| 标题 | 混凝土裂缝与预防研究 |
| 范文 | 刘强 [摘要]混凝土是由砂石骨料、水泥、水及其他外加材料混合而形成的非均质脆性材料。由于混凝土施工和本身变形、约束等一系列问题，硬化成型的混凝土中存在许多的微孔隙、气穴和微裂缝，由于这些初始缺陷的存在使混凝土呈现出一些非均质的特性。微裂缝通常是无害的，对混凝土的承重、防渗以及其他使用功能不直接产生危害。但是混凝土受荷载、温差作用后，微裂缝会不断地扩展和连通，最终形成肉眼可见的宏观裂缝，也就是混凝土工程中常说的裂缝。文章主要分析混凝土裂缝与预防。 [关键词]混凝土；裂缝；预防 [DOI]10.13939/j.cnki.zgsc.2016.34.186 1 前 言 由于裂缝的存在会使内部的钢筋等材料产生腐蚀，降低钢筋混凝土材料承载能力、耐久性及抗渗能力，影响建筑物的外观、使用寿命和本身强度，严重者将会威胁到人们的生命和财产安全。现代科学研究和大量的混凝土工程实践证明，虽然混凝土工程中无法避免裂缝问题，但控制在一定的范围内是可以接受的。钢筋混凝土规范也明确规定：在所处不同条件下，允许存在一定宽度的裂缝。但在施工过程中应努力采取有效措施控制裂缝产生，尽可能不出现裂缝或减少裂缝的数量和宽度，尤其要尽量避免有害裂缝的出现，从而确保工程质量。 混凝土裂缝产生的原因很多，大致可分为三类，一是因变形而引起的裂缝：如温度变化、收缩、膨胀、不均匀沉陷等原因；二是有外载作用引起的裂缝；三是养护不当和化学作用引起的裂缝等。在实际工程中要根据实际情况区别对待，并有针对性地解决裂缝产生问题。 2 混凝土工程中常见裂缝及预防 2.1 干缩裂缝及预防 干缩裂缝较广地出现在养护结束后的一段时间或是混凝土浇筑完毕后的一周左右。水泥浆中水分的蒸发产生干缩，这种收缩是不可逆的。干缩裂缝的产生主要是由于混凝土内外水分蒸发程度不同而导致变形不同的结果：混凝土受外部环境的影响，表面水分损失较快，变形较大，内部湿度变化较小变形较小，较大的表面干缩变形受到混凝土内部约束，产生较大拉应力而产生裂缝。相对湿度越低，水泥浆体干缩越大，干缩裂缝越易产生。干缩裂缝为表面性平行线状或网状浅细裂缝，宽度多在0.05～0.2mm的较多，大体积混凝土中平面部位多见，较薄的梁板中多沿其短向分布。干缩裂缝会影响混凝土的抗渗性，引起钢筋的锈蚀影响混凝土的耐久性，在水压力的作用下产生水力劈裂影响混凝土的承载力等。混凝土干缩主要和混凝土的水灰比、水泥的用量、水泥的成分、集料的性质和用量、外加剂的用量等有关。 主要预防措施：一是混凝土的干缩受水灰比的影响较大，水灰比大，干缩性同样也大，因此在混凝土配合比设计中应控制好水灰比的选用，同时掺合适的减水剂；二是首选收缩量较小的水泥，采用中低热水泥和粉煤灰水泥，降低水泥的用量；三是控制混凝土搅拌和施工中的配合比，混凝土的用水量应小于配合比设计所给定的用水量；四是加强混凝土的早期养护，适当延长混凝土的养护时间。冬季施工时适当延长混凝土保温覆盖时间，并涂刷养护剂养护；五是在混凝土结构中设置合适的收缩缝。 2.2 塑性收缩裂缝及预防 塑性收缩是指混凝土在凝结前，表面因失水较快而产生的收缩。塑性收缩裂缝一般在炎热或大风天气出现，裂缝多呈两端细、中间宽且长短不一，互不连贯状态。较短的裂缝一般长20～30cm，较长的裂缝可达2～3m，宽1～5mm。产生的主要原因为：混凝土在终凝前无强度或强度很小，或者混凝土刚刚终凝而强度很小时，受干热或大风天气的影响，混凝土表层失水过快，导致毛细管中产生较大的负压使混凝土体积急剧收缩，此时混凝土的强度无法抵抗其本身收缩，因此产生龟裂。影响塑性收缩开裂的主要因素有水灰比、环境温度、混凝土的凝结时间、风速、相对湿度等。 主要预防措施：一是选用干缩值小且早期强度较高的硅酸盐或普通硅酸盐水泥；二是控制水灰比，掺加高效减水剂增加混凝土的坍落度和和易性，减少水泥和水的用量；三是浇筑混凝土之前，将模板和基层浇水均匀湿透；四是覆盖塑料薄膜或者潮湿的草垫、麻片等进行保护，保持混凝土终凝前的表面湿润度，或在混凝土表面喷洒养护剂等进行养护；五是尽量避开高温和大风天气或要设置遮阳和挡风设施，及时养护。 2.3 沉陷裂缝及预防 沉陷裂缝的产生是由结构地基土质不匀、松软，或回填土不实或浸水而造成不均匀沉降所致；或因为模板刚度不足，模板支撑间距过大或支撑底部松动等导致，尤其是在冬季，模板支撑在冻土上，冻土化冻后产生不均匀沉降，导致混凝土结构产生裂缝。沉陷裂缝多为深进或贯穿性裂缝，走向与沉陷情况有密切关系，一般沿与地面垂直或呈30°～45°角方向发展，较大的沉陷裂缝，往往有一定的错位，且裂缝宽度与沉降量成正比关系。裂缝宽度受温度变化影响较小。地基变形稳定之后，沉陷裂缝也基本趋于稳定。 主要预防措施：一是施工前应该对松软土、填土地基上部结构进行必要的夯实和加固；二是确保模板有足够的刚度和强度，且支撑牢固，使地基受力均匀；三是严防混凝土浇灌过程中地基被水浸泡；四是模板拆除时间不宜太早，注意拆模的先后次序；五是在冻土上搭设模板时需采取一定的预防措施。 2.4 温度裂缝及预防 温度裂缝较多发生在大体积混凝土表面或温差变化较大地区的混凝土结构中。混凝土浇筑后，硬化过程中水泥水化产生大量的水化热（当水泥用量在350～550kg/m3，每立方米混凝土将释放出17500～27500kJ的热量，使混凝土内部温度升达70℃左右甚至更高）。由于混凝土的体积较大，大量的水化热聚积在混凝土内部而不易散发，内部温度急剧上升，而混凝土表面散热较快，这样就形成内外较大温差，较大的温差导致内外部热胀冷缩的程度不同，使混凝土表面产生一定的拉应力（实践证明当混凝土本身温差达到25℃～26℃时，混凝土内会产生大致在10MPa左右的拉应力）。当拉应力超过混凝土的抗拉强度极限时，混凝土表面就会产生裂缝，较多发生在混凝土施工中后期。 温度裂缝走向通常无规律，大面积结构裂缝常纵横交错；梁板类长度尺寸较大的结构，裂缝多平行于短边；深入和贯穿性的温度裂缝一般与短边方向平行或接近平行，裂缝沿着长边分段出现，中间较密。裂缝宽度大小不一，受温度变化影响较为明显，冬季宽，夏季窄。 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来减少水泥用量，降低水化热；五是改善混凝土的搅拌工艺，在“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些具有减水、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，延迟热峰出现时间；七是高温季节采用搭设遮阳板等辅助措施控制混凝土的升温，降低浇筑混凝土的温度；八是合理安排施工工序，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，减小内外温差；十是加强混凝土温度监控，采取及时冷却的保护性措施；十一是预留收缩缝；十二是减小约束，浇筑前在基岩和老混凝土上铺设5mm左右的砂垫层或沥青等材料涂刷；十三是加强养护，浇筑后用湿润的草帘、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。 2.5 化学反应引起的裂缝及预防 碱骨料反应裂缝和钢筋锈蚀引起的裂缝是钢筋混凝土结构中最常见的因化学反应而引起的裂缝。 混凝土拌合后会产生一些碱性离子，离子与某些活性骨料产生化学反应并吸收周围环境中的水而体积增大，造成混凝土酥松、膨胀开裂。这种裂缝一般出现在混凝土结构使用期间，一旦出现较难补救，因此应在施工中采取有效措施进行预防。主要预防措施：一是砂石骨料尽量选用碱活性小的；二是选用低碱水泥和低碱或无碱的外加剂；三是选用合适的掺和料抑制碱骨料反应。 由于浇筑过程中振捣不良或者是钢筋保护层较薄，有害物质渗入使钢筋产生锈蚀，锈蚀的钢筋体积膨胀，导致沿钢筋的位置出现胀裂，此种类型的裂缝多为纵向裂缝。通常预防措施：一是保障钢筋保护层的厚度；二是混凝土级配要良好；三是浇注过程要振捣密实；四是钢筋表层涂刷防腐保护性涂料。 3 裂缝处理 裂缝的出现不仅影响结构整体性和刚度，还会引发钢筋的锈蚀、加速混凝土的碳化、降低混凝土的耐久性和抗疲劳、抗渗能力。因此对裂缝的性质和具体情况要区别对待、及时处理，以保证建筑物的安全性。 混凝土裂缝出现的修补措施主要有以下几种方法：表面修补法，灌浆、嵌缝封堵法，结构加固法，混凝土置换法，电化学防护法以及仿生自愈合法。 3.1 表面修补法 表面修补法是简单、常见的易补的修补方法，主要适用于稳定和对结构承载能力没有影响的表面裂缝以及深进裂缝的处理。通常的处理是在裂缝的表面涂抹水泥浆、环氧胶泥或在混凝土表面涂刷油漆、沥青等防腐材料，为了防止混凝土受各种作用的影响继续开裂，可采用在裂缝表面粘贴玻璃纤维布等措施。 3.2 灌浆、嵌缝封堵法 灌浆法主要适用于对结构整体性有影响或对有防渗混凝土裂缝的修补，利用压力设备将胶结材料压入出现裂缝中，胶结材料硬化后与混凝土形成一个整体，起到封堵加固目的。常用的胶结材料有水泥浆、环氧树脂、甲基丙烯酸酯、聚氨酯等化学材料。 嵌缝法是裂缝封堵中最常用的方法，它是沿裂缝凿槽，在槽中嵌填塑性或刚性止水材料，达到封闭裂缝的目的。 常用的塑性材料有聚氯乙烯胶泥、塑料油膏、丁基橡胶等；常用的刚性止水材料为聚合物水泥砂浆。 3.3 结构加固法 当裂缝影响到混凝土结构的性能时，就需考虑采取加固法对产生裂缝进行处理。结构加固中常用方法有：加大混凝土结构的截面面积、在构件的角部外包型钢、采用预应力法加固、粘贴钢板加固、增设支点加固以及喷射混凝土补强加固。 3.4 混凝土置换法 混凝土置换法是处理严重损坏混凝土的一种有效方法，先将损坏的混凝土剔除，置换入新的混凝土或其他材料。常用置换材料有：普通混凝土或水泥砂浆、聚合物或改性聚合物混凝土或砂浆。 3.5 电化学防护法 电化学防腐是利用施加电场在介质中的电化学作用，改变混凝土或钢筋混凝土所处的环境状态，以钝化钢筋达到防腐的目的。阴极防护法、氯盐提取法、碱性复原法是化学防护法中常用有效的三种方法。这种方法的优势是受环境因素的影响较小，适用钢筋、混凝土的长期防腐，既可用于已裂结构也可用于新建结构。 3.6 仿生自愈合法 仿生自愈合法是一种新的裂缝处理方法，模仿生物组织对受创伤部位自动分泌某种物质，使创伤部位得到愈合的机能，在混凝土的传统组分中加入特殊组分（如含黏结剂的液芯纤维或胶囊），在内部形成智能型仿生自愈合神经网络系统，当混凝土出现裂缝时分泌出部分液芯纤维可使裂缝重新愈合。 4 结 论 裂缝是混凝土结构中普遍存在的一种现象，它的出现不仅降低建筑物的抗渗能力，影响建筑物的使用功能，而且会引发钢筋的锈蚀，混凝土的碳化，降低材料的耐久性，影响建筑物的承载能力、使用寿命和本身强度，要对混凝土裂缝进行认真研究、区别对待，采用合理的方法进行补救处理，并在施工过程中采取各种有效预防措施来防范裂缝的出现和发展，从而确保工程质量，保证建筑物和构件安全、稳定地工作。 |
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