水泥混凝土的裂缝成因及其预防措施

　　摘要：水泥混凝土很容易产生裂缝，但是大量的科学研究以及成功的工程实例都表明：只要我们能够对其有足够的认识，本文通过分析裂缝产生的各种原因及其影响因素，简明地阐述了防治裂缝产生的各种措施。
　　关键词：水泥混凝土；裂缝；预防
　　1前言
　　水泥混凝土是现代工程结构的主要材料，在工程建设中占有重要地位。然而，水泥混凝土的裂缝一直较为普遍的存在，特别是大型地下室混凝土、基础等大体积混凝土的裂缝尤其难以控制。水泥混凝土的裂缝是影响其“生命”的主要因素，我们有必要对其加以研究。为控制混凝土产生裂缝，尤其是宏观裂缝，有必要找出裂缝的原因，采取有效的措施，避免裂缝的发生。因此，研究裂缝产生的原因及其影响因素，能更好地防治裂缝，提高工程质量。为探索解决途径，现将该问题产生的原因及防治措施简单阐述。
　　2混凝土裂缝产生的原因及影响因素
　　混凝土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。
　　2.1荷载作用引起的裂缝
　　一般水泥混凝土结构，在使用荷载的作用下，截面的混凝土拉应变大多是大于混凝土极限拉伸值的，因而作用于截面上的弯矩、剪力、轴向拉力以及扭矩等这些正常荷载效应都可能引起水泥混凝土构件产生裂缝。由此引起的裂缝危害最大，直接决定着结构的承载力。这种裂缝会随时间而逐渐扩大，最后使混凝土结构造成破坏，应引起足够的重视。
　　2.2非荷载因索引起的裂缝
　　混凝土结构物除了由荷载作用引起裂缝外，还有许多由非荷载因素引起的，例如混凝土收缩、温度变化、基础不均匀沉降、混凝土的脆性和不均匀性、冰冻、(钢筋锈蚀以及碱一骨料化学反应)、模板变形等引起的裂缝。本文主要介绍由温度变化、收缩变形、材料不合格(钢筋锈蚀以及碱骨料化学反应)引起的裂缝。
　　2.2.1温度变化
　　①混凝土硬化期间水泥放出大量水化热，内部温度不断上升，在表面引起拉应力。后期在降温过程中，由于受到基础或旧混凝土的约束，又会在混凝土内部出现拉应力。气温的降低也会在混凝土表面引起很大的拉应力。当这些拉应力超出混凝土的抗裂能力时，即会出现裂缝。②新浇筑混凝土早期拆模，在表面引起很大的拉应力出现“温度冲击”现象。在混凝土浇筑初期，由于水化热的散发，表面引起相当大的拉应力，此时表面温度亦较气温为高，此时拆除模板表面温度骤降，必然引起温度梯度，从而在表面附加一拉应力，与水化热应力迭加，再加上混凝土干缩，表面的拉应力达到很大的数值，就有导致裂缝的危险。③由于施工过程中人为因素引起的温度变化如运输及浇筑过程中混凝土产生离析、新旧混凝土接合面、混凝土拌和是水灰比控制不佳、分层分块不合理、施工缝处理不当、养护不周等都有可能会引起混凝土结构物的深入贯穿裂缝，这种裂缝危害性极大。
　　2.2.2收缩变形
　　由于水泥本身性质所决定的水泥混凝土产生收缩裂缝是不可避免的，对于这种裂缝目前尚无一个精确的计算方法。设计时只能根据规范和经验采取相应的措施，严格控制施工质量，把裂缝控制在允许的范围之内，混凝土收缩裂缝有以下几种：
　　(1)干燥收缩裂缝。由于混凝土内的水分蒸发，表面水分蒸发快，收缩也大，内部水分蒸发慢，收缩也小，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，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混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、振捣过度表面形成砂浆层的情况下更为严重。
　　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，仅发生微裂，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，微裂可转化为不允许出现的宏观裂缝。如何使裂缝控制在用肉眼看不见的允许范围之内，是我们重点要解决的课题。
　　2.2.3材料不合格(钢筋锈蚀以及碱骨料化学反应)引起的裂缝
　　当混凝土中含有碱活性骨料和碱含量高的水泥(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，但由于各种组成体积变化特性的差异所造成混凝土不均匀应力，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。另外某些介质与水泥结合会形成一种可溶性较低的化合物，由于这种化合物的体积比生成这些化合物的水泥浆的体积大，而使混凝土产生裂缝。在密实的混凝土中，这类侵蚀破坏大多属于表面性的。
　　影响混凝土裂缝的因素除设计、施工、荷载等外部因素外，内部因素主要是水泥品种及质量、粗骨料和细骨料质量、施工用水的质量、水泥用量、单位用水量等。
　　混凝土形成裂缝的原因及影响因素虽然极为复杂，但在实际操作过程中，只要严格按照设计和施工规范要求进行操作，有害裂缝还是完全可以避免的。
　　3水泥混凝土裂缝的预防措施
　　3.1水泥混凝土的原材料选择
　　3.1.1选用合适的水泥种类
　　由于温差主要是由水化热产生的，所以为了减小温差就要尽量降低水化热，为了降低水化热，要尽量采取早期水化热低的水泥。由于水泥的水化热是矿物成分与细度的函数，要降低水泥的水化热，主要是选择适宜的矿物组成和调整水泥的细度模数，硅酸盐水泥的矿物组成主要有：C3S，C2S，C3A和C4AF，试验表明：水泥中铝酸三钙(C3A)和硅酸三钙(C3S)含量高，水化热较高，所以，为了减少水泥的水化热，必须降低熟料中C3A和C3S的含量。在施工中一般采用中热硅酸盐水泥和低热矿渣水泥。另外，在不影响水泥活性的情况下，要尽量使水泥的细度适当减小，因为水泥的细度会影响水化热的放热速率，试验表明比表面积每增加100cm2／g，1d的水化热增加17J／g～21J／g，7d和20d均增加4J／g～12J／g[3]。
　　3.1.2选用合适的填料或外加剂
　　1)掺加粉煤灰，为了减少水泥用量，降低水化热并提高和易性，我们可以把部分水泥用粉煤灰代替，掺入粉煤灰主要有以下作用：a.由于粉煤灰中含有大量的硅、铝氧化物，其中二氧化硅含量40％～60％，三氧化二铝含量17％～35％。这些硅铝氧化物能够与水泥的水化产物进行二次反应，是其活性的来源，可以取代部分水泥，从而减少水泥用量，降低混凝土的热胀；b.由于粉煤灰颗粒较细，能够参加二次反应的界面相应增加，在混凝土中分散更加均匀；c.同时，粉煤灰的火山灰反应进一步改善了混凝土内部的孔结构，使混凝土中总的孔隙率降低，孔结构进一步的细化，分布更加合理，使硬化后的混凝土更加致密，相应收缩值也减小。
　　2)掺加减水剂、引气剂等外加剂，混凝土中掺加一定用量的外加剂，如防水剂、膨胀剂、减水剂、缓凝剂等。外加剂中糖钙能提高混凝土的和易性，使用水量减少20％左右，水灰比可控制在0.55以下，初凝延长到5h左右。
　　3.1.3选用合适骨料
　　选用10mm～40mm连续级配碎石(其中10mm～30mm级配含量65％左右)，细度模数2.80～3.00的中砂(通过0.315凹筛孔的砂不少于15％，砂率控制在40％～45％)。砂、石含泥量控制在1％以内，并不得混有有机质等杂物，杜绝使用海砂。
　　3.2选用恰当的施工工艺
　　1)水泥混凝土浇筑过程质量控制。浇筑过程中要进行振捣方可密实，振捣时间应均匀一致，以表面泛浆为宜，间距要均匀，以振捣力波及范围重叠1／2为宜。浇筑完毕后，表面要压实、抹平，以防止表面裂缝。另外，浇筑混凝土要求分层浇筑，分层流水振捣，同时要保证上层混凝土在下层初凝前结合紧密。避免纵向施工缝、提高结构整体性和抗剪性能。
　　2)浇筑时间控制。尽量避开在太阳辐射较高的时间浇筑，若由于工程需要在夏季施工，则尽量避开正午高温时段，浇筑尽量安排在夜间进行，以免形成干缩裂缝。
　　3)水泥混凝土拆模时间控制。混凝土在实际温度养护的条件下，强度达到设计强度的75％以上，混凝土中心与表面最低温度控制在25℃以内，预计拆模后混凝土表面温降不超过9℃以上允许拆模。气温骤降时进行表面保温，以免混凝土表面发生急剧的温度梯度。
　　3.3养护
　　混凝土的早期养护，主要目的在于保持适宜的温湿条件，以达到两个方面的效果：一方面使混凝土免受不利温、湿度变形的侵袭，防止有害的冷缩和干缩；另一方面使水泥水化作用顺利进行，以期达到设计的强度和抗裂能力。适宜的温湿度条件是相互关联的。混凝土的保温措施常常也有保湿的效果。从理论上分析，新浇混凝土中所含水分完全可以满足水泥水化的要求而有余。但由于蒸发等原因常引起水分损失，从而推迟或妨碍水泥的水化，表面混凝土最容易直接受到这种不利影响。因此混凝土浇筑后的最初几天是养护的关键时期，在施工中应切实重视起来。
　　4结束语
　　裂缝是混凝土结构中普遍存在的一种现象，由于它的出现会降低混凝土结构物的抗渗能力和承载能力，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，保证混凝土结构物和构件安全、稳定地使用。
　　
　　参考文献
　　[1]申劲鑫.建筑工程中常见结构裂缝的类型特征及其分析步骤与处理方案[Z]甘肃省建筑科学研究院.2008
　　[2]刘金桥.大体积混凝土裂缝控制综述[M]北京：中国建筑工业出版社.2007

《水泥混凝土的裂缝成因及其预防措施》

本文由职称驿站首发，您身边的高端学术顾问

文章名称： 水泥混凝土的裂缝成因及其预防措施

文章地址： https://m.zhichengyz.com/p-14546