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摘 要:在建筑工程中，混凝土作为一种胶凝体的复合材料,由于材料、施工技术、施工环境等因素容易出现结构裂缝。本文作者针对施工过程中,由于施工原因而导致混凝土出现裂缝的问题进行分析,提出控制途径 ,结果表明该方法对施工阶段混凝土裂缝控制具有指导作用。
关键词:施工;混凝土裂缝;控制措施
1 混凝土裂缝产生原因及分类
混凝土构件上有了裂缝以后,具有侵蚀作用的离子就可以通过空气和水分进入混凝土内部,引起诸如冻融循环、钢筋锈蚀、硫酸盐侵蚀等病害,这些病害对混凝土结构的损坏是致命的。导致混凝土出现裂缝的原因很多,主要是由于混凝土的抗拉强度远比抗压强度要小,在混凝土内出现不大的拉应力情况下就会产生裂缝。一般来说混凝土裂缝的产生是分两个阶段出现的。
1)施工阶段裂缝。在施工阶段出现的裂缝是混凝土本身具有的缺陷,一般在所有施工过程中均会出现,只是施工水平的高低决定了它出现的多少而已。本文将对施工阶段裂缝进行重点分析。
2)使用阶段裂缝。在结构的使用过程中,由于荷载的反复作用使应力在混凝土原有裂缝中较集中,使裂缝进一步的扩大恶化,并使得一些新的裂缝出现。麦郝塔教授提出了一个裂缝导致混凝土失效的全面观点模型。
2 施工阶段裂缝产生的原因分析
2.1 配合比设计
目前,配合比设计的主要任务是对混凝土的强度进行控制。在为了得到易于施工的和易性和充足的强度保证的情况下而设计出了富配合比,即在混凝土中使用较多的水泥和水。在单位混凝土中用水量越大,混凝土的收缩趋势就越大,在混凝土配合比中加大用水量即增加了收缩又降低了混凝土的强度,增加了混凝土出现裂缝的可能性。
在通常的概念中水泥的用量越多,混凝土的收缩就越大,但混凝土开裂的可能性并不是也会随之增大,在炭化中产生的初始收缩会减少以后的干缩。水泥用量的多少与混凝土裂缝也存在一定关系,水泥用量大会导致水泥在水化过程中放出大量的热,与环境温度产生较大的温差,引起混凝土的体积出现差异性的变化,当应变值超过混凝土的极限混凝土将会出现裂缝。水化作用一般对大体积的混凝土产生影响,但环境产生的温差对所有的混凝土构件将会产生影响。在配合比中使用外加剂将对混凝土的硬化速度、混凝土的用水量、混凝土的收缩和徐变产生影响,从而与混凝土的开裂有了直接联系。
2.2 集料
在同等强度条件下,集料中的最大粒径越小混凝土的收缩就越大 ,这是因为粒径大的集料比粒径小的集料对收缩具有较大的局部约束。另外,在施工中把关不严,在集料中混入大量的粘土类的杂质,粘土的收缩大大高于水泥石的收缩,集料中含有粘土杂质也会使混凝土出现大的收缩及混凝土强度的下降而产生混凝土裂缝。集料在选择时的疏忽,会导致集料出现碱 —硅反应,碱—硅反应的反应物在混凝土的其他部分吸水膨胀,这种反应会引起混凝土的局部膨胀而产生拉应力使混凝土构件出现裂缝。
2.3 養护
养护过程对控制混凝土出现裂缝非常的重要。在施工时,由于养护不当致使混凝土出现裂缝的例子有许多。早期对混凝土的养护失调和在养护过程中不精心都是造成混凝土出现裂缝的主要原因。水泥的水化过程是在充水的混凝土毛细管中进行的,所以必须防止毛细管内的水分损失,这对提高混凝土的早期强度具有很重要作用。同样水分的损失不仅会影响到水泥的水化,在混凝土浇筑完毕后,如果蒸发速度大于泌水速度同时得不到及时的养护补水时,混凝土的表面会发生塑性收缩裂缝。在冬季施工时新浇注的混凝土应用碳火炉保温时,水泥石中的氢氧化钙与空气中的二氧化碳反应生成碳酸钙时将会出现炭化收缩导致混凝土表面出现表面裂纹。在大体积混凝土中温差和混凝土在冷却过程中自由收缩而受到的约束程度都比较大,容易出现温度裂缝。在大体积混凝土养护中应以降低混凝土内部最高温度,推迟开始冷却时的时间,控制混凝土的冷却速度和增加混凝土的早期强度作为主要任务。
2.4 环境温差
在气温大幅度降低或在混凝土与外界温度相差很大时拆除模板将使混凝土结构暴露在较大的温床之中,混凝土内部产生差异性的变形也会使混凝土产生开裂。
2.5 施工过程的混乱和无序
1)施工中为了保持混凝土的和易性而随意向混凝土拌和物中加水,使混凝土的强度降低。同时混凝土的各组分计量不准,随意变更和增加用水量和水泥用量意味着增加了混凝土结构的内外温差,使温度应力增加,增加了裂缝产生的可能。
2)模板的支撑不好,由于沉降使混凝土在未能发展足够强度支撑自身重量之前而产生裂缝。拆模时间控制不好和拆模方法错误,也会导致混凝土出现裂纹。
3)对于预制构件在施工期间的超载和不恰当的安装及搬运方法也是出现裂纹的原因之一。
4)对钢筋保护层控制不力,使钢筋保护层过大,表面钢筋起不到约束混凝土表面收缩的作用,在混凝土表面出现收缩裂缝。或者由于钢筋的保护层过小,钢筋容易锈蚀膨胀而导致混凝土开裂。
3 施工阶段裂缝控制
采用设计允许的最小水泥用量,以及能够满足使用和易性要求的最小用水量,不使用过大的坍落度,尽量多使用外加剂,能够在不增加用水量的情况下增加混凝土的和易性及提高混凝土的早期强度,有效地在配合比设计上防止混凝土裂缝的产生。混凝土外加剂对改善混凝土性能有着很好的作用,在一般情况下能够有效的减少混凝土裂缝的产生。外加剂的选用应慎重,在试配时注意外加剂对混凝土开裂的影响。在混凝土的配合比设计中使用矿物质超细粉,可以显著提高混凝土的强度和耐久性,有效的降低胶凝体与骨料界面间Ca(OH)2含量,使界面结构得以改善,密实度增加,孔隙减少,从而防止了因为钢筋锈蚀引发混凝土后期开裂。控制集料的良好性能,选择有良好级配的砂和碎石。为避免出现碱-骨料反应,在选择集料时避免使用含有活性氧化硅的集料。或者使用低碱水泥和火山灰,降低碱同反应硅的比例 ,生成不膨胀的钙碱硅酸盐。
尽量做到早开始和长时间的养护,在混凝土表面水膜消失前开始养护,防止风吹和日晒。养护中断时应采取浇水等措施防止混凝土的迅速干燥和过度干燥。冬季养护时,对外观质量要求严格的结构不使用煤火炉保温,使用电炉和蒸汽保温养护。在混凝土具有足够的抵抗因温差而开裂的早期强度时拆模,拆模前应逐渐地降低混凝土构件的温度,尽量减少和环境温度的温差,避免出现冷击。
在混凝土浇筑过程中应注意浇注的均匀性,施工时要考虑模板内、箍筋和斜坡上混凝土的早期沉淀收缩,混凝土的沉淀收缩完毕后再开始混凝土最终抹面工作。提高对混凝土裂缝的认识,加强施工过程中的监管力度,在发现问题时应及时查出原因,制定预防措施,并贯彻执行。避免过高或过低的极端温度下施工,在热天,可使用冷却水或集料的方法来避免混凝土温度过高,或安排在夜间施工。冷天时,在拆除模板和保温设施时,应采取措施防止混凝土的表面温度急剧降低而产生冷击。
4 结论
1)混凝土裂缝是客观存在的,但良好的施工技术和措施能够对混凝土裂缝实施有效的控制。
2)在制定施工计划时要适应自然规律 ,不切实际的进度要求将导致采用高强水泥、加大水泥用量和高水灰比等不良措施和混乱施工方法的使用 ,加速混凝土裂缝的产生。
关键词:施工;混凝土裂缝;控制措施
1 混凝土裂缝产生原因及分类
混凝土构件上有了裂缝以后,具有侵蚀作用的离子就可以通过空气和水分进入混凝土内部,引起诸如冻融循环、钢筋锈蚀、硫酸盐侵蚀等病害,这些病害对混凝土结构的损坏是致命的。导致混凝土出现裂缝的原因很多,主要是由于混凝土的抗拉强度远比抗压强度要小,在混凝土内出现不大的拉应力情况下就会产生裂缝。一般来说混凝土裂缝的产生是分两个阶段出现的。
1)施工阶段裂缝。在施工阶段出现的裂缝是混凝土本身具有的缺陷,一般在所有施工过程中均会出现,只是施工水平的高低决定了它出现的多少而已。本文将对施工阶段裂缝进行重点分析。
2)使用阶段裂缝。在结构的使用过程中,由于荷载的反复作用使应力在混凝土原有裂缝中较集中,使裂缝进一步的扩大恶化,并使得一些新的裂缝出现。麦郝塔教授提出了一个裂缝导致混凝土失效的全面观点模型。
2 施工阶段裂缝产生的原因分析
2.1 配合比设计
目前,配合比设计的主要任务是对混凝土的强度进行控制。在为了得到易于施工的和易性和充足的强度保证的情况下而设计出了富配合比,即在混凝土中使用较多的水泥和水。在单位混凝土中用水量越大,混凝土的收缩趋势就越大,在混凝土配合比中加大用水量即增加了收缩又降低了混凝土的强度,增加了混凝土出现裂缝的可能性。
在通常的概念中水泥的用量越多,混凝土的收缩就越大,但混凝土开裂的可能性并不是也会随之增大,在炭化中产生的初始收缩会减少以后的干缩。水泥用量的多少与混凝土裂缝也存在一定关系,水泥用量大会导致水泥在水化过程中放出大量的热,与环境温度产生较大的温差,引起混凝土的体积出现差异性的变化,当应变值超过混凝土的极限混凝土将会出现裂缝。水化作用一般对大体积的混凝土产生影响,但环境产生的温差对所有的混凝土构件将会产生影响。在配合比中使用外加剂将对混凝土的硬化速度、混凝土的用水量、混凝土的收缩和徐变产生影响,从而与混凝土的开裂有了直接联系。
2.2 集料
在同等强度条件下,集料中的最大粒径越小混凝土的收缩就越大 ,这是因为粒径大的集料比粒径小的集料对收缩具有较大的局部约束。另外,在施工中把关不严,在集料中混入大量的粘土类的杂质,粘土的收缩大大高于水泥石的收缩,集料中含有粘土杂质也会使混凝土出现大的收缩及混凝土强度的下降而产生混凝土裂缝。集料在选择时的疏忽,会导致集料出现碱 —硅反应,碱—硅反应的反应物在混凝土的其他部分吸水膨胀,这种反应会引起混凝土的局部膨胀而产生拉应力使混凝土构件出现裂缝。
2.3 養护
养护过程对控制混凝土出现裂缝非常的重要。在施工时,由于养护不当致使混凝土出现裂缝的例子有许多。早期对混凝土的养护失调和在养护过程中不精心都是造成混凝土出现裂缝的主要原因。水泥的水化过程是在充水的混凝土毛细管中进行的,所以必须防止毛细管内的水分损失,这对提高混凝土的早期强度具有很重要作用。同样水分的损失不仅会影响到水泥的水化,在混凝土浇筑完毕后,如果蒸发速度大于泌水速度同时得不到及时的养护补水时,混凝土的表面会发生塑性收缩裂缝。在冬季施工时新浇注的混凝土应用碳火炉保温时,水泥石中的氢氧化钙与空气中的二氧化碳反应生成碳酸钙时将会出现炭化收缩导致混凝土表面出现表面裂纹。在大体积混凝土中温差和混凝土在冷却过程中自由收缩而受到的约束程度都比较大,容易出现温度裂缝。在大体积混凝土养护中应以降低混凝土内部最高温度,推迟开始冷却时的时间,控制混凝土的冷却速度和增加混凝土的早期强度作为主要任务。
2.4 环境温差
在气温大幅度降低或在混凝土与外界温度相差很大时拆除模板将使混凝土结构暴露在较大的温床之中,混凝土内部产生差异性的变形也会使混凝土产生开裂。
2.5 施工过程的混乱和无序
1)施工中为了保持混凝土的和易性而随意向混凝土拌和物中加水,使混凝土的强度降低。同时混凝土的各组分计量不准,随意变更和增加用水量和水泥用量意味着增加了混凝土结构的内外温差,使温度应力增加,增加了裂缝产生的可能。
2)模板的支撑不好,由于沉降使混凝土在未能发展足够强度支撑自身重量之前而产生裂缝。拆模时间控制不好和拆模方法错误,也会导致混凝土出现裂纹。
3)对于预制构件在施工期间的超载和不恰当的安装及搬运方法也是出现裂纹的原因之一。
4)对钢筋保护层控制不力,使钢筋保护层过大,表面钢筋起不到约束混凝土表面收缩的作用,在混凝土表面出现收缩裂缝。或者由于钢筋的保护层过小,钢筋容易锈蚀膨胀而导致混凝土开裂。
3 施工阶段裂缝控制
采用设计允许的最小水泥用量,以及能够满足使用和易性要求的最小用水量,不使用过大的坍落度,尽量多使用外加剂,能够在不增加用水量的情况下增加混凝土的和易性及提高混凝土的早期强度,有效地在配合比设计上防止混凝土裂缝的产生。混凝土外加剂对改善混凝土性能有着很好的作用,在一般情况下能够有效的减少混凝土裂缝的产生。外加剂的选用应慎重,在试配时注意外加剂对混凝土开裂的影响。在混凝土的配合比设计中使用矿物质超细粉,可以显著提高混凝土的强度和耐久性,有效的降低胶凝体与骨料界面间Ca(OH)2含量,使界面结构得以改善,密实度增加,孔隙减少,从而防止了因为钢筋锈蚀引发混凝土后期开裂。控制集料的良好性能,选择有良好级配的砂和碎石。为避免出现碱-骨料反应,在选择集料时避免使用含有活性氧化硅的集料。或者使用低碱水泥和火山灰,降低碱同反应硅的比例 ,生成不膨胀的钙碱硅酸盐。
尽量做到早开始和长时间的养护,在混凝土表面水膜消失前开始养护,防止风吹和日晒。养护中断时应采取浇水等措施防止混凝土的迅速干燥和过度干燥。冬季养护时,对外观质量要求严格的结构不使用煤火炉保温,使用电炉和蒸汽保温养护。在混凝土具有足够的抵抗因温差而开裂的早期强度时拆模,拆模前应逐渐地降低混凝土构件的温度,尽量减少和环境温度的温差,避免出现冷击。
在混凝土浇筑过程中应注意浇注的均匀性,施工时要考虑模板内、箍筋和斜坡上混凝土的早期沉淀收缩,混凝土的沉淀收缩完毕后再开始混凝土最终抹面工作。提高对混凝土裂缝的认识,加强施工过程中的监管力度,在发现问题时应及时查出原因,制定预防措施,并贯彻执行。避免过高或过低的极端温度下施工,在热天,可使用冷却水或集料的方法来避免混凝土温度过高,或安排在夜间施工。冷天时,在拆除模板和保温设施时,应采取措施防止混凝土的表面温度急剧降低而产生冷击。
4 结论
1)混凝土裂缝是客观存在的,但良好的施工技术和措施能够对混凝土裂缝实施有效的控制。
2)在制定施工计划时要适应自然规律 ,不切实际的进度要求将导致采用高强水泥、加大水泥用量和高水灰比等不良措施和混乱施工方法的使用 ,加速混凝土裂缝的产生。