浅谈混凝土裂缝的成因及防治措施.pdf

浅谈混凝土裂缝的成因及防治措施 张 延 龙 ( 陕西省泾惠渠管理局 张 卜管理 站 陕西 三原 7 1 3 8 0 0 ) 摘 要 易生成裂缝是混凝土一个很大的缺点， 论文对混凝土裂缝产生的原因、 现浇混凝土的控制和 预防裂缝的措施等进行 阐述， 并有针对性地提出了相应的防治对策， 可供参考。 关键词 混凝土； 裂缝成因； 防治措施 中图分类号 ： T U 5 2 8 1 文献标识码 ： B 混凝 土使用距 今仅 1 8 0多年 ， 我 国在 十九世纪末和二 十世纪初 ， 开始 在建筑 物 使用混凝 土。混凝 土是一 种 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 。混 凝土 的抗拉能 力差 ， 容 易开裂 ， 裂缝的 出现不但 会影 响结 构 的整 体性 和 刚度 ， 还会 引起 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 ， 分析 裂缝 的成 因 ， 探索防治措施， 对其在水利工程建筑物中 的应用有着极其重要 的意义。 1混凝土裂缝的成因 引起水 工 建筑 物混 凝 土结 构产 生裂 缝 的成 因十分复 杂 ， 因素 众多 。产生 的原 因一 般有 两类 ： 一 类是 外力 ( 包 括突 发性 的外力 和结 构静 、 动 载 ) 引起 的裂缝 ； 另一 类是 混凝 土本 身存 在不 均匀 收缩 变 形加 上约束作用引起 的裂缝 。非荷 载作用引起 的裂缝 包括 温度 变化 、 钢 筋锈 蚀 、 冻胀 及 施 工质 量 、 混凝 土收缩 、 地基 变形 等原 因 引起 的裂缝 。 1 1荷载作用引起 的裂缝 混凝 土在常规静 、 动 荷载及 次应力 下 产生 的裂缝称荷 载裂缝 。在荷载 作用下 ， 混凝 土结 构构 件截 面 的混凝 土 拉应 变 常 常是大于 混凝土极 限拉伸值 的 ， 例如 由于 弯矩 、 轴 向拉力 、 偏 心拉 ( 压 ) 力 等 引起 的 垂直裂缝( 或称正截面裂缝) ； 以及由于剪 力或是扭矩引起 的斜裂 缝。这类裂缝总是 和主拉应力 方向大致 垂直 ， 且最先 在荷载 效应最大处 ， 即在混 凝土抗 拉能力 最薄 弱 处产生。 1 2 非荷载作用引起的裂缝 1 2 1 收缩 裂缝 塑性 收缩 和 缩水 收缩 是 导致 混凝 土 收缩 裂缝的主要原 因。水泥本身性质所 决 定 的混凝土 产生 收缩裂缝是 不可避 免 的。 混凝 土收缩裂缝有 以下几 种 ： ( 1 ) 混凝 土收缩 引起 的裂缝 。由于混 凝土 内的水分 蒸发 ，表面水 分蒸发 快 ， 收 缩大 ， 内部水分 蒸发慢 ， 收缩小 ， 形 成内外 收缩差。当其差值较大， 加上表面收缩变 形 受到 内部 混凝 土 的约束 作 用而 出现拉 应力 ， 产生收缩变形 ， 就 导致裂 缝的产 生 。 在配筋 率较高 的构件 中 ， 由于钢筋对 四周 混凝土 的约束功 能增强 ， 混凝 土的收缩 也 会受到 钢筋的限 制而产 生拉应 力 ， 引起 构 件局部 裂缝 。当拉应力 达到一 定值时 ， 引 起混凝土表 面开裂 。 ( 2 ) 自生收缩 裂缝 。水泥水 化体积 变 小 ， 引起 自生收缩 。由于收缩是不均匀 的 ， 收缩 大的部 位受 到 收缩 小 的部位 昆凝 土 的约束 作用而产生裂缝 。 ( 3 ) 碳 化收缩 裂缝 。空气 中的二氧化 碳 与水 泥水 化生 成物 如 氢氧 化钙 等作 用 生成碳 酸钙 、 铝 胶 、 硅胶 和游 离水 ， 引起表 面体积 收缩 。表面收缩受 到结构内部未碳 化混凝土 的约 束而产生表 面龟裂 。在干燥 环境下 ， 振捣过 度表 面形成砂 浆层 的情 况 下更为严重 。 ( 4 ) 降温收缩 裂缝 。水泥 和水起化 学 反应 ， 放 出热量 ， 混 凝土 温度升 高 ， 水化 反 应 完成 ， 放 热也终 止 。假 如热 量不能很 快 散失 ， 内部和 外部 温差 过大 ， 就 将产 生 温 度应力， 使结构内部受压， 外部受拉。 以 上这 几种 因混凝 土 收缩 引起 的裂 缝 ， 在 没有 其他 不利 因素 的影响 下 ， 大部 分 属于表 面裂 缝 ，裂缝 宽 度 较细 且 纵横 交错， 形状没有任何规律 ， 对结构没有什 么大的影响， 是允许 的。 但在其他各种不 利 因素 的影响 下 ， 微裂 可能转化为不允许 出现的宏观裂 缝 ， 甚 至发展 为贯穿 整个构 件的裂缝 。 1 2 2其他 因素引起的裂缝 ( 1 ) 由于水灰 比 、 砂率 过大 、 石 子级配 不 好 、 振捣 过度 、 养护不 到位 等 原 因引起 粗 骨料过 度沉落 ，形成竖 向体积缩 小 ， 沉 落过 程 中受 到钢筋 、 模板 等约束而 产生沉 降 收缩 裂缝。 ( 2 ) 由于地基不均匀沉陷产生的裂缝 ， 由于基础竖向不 均匀 ， 水平方 向出现位 移 ， 结构 中产 生 的附 加应 力超 出 混凝 土结 构 的抗拉力 ， 导致不 均匀 沉陷裂缝 。 ( 3 ) 混 凝 土 没 达 到规 定 强 度 而 放 张 ( 先 张 法 ) 或 张拉 ( 后 张法 ) ， 引起 反 拱值 偏 大 ， 或放 张方法 不当 ， 都会 引起 张拉 、 放 张裂缝。 ( 4 ) 冬季 施 工没 采取 防 冻措 施 ， 使混 凝土 受冻 而产生裂缝 ， 可称 为冻胀裂缝 。 2防止混凝土裂缝的措施 对 于水 工 混凝 土 裂缝 ，可 以根据 其 产 生成 因的不 同， 采取 科学 的 防治 措施 ， 提 高混凝 土 的抗 裂性 ，改 善 混凝 土 的整 体性 能 。 2 1 从 配合角度提高混凝土抗裂性 要 在保 证 混凝 土具 有 良好 的工 作 性 能 的前提 下尽 可能 地 降低 混凝 土 的单 位 用水 量 ， 采用 “ i低 ( 低砂率 、 低塌 落度 、 低 水胶比) 、 二掺( 掺高效减水剂和高性能引 水剂 ) 、 一高( 高粉煤灰掺量 ) ” 的设计准 则 ， 生产出高强、 高韧性 、 中弹、 低热和高 极拉 值的抗裂混凝 土。 2 2荷载作用 引起 裂缝的防治措施 混凝 土是一 种脆性 材料 ， 抗拉强 度是 抗 压强度 的 11 0左 右 。为 了防止 裂缝 ， 必须 从提 高混凝土 的抗裂性 人手 ， 适 当 的 配筋率可提高混凝土的极限拉伸强度。选 O 、 J O0 o 用 混凝 土 粘结 较好 的 变形 钢筋 ，控 制钢 筋 的应 力不过 高 ， 钢筋 的直 径 不过 粗 ， 并较 细 较 密 和分 布 比较 均 匀 的配筋 可 提高 混凝 土 的抗裂能 力 。 2 3收缩 引起 的裂缝 的防止 措施 通过 合理 设 置收缩 缝 ， 降低水 灰 比， 减 少 水泥 用量 ， 加 强混 凝土 养 护 ， 及时 用湿 润 的 草 帘 、 麻 袋 片等 覆 盖 ， 并 洒 水 养 护 ， 确 保 养 护时 间 ， 保 证混 凝 土缓 慢冷 却 ， 预 防混 凝 土 的收缩裂 缝 。 2 4降温收 缩裂缝 的 防止措施 通 过选 用 低热 或 中热 矿渣 水 泥 、粉 煤 灰水 泥 ， 减 少水泥 用量 ( 将水 泥用 量 尽量 控 制 在 4 5 0 k g m。 以 F ) ， 降 低 水灰 比( 水 灰 比 控 制在 0 6 0以下 ) ， 改善 骨 科级 配 ， 降低 水 化热 还应 该改 善混凝 土 的搅 拌工 艺 ， 采 用 “ 二 次 风 冷 ”新 工 艺降低 混凝 土 的 浇 筑 温 度 。另外 ，还可 以在 混凝 土 中 掺加 一 定 量 的具 有 减 水 、 增 塑 、 缓 凝 等 功 能 的外 加 剂 ， 改 善混 凝 土 拌和 物 的 流 动性 、保 水 性 ， 降 低 水热 化 ，推迟 热 峰 出 现的 时闻 。合理 布 置施 T序 ， 分层 、 分块 浇筑 ， 以利 于散 热 ， 减小 约束 2 5碳 化收缩 裂缝 的防止 措施 选 择 骨 料时 ， 应选 用 碎 石 、 粗 砂 ， 尽 量 不用 砾 石 、 细 砂 ， 因前 者 比后者 于 缩 率 小 。 控 制好 水灰 比。施 工 时混凝 土 避 免过振 或 漏 振 ， 提倡 采 用 二 次振 捣 ， 二次 抹 面 技 术 ， 以排 除混 凝 土内部 的水 分 和气 泡 。避 免混 凝 土泌水 现象 的发生 。 2 6基础 不均匀 沉降 引起 的裂缝 防治措 施 根据 地基 条件 及 t部结 构 形式 ，采用 合理 的构 造办法 及 设置 沉 降缝 。对 于截 面 尺寸相 差 较 大 的 混凝 土 构 筑 物 ， 可 先 浇 筑 较 深 部 位 的 混 凝 土 ， 静 停 一 段 时 间 ( 不 能 超 过初 凝 期 ) ，待 沉 降 稳 定后 再 与 上 部 薄 截 面混 凝 土 同时 浇筑 ，以避 免沉 降过大 导 致 裂缝 2 7其他 因素 引起裂 缝的 防治措 施 加 强原 材 料管 理 ， 严 格控 制 沙 、 石 含 泥 量。 应严 格按 规 范规定 的沙含 泥 量应 小 于 3 、 石 含泥量 应小 于 1 的规范要 求 。选 定 骨 料最 佳级 配方 案 ， 减 少空 隙率 ， 使 混 凝 土 获 得最 密 实 的体积 。依 靠 混凝 土本 身 的 密 实 性达 到提 高 混凝 土 的抗拉 强 度 、减 小 收 缩 裂缝 的 目的 。对软 硬地基 ， 设 计时应 采取 必要 的 防沉 降措施 ， 以避 免 出现 沉降 裂缝 。 冬季 施T 注意 防冻 ， 基础 部 分要 及时 回填 、 保温 ， 防止 冻胀 裂缝 。 3裂缝 的处理方法 3 1不降 低承载 力的裂 缝处 理对策 3 1 1表面修 补法 包括 表 面涂 抹法 和 表面 贴 补法 。表 面 涂 抹 法适 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 用钢 丝 刷子 将 混凝 土表 面打 毛 ， 清 除表 面附 着物 ， 用水 冲 洗干 净后 充 分干 燥 ，然后 用 树脂 充填 混 凝 土 表 面 的气 孔 ， 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 。还 可 以采 用 在裂 缝 的表 面粘贴玻 璃纤 维布 等措施 。 3 1 2填充修 补法 用 晒干 筛 过的 沙 、水 泥按 规 定 的 比例 调配好 高 标号 砂 浆 ，再 将 环 氧树 脂 聚硫 橡 胶按 配 比调配 ， 和砂浆 搅拌 均 匀 ， 达 到 中度 粘 稠 效果 ，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 。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 。一 般用 来修 补较 宽 的裂缝 ， 作用 简单 ， 费用 低 。深 度较 浅 的裂缝 ， 或 裂缝 中有充 填 物 ， 以及 小 规模 裂缝 的简易 处 理可 采用 开槽 法 修 补裂 缝 。它通 常是沿 裂缝 凿槽 ， 在 V型槽 中嵌填 塑性 或 刚性 止水 材 料 ，以达 到 封 闭裂缝 的 目的 3 2已经 影 响到承载 力 的裂缝处 理对 策 3 2 1箍加 固法 适用 于补 强梁 内弯起 筋不 足 ， 抗剪 强度 达 不 到要 求 的情 况 。具 体做 法是 用 扁铁 制 成 垂直 或 斜 向的 钢箍 ，套 入 钢板 后 用螺 母 拧 紧 ， 或采 用 由两个 u形 钢 箍套 上后 焊接 ， 然 后打 入金属 楔楔 紧加 固 。 3 2 2贴 加 固法 将 钢板 或 型钢 用 改性 环 氧树 脂 作 为粘 贴 剂 贴到 混凝 土 裂缝 部位 表 面 ，使 钢板 与 混 凝土 连接成 整体 共同工 作 ， 加固处 理 。 3 2 3混凝土 置换 法加 固处理 将 表 面出现严 重损坏 混凝 土剔 除 ， 表 面 要 凿毛 ，然 后 用新 的混 凝 土 和其 他材 料 做 代替 。或 使用 喷射混 凝土 补强加 固 。 4结论与建议 以 上对 混 凝 土 的裂缝 进 行 了理 论 和实 践 上 的初 步探 讨 ，具 体施 工 中还 依 赖 于施 工 人员 多 观察 、多 比较 ，出 现问 题后 多 分 析 、 多总结 ， 结合 多 种预 防处 理措 施 。裂 缝 是 水利 建筑 物 混凝 土结 构 中普 遍 存 在的 一 种 现象 ，它 的 出现 会 降低 建筑 物 的抗 渗 能 力 和承 载能 力 ，影 响水 利 建筑 物 的使 用 功 能 ，而 且会 引 起钢 筋 的锈 蚀 ，混 凝 土的 碳 化 ， 降低材料的耐久性 ， 影响水利建筑物的 承 载能 力 。 因此对 混凝 土 的各 类 裂缝 要 区 别对 待 、 认 真研 究 ， 并 在施 工 中采 取各 种有 效 的措施 来 预 防裂缝 的 出现 和 扩 大 ，保 证 建筑物和构件安全 、 稳定、 经久 、 耐用。陕西 水利 ( 责任编辑 ： 黄 灵芝 ) 4 2完善管理措施 ， 确保水 库长期安全运行 落实管 护责任 ，明确管理 主体 和项 目法 人 要尽早 设立 管理单位 ， 建立管理制度 ， 配 备管理人员 ， 改善管理条件 ， 增设 防汛 、 通讯 、 预警设施，购置防汛抢险物资及防洪抢险交 通 工具。 茅坪水库除险加 固后 ，可增 加库容 2 2 5 万 m ， 对合理 开发当地水资 源 ， 调 蓄洪水 ， 保 护 下游两座集镇 、 1 2万群众安全度汛意 义重 大 。 同时 ， 可为下游农村 饮水 安全工程和农 田 灌溉提供可靠水 源 ， 效益明显 。 5结 语 茅坪 水 库 的现 状 是我 国上世 纪 六七 十 年 代 采 用 “ 群 众 大 会 战 ” 方 式 建 设 的 小 型 水 库 的 一 个缩 影 ， 质量 差 ， 隐 患 多 ， 配 套 设 施不完善 ， 管理不到位 。但这些水库都仍 有 待 继 续 发挥 工 程 效 益 ， 具 有 明 显 的开 发 利 用 价 值 。因 此 应 该 通过 大 坝安 全 鉴定 ， 努 力 寻 找 问 题 所 在 ， 对 症 下 药 ， 提 出 除 险 加 固的方法措施 ，积极开展工程建设 ， 落 实管理责任 ， 以使这些数量众 多的小型水 库重新焕发生机 ， 为当地经济社会发展提 供服 务。陕西 水 利 ( 责任编辑 ： 黄灵芝 )