混凝土裂缝成因及防治措施.pdf

5 2 水利建设与管理 2 0 1 0年第 6 期 戚立荣 ( 沂水县跋 山水库管理处2 7 6 4 0 0 ) 【 摘要】 水工建筑物裂缝是相当严重的问题， 轻者会降低工程使用寿命， 影响工程效益的发挥， 严重者会g I 起结构 破坏危及工程安全， 导致灾难事故的发生。因此， 混凝土建筑物的裂缝分析、 处理和防治措施的研究引起了工程界的 高度重视。本文从混凝土裂缝发生的原因分析入手， 在设计、 施工等方面提出了预防措施， 对已产生裂缝的建筑物提 出了治理措施， 并着重介绍了水下施工方法。 【 关键词】 混凝土裂缝预防治理 混凝土水工建筑物 由于技术条件 的限制 、设计考 虑不 周及施工质 量控制不严格 等往往会 产生裂缝 、 渗 漏等病 害。水工建筑物裂缝是相 当严重 的问题 。承受 水压 的建筑物 由于裂缝 的存在 会降低混凝 土的抗渗 、 抗 冻及耐 久性 ， 特 别是 海岸建 筑物受 浪花 溅湿 、 漂 沫 及盐雾 影响的部位 ， 海水 中的氯离子通 过裂缝渗 人混 凝 土内部引起钢 筋锈蚀 。由于裂缝会 引起漏水 ， 将影 响建 筑物的正常使 用功能 ， 裂缝进 一步扩大甚 至会导 致坍塌事故 。 1 裂缝产生的原因及影响因素 混凝土构件产生裂缝的原因极为复杂 ，主要有荷载 作用引起的裂缝 和非荷载因素引起的裂缝两大类。 1 1 荷载作用引起的裂缝 一 般钢筋混凝土结构在使用荷载的作用下 ，截面的 混凝土拉应变大于混凝土极 限拉伸值 。 因此 ， 作用于截面 上的弯矩 、 剪力 、 轴 向拉力 以及扭矩等正常荷载效应 ， 都 可能使钢筋混凝土构件产生裂缝 。 1 2 非荷载因素引起的裂缝 温度变化、 混凝土收缩、 基础不均匀沉降、 塑性坍塌、 冰冻 、 钢筋锈蚀以及碱一骨料化学反应等非荷载因素 ， 都 有可能引起裂缝。 1 2 1 温度变化 a 混凝土在浇筑 、 凝固、 硬化过程中 ， 由于水泥 的水 化将产生并释放大量 的水化热 ， 主要表现在早期释放 ， 使 混凝土内部温度升高 ， 造成混凝土构件 内外部温差较大， 由此产生温度应力和温度变形。 温度应力与温差成正 比， 温差越大， 温度应力也越大。当内部温度上升到 5 0 6 0 C 以上时， 温度应力便可能使混凝土产生裂缝。 b 施工阶段混凝土受外界气温变化 的影响。一般情 况下 ， 外界气温越高 ， 混凝土的浇筑温度也越高。当气温 下降 ， 特别是气温骤降时 ， 会大大增J J t b 层混凝土与混凝 土内部的温度梯度 ， 造成温差和温度应力 ， 使混凝土出现 裂缝 。 c 施工中过早拆模板或冬季施工 ，构件表面温度不 均匀 ， 产生温度收缩后， 在混凝土表面形成裂缝。 d 施工中由于新旧混凝土接合面处理不 当、分层分 块不合理、养护不及时等会引起混凝土构件产生贯穿性 裂缝 ， 这种裂缝危害性极大 。 1 2 2 收缩变形 a 混凝土的塑性收缩变形。混凝土塑性收缩裂缝发 生在硬化之前 ，它的产生主要是上部混凝土的均匀沉降 受到限制 ， 形成不规则的深裂缝 。 这种裂缝通常是互相平 行的， 间距为 0 2 l m， 并且有相当的深度。 b 干缩变形。 混凝土拌和物中 7 5 8 0 的水分要蒸 发掉 ， 约 2 5 的水分是硬化所必需的。 混凝土在硬化阶段 表面干燥收缩快 、 中心干燥收缩慢 ， 由于表面的干燥受到 中心部位混凝土的约束而在表面产生拉应力 ，使混凝土 出现裂缝。 c 混凝土匀质性的影响。 混凝 土拌和或浇筑时 ， 由于 拌和物的坍落度不 同或采用的外加剂不 同，石子粒径与 品种不同以及振捣的密实程度不同、都会影响混凝土的 匀质性 ， 造成混凝土弹性模量不均匀 ， 导致混凝土在收缩 戚立荣 混凝 土裂缝成 因及 防治措施 5 3 变形 中产生应力集 中， 引起裂缝。 1 2 3 碱一骨料化学反应引起的裂缝 当混凝 土中含 碱活性骨料 或使 用碱含量 高的水泥 ( 碱含量超过 0 6 钠 当量时 ) ， 或受到含可溶性硫酸盐 的 水作用时， 反应生成物遇水可产生膨胀。 由于各组成成分 体积变化特性的差异所造成的混凝土不均匀应力 ，会破 坏其 内部结构 ， 并影响水泥石与骨料颗粒之间的胶结 ， 形 成裂缝。 1 2 4 混凝土受 内外约束条件的影响 混凝土 的内部因温度变化 而发生变形 ，因受到不 同程 度的约束 ， 限制其变形 ， 产 生约束应力 。混凝 土与 地基 浇筑在一起。当温度变化 时 ，受到下部地基 的限 制 ， 产生外部约束力 。混凝 土在温度上 升时 ， 产生 的膨 胀变形受到约束而形成压应力 。此时混凝 土的弹性模 量小 ，徐变 和应 力松弛度大 ，混凝 土与基层连接 不牢 固， 压应力较小 。 温度下降时 ， 产生较大 的拉应力 ， 当超 过混凝 土的抗拉强度时 ， 混凝土将会 出现垂直裂缝。在 配筋 较高的构件中 ， 即使边界没有约束 ， 混凝土 的收缩 也会 受到钢 筋的限制而产生拉应 力 ，从而可能 引起构 件产生局部裂缝 。 除此之外水泥品种 、 水泥用量 、 单位用水量 、 粗骨料 和细骨料质量等 ， 也会造成混凝土产生裂缝。 2 预防措施 2 1 设计方面 在进行水工建筑物设计时除考虑强度满足工程要求 外， 还应根据运用条件 、 周围环境等因素进行正常使用极 限状态验算和耐久性设计。 选择合适 的水泥品种 、 水灰 比 及外加剂等技术指标 。 2 2 提高质量意识 ， 充分认识裂缝的危害性 施工技术管理人员要充分认识裂缝产生的危害 ， 加 强对混凝土结构组成及新工艺 的学习了解 ，提高质量意 识 ， 有效地避免有害裂缝的产生。 2 - 3 加强设计质量监控 ， 做好施工方案设计 监理单 位要充分发挥 协调作用 ， 会 同建设 、 施 工单 位技 术人员充 分 了解建 设 、 设 计意 图 ， 做 好技术 交底 。 施工前应做好混凝土配合 比设计 和试配检验 。另外 ， 还 要对装料顺序 、 搅拌时间 、 浇筑点坍 落度 、 入模温度 、 留 茬部 位等进 行规划 ， 对模板进行设计 ， 充分做好施 工前 的准备工作 。 2 4 合理选择配合 比 应尽量选择水化热较小 、 凝结时间较长的水泥。在 满足其 他要求 的条件下 ， 优先选用矿 渣硅酸盐水泥 、 粉 煤灰硅酸盐水泥 、 火 山灰质硅酸盐水泥。在保证混凝土 强度 和拌和物坍落度要求 的前 提下 ，尽量减少单位用 水量 ， 提高掺合料及骨料 的含量 ， 降低单方混凝土 的水 泥用量 以减少 水化热量 。粗骨料 宜采用连续级配 的石 子 ， 含泥量不大于 1 。细骨料宜采用干净 的中砂或 中 粗砂 ， 含泥量不大 于 3 。 选择砂率时 ， 做到既能使混凝 土拌和物 获得 最大流动性 ，又 能保 持 良好的粘聚性和 保水性 ， 而且达到水泥用量最小 。 一般在保证拌和物不 离析 、 便于浇灌 、 捣实 的条件 下 ， 应尽量选用较小砂率 。 必要 时可以加入缓凝剂 ， 减缓浇筑速 度以利散热 ， 推 迟 水 化热 的峰值 期 ； 或 加入适 当的减水 剂 ， 改善 和易性 ， 减少水泥用量 ， 降低水化热。 掺入适量的微膨胀剂或使 用膨胀水 泥 ， 使混 凝土得 到补偿 收缩 ， 减 少收缩 应力 。 适 当控制水灰 比，在 水泥标号相 同情况下 ，水灰 比越 小 ， 水泥 石的强度越 高 ， 与骨料粘 结力也 越大 ， 混凝 土 不宜产生裂缝 。 2 5 加强对进场材料的控制 品种适 宜质量合格 的原 材料是生产合 格混凝土制 品的物 质条 件 ， 因此在施工过程 中应严 把材料入场关 ， 严禁不合格材料进入施工现场 。 水泥品种 、 标号要满足 建筑物强度 、 耐久性要求 ， 同时应具 有水泥物理性能检 测报告或 出厂证 明 ； 骨料质地坚硬 ， 粒径级配要符合 浇 筑混凝 土的要 求 ， 含泥量不超标 ； 细骨料宜用干净 的中 砂或 中粗砂 ， 最好用 中粗砂 ， 粗骨 料宜用 粒径较 大 、 级 配好 的石子 ， 严禁混入煅烧过 的白云石或石灰石 。 钢材 要有产 品合格证及物 理力学性能检 测报告 。外加剂要 有产 品合格证 。 2 6 施工过程的质量控制 2 6 1 建立健全质量检测监督体系 ， 认真执行“ 三检制” 建立健 全质量检测监督 体系 ，制定切 实可行 的质 量控制措施 ， 并落实到施工过程 中去 ， 每一道工序都认 真执行 “ 三检制” ， 经检验工序 质量不 合格 ， 要对该工序 进行处理 ， 直至该工序质量符合设 计和规范要求 。 单元 工程工序全部 完工 ， 工序质量合格 时 ， 工程承包商质检 戚立荣 混凝土裂缝成 因及 防治措施 部门要 如实填写单元工程评定表 ；单元工程达到合格 或优 良标准 ， 及 时向监理单位报验 ， 由监理单位复核单 元工程质量。 2 6 2 施工过程的综合控制 a 混凝土模板安装除满足设计外， 还要平整稳定 ， 浇 筑前要设专人不断检查模板是否变形 、 松动、 跑模 、 跑浆 ， 以便发现问题及时解决 。 b 在混凝土浇筑过程中，旧混凝土表面一定要清除 干净 ； 填仓的砂浆一定要均匀 ， 严格控制水灰比。混凝土 浇筑速度不宜过快 ， 同时振捣一定要振透 、 振匀 ， 振捣时 间以振捣至混凝土表面呈水平、 不再显著下降、 不再出现 气泡、 表面泛出灰浆为准。 c 混凝 土的浇筑 过程应 满足结构的整 体性连续要 求， 结合结构尺寸大小、 钢筋疏密、 混凝土供应条件等具 体情况 ， 进行实施 。 要保持混凝土的粘聚性、 保水性 ， 防止 流浆、 离析 ， 并及时入仓。 对于大体积混凝土 ， 可采用全面 分层、 分段分层或斜面分层等浇筑方法 。 d 当混凝土平面尺寸过大时 ， 可以适 当设置后浇带 ， 以减小外约束力和温度应力 ，同时也有利于散热及 降低 混凝土的内部温度。混凝土上部分的模板表面用塑料层 覆盖， 可以有效防止裂缝的出现。 e 高温季节施工时，应采取有效措施降低混凝土内 部的实际温度。但应注意， 使用冷水降温时 ， 水温与混凝 土温度之差不宜超过 2 0 。 f 低温的冬季施工可采用蓄热法，利用保温模板和 保温材料防止冷空气侵袭 ，以达到降低混凝土内外温差 的目的。 g 对 于体 积 特别 大的混 凝 土应 进行温 度监 测控 制 ，当发现混凝土 的内部温度与表 面温度 以及表 面温 度与环境温度之差超过 2 5 C 时 ，应及 时加强保温或延 缓拆 除保温材料。当昼夜温差大时 ， 对混凝土要采取保 温措施 ， 及 时对混凝土体进行浇水 养护。另外 ， 混凝土 在运输 中应保持均匀性 ， 做到不分层、 不离析 、 不漏浆 ， 有 良好的坍落度等。 3 建筑物裂缝的处理 对于 已建工程存在 的裂缝 ，可根据裂缝情 况分析 发生 的原 因， 采取表面涂抹 、 钻孔灌浆 、 凿槽嵌补 、 加筋 浇筑等方法进行加固处理 ， 以减少 病害 ， 延长建筑物使 用寿命。 a 建筑物水上部分和背水面表面的裂缝 ，可采用水 泥浆、 水泥砂浆、 聚合物砂浆或防水速凝砂浆等材料进行 表面涂抹 ， 封闭裂缝。 b 受力缝 、收缩缝可视裂缝宽度及是否稳定采取不 同的修补措施。宽度较小且稳定 的裂缝可采用环氧涂料 封闭或喷浆修补 ；宽度较大且稳定的裂缝采用凿槽嵌补 或钻孔灌浆法进行处理。 c 施 工缝 凿 除冷 缝 两侧 混凝 土 加锚 筋 后再 进行 浇筑 。 d 建筑物水 下 部分 的裂缝会 引 起渗漏 ，危 害较 大 ， 可采用水下修 补技术进行 裂缝补 强加 固。沿裂缝 走 向将混凝 土凿打成 “ v ” 形截 面 ， 上 口宽 5 0 m m、 下 口 宽 3 0 ra m， 沿裂缝走 向骑缝钻灌 浆孔 ， 孑 L 距视缝 长和缝 宽确 定 ， 并用 高压 水枪对 槽面 、 灌 浆孔 及止浆 孔进行 冲洗 ， 使 表面干净 ， 并 露 出新鲜混凝 土表 面 ， 埋人灌浆 管 ， 管孔 间嵌 封牢 固 ， 注意不 能将 嵌封 材料堵 塞钻孔 和管道 。采用 S x M一 水下快速密 封剂嵌 入 “ v” 形槽 内， 并挤压密 实。1 0 m i n后即可进行下道工序施工 。首 先进 行压气 试 验 ， 查 看是 否有 漏气 现象 ， 如有 漏气 进 行处 理 ； 其次 以水 和气轮 换将缝 内冲洗干 净 ， 水洗压 力控制在 O 5 M P a ，气洗压力 控制在 0 3 M P a 。灌浆前 先用丙酮充填管路 ， 作赶水 之用 。 L W 和 H W 混 合夜 可 根据需要按施工配合 比现场配制 。在灌浆过程 中及 时 掌握灌浆情 况 ，并通过 手压灌浆泵 控制灌浆 压力 ， 一 般 为 0 - 3 O 5 N P a ， 若 吸浆量少 ， 可提 高灌浆 压力 ， 每 孔灌至基本不吸浆或吸浆率降至 5 m L m i n ，即达到灌 浆结束标 准 ， 再灌 2 0 m i n ， 结束该 孔 灌浆 ， 移 至下一灌 浆 孔 ， 灌浆材 料凝 固后 ， 割除灌浆管 ， 回填 s x M一 水 下快 速密封剂 ， 表面抹光 。以上各施工工艺均 由潜水员 在水下完成。 4 结语 混凝土形成裂缝 的原 因及影响因素虽然极为复杂 ， 但在施工中， 只要严格按照设计和施工规范进行操作 ， 裂 缝是可以避免 的。 对于已建工程存在的裂缝 ， 可针对裂缝 情况分析发生的原 因， 采取表 面涂抹 、 钻孔灌浆、 凿槽嵌 补 、 加筋浇筑等方法进行加固处理 ， 以减少病害 ， 延长建 筑物使用寿命 。