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【摘 要】混凝土的裂缝问题是一个普遍存在而又难于解决的工程实际问题,笔者对混凝土工程中常见的裂缝问题进行探讨,从实际情况分析混凝土裂缝的起因。
【关键词】混凝土;裂缝;起因;控制
中图分类号:TU375 文献标识码:A 文章编号:1009-8283(2009)09-0294-02
1 混凝土的特性
(1)混凝土是一种脆性材料,它的抗拉强度仅为抗压强度的1/8~1/10。只要外界受力作用或内部变形,受到约束产生的拉应力大于混凝土极限抗拉强度,混凝土即出现裂缝。
(2)混凝土是一种胶凝性复合材料,本身就具有收缩特性。其收缩可分为:塑性收缩、干燥收缩、自身收缩。这些特性又促进了裂缝的产生。
(3)混凝土由塑性状态逐步发展成为固态,强度也迅速增长,施工阶段正是混凝土处于低强度向设计强度发展的国度阶段,其极限拉应力也是一个变量,一旦外界扰动产生的拉应力(其强度可能远小于设计强度)超过了当时的极限拉应力,裂缝就会出现。
(4)在混凝土施工期间会受到各种外界因素的影响,如温度、湿度的变化,拌和物水灰比波动等多种因素的相互抵消或疊加,就会出席那同样的配合比在不同的场合和结构中,裂缝的形态及分布各不相同,使问题更为复杂。
2 混凝土裂缝分类
(1)按裂缝产生的时间可划分为两类:施工期间形成的裂缝;使用期间产生的裂缝。
(2)按照裂缝的形态、规律、出现部位及分布情况,划分裂缝:塑性沉降裂缝、塑性收缩裂缝、温差裂缝、纵间裂缝、横间裂缝、剪切裂缝、斜向裂缝、八字合倒八字裂缝、龟裂、交叉裂缝和其他裂缝。
(3)按裂缝所处的状态分类,裂缝可分为运动、不稳定、稳定、闭合和愈合等状态。对处于运动和不稳定扩展状态的裂缝,应考虑加固和补救措施。而对于稳定、闭合、愈合的裂缝则可持久应用。
3 混凝土裂缝原因分析
混凝土裂缝产生的原因十分复杂,往往由多种因素共同作用的结果,引起混凝土裂缝的主要原因有以下几种:
3.1 设计原因
(1)设计结构中断面突变,导致应力集中所产生的构建裂缝。随着现在结构的推陈出新,要求现场需要浇过各种形状尺寸的结构,但在断面突变的位置,往往会出现应力集中的情况,如果不妥善处理,会产生局部裂缝,影响使用。
(2)设计中构造钢筋配置过少或过粗等引起构建裂缝(如墙板、楼板)。
(3)许多梁、板结构的长度越来越长、面积越来越大、超静定结构越来越多。
现在,二三十米长的梁已相当普遍,而且都是超静定结构。混凝土都要热胀冷缩,这么长的超静定结构现场施工人员也无能为力。
(4)设计上钢筋用量越来越大,排布越来越密。
现在结构的安全性方面的要求比以前高出很多,钢筋用量几乎成倍增加。这使得施工很多地方难以重逢振捣。要是混凝土产生较大的坍落度,除使用减水剂外,就不得不减少混凝土中的粗骨料用量,增加细骨料和水泥用量,增加水的用量。这些都会使混凝土的体积稳定性变差,抗拉能力变小,裂缝产生的机会变大。
3.2 材料原因
(1)粗细集料含泥量过大,造成混凝土收缩增大。集料颗粒级配不良或采取不恰当的间断级配,容易造成混凝土收缩的增多,诱导裂缝的产生。
(2)混凝土外加剂、掺合料选择不当、或掺量不当,严重增加混凝土收缩。
(3)水泥品种原因,矿渣硅酸盐水泥收缩比普通硅酸盐水泥收缩打,粉煤灰及矾土水泥收缩值较小,快硬水泥收缩大。综合考虑施工部位的特点,合理选用水泥品种。
(4)水泥等级及混凝土强度等级原因:水泥等级越高、早强越高对混凝土开裂影响很大。混凝土设计强度等级越高,混凝土脆性越大,越易裂开。需要设计施工单位抛弃盲目追求高标号水泥,够用就好。
(5)混凝土中粗细骨料的用量。
尽可能增加混凝土中骨料的用量,特别是粗骨料的用量。骨料用量多了,水泥的用量就会减少,混凝土产生的裂缝也会降低,同时沙石的骨架作用也是防止裂缝产生的有效措施。但这还是要结合现场情况,灵活处理。
(6)水泥细度越来越大;
水泥细度越大,比表面积越大,水化速度越快,放热量集中,就容易产生较大严重的裂缝。这主要与水泥厂的原料有关。
(7)水泥中C3A含量;
水泥中C3A含量的多少对混凝土的初凝和终凝时间产生较大影响。一些水泥厂生产的水泥其C3A含量较高,凝结时间很快,在早期很容易出现较大的裂缝。
(8)配合比设计中混凝土膨胀剂掺量选择不当。确保混凝土收缩与膨胀相抵消。
3.3 施工及现场养护原因
(1)配合比中水灰比(水胶比)过大。 水灰比过大是裂缝产生的一个主要原因。目前高效减少剂的使用可以把水灰比降得很低,但混凝土的单方用水量还是很难降到140kg以下,水灰比仍然是裂缝产生的主要原因。施工时要严格控制混凝土配合比,计量要准确。
(2)振捣或插入不当,漏振、过振或振捣棒抽撤过快。混凝土振捣应该慢抽快拔,点位。振捣时间都应该是事先设计好的,以防止振捣不均。不规范的操作均会影响到混凝土的密实性和均匀性,诱导裂缝的产生。
(3)配置大体积混凝土宜使用低水化热水泥,如硅酸盐水泥,矿渣水泥,此外可掺加膨胀剂、适量的粉煤灰等,掺粉煤灰是一项既能减少由温度应力而使混凝土开裂的危险,又能提高混凝土某些性能的经济有效措施。此外要确保混凝土内外温差小于25℃,并根据构造要求情况配置必要的钢筋起到限裂的作用。
(4)对大体积混凝土工程,缺少两次抹面,易产生表面收缩裂缝。
(5)现场养护措施不到位,混凝土早起脱水,引起收缩裂缝。混凝土拆模后要挂草帘或铺草浇水养护保湿。在现场施工过程中,也有用保鲜膜覆盖混凝土表面的做法,简单经济,尤其在气温较高的夏季比较适合。
(6)钢筋混凝土保护层过厚,或乱踩绑扎的上层钢筋使承受负弯矩的钢筋保护层加厚,导致构件的有效高度减小,形成与受力钢筋垂直方向的裂缝。
(7)混凝土浇注过快,混凝土流动性较低在硬化前因混凝土振捣不足,硬化后沉实过大,容易在浇注数小时后发生裂缝,即塑性收缩裂缝。
(8)混凝土搅拌、运输时间长,水分蒸发过多,引起混凝土塌落度过低,是的在混凝土表面出现不规则的收缩裂缝。
(9)用泵送混凝土施工时,为保证混凝土的流动性,增加水和水泥用量,或因其它原因加大恶劣水灰比,导致混凝土凝结硬化时收缩量增加,混凝土表面出现不规则裂缝。
(10)混凝土分层或分段浇注时,接头部位处理不好,易在新、旧混凝土和施工缝之间出现裂缝。
(11)混凝土早期受冻,使构件表面出现裂纹,或局部剥落,或脱模后出现空鼓现象。
(12)施工时末班刚度不足,在浇筑混凝土时,因侧向压力的作用使得模板变形,产生于模板变形一致的裂缝。
(13)施工时拆模过早,混凝土强度不足,使得构件在自重或施工荷载作用下产生裂缝。
(14)施工现场的天气情况,包括风速、温度、湿度、相对温度、相对湿度、烈日曝晒等。如:施工现场的风速超过4级时,混凝土表面由于失水过快很容易产生塑性开裂。
(15)现场预应力张拉不当。
3.4 使用方面
(1)不均与沉降。(2)使用荷载超负。(3)野蛮装修。(4)周围环境影响,酸碱盐。(5)意外事件,或在,轻度地震。
4 结语
混凝土裂缝产生的原因十分复杂,为了保证结构不出现裂缝基本上是不可能的。在实际工程中,应综合考虑各种影响因素,抓住主要矛盾,全面剖析,才能收到实效。而且我们要加强对混凝土裂缝原因分析和机理等的研究,这必将对混凝土裂缝控制产生良好的经济效益和社会效应。
【关键词】混凝土;裂缝;起因;控制
中图分类号:TU375 文献标识码:A 文章编号:1009-8283(2009)09-0294-02
1 混凝土的特性
(1)混凝土是一种脆性材料,它的抗拉强度仅为抗压强度的1/8~1/10。只要外界受力作用或内部变形,受到约束产生的拉应力大于混凝土极限抗拉强度,混凝土即出现裂缝。
(2)混凝土是一种胶凝性复合材料,本身就具有收缩特性。其收缩可分为:塑性收缩、干燥收缩、自身收缩。这些特性又促进了裂缝的产生。
(3)混凝土由塑性状态逐步发展成为固态,强度也迅速增长,施工阶段正是混凝土处于低强度向设计强度发展的国度阶段,其极限拉应力也是一个变量,一旦外界扰动产生的拉应力(其强度可能远小于设计强度)超过了当时的极限拉应力,裂缝就会出现。
(4)在混凝土施工期间会受到各种外界因素的影响,如温度、湿度的变化,拌和物水灰比波动等多种因素的相互抵消或疊加,就会出席那同样的配合比在不同的场合和结构中,裂缝的形态及分布各不相同,使问题更为复杂。
2 混凝土裂缝分类
(1)按裂缝产生的时间可划分为两类:施工期间形成的裂缝;使用期间产生的裂缝。
(2)按照裂缝的形态、规律、出现部位及分布情况,划分裂缝:塑性沉降裂缝、塑性收缩裂缝、温差裂缝、纵间裂缝、横间裂缝、剪切裂缝、斜向裂缝、八字合倒八字裂缝、龟裂、交叉裂缝和其他裂缝。
(3)按裂缝所处的状态分类,裂缝可分为运动、不稳定、稳定、闭合和愈合等状态。对处于运动和不稳定扩展状态的裂缝,应考虑加固和补救措施。而对于稳定、闭合、愈合的裂缝则可持久应用。
3 混凝土裂缝原因分析
混凝土裂缝产生的原因十分复杂,往往由多种因素共同作用的结果,引起混凝土裂缝的主要原因有以下几种:
3.1 设计原因
(1)设计结构中断面突变,导致应力集中所产生的构建裂缝。随着现在结构的推陈出新,要求现场需要浇过各种形状尺寸的结构,但在断面突变的位置,往往会出现应力集中的情况,如果不妥善处理,会产生局部裂缝,影响使用。
(2)设计中构造钢筋配置过少或过粗等引起构建裂缝(如墙板、楼板)。
(3)许多梁、板结构的长度越来越长、面积越来越大、超静定结构越来越多。
现在,二三十米长的梁已相当普遍,而且都是超静定结构。混凝土都要热胀冷缩,这么长的超静定结构现场施工人员也无能为力。
(4)设计上钢筋用量越来越大,排布越来越密。
现在结构的安全性方面的要求比以前高出很多,钢筋用量几乎成倍增加。这使得施工很多地方难以重逢振捣。要是混凝土产生较大的坍落度,除使用减水剂外,就不得不减少混凝土中的粗骨料用量,增加细骨料和水泥用量,增加水的用量。这些都会使混凝土的体积稳定性变差,抗拉能力变小,裂缝产生的机会变大。
3.2 材料原因
(1)粗细集料含泥量过大,造成混凝土收缩增大。集料颗粒级配不良或采取不恰当的间断级配,容易造成混凝土收缩的增多,诱导裂缝的产生。
(2)混凝土外加剂、掺合料选择不当、或掺量不当,严重增加混凝土收缩。
(3)水泥品种原因,矿渣硅酸盐水泥收缩比普通硅酸盐水泥收缩打,粉煤灰及矾土水泥收缩值较小,快硬水泥收缩大。综合考虑施工部位的特点,合理选用水泥品种。
(4)水泥等级及混凝土强度等级原因:水泥等级越高、早强越高对混凝土开裂影响很大。混凝土设计强度等级越高,混凝土脆性越大,越易裂开。需要设计施工单位抛弃盲目追求高标号水泥,够用就好。
(5)混凝土中粗细骨料的用量。
尽可能增加混凝土中骨料的用量,特别是粗骨料的用量。骨料用量多了,水泥的用量就会减少,混凝土产生的裂缝也会降低,同时沙石的骨架作用也是防止裂缝产生的有效措施。但这还是要结合现场情况,灵活处理。
(6)水泥细度越来越大;
水泥细度越大,比表面积越大,水化速度越快,放热量集中,就容易产生较大严重的裂缝。这主要与水泥厂的原料有关。
(7)水泥中C3A含量;
水泥中C3A含量的多少对混凝土的初凝和终凝时间产生较大影响。一些水泥厂生产的水泥其C3A含量较高,凝结时间很快,在早期很容易出现较大的裂缝。
(8)配合比设计中混凝土膨胀剂掺量选择不当。确保混凝土收缩与膨胀相抵消。
3.3 施工及现场养护原因
(1)配合比中水灰比(水胶比)过大。 水灰比过大是裂缝产生的一个主要原因。目前高效减少剂的使用可以把水灰比降得很低,但混凝土的单方用水量还是很难降到140kg以下,水灰比仍然是裂缝产生的主要原因。施工时要严格控制混凝土配合比,计量要准确。
(2)振捣或插入不当,漏振、过振或振捣棒抽撤过快。混凝土振捣应该慢抽快拔,点位。振捣时间都应该是事先设计好的,以防止振捣不均。不规范的操作均会影响到混凝土的密实性和均匀性,诱导裂缝的产生。
(3)配置大体积混凝土宜使用低水化热水泥,如硅酸盐水泥,矿渣水泥,此外可掺加膨胀剂、适量的粉煤灰等,掺粉煤灰是一项既能减少由温度应力而使混凝土开裂的危险,又能提高混凝土某些性能的经济有效措施。此外要确保混凝土内外温差小于25℃,并根据构造要求情况配置必要的钢筋起到限裂的作用。
(4)对大体积混凝土工程,缺少两次抹面,易产生表面收缩裂缝。
(5)现场养护措施不到位,混凝土早起脱水,引起收缩裂缝。混凝土拆模后要挂草帘或铺草浇水养护保湿。在现场施工过程中,也有用保鲜膜覆盖混凝土表面的做法,简单经济,尤其在气温较高的夏季比较适合。
(6)钢筋混凝土保护层过厚,或乱踩绑扎的上层钢筋使承受负弯矩的钢筋保护层加厚,导致构件的有效高度减小,形成与受力钢筋垂直方向的裂缝。
(7)混凝土浇注过快,混凝土流动性较低在硬化前因混凝土振捣不足,硬化后沉实过大,容易在浇注数小时后发生裂缝,即塑性收缩裂缝。
(8)混凝土搅拌、运输时间长,水分蒸发过多,引起混凝土塌落度过低,是的在混凝土表面出现不规则的收缩裂缝。
(9)用泵送混凝土施工时,为保证混凝土的流动性,增加水和水泥用量,或因其它原因加大恶劣水灰比,导致混凝土凝结硬化时收缩量增加,混凝土表面出现不规则裂缝。
(10)混凝土分层或分段浇注时,接头部位处理不好,易在新、旧混凝土和施工缝之间出现裂缝。
(11)混凝土早期受冻,使构件表面出现裂纹,或局部剥落,或脱模后出现空鼓现象。
(12)施工时末班刚度不足,在浇筑混凝土时,因侧向压力的作用使得模板变形,产生于模板变形一致的裂缝。
(13)施工时拆模过早,混凝土强度不足,使得构件在自重或施工荷载作用下产生裂缝。
(14)施工现场的天气情况,包括风速、温度、湿度、相对温度、相对湿度、烈日曝晒等。如:施工现场的风速超过4级时,混凝土表面由于失水过快很容易产生塑性开裂。
(15)现场预应力张拉不当。
3.4 使用方面
(1)不均与沉降。(2)使用荷载超负。(3)野蛮装修。(4)周围环境影响,酸碱盐。(5)意外事件,或在,轻度地震。
4 结语
混凝土裂缝产生的原因十分复杂,为了保证结构不出现裂缝基本上是不可能的。在实际工程中,应综合考虑各种影响因素,抓住主要矛盾,全面剖析,才能收到实效。而且我们要加强对混凝土裂缝原因分析和机理等的研究,这必将对混凝土裂缝控制产生良好的经济效益和社会效应。