝来回涂刷封缝,使裂缝封闭,大约10min后,揭去胶布条,露出小缝,粘贴注浆嘴用键包严。固化后周边可能有裂口,必须反复用浆补上,以避免漏浆。
   (四)结构补强法
  因超荷载产生的裂缝、裂缝长时间不处理导致的混凝土耐久性降低、火灾造成的裂缝等影响结构强度可采取结构补强法。包括断面补强法、锚固补强法、预应力法等。
  混凝土裂缝的预防措施
   (一)优选原材料
  1、水泥
  由于温差主要是由水化热产生的,所以为了减小温差就要尽量降低水化热,为了降低水化热,要尽量采取早期水化热低的水泥。由于水泥的水化热是矿物成分与细度的函数,要降低水泥的水化热,主要是选择适宜的矿物组成和调整水泥的细度模数,硅酸盐水泥的矿物组成主要有:Ca3Si、Ca2Si、Ca3AL,试验表明,水泥中铝酸三钙(Ca3AL)和硅酸三钙(Ca3Si)含量高的,水化热较高,所以为了减少水泥的水化热,必须降低熟料中Ca3AL和Ca3Si的含量。在施工中一般采用中热硅酸盐水泥和低热矿渣水泥。另外,在不影响水泥活性的情况下,要尽量使水泥的细度适当减小。
  2、骨料
   (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。
   (3)外加剂
  凝土外加剂时可明显降低水泥用量、降低水化热、改善混凝土的工作性能和降低混凝土成本的作用。例如:使用减水剂可使混凝土用水量减少25%,掺加减水剂混凝土在保持水灰比和混凝土强度不变的条件下可减少15%的水泥用量。所以应合理选择外加剂来降低成本抑制裂缝的产生。
   (二)加强施工过程中对混凝土裂缝的控制
  1、拌和
  拌制混凝土时,必须严格遵守试验室签发的配料单进行配料,水、水泥、砂、石子均应以重量计,不得以车、锨数计量。称量偏差控制在允许偏差范围内。拌合程序和拌合时间应通过试验决定,并严格控制。
  2、混凝土浇筑要均匀密实
  为了避免混凝土内部缺陷,保证混凝土内在质量,需对混凝土浇筑力求均匀、密实,这对于保证混凝土的抗拉性或抗裂性来说,比之抗压情况更为重要。
  3、降低混凝土浇筑温度
  降低混凝土出机口温度采取的主要措施为:预冷骨料、遮阳防晒、洒水降温和加冰拌和。运输时对运输车进行遮阳防晒和保温措施。混凝土浇筑仓面要遮阳, 减少混凝土冷量损失。
  4、二次抹压
  混凝土浇筑完毕,抹压成型。在混凝土初凝前进行二次抹压,消除因混凝土干缩产生的裂缝。塑性收缩产生表面裂缝,以增加表面混凝土密实度。二次抹压对消除以上原因产生的混凝土表面裂缝效果显著。
  5、高温季节混凝土浇筑时间控制
  浇筑时间应尽量避开大风、高温天气,赶在夜间或气温较低时进行。否则应在仓面上遮阳防晒,防止阳光直射仓面。
   (三)做好混凝土养护工作
  1、浇筑完毕12h后即可开始养护,养护时间不得少于7d(抗渗混凝土养护时间不得少于14d)。高温季节和重要部位应适当加长养护时间,并用保水材料覆盖,严禁阳光直射新浇混凝土表面,充分养护是防止混凝土干缩裂缝的重要措施。
  2、冬季澆筑混凝土拆模时间不宜过长,一般在5d左右。拆模后应立即对混凝土面进行保温。冬季混凝土严禁洒水养护,应采取喷涂养护剂、覆盖保水材料等措施。
  3、当日平均气温在2d~4d内连续下降6℃~9℃时,未满28d龄期混凝土表面必须进行保温,防止气温骤降出现裂缝。
  
  结语
  综上,混凝土裂缝问题一直严重困扰着混凝土的施工质量,在混凝土生产以及施工过程中有针对性地采取预防措施,尽可能采取有效的技术措施控制裂缝,使结构尽量不出现裂缝,或尽量减少裂缝的数量和宽度,特别是避免有害裂缝的出现,以确保工程质量,使建筑物具备良好的耐久性和结构稳定性。
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