浅论混凝土裂缝产生原因及处理措施.pdf

浅论混凝土裂缝产 生原 因及处理措施 程 健 ( 郎溪县建委建筑设计室， 安徽宣城2 4 2 1 0 0 ) 0 前言 混凝土作为一种复合建筑材料， 由于其组成材料的多样化 以及各组成材料间物理化学作用的多变化， 致使混凝土的物理 力学性能与很多因素有关。 混凝土抗压性能良好而抗拉性能很 差， 其极限拉伸变形很小 ， 因而极易产生裂缝。 通过近代仪器已 经发现混凝土在受荷载以前， 在硬化后的混凝土内部， 尤其是 在胶结料与骨料的界面上总是存在着大量的微观裂缝 ， 其分布 具有随机性 ， 而这些裂缝在外界荷载作用下或环境变化时会发 展而形成可见宏观裂缝， 目前规范或规程按计算控制的主要是 宏观裂缝。伴随着商品混凝土的推广， 以及建筑物钢筋混凝土 结构的普遍应用， 建筑楼面出现裂缝的几率在增加。楼面结构 出现裂缝原因复杂， 有材料、 温度变化等原因， 也有设计 、 施工、 使用等方面问题。 近些年 ， 随着我国经济的快速发展 ， 无论城市 设施建设还是工业与民用建筑的建设， 用的商品混凝土也越来 越多 ， 但施 工中的混凝土温度裂缝 问题 日显突 出， 并成为具 有 相当普遍性的问题， 带来了严重的安全隐患。 因此， 对混凝土裂 缝的成因进行分析 ， 并在材料、 施工等方面进行相应的探讨， 对 控制裂缝的产生与发展有着重要 的现实意义。 1 混凝土裂缝产生的原因 混凝土产生裂缝 的原因有多种 ， 但根本原 因是混凝土 中的 拉应力超过了混凝土的抗拉强度。 具体可归结为温度和湿度变 化、 外荷载产生的变形过大和施工方法不当这三种原因， 具体 类型有； 水泥干缩产生的裂缝 ，这种裂缝出现在混凝土的表面， 比较细小 ， 水泥是水硬性材料， 具有干缩性 ， 在硬化初期如果养 护不当造成水份不足则可能产生裂缝； 温差变化， 由热胀冷缩效应引起的裂缝。这种裂缝一般 出现在温差变化较大的环境及面积或长度较大， 而又未在适当 的部位留设伸缩缝的构件或结构上； 应力集中引起的裂缝， 这种裂缝一般出现在混凝土板的 阴阳转角处或支座处， 其原因在于板面负弯矩钢筋配筋不足或 钢筋粗而间距过大造成的 ； 使用不当造成过载、 变形过大引起的裂缝， 这种裂缝通 常出现在混凝土受弯构件的受拉区； 张拉力引起的裂缝 ， 在预应力钢筋混凝土构件张拉后的 放张过程中， 如控制不好则可能造成裂缝， 这种裂缝一般出现 预应力构件的端部或板的上表面角部 ； 不均匀沉降引起的裂缝， 由于地基的不均匀沉降造成基 础或圈梁、 大梁及其它构件拉力过大而出现裂缝； 施工中， 在混凝土初凝阶段因模板振动、 变形或移位导 致结构产生裂缝； 加荷过早产生的裂缝 ， 施工时因拆模过早 ， 混凝土强度 未达到设计要求而提前加荷 ， 使构件过载而出现裂缝； 施工缝处理不好则可能在施工缝部位出现裂缝； 混凝土预制构件， 在脱模 、 运输、 堆放、 起吊过程中因各 种原因使构件受压区处于受拉状态， 都可能使构件产生裂缝。 2 混凝土裂缝原 因分析 2 1混凝土本身 的影响 水泥水化热过高， 混凝土在浇筑振捣以后， 水泥水化过程 中产生一定的热量， 水化热聚在结构内部不易散失 ， 引起急剧 升温， 在建筑工程中一般为 2 0 C 一 3 O 。由于结构物在一个 自 然散热条件中， 实际混凝土内部的最高温度多数发生在混凝土 浇筑的最初 3 d 5 d 。随着混凝土龄期的增长， 弹性模量的增高， 对混凝土内部降温收缩的约束也就愈来愈大， 以致产生很大的 拉应力， 当混凝土的抗拉强度不足以抵抗这种应力时， 开始出 现温度裂缝。 2 _ 2混凝土的收缩变形 实际所需拌合水比水泥水化所需的水要多得多。 拌合水中 只有约 2 0 的水是水泥水化所必须的，其余的都要被蒸发掉。 水分蒸发之后， 引起混凝土收缩， 当收缩受到约束时， 则产生收 缩应力， 当收缩应力大于当时混凝土的抗拉应力时， 则裂缝随 之产生。 2 。 3施工方面 的因素 违章施工、 不当施工造成混凝土裂缝。夏季施工时由于运 输车交通不畅耽搁时间 ，在泵车出料时混凝土的经时坍损较 大， 混凝土的和易性和流动性较差， 现场工人人为加水， 造成混 凝土强度的降低 ， 加水部分的混凝土水灰比和强度与原配合 比 的混凝土不同造成凝缩裂缝和干缩裂缝。另外 ， 不正确的振捣 方式会造成混凝土分层离析、表面浮浆而使混凝土面层开裂， 或造成混凝土砂浆大量向低处流淌致使混凝土产生不均匀沉 降收缩而在结构厚薄交界处出现裂缝。 现场养护不当是造成混 凝土收缩开裂最主要的原因。 2 4环境气 候的因素 外界气温越高 ， 混凝土的浇筑温度也越高。如果外界温度 下降， 会增加混凝土的降温幅度， 特别是在外界温度骤降时， 会 增 J u t t , 层混凝土与内部混凝土的温差 ， 这时对混凝土抗裂极为 不利 。 3 混凝土裂缝产生 的危害 混凝土由于各种材料变形不一致 ， 互相约束而产生初始应 力， 造成骨料与水泥粘结面或水泥本身之间出现肉眼看不见的 微细裂缝 ， 我们一般称微裂。 这种微细裂缝的分布是不规则的， 互不连贯 ，但在荷载作用下或养护不到位失水干缩的情况下 ， 裂缝开始扩展， 并逐渐互相连通 ， 从而出现较大的可见裂缝， 成 为宏 观裂缝 ， 严重 的形成楼板上下贯通缝 ， 这就成为有害裂缝 。 这样的裂缝将对结构的承载力 、 防火性、 抗渗性、 抗钢筋锈蚀 性、 抗化学侵蚀性等耐久性能产生严重的危害。 化学侵蚀、 冻融循环、 碳化、 钢筋锈蚀 、 碱集料反应等， 都会 对混凝土结构体产生破坏作用 ， 这些破坏作用的发生或进行的 快慢 ， 除了受混凝土自身材料性质的影响外 ， 裂缝就是一个重 要的影响因素。一般从结构拆模到装修完成， 要经过 2 3个月 的时间， 有的大型工程还要跨年施工。这时空气中的 C O ： 、 S O 气体及雨水等就会顺着裂缝进入混凝土内部， 致使钢筋锈蚀的 加快 ， 以及碱集料反应及碳化速度的加快， 从而引起耐久性的 下降和缩短建筑物的使用寿命。 4 混凝土裂缝控制要点 4 1重视材料的选用 使用低热水泥 ， 能明显降低混凝土的绝热温升， 降低混凝 土的最高温度 ， 这样就能减小混凝土内表温差， 起到减小温度 应力的作用。水泥水化热测定按现行国家标准 水泥水化热实 验方法f 直接法) 测定， 要求配制混凝土所用水泥 7 d的水化热 不大于 2 5 k J &g 。为降低水化绝热温升、 减小体积变形， 混凝土 一 般不宜使用水化热高的水泥， 应使用水化热较低的中热硅酸 盐水泥和低热矿渣水泥， 更不宜使用早强型水泥。其次是优化 混凝土的配合比，以便在保证混凝土强度及流动度条件下， 尽 量节省水泥、 降低混凝土绝热温升。按照基于绝热温升控制的 绿色高性能混凝土配合比优化设计四功能准则对配合比进行 优化。最后， 掺用混合材料以减少用水量 、 节约水泥， 降低混凝 土的绝热温升 ， 提高混凝土的抗裂能力。 4 2施工阶段 的裂缝控制措施 4 2 1 控制浇灌温度 比较直接的措施是降低浇筑温度 ， 但必须拥有一定的条件 才能实现。为了降低混凝土从搅拌机出料到卸料 、 泵送和浇灌 振捣后的温度， 减少结构的内外温差， 一般按不同季节采取不 同措施。根据试验资料证明， 混凝土的早期强度达到临界强度 后， 在零下温度作用下不会遭到冻害， 小于该“ 临界” 强度时则 会遭到冻害。 4 2 2合理安排施工进度 对混凝土浇筑， 应遵循“ 同时浇捣， 分层堆累， 一次到顶 ， 循 序渐进” 的成熟工艺。在每次浇筑中， 又分几层， 其层问的间隔 时间应尽量缩短， 必须在上层混凝土初凝之前， 开始浇筑下层 混凝土。层间最长的时间间隔不大于混凝土的初凝时间。 4 2 3改进搅拌工艺和振捣工艺 采取先把水 、 水泥和砂拌和后 ， 再投放石子进行搅拌的新 方法。 这种搅拌工艺称为“ 裹砂法” ， 也可称为二次投料法。 这种 搅拌工艺的主要优点是无泌水现象，混凝土上下层强度差减 少， 可有效地防止水分向石子与水泥砂浆面的集中， 从而使硬 化后的界面过渡层的结构致密、 粘结加强。 5 混凝土裂缝预 防及处理方法 5 1预防措施 严格控制混凝土施工配合比， 对于商品混凝土的塌落度 应加强检查 。 在楼板浇捣过程中派专人护筋， 避免踩下负筋的现象发 生 。 混凝土浇筑前先将基层和模板浇水湿透， 浇筑完毕后应 采取有效的养护措施 ， 并满足以下要求： a 应在浇筑完毕后 1 2 h 以内对混凝土加以覆盖并保湿养护- h 混凝土浇水养护时间， 对采 用硅酸盐水泥、 普通硅酸盐水泥或矿渣硅酸盐水泥拌制的混凝 土不得少于 7 d ，对掺用缓凝型外加剂或有抗渗要求的混凝土 不得少于 1 4 d ； c 浇水次数应能保持混凝土处于湿润状态； d 采 用塑料布覆盖养护的混凝土 ， 其敞露的全部表面应覆盖严密并 应保持塑料布内有凝结水。 在一定的时间内保持空置房间内的相对湿度与室外相 对湿度基本一致并不宜低于 8 5 ，这一要求可采用经常开窗 的方法得以实现 ，有条件的地方定期洒水增加湿度则效果更 好。 混凝土强度达到 1 2 N m ： 前，不得在其上踩踏或堆放材 料、 安装模板及支架， 以免由于振动等原因产生裂缝。 5 2混凝土裂缝的修补方法 5 2 1 表面修补法 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。 通常的处理措施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， 在 防护的同时为了防止混凝土受各种作用的影响继续开裂， 通常 可以采用在裂缝的表面粘贴玻璃纤维布等措施。 5 2 2 灌浆 、 嵌逢封堵法 主要适用于对结构整体性有影响或有防渗要求的混凝土 裂缝的修补， 它是利用压力设备将胶结材料压人混凝土的裂缝 中， 胶结材料硬化后与混凝土形成一个整体， 从而起到封堵加 固的目的。 嵌缝法通常是沿裂缝凿槽 ， 在槽中嵌填塑性或刚性止水材 料 ， 以达到封闭裂缝 的 目的。 5 2 3结构加固法 当裂缝影响到混凝土结构的性能时， 就要考虑采取加固法 对混凝土结构进行处理。 结构加固中常用的主要有以下几种方 法： 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。 施 工 技 术 研 究 与 应 用 萎_ 5 2 4混凝土置换法 该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， 然后再置换入新的混凝土或其他材料。常用的置 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。 5 2 5电化学 防护法 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。 钝化钢筋， 以达到防腐的目的。 阴极防 护法、 氯盐提取法 、 碱性复原法是化学防护法中常用且有效的 三种方法， 其优点是受环境因素的影响较小 ， 适用于钢筋、 混凝 土的长期防腐， 既可用于已裂结构也可用于新建结构。 5 2 6仿生自愈合法 模仿生物组织对受创伤部位自动分泌某种物质， 而使创伤 部位得到愈合的机能， 在混凝土的传统组分中加入某些特殊组 分 ， 在混凝土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。 6 设计 和施 工方面 的防治措 施 从微观方面分析 ， 混凝土有 裂缝 是绝对 的 ， 没有 裂缝是相 对的。所以混凝土建筑物裂缝的防治， 就是为了将其对建筑物 的危害程度控制在允许范围内。为此 ， 在实际工程中应从设计 和施工两方面着手预防和控制建筑物裂缝。 6 1设计方面 6 1 1 减少地基的不均匀沉降 基础设计方面可以采取调整基础的埋置深度、 地基计算强 度、 垫层厚度等方法来控制地基的不均匀变形。同一软弱土地 基上， 应尽量采用同一种类型的基础 ， 否则容易造成沉降量大 小不均匀， 从而产生危害性裂缝。 6 1 2合理设置结构缝 设置结构缝的位置和缝宽的选定要适当， 构造要合理。可 以把伸缩缝、 沉降缝和抗震缝合并设置。按照设计规范要求设 置伸缩缝 ， 但应考虑高温、 冬期 、 长期暴露在大气中的建筑物， 承受反复的温差、 骤冷骤热、 反复的干湿作用， 结构内部不断产 生裂缝和裂缝扩展等因素。 当结构体型突变或者设置的伸缩缝 间距偏大、 超出规范要求时， 应采取有效的防开裂措施， 如增大 配筋率、 通长配筋、 设置后浇带、 改善混凝土级配等。 6 1 3避免应力集 中 合理增配构造钢筋提高抗裂能力， 尽量避免结构断面突变 产生应力集中，在易产生应力集中的薄弱环节采取加强措施 ， 适当增加附加筋， 以增强其抗裂能力。设计人员应重视构造钢 筋的配置， 选择构造钢筋的直径和数量要适宜。 从设计上说， 构 造钢筋很重要， 结构设计经常忽略结构约束性质， 从而产生构 造性裂缝。 所以， 配筋不但要满足结构承载的要求， 而且还要满 足混凝土正常使用的要求 ， 合理增配构造钢筋有利于提高抗裂 能力 。 6 1 4 加大保护层厚度 适当加大保护层厚度，可以提高保护层的质量以及密实 性 ， 降低其渗透性， 可以阻止或者延缓混凝土的碳化速度， 提高 劈裂强度。地下结构保护层厚 ， 要加钢丝网； 楼板要布设设备 管， 也要适当增加楼板厚度。 6 1 5加设次梁减 少裂缝 在现代设计中， 现浇板的宽度越来越大， 长度越来越长， 而 楼板的厚度却不能太大，如果在板下面的适当部位增加次梁 ， 就可以增加板的刚度 ， 减少板的挠曲变形， 从而达到不出现危 害性裂缝的目的。 另外， 也可在易裂的边缘部位设置暗梁， 提高 该部位的配筋率， 从而提高混凝土的极限拉伸 ， 有效地防止裂 缝 的产生 。 6 2施工方面 6 2 1 严格控制混凝土原材料质量 尽量采用粒径级配良好的石子及中、 粗砂， 以减少混凝土 的用水量， 使混凝土的收缩和泌水随之减少， 同时应控制含泥 量不能超过规范要求。 水泥宜选择低水化热 、 低收缩 、 质量稳定 的普通硅酸盐水泥。 t, J J n 剂和掺合料必须性能可靠， 有利于降 低混凝土凝同过程的水化热。 6 2 2严格控制混凝土配合比 在满足配合比规范和混凝土技术指标前提下， 宜适当减少 水泥用量和用水量， 降低水灰比， 提高和易性。对泵送混凝土， 不能单纯用增加单位用水量的方法来满足泵送混凝土的可泵 性要求 ， 这样不仅多用水泥， 增加混凝土的收缩， 而且还会使水 化热升高 ， 易引起裂缝。 为此， 在施工中可渗入适量的粉煤灰或 减水剂， 以进一步改善混凝土的特性。 6 2 3合理设置后浇带 对于大型混凝土建筑物 ， 合理的设置后浇带有利于控制施 工期的温差与收缩应力 ， 减少裂缝。后浇带设置时， 要遵循“ 数 量适当， 位置合理” 的原则。后浇带一般间距为3 0 m 5 0 m， 并应 贯穿整个底板断面。 后浇带 内填筑 的混凝土应用微膨胀水泥或 无收缩水泥， 混凝土强度应比原结构强度提高一级。 6 2 4 控制人模坍落度， 做好浇筑振捣工作 在满足混凝土运输和布放要求前提下， 要尽可能减小入模 坍落度。 混凝土入模后， 要及时振捣， 并做到不漏振， 不过振。 对 重点部位可在混凝土振捣界限以前给予二次振捣， 再次排除因 泌水在粗集料 、 水平钢筋下部生成的水分和空隙， 提高混凝土 的握裹力 ， 并在混凝土初凝后、 终凝前进行混凝土表面多次抹 压， 防止因混凝土的表面收缩而出现的细微裂缝， 增加混凝土 密实度 ， 提高混凝土抗 压强度和抗裂强度 。 6 2 5避免混凝土结构内外温差过大 首先， 降低混凝土的入模温度， 且不应大于 2 5 ， 使混凝 土凝固时， 其内部在较低的温度起升点升温 ， 从而避免混凝土 内部温度过高。 其次， 采取延长拆模时间和外保温等措施， 使内 外温差控制在一定范围之内，降低水化热降温引起的拉应力， 从而减少温度裂缝。 6 2 6加强混凝 土养护 在每次混凝土浇筑完毕后 ， 应及时按温控技术措施的要求 进行保温养护。不同施工季节应选择不同的混凝土养护方法： 夏季施工时， 要采用草帘覆盖、 蓄水、 洒水、 喷水等温降方法进 行养护； 正常气温时， 可喷刷养生液养护； 冬季施工时， 可使用 保温材料来提高混凝土的表面温度， 也可用薄膜养生液、 塑料 薄膜等封闭料对混凝土保温 、 保湿 ， 在寒冷季节可搭设挡风保 温棚。 混凝土的养护时间根据水泥的品种确定 ， 一般来讲 ， 普通 水泥的养护时间为 1 4 d ， 矿渣水泥、 粉煤灰粉水泥、 火山灰水泥 及掺加掺和料后 的混凝土的养护时间为 2 1 d 。