主要成因分析:①混凝土浇注后养护不当,表面水分散失快,体积收缩大,而内部湿度变化小,收缩也小,因而表面收缩变形受内部混凝土约束出现拉应力,引起混凝土表面开裂;②混凝土连续长度较长,整体收缩大;③混凝土级配中砂石含泥量大,收缩大,抗拉强度低;④混凝土过度振捣,表面形成水泥含量较多的砂浆层,收缩增大。
(3)自身收缩裂缝
在常温下混凝土构件与环境不发生任何水分交换时所产生的收缩裂缝,自收缩裂缝在高水灰比(W/C>0.45)的混凝土中较少,但当水灰比小于0.3时则很常见,其收缩量甚至达到总收缩量的50%。
主要成因分析:这与高粘结材料在水泥灰浆基体中产生较多细小的收缩孔有关,是由于持续的水化消耗了毛细孔的水造成自身收缩坍塌所致。
(4)碳化收缩裂缝
这类裂缝在结构表面出现,呈花纹状,无规律性,裂缝一般较浅,深度为1~6mm,裂缝宽度为0.05~0.2mm,多发生在混凝土浇注完成后数月或更长时间。
主要成因分析:混凝土中的氢氧化钙与空气中的二氧化碳作用生成碳酸钙,引起表面体积收缩,受到结构内部未碳化混凝土的约束而导致表面发生龟裂。 2.2.2 温度裂缝的产生原因分析
温度裂缝是由于混凝土内外温差或季节气温变化过大而形成的。表面温度裂缝走向无一定规律性,大面积结构温度裂缝常纵横交错。表面温度裂缝常发生在施工期间,宽度受温度变化影响较明显,冬季较宽,夏季较细。
主要成因分析:表面温度裂缝多由温差较大引起。特别是大体积混凝土基础浇注后,在硬化期间,水泥放出大量水化热,内部温度不断上升,使混凝土表面和内部温差较大,当温度产生非均匀的降温差时,将导致混凝土表面急剧的温度变化而产生较大的降温收缩,此时表面受到内部混凝土的约束,将产生较大的拉应力,而混凝土早期抗拉强度很低,因而出现裂缝。 2.2.3 沉陷裂缝的产生原因分析
沉陷裂缝多属进深或贯穿性裂缝,走向与基础沉陷情况有关,可能出现在结构的上部或下部,一般与地面垂直。较大的贯穿性沉陷裂缝往往上下或左右有一定的差距,裂缝宽度受温度变化影响小,因荷载大小而异,且与不均匀沉降值成
比例。
主要成因分析:①结构、构件下面的地基软硬不均,或者存在松软土,未经夯实和必要的加固处理,混凝土浇注后,地基局部产生不均匀沉降而引起裂缝;②结构各部荷载悬殊,未作必要的加强处理,混凝土浇注后因地基受力不均,产生不均匀下沉,造成结构应力集中而导致裂缝;③模板刚度不足,模板支撑不牢,支撑间距过大或支撑在松软土上,以及过早拆模,也常导致不均匀沉陷裂缝出现;④冬季施工时模板支架支承在冻土层上,若上部结构未达到规定强度,地层化冻下沉,使结构下垂或产生裂缝。
3 混凝土裂缝的预防措施及处理技术
由于裂缝的产生是由材料的特性导致的,在混凝土结构中普遍存在且危害较大,因此,要对混凝土裂缝进行认真研究、区别对待,并在施工中采取各种有效的措施来预防裂缝的出现和发展。
下面首先阐述混凝土结构中几种常见裂缝的预防措施。
3.1 混凝土结构裂缝的预防措施
3.1.1 干缩及塑性收缩裂缝的预防措施 3.1.1.1 预防干缩裂缝产生的措施
(1)选用干缩较小的水泥品种:普通水泥的干缩要低于矿渣水泥。
(2)合理调整混凝土的配合比:采用低水灰比,低单方水泥用量和低用水量,同时还宜降低砂率,尽量采用中粗砂。
(3)适当提高混凝土的抗拉强度。在水泥用量一定的条件下,缩小水灰比可使混凝土抗拉强度增高大于混凝土干缩应力的增加,有减少裂缝的趋势。使用早强剂可提高混凝土的早期强度,但干缩也随之加大,因此,应以提高抗裂安全度为目的,综合考虑后采取措施。
(4)施工时应掌握正确的振捣方法,确保混凝土的密实,同时又要避免过振捣。加强湿水养护,确保养护质量,尽量延迟干缩的发生。
(5)采用合理的设计构造措施:合理设置伸缩缝,减轻约束作用,缩小约束范围。同时对薄壁构件的配筋采用小直径,增加布筋密度的方式,可以减少裂缝发展的趋势。 干缩变形是混凝土结构产生裂缝的重要原因。由于混凝土的本身特性,要想完全避免干缩变形及干缩裂缝是不现实的,而且普通钢筋混凝土的裂缝不一定都是质量问题,只要裂缝的宽度符合规范规定,都属正常情况。但我们仍然应该采取措施减少混凝土的干缩变形,限制裂缝的宽度。同时对于环境温度变化大的构件如屋面板和大体积混凝土更应重视干缩变形,以免温度收缩应力和干缩应力叠加过大,增大裂缝出现和发展的趋势。 3.1.1.2 预防塑性收缩裂缝产生的措施
预防塑性收缩裂缝主要措施:一是选用干缩值较小早期强度较高的硅酸盐或普通硅酸盐水泥。二是严格控制水灰比,掺加高效减水剂来增加混凝土的坍落度和和易性,减少水泥及水的用量。三是浇筑混凝土之前,将基层和模板浇水均匀湿透。四是及时覆盖塑料薄
膜或者潮湿的草垫、麻片等,保持混凝土终凝前表面湿润,或者在混凝土表面喷洒养护剂等进行养护。五是在高温和大风天气要设置遮阳和挡风设施,及时养护。 3.1.2
温度裂缝的预防措施
主要预防措施:一是尽量选用低热或中热水泥,如矿渣水泥、粉煤灰水泥等。二是减少水泥用量,将水泥用量尽量控制在450kg/m3以下。三是降低水灰比,一般混凝土的水灰比控制在0.6以下。四是改善骨料级配,掺加粉煤灰或高效减水剂等来减少水泥用量,降低水化热。五是改善混凝土的搅拌加工工艺,在传统的三冷技术的基础上采用二次风冷新工艺,降低混凝土的浇筑温度。六是在混凝土中掺加一定量的具有减水、增塑、缓凝等作用的外加剂,改善混凝土拌合物的流动性、保水性,降低水化热,推迟热峰的出现时间。七是高温季节浇筑时可以采用搭设遮阳板等辅助措施控制混凝土的温升,降低浇筑混凝土的温度。八是大体积混凝土的温度应力与结构尺寸相关,混凝土结构尺寸越大,温度应力越大,因此要合理安排施工工序,分层、分块浇筑,以利于散热,减小约束。九是在大体积混凝土内部设置冷却管道,通冷水或者冷气冷却,减小混凝土的内外温差。十是加强混凝土温度的监控,及时采取冷却、保护措施。十一是预留温度收缩缝。十二是减小约束,浇筑混凝土前宜在基岩和老混凝土上铺设5mm左右的砂垫层或使用沥青等材料涂刷。十三是加强混凝土养护,混凝土浇筑后,及时用湿润的草帘、麻片等覆盖,并注意洒水养护,适当延长养护时间,保证混凝土表面缓慢冷却。在寒冷季节,混凝土表面应设置保温措施,以防止寒潮袭击。十四是混凝土中配置少量的钢筋或者掺入纤维材料将混凝土的温度裂缝控制在一定的范围之内。
3.1.3 沉陷裂缝及其他裂缝的预防措施 3.1.2.1沉陷裂缝的预防方法及其主要措施
一是对松软土、填土地基在上部结构施工前应进行必要的夯实和加固。二是保证模板有足够的强度和刚度,且支撑牢固,并使地基受力均匀。三是防止混凝土浇灌过程中地基被水浸泡。四是模板拆除的时间不能太早,且要注意拆模的先后次序。五是在冻土上搭设模板时要注意采取一定的预防措施。
3.1.2.2化学反应引起裂缝的预防方法及其主要措施
由于混凝土浇筑、振捣不良或者是钢筋保护层较薄,有害物质进入混凝土使钢筋产生
锈蚀,锈蚀的钢筋体积膨胀,导致混凝土胀裂,此种类型的裂缝多为纵向裂缝,沿钢筋的位置出现。通常的预防措施有:一是保证钢筋保护层的厚度。二是混凝土级配要良好。三是混凝土浇注要振捣密实。四是钢筋表层涂刷防腐涂料。 3.1.2.3钢筋锈蚀引起的裂缝的预防方法及其主要措施
一、提高混凝土的密实度,降低混凝土的孔隙率
外界的有害物质通过混凝土内部的空隙,渗入到混凝土内,最后到达钢筋表面,破坏钢筋表面,破坏钢筋钝化膜,引起钢筋锈蚀。因此,为阻止外界有害物质倾入混凝土内而使钢筋锈蚀,就要提高混凝土的密实度。提高混凝土密实度有如下措施:
1、保证混凝土的施工质量:首先选用级配良好的集料,控制材料的含泥量。 其次混凝土要采用机械搅拌及机械振捣,保证混凝土搅拌均匀振捣密实。还要防止混凝土在运输和浇筑过程中产生离析现象。最后要做好混凝土的养护,保证混凝土达到设计强度要求。
2、掺入高效减水剂:在保证混凝土拌合物所需流动性的同时,尽可能降低用水量,减低水灰比,使混凝土的总孔隙率,特别是毛细管孔隙大幅降低。
3、掺入高效活性矿物掺料:普通混凝土的水泥石中水化物稳定性的不足,是影响混凝土耐久性的一个因素。在普通混凝土中掺入活性矿物,在于改善混凝土中水泥石的胶凝物质的组成,消除游离石灰,是使水泥石结构更为致密,并阻断可能形成的渗透路径。
二、控制混凝土裂缝,尽量避免有害物质的出现 三、防止氯离子的侵蚀
氯离子的侵入是钢筋锈蚀的主要因素。氯离子进入混凝土有两种途径。其一时混入,其二是渗入。为防止氯离子的侵入,采取的主要措施有:
1、控制原材料中氯离子的含量。 2、提高混凝土的保护层厚度。 3、混凝土表面涂层。 4、钢筋表面涂刷防腐涂料。 5、掺加钢筋阻锈剂。
3.2 混凝土结构裂缝的处理技术
裂缝不但会影响结构的整体性和刚度,还会降低混凝土的耐久性和抗疲劳、抗渗能力,因此在实际工程中,应根据裂缝的性质和实际情况区别对待,及时处理,以保证建筑物的