混凝土结构早期裂缝成因和控制

　　摘要:分析了混凝土结构裂缝的成因,并提出了有效解决裂缝的综合措施,为防止和控制裂缝提供了方法。
　　关键词:混凝土结构;裂缝;裂缝控制
　　0引言：
　　建筑工程中的裂缝问题,在砖混结构和钢筋混凝土结构中均会产生,且量大面广,裂缝形式多样。尤其是近年来商品混凝土的大量应用和混凝土强度等级的提高,结构出现裂缝的可能性大大增加,严重影响了建筑工程的质量。一些建筑物出现各种各样的事故,无不与裂缝有着密切的关系。然而,根据大量的工程实践和近代工程材料的微观研究,建筑结构的裂缝是不可避免的,结构物的破坏和倒塌也都是从裂缝的出现和进一步扩展开始的。裂缝的出现可以引起结构持久强度的降低,引起结构渗漏,出现保护层剥落、钢筋锈蚀、混凝土碳化等,从感官上给人以恐惧感,对装饰层造成损伤,严重影响结构的使用功能和耐久性,对建筑物的抗震能力带来不利影响,尤其是对地下建筑和具有特殊要求的建筑物危害更大。但是裂缝的有害程度是可以控制的。因此有必要对裂缝进行研究,从材料、设计到施工都要对裂缝进行有效控制,尽可能减少裂缝的出现和扩展,降低裂缝的危害,提高结构的耐久性,延长结构的使用寿命。
　　1.裂缝产生的原因
　　1.1引起建筑物产生裂缝的原因很多,如,外荷载引起的裂缝(包括在施工和使用阶段的静荷载、动荷载等);收缩裂缝(混凝土自生收缩、失水干缩、碳化收缩、不同的收缩或收缩时间,不同的总收缩);温度裂缝(水化热引起的裂缝、环境温度变化引起的裂缝、降温速度过快引起的裂缝);耐久性裂缝(冻融、钢筋锈蚀、硫化侵蚀、骨料反应);此外还有火灾、超载、地基变形、模板移动、热养护、不正确的预应力等等均会引起裂缝。
　　1.2综合起来,裂缝产生的原因,大致可以分为2类:一是由外荷载(静、动荷载)直接作用而引起的裂缝,此种裂缝称为荷载裂缝;二是由于变形变化引起的裂缝,即主要是由温度变化、混凝土收缩和膨胀、不均匀沉降等变形变化而引起的裂缝,此类裂缝称为变形裂缝。
　　1.3同时应该看到,引起裂缝产生的原因是多种多样的,是各种因素综合作用的结果,各种因素之间是相互影响,相互关联的。然而,根据国内外的调查资料,工程结构裂缝大部分是由于变形变化引起的,由变形变化(温度、收缩、不均匀学降)引起的裂缝约占80%以上。因此,重点解决变形变化引起的裂缝,同时也要全面考虑其它因素的相互影响,以下具体分析变形裂缝的成因。
　　1.3.1干缩；混凝土干缩主要起因于混凝土的脱水收缩。这类收缩在内部主要收制于细孔含量和孔径分布以及加水量（水灰比）和水化强度，在外部受制于环境强度和结构体裸露程度及结构长度。
　　1.3.2温差裂缝：混凝土工程尤其是大体积，习惯是控制混凝土内外温差，避免蓄热太高来预防裂缝，即混凝土中心温度与表面温度之差不得大于，降低其水化热，控制温升延缓峰温。
　　1.3.3超长结构：当混凝土单体结构长度超过30-40m时，一般视为超长结构，此时若不设伸缩缝（后浇带），当混凝土的收缩应力值超过混凝土的极限拉伸时即出现裂缝。
　　2.裂缝控制
　　2.1从材料方面,改进混凝土级配和掺入各种外加剂
　　2.1.1尽量选用水化热低、耐久性好、收缩小的矿渣水泥或低热水泥。为了降低水泥的用量,在混凝土中加入适量的超细活性矿物质(粉煤灰)和外加剂(减水剂、膨胀剂等)以改善其性能。而且对于外加剂的使用必须强调约束条件,过量掺加减水剂会显著增加混凝土的收缩。砂石的级配尽可能合理,含泥量控制在1.5%以内。
　　2.1.2补偿收缩混凝土是有效防止裂缝的方法之一,可以解决由温度变化(混凝土水化热、环境降温)、湿度变化(自生收缩、失水干缩、塑性收缩等)引起的初始变形裂缝。补偿收缩混凝土就是在混凝土中掺入一定量的膨胀剂(通常是UEA膨胀剂),使混凝土在凝结石化过程中产生适度的膨胀,混凝土中钢筋对它的膨胀产生约束作用,钢筋本身也因与混凝土一起膨胀而产生拉应力,同时混凝土中就产生相应的预压应力,此压应力可以抵消部分或大部分由于混凝土收缩和环境降温而导致混凝土开裂的拉应力。同时,延缓了混凝土产生收缩的过程,抗拉强度在此期间能获得较大幅度的增长,从而有效的防止和减少收缩裂缝的出现。而普通混凝土不具有膨胀作用,混凝土中无预压应力,混凝土早期的抗拉强度很低,当拉应力超过抗拉极限或收缩超过极限拉应变时,混凝土就会开裂。
　　2.1.3补偿收缩混凝土具有良好的抗裂性,在一些工程中取得了良好的效果,已广泛应用于建筑工程。但是,补偿收缩混凝土又有一定的局限性,主要的问题是膨胀稳定性,这点要特别注意。并且膨胀剂对混凝土对养护要求特别高,膨胀结晶体钙矾石形成需要水,补偿收缩混凝土浇筑后1～7d内是膨胀变形的主要阶段,此时应特别加强养护,7～14d仍需湿养护,才能发挥混凝土的膨胀作用,如养护不周就难以发挥膨胀剂的补偿收缩作用而出现裂缝。尤其是墙体等立面结构,蓄水养护比较困难,而且受外界温度、温度、风速等影响较大,极易产生裂缝。此外,由于膨胀混凝土中钢筋受拉,也必然增加普通钢筋用量。
　　2.2从设计方面,设置后浇带或者采用预应力混凝土
　　2.2.1后浇带起着伸缩缝和沉降缝的双重作用,在一定程度上可以有效的削减温度和湿度变化引起的收缩应力,从而控制裂缝的产生。它是一种临时性的变形缝,最终取消结构中永久变形缝。后浇带是增大伸缩缝间距和取消伸缩缝的有效措施之一。但是,后浇带也有许多弊病,在实际施工过程中存在一系列问题。后浇带需保留一定的时间才可以浇筑,一般都要两个月以上的时间。由于间隔时间较长,难免各种杂物落入后浇带中,而后浇带配筋较粗而密,使得清理工作非常困难。后浇带浇筑之前必须将两侧的混凝土凿毛清理干净,并且充分润湿,施工相当困难,如果清理不干净或者润湿不充分,很难保证新老混凝土的粘结强度,势必影响工程质量。
　　2.2.2用预应力解决裂缝问题。预应力混凝土就是在结构承受荷载之前,预先对结构施加预压力,使结构处于受压的应力状态,使之可以抵消由于外荷载产生的全部或部分拉应力,使结构在使用状态下不出现拉应力或推迟裂缝的出现,将裂缝宽度控制在一定的范围内。用预应力解决超长结构的裂缝问题就是使预压应力抵消由于混凝土收缩和温度作用产生的全部或部分拉应力,使混凝土中不出现拉应力或将其限制在最小的范围内。采用预应力技术对解决混凝土的后期裂缝是行之有效的方法,并且可以扩大伸缩缝间距或取消伸缩缝,施工方便简单易行。同时,预应力可以抵消部分荷载的作用,使结构受力更合理,充分发挥材料的性能。
　　2.3施工管理方面
　　2.3.1要严格执行混凝土配合比,尤其是水胶比和外加剂不能到达预期的效果,反而影响混凝土的质量。
　　2.3.2混凝土的运输浇筑必须满足施工要求,混凝土的铺摊厚度应根据混凝土的和易性及所用振捣器的作用深度确定,泵送混凝土的铺摊厚度不大于600mm,非泵送混凝土的铺摊厚度不大于400mm。振捣要密实,需要分层次浇注时,在上层混凝土浇注前,应充分润湿已浇混凝土,并且将表面清理干净。泵送混凝土的水灰比较大,泌水现象比较严重,要及时设法排除或吸干水分,严禁撒干水泥抹面或任由泌水溢出。
　　2.3.3混凝土浇筑之后要适时进行保温保湿养护。掺膨胀剂的混凝土尤其是要加强养护,在缺乏足够水分的情况下,膨胀剂的膨胀作用不能得到很好的发挥,还有可能产生延迟钙矾石而发生膨胀开裂。
　　3.结语
　　混凝土裂缝是工程中不可避免的,是工程技术人员面临的难题之一。但是由于使用要求,必须对裂缝进行有效的防治和控制。本文着重分析了变形裂缝的产生原因,提出了防止和控制裂缝出现的措施,并提出了用预应力解决超长结构的裂缝问题。

《混凝土结构早期裂缝成因和控制》

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文章名称： 混凝土结构早期裂缝成因和控制

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