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【摘要】通过多年的现场实践,通过查阅有关混凝土内部应力方面的专著,本文通过分析裂缝产生的各种原因及其影响因素,比较详细地阐述了防治裂缝产生的各种措施,并指出了拆模后发现裂缝的处理方法。
【关键词】混凝土;裂缝原因; 防治
混凝土在现代工程建设中占有重要地位。而在今天,混凝土的裂缝较为普遍,在桥梁工程中裂缝几乎无所不在。尽管我们在施工中采取各种措施,小心谨慎,但裂缝仍然时有出现。当裂缝宽度小于0.05mm时对使用无多大害处,但裂缝进一步扩展,形成较大裂缝,这对构件影响很大。裂缝的存在,不仅会影响工程质量的整体外观形象,而且会降低抗渗和抗冻能力,并会导致钢筋锈蚀,影响结构物的耐久性,对某些水工结构,由于裂缝会引起漏水,将影响结构物的正常使用功能,裂缝进一步扩大甚至可能会导致坍塌事故。因此,研究裂缝产生的原因及其影响因素,能更好地防治裂缝,提高工程质量。为探索解决途径,现将该问题产生的原因及防治措施简述如下:
1.混凝土裂缝产生的原因及影响因素
近代实验已表明:在混凝土拌和过程种,石子的表面吸附一层水膜;成型时,混凝土种多余的水分上升,在粗骨料的底面停留形成水囊;加上凝结时水泥石的收缩,使得骨料和水泥石的结和面上形成了局部的结和面微细裂缝(界面裂缝)。这种裂缝在混凝土种是不可避免的,当裂缝宽度小于0.05mm时对使用无多大害处。但由于荷载作用、温差作用、不均匀沉降或施工操作不规范等原因,裂缝进一步扩展,并逐渐串通,形成较大裂缝,这对构件影响很大。裂缝进一步扩大甚至可能会导致坍塌事故。
混凝土产生裂缝的原因极为复杂,主要有荷载作用引起的裂缝和非荷载因素引起的裂缝两大类。
1.1荷载作用引起的裂缝
一般钢筋混凝土结构,在使用荷载的作用下,截面的混凝土拉应变大多是大于混凝土极限拉伸值的,因而作用于截面上的弯矩、剪力、轴向拉力以及扭矩等这些正常荷载效应都可能引起钢筋混凝土构件产生裂缝。
1.2非荷载因素引起的裂缝
钢筋混凝土结构的构件除了由荷载作用引起裂缝外,很多非荷载因素,例如温度变化、混凝土收缩、基础不均匀沉降、塑性坍塌、冰冻、钢筋锈蚀以及碱-骨料化学反应等都有可能引起裂缝。现主要介绍由温度变、化收缩变形、碱-骨料化学变化引起的裂缝。
1.2.1温度变化
一是混凝土在浇筑、凝固、硬化过程中,由于水泥的水化将产生并释放大量的水化热,造成混凝土构件内外部温差较大,膨胀不一致,混凝土表面产生拉应力,内部产生压应力,当这种拉应力超过了混凝土抗应力时便产生的裂缝。二是若施工中过早拆模板或冬季施工,构件表面温度不均匀,就会产生温度收缩,这种收缩会受内部混凝土的约束,在混凝土表面就产生很大的拉应力。当这种拉应力发展到一定成度,超过混凝土拉应力时,混凝土表面就形成了裂缝。三是由于施工中人为因素引起的温度变化如新旧混凝土接合面、分层分块不合理、养护不及时等会引起混凝土构件深入贯穿裂缝,这种裂缝危害性极大。
1.2.2收缩变形
混凝土在空气中结硬时体积要缩小,产生收缩变形,这种变形不同成度地受到边界的约束作用。对于这些受到约束而不能自由伸缩的构件,混凝土的干缩就可能导致裂缝的产生。另外在配筋较高的构件种,即使边界没有约束,由于钢筋对周围混凝土的约束作用增强,混凝土的收缩也会受到钢筋的限制而产生拉应力,有可能引起构件产生局部裂缝。
1.2.3碱骨料化学反应引起的裂缝
当混凝土中含有碱活性骨料和碱含量高的水泥(碱含量超过0.6%钠当量时),或受到含可溶性硫酸盐的水作用时,反应生成物遇水可产生膨胀,但由于各种组成体积变化特性的差异所造成混凝土不均匀应力,会破坏其内部结构,并影响水泥石与骨料颗粒之间的胶结,形成裂缝。另外某些介质与水泥结合会形成一种可溶性较低的化合物,由于这种化合物的体积比生成这些化合物的水泥浆的体积大,而使混凝土产生裂缝。在密实的混凝土种,这类侵蚀破坏大多属于表面性的。
2.防治措施
2.1提高全员质量意识,充分认识裂缝危害
随着建设事业的飞速发展,混凝土技术也在向功能型和智能型方向发展,这就要求参建的技术管理人员不断加强自身的学习和提高,充分认识裂缝产生的危害。
2.2加强设计质量监控,做好施工方案设计
设计质量是决定工程质量的重要因素,设计过程的质量控制是质量预控的重要環节。监理单位要充分发挥协调作用,汇同建设、施工单位技术人员共熟悉图纸,充分了解建设、设计意图,做好技术交底。
2.3加强对进场材料的控制
建筑材料的质量直接关系到混凝土的质量,对进场的建筑材料一定要把好关。混凝土在浇筑至硬化期间,水泥会放出大量水化热,水化热越大,产生裂缝的可能性就越大,因此应尽量采取措施降低水化热。
2.4施工过程的质量控制
2.4.1混凝土从搅拌机中卸出后
其运输延续时间受混凝土温度高低限制,当混凝土温度20℃~30℃时,不超过1h;10℃~19℃时,不超过1.5h;5℃~9℃时,不超过2h。若长距离运输宜采用混凝土运输搅拌车来运输,时间应在1h以内。当采用泵送混凝土应保证混凝土泵连续工作,泵送前先用适量的与混凝土成分相同的水泥砂浆或水泥浆润滑输送管道。混凝土从卸料、运输到泵送完毕时间不得超过1.5h,夏季还应缩短。泵送过程中,泵的受料斗内应充满混凝土,防止吸收空气形成阻塞。
2.4.2混凝土自由倾落高度不宜超过2m
否则应用串筒、斜槽、溜管或振动溜管下落。当用串筒时,最后一节应拉成垂直,间距不宜大于3m;若用斜槽,坡度不宜大于60°,出口处应设有垂直挡土板,防止发生离析现象。
2.4.3每层浇筑厚度按下列规定
用插入振捣棒捣时,为振动器作用部分的1.25倍;表面振动器为200mm;人工振捣时,基础或配筋稀疏的结构250 mm;配筋密肋结构为150 mm,每次浇筑向前推进长度宜为1.0~1.5m。
2.4.4振捣方法
插入式振捣棒应与混凝土表面垂直或成40°~45°倾向振捣,插点应均匀排列,可以行列式或交错式顺序移动,但不能混用;每次移动距离不大于振捣棒作用半径的1.5倍,且操作时应快插慢拔,并插入下层尚未初凝的混凝土中50~100mm,以促进上下结合形成整体。振捣棒在每一点振动延续时间约在20~30秒,以混凝土表面呈水平并出现浮浆和不再有气泡、不再沉落为度,禁止振动棒触及钢筋、模板、预埋件等。
2.4.5对钢筋密集处
采用细石混凝土或水泥砂浆,适当增大混凝土的坍落度,采用片式、针式振动器振捣或辅以人工振捣。
2.4.6墩、柱、墙连成整体的梁板结构
应在浇筑墩、柱、墙及基础的混凝土之后,停歇1~1.5h,再浇筑梁板或突出部分的混凝土,避免水平与垂直构件交接处产生裂缝。
2.4.7浇筑竖向结构或大体积结构时
底部应先填以5~10cm厚与所用混凝土成份相同的水泥砂浆,以免形成离层。对大体积结构混凝土还应该采取有效的防裂措施,严格控制混凝土出现裂缝。
2.4.8混凝土尽可能地连续浇筑
必须间歇时应尽量缩短时间,并不超过2h,在前(下转第344页)(上接第177页)层混凝土凝结之前,必须将次层混凝土浇筑完成。若因施工技术、工艺或组织上的原因不能继续浇筑,应准确地留设混凝土施工缝,混凝土达到1.2Mpa强度才能继续浇筑,浇筑前应剔除掉施工缝处水泥薄膜、松动石子或钢筋上浮浆及斑锈,加以湿润并冲洗干净,铺抹水泥浆或与混凝土成分相同的水泥砂浆一层。
3.结束语
以上对混凝土的施工温度与裂缝之间的关系进行了理论和实践上的初步探讨,虽然学术界对于混凝土裂缝的成因和计算方法有不同的理论,但对于具体的预防和改善措施意见还是比较统一,同时在实践中的应用效果也是比较好的,具体施工中要靠我们多观察、多比较,出现问题后多分析、多总结,结合多种预防处理措施,混凝土的裂缝是完全可以避免的。
【关键词】混凝土;裂缝原因; 防治
混凝土在现代工程建设中占有重要地位。而在今天,混凝土的裂缝较为普遍,在桥梁工程中裂缝几乎无所不在。尽管我们在施工中采取各种措施,小心谨慎,但裂缝仍然时有出现。当裂缝宽度小于0.05mm时对使用无多大害处,但裂缝进一步扩展,形成较大裂缝,这对构件影响很大。裂缝的存在,不仅会影响工程质量的整体外观形象,而且会降低抗渗和抗冻能力,并会导致钢筋锈蚀,影响结构物的耐久性,对某些水工结构,由于裂缝会引起漏水,将影响结构物的正常使用功能,裂缝进一步扩大甚至可能会导致坍塌事故。因此,研究裂缝产生的原因及其影响因素,能更好地防治裂缝,提高工程质量。为探索解决途径,现将该问题产生的原因及防治措施简述如下:
1.混凝土裂缝产生的原因及影响因素
近代实验已表明:在混凝土拌和过程种,石子的表面吸附一层水膜;成型时,混凝土种多余的水分上升,在粗骨料的底面停留形成水囊;加上凝结时水泥石的收缩,使得骨料和水泥石的结和面上形成了局部的结和面微细裂缝(界面裂缝)。这种裂缝在混凝土种是不可避免的,当裂缝宽度小于0.05mm时对使用无多大害处。但由于荷载作用、温差作用、不均匀沉降或施工操作不规范等原因,裂缝进一步扩展,并逐渐串通,形成较大裂缝,这对构件影响很大。裂缝进一步扩大甚至可能会导致坍塌事故。
混凝土产生裂缝的原因极为复杂,主要有荷载作用引起的裂缝和非荷载因素引起的裂缝两大类。
1.1荷载作用引起的裂缝
一般钢筋混凝土结构,在使用荷载的作用下,截面的混凝土拉应变大多是大于混凝土极限拉伸值的,因而作用于截面上的弯矩、剪力、轴向拉力以及扭矩等这些正常荷载效应都可能引起钢筋混凝土构件产生裂缝。
1.2非荷载因素引起的裂缝
钢筋混凝土结构的构件除了由荷载作用引起裂缝外,很多非荷载因素,例如温度变化、混凝土收缩、基础不均匀沉降、塑性坍塌、冰冻、钢筋锈蚀以及碱-骨料化学反应等都有可能引起裂缝。现主要介绍由温度变、化收缩变形、碱-骨料化学变化引起的裂缝。
1.2.1温度变化
一是混凝土在浇筑、凝固、硬化过程中,由于水泥的水化将产生并释放大量的水化热,造成混凝土构件内外部温差较大,膨胀不一致,混凝土表面产生拉应力,内部产生压应力,当这种拉应力超过了混凝土抗应力时便产生的裂缝。二是若施工中过早拆模板或冬季施工,构件表面温度不均匀,就会产生温度收缩,这种收缩会受内部混凝土的约束,在混凝土表面就产生很大的拉应力。当这种拉应力发展到一定成度,超过混凝土拉应力时,混凝土表面就形成了裂缝。三是由于施工中人为因素引起的温度变化如新旧混凝土接合面、分层分块不合理、养护不及时等会引起混凝土构件深入贯穿裂缝,这种裂缝危害性极大。
1.2.2收缩变形
混凝土在空气中结硬时体积要缩小,产生收缩变形,这种变形不同成度地受到边界的约束作用。对于这些受到约束而不能自由伸缩的构件,混凝土的干缩就可能导致裂缝的产生。另外在配筋较高的构件种,即使边界没有约束,由于钢筋对周围混凝土的约束作用增强,混凝土的收缩也会受到钢筋的限制而产生拉应力,有可能引起构件产生局部裂缝。
1.2.3碱骨料化学反应引起的裂缝
当混凝土中含有碱活性骨料和碱含量高的水泥(碱含量超过0.6%钠当量时),或受到含可溶性硫酸盐的水作用时,反应生成物遇水可产生膨胀,但由于各种组成体积变化特性的差异所造成混凝土不均匀应力,会破坏其内部结构,并影响水泥石与骨料颗粒之间的胶结,形成裂缝。另外某些介质与水泥结合会形成一种可溶性较低的化合物,由于这种化合物的体积比生成这些化合物的水泥浆的体积大,而使混凝土产生裂缝。在密实的混凝土种,这类侵蚀破坏大多属于表面性的。
2.防治措施
2.1提高全员质量意识,充分认识裂缝危害
随着建设事业的飞速发展,混凝土技术也在向功能型和智能型方向发展,这就要求参建的技术管理人员不断加强自身的学习和提高,充分认识裂缝产生的危害。
2.2加强设计质量监控,做好施工方案设计
设计质量是决定工程质量的重要因素,设计过程的质量控制是质量预控的重要環节。监理单位要充分发挥协调作用,汇同建设、施工单位技术人员共熟悉图纸,充分了解建设、设计意图,做好技术交底。
2.3加强对进场材料的控制
建筑材料的质量直接关系到混凝土的质量,对进场的建筑材料一定要把好关。混凝土在浇筑至硬化期间,水泥会放出大量水化热,水化热越大,产生裂缝的可能性就越大,因此应尽量采取措施降低水化热。
2.4施工过程的质量控制
2.4.1混凝土从搅拌机中卸出后
其运输延续时间受混凝土温度高低限制,当混凝土温度20℃~30℃时,不超过1h;10℃~19℃时,不超过1.5h;5℃~9℃时,不超过2h。若长距离运输宜采用混凝土运输搅拌车来运输,时间应在1h以内。当采用泵送混凝土应保证混凝土泵连续工作,泵送前先用适量的与混凝土成分相同的水泥砂浆或水泥浆润滑输送管道。混凝土从卸料、运输到泵送完毕时间不得超过1.5h,夏季还应缩短。泵送过程中,泵的受料斗内应充满混凝土,防止吸收空气形成阻塞。
2.4.2混凝土自由倾落高度不宜超过2m
否则应用串筒、斜槽、溜管或振动溜管下落。当用串筒时,最后一节应拉成垂直,间距不宜大于3m;若用斜槽,坡度不宜大于60°,出口处应设有垂直挡土板,防止发生离析现象。
2.4.3每层浇筑厚度按下列规定
用插入振捣棒捣时,为振动器作用部分的1.25倍;表面振动器为200mm;人工振捣时,基础或配筋稀疏的结构250 mm;配筋密肋结构为150 mm,每次浇筑向前推进长度宜为1.0~1.5m。
2.4.4振捣方法
插入式振捣棒应与混凝土表面垂直或成40°~45°倾向振捣,插点应均匀排列,可以行列式或交错式顺序移动,但不能混用;每次移动距离不大于振捣棒作用半径的1.5倍,且操作时应快插慢拔,并插入下层尚未初凝的混凝土中50~100mm,以促进上下结合形成整体。振捣棒在每一点振动延续时间约在20~30秒,以混凝土表面呈水平并出现浮浆和不再有气泡、不再沉落为度,禁止振动棒触及钢筋、模板、预埋件等。
2.4.5对钢筋密集处
采用细石混凝土或水泥砂浆,适当增大混凝土的坍落度,采用片式、针式振动器振捣或辅以人工振捣。
2.4.6墩、柱、墙连成整体的梁板结构
应在浇筑墩、柱、墙及基础的混凝土之后,停歇1~1.5h,再浇筑梁板或突出部分的混凝土,避免水平与垂直构件交接处产生裂缝。
2.4.7浇筑竖向结构或大体积结构时
底部应先填以5~10cm厚与所用混凝土成份相同的水泥砂浆,以免形成离层。对大体积结构混凝土还应该采取有效的防裂措施,严格控制混凝土出现裂缝。
2.4.8混凝土尽可能地连续浇筑
必须间歇时应尽量缩短时间,并不超过2h,在前(下转第344页)(上接第177页)层混凝土凝结之前,必须将次层混凝土浇筑完成。若因施工技术、工艺或组织上的原因不能继续浇筑,应准确地留设混凝土施工缝,混凝土达到1.2Mpa强度才能继续浇筑,浇筑前应剔除掉施工缝处水泥薄膜、松动石子或钢筋上浮浆及斑锈,加以湿润并冲洗干净,铺抹水泥浆或与混凝土成分相同的水泥砂浆一层。
3.结束语
以上对混凝土的施工温度与裂缝之间的关系进行了理论和实践上的初步探讨,虽然学术界对于混凝土裂缝的成因和计算方法有不同的理论,但对于具体的预防和改善措施意见还是比较统一,同时在实践中的应用效果也是比较好的,具体施工中要靠我们多观察、多比较,出现问题后多分析、多总结,结合多种预防处理措施,混凝土的裂缝是完全可以避免的。