混凝土裂縫的產(chǎn)生與預防

　　摘要分析了混凝土裂縫產(chǎn)生的原因及溫度應力的形成過(guò)程,闡述了預防裂縫產(chǎn)生的措施,以期為防止混凝土裂縫提供。
　　關(guān)鍵詞混凝土;裂縫;成因;溫度應力;預防措施

　　AbstractTemperature stress as one of the reasons caused the cracks in beton was introduced,and its formation was analyzed,at the same time,preventive measures were expounded in order to prevent concrete cracks.
　　Key wordsbeton;crack;cause;temperature stress;preventive measures
　　
　　混凝土的裂縫較為普遍,盡管在施工中采取了各種措施,但在工程施工中其仍然存在�；炷�土溫度應力的變化是其中一個(gè)原因。在大體積混凝土中溫度應力及溫度控制具有重要意義。一是在施工中混凝土常常出現溫度裂縫,影響到結構的整體性和耐久性。二是在運轉過(guò)程中,溫度變化對結構的應力狀態(tài)具有顯著(zhù)的、不容忽視的影響�，F將施工中混凝土裂縫的成因和處理措施介紹如下。
　　1混凝土產(chǎn)生裂縫的原因
　　混凝土中產(chǎn)生裂縫有多種原因,主要有溫度和濕度的變化,混凝土的脆性和不均勻性,以及結構不合理、原材料不合格(如堿骨料反應)、模板變形、基礎不均勻沉降等�；炷�土硬化期間水泥放出大量水化熱,內部溫度不斷上升,在表面引起拉應力。后期在降溫過(guò)程中,由于受到基礎或老混凝土的約束,又會(huì )在混凝土內部出現拉應力。氣溫的降低也會(huì )在混凝土表面引起很大的拉應力。當這些拉應力超出混凝土的抗裂能力時(shí),即會(huì )出現裂縫;許多混凝土的內部濕度變化很小或較慢,但表面濕度可能變化較大或劇烈。如養護不周、時(shí)干時(shí)濕,表面干縮形變受到內部混凝土的約束,也往往導致裂縫;混凝土是一種脆性材料,抗拉強度是抗壓強度的1/10左右,由于原材料不均勻,水灰比不穩定,及運輸和澆筑過(guò)程中的離析現象,在同一塊混凝土中其抗拉強度又是不均勻的,存在著(zhù)許多抗拉能力很低、易于出現裂縫的薄弱部位。在鋼筋混凝土中,拉應力主要是由鋼筋承擔,混凝土只是承受壓應力;在素混凝土內或鋼筋混凝上的邊緣部位如果結構內出現了拉應力,則需依靠混凝土自身承擔[1-2]。一般設計中均要求不出現拉應力或者只出現很小的拉應力。但在施工中混凝土由最高溫度冷卻到運轉時(shí)期的穩定溫度,往往在混凝土內部引起相當大的拉應力。有時(shí)溫度應力可超過(guò)其他外荷載所引起的應力,因此掌握溫度應力的變化對于進(jìn)行合理的結構設計和施工極為重要。
　　2混凝土溫度應力分析
　　根據溫度應力的形成過(guò)程可分為以下3個(gè)階段:一是早期。自澆筑混凝土開(kāi)始至水泥放熱基本結束,一般約30 d。這個(gè)階段水泥放出大量的水化熱、混凝上彈性模量的急劇變化。由于彈性模量的變化,這一時(shí)期在混凝土內形成殘余應力。二是中期。自水泥放熱作用基本結束時(shí)起至混凝土冷卻到穩定溫度時(shí)止,這個(gè)時(shí)期溫度應力主要是由于混凝土的冷卻及外界氣溫變化引起的,這些應力與早期形成的殘余應力相疊加,在此期間混凝上的彈性模量變化不大。三是晚期�；炷�土完全冷卻以后的運轉時(shí)期。溫度應力主要是外界氣溫變化所引起,這些應力與前2種的殘余應力相疊加。根據溫度應力引起的原因可分為2類(lèi),一類(lèi)是自生應力。邊界上沒(méi)有任何約束或完全靜止的結構,如果內部溫度是非線(xiàn)性分布的,由于結構本身互相約束而出現的溫度應力。例如,橋梁墩身結構尺寸相對較大,混凝土冷卻時(shí)表面溫度低,內部溫度高,在表面出現拉應力,在中間出現壓應力。另一類(lèi)是約束應力。結構的全部或部分邊界受到外界的約束,不能自由變形而引起的應力。如箱梁頂板混凝土和護欄混凝土。這2種溫度應力往往和混凝土的干縮所引起的應力共同作用。要根據已知的溫度準確分析出溫度應力的分布、大小是一項比較復雜的工作。在大多數情況下,需要依靠模型試驗或數值�；炷�土的徐變使溫度應力有相當大的松馳,計算溫度應力時(shí),必須考慮徐變的影響。
　　3預防措施
　　3.1減輕溫度應力
　　為了防止裂縫,減輕溫度應力可以從控制溫度和改善約束條件方面著(zhù)手。一是控制溫度。措施如下:采用改善骨料級配,用干硬性混凝土、摻混合料、加引氣劑或塑化劑等措施,以減少混凝土中的水泥用量;拌合混凝土時(shí)加水或用水將碎石冷卻,以降低混凝土的澆筑溫度;熱天澆筑混凝土時(shí)減少澆筑厚度,利用澆筑層面散熱;在混凝土中埋設水管,通入冷水降溫;規定合理的拆模時(shí)間,氣溫驟降時(shí)進(jìn)行表面保溫,以免混凝土表面發(fā)生急劇的溫度梯度;施工中長(cháng)期暴露的混凝土澆筑塊表面或薄壁結構,在寒冷季節采取保溫措施。二是改善約束條件。措施如下:合理地分縫、分塊;避免基礎過(guò)大起伏;合理地安排施工工序,避免過(guò)大的高差和側面長(cháng)期暴露;此外,改善混凝土的性能,提高抗裂能力,加強養護,防止表面干縮,特別是保證混凝土的質(zhì)量十分重要,應特別注意避免產(chǎn)生貫穿裂縫,出現后要恢復其結構的整體性是十分困難的,因此施工中應以預防貫穿性裂縫的發(fā)生為主。
　　3.2適時(shí)拆模,注重防護
　　在混凝土的施工中,為了提高模板的周轉率,往往要求新澆筑的混凝土盡早拆模。當混凝土溫度高于氣溫時(shí)應適當考慮拆模時(shí)間,以免引起混凝土表面的早期裂縫。新澆筑早期拆模,在表面引起很大的拉應力,出現“溫度沖擊”現象。在混凝土澆筑初期,由于水化熱的散發(fā),表面引起相當大的拉應力,此時(shí)表面溫度亦較氣溫為高,此時(shí)拆除模板,表面溫度驟降,必然引起溫度梯度,從而在表面附加一拉應力,與水化熱應力疊加,再加上混凝土干縮,表面的拉應力達到很大的數值,就有導致裂縫的危險,但如果在拆除模板后及時(shí)在表面覆蓋一輕型保溫材料,如泡沫海綿等,對于防止混凝土表面產(chǎn)生過(guò)大的拉應力,具有顯著(zhù)的效果[3-4]。
　　3.3適量加筋
　　加筋對大體積混凝土的溫度應力影響很小,因為大體積混凝土的含筋率極低,只是對一般鋼筋混凝土有影響。在溫度不太高及應力低于屈服極限的條件下,鋼的各項性能是穩定的,而與應力狀態(tài)、時(shí)間及溫度無(wú)關(guān)。鋼的線(xiàn)脹系數與混凝土線(xiàn)脹系數相差很小,在溫度變化時(shí)兩者間只發(fā)生很小的內應力。由于鋼的彈性模量為混凝土彈性模量的7~15倍,當內混凝土應力達到抗拉強度而開(kāi)裂時(shí),鋼筋的應力將不超過(guò)100~200 kg/cm²。因此,在混凝土中要想利用鋼筋來(lái)防止細小裂縫的出現很困難。但加筋后結構內的裂縫一般就變得數目多、間距小、寬度與深度較小,而且如果鋼筋的直徑細而間距密時(shí),對提高混凝土抗裂性的效果較好�；炷�土和鋼筋混凝土結構的表面常常會(huì )發(fā)生細而淺的裂縫,其中大多數屬于干縮裂縫。雖然這種裂縫一般都較淺,但其對結構的強度和耐久性仍有一定的影響。

　　3.4使用外加劑
　　為保證混凝土工程質(zhì)量,防止開(kāi)裂,提高混凝土的耐久性,正確使用外加劑也是減少開(kāi)裂的措施之一。例如使用減水防裂劑,其主要作用:一是混凝土中存在大量毛細孔道,水蒸發(fā)后毛細管中產(chǎn)生毛細管張力,使混凝土干縮變形。增大毛細孔徑,可降低毛細管表面張力,但會(huì )使混凝土強度降低。這個(gè)表面張力理論早在20世紀60年代就已被國際上所確認。二是水灰比是影響混凝土收縮的重要因素,使用減水防裂劑可使混凝土用水量減少25%。三是水泥用量也是混凝土收縮率的重要因素,摻加減水防裂劑的混凝土在保持混凝土強度的條件下可減少15%的水泥用量,其體積用增加骨料用量來(lái)補充。四是減水防裂劑可以改善水泥漿的稠度,減少混凝土泌水,減少沉縮變形。五是提高水泥漿與骨料的粘結力,提高混凝土抗裂性能。六是混凝土在收縮時(shí)受到約束產(chǎn)生拉應力,當拉應力大于混凝土抗拉強度時(shí)裂縫就會(huì )產(chǎn)生。減水防裂劑可有效提高混凝土抗拉強度,大幅提高混凝土的抗裂性能。七是摻加外加劑可使混凝土密實(shí)性好,可有效地提高混凝土的抗碳化性,減少碳化收縮。八是摻減水防裂劑后混凝土緩凝時(shí)間適當,在有效防止水泥迅速水化放熱基礎上,避免因水泥長(cháng)期不凝而帶來(lái)的塑性收縮增加。九是摻外加劑混凝土和易性好,表面易摸平,形成微膜,減少水分蒸發(fā),減少干燥收縮。許多外加劑都有緩凝、增加和易性、改善塑性的功能,在工程實(shí)踐中應多進(jìn)行這方面的試驗,比單純地靠改善外部條件,會(huì )更加簡(jiǎn)捷、。
　　3.5混凝土的早期養護
　　混凝土早期養護的主要目的在于保持適宜的溫濕條件,以達到如下效果:一是使混凝土免受不利溫、濕度變形的侵襲,防止有害的冷縮和干縮;實(shí)踐證明,混凝土常見(jiàn)的裂縫,大多數是不同深度的表面裂縫,其主要原因是溫度梯度造成寒冷地區的溫度驟降也容易形成裂縫�；炷�土的保溫對防止表面早期裂縫尤其重要。從溫度應力觀(guān)點(diǎn)出發(fā),保溫應達到下述要求:防止混凝土內外溫度差及混凝土表面梯度,防止表面裂縫;防止混凝土超冷,應該設法使混凝土的施工期最低溫度不低于混凝土使用期的穩定溫度;防止老混凝土過(guò)冷,以減少新老混凝土間的約束。二是使水泥水化作用順利進(jìn)行,以期達到設計的強度和抗裂能力。適宜的溫濕度條件是相互關(guān)聯(lián)的,混凝土的保溫措施常常也有保濕的效果。新澆混凝土中所含水分完全可以滿(mǎn)足水泥水化的要求。但由于蒸發(fā)等原因常引起水分損失,從而推遲或防礙水泥的水化,表面混凝土最容易而且直接受到這種不利的影響。因此,混凝土澆筑后的最初幾天是養護的關(guān)鍵時(shí)期,在施工中應切實(shí)重視該時(shí)期的養護。
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