商品混凝土裂缝成因分析及控制措施

商品混凝土裂缝成因分析及控制措施商品混凝土裂缝成因分析及控制措施 提要 裂缝是混凝土最常见的质量通病 本文综述目前混凝土裂缝的分类与成 因 重点对分析混凝土材料裂缝产生的原因 提出混凝土裂缝控制的措施与方 法 关键词 商品混凝土 裂缝 成因 1 概述 1 1 引言 裂缝是混凝土最常见的质量通病 与现场搅拌混凝土相比 预拌混凝土的 裂缝间题更加受到工程人员的关注 预拌混凝土的裂缝主要有 大面积楼板产 生的裂缝 多出现在混凝土初凝前后 多发生在梁板交接处 厚度突变处和梁 板钢筋的上部 初春和炎热季节最容易出现 地下室墙板裂缝 裂缝的产生较 有规律 即在墙体沿长度方向分布接近均匀的垂直裂缝 裂缝形状中间宽两端 窄 多为贯穿性裂缝 大多在拆模板前己形成 混凝土路面 大型场地也容易 出现不规则的纵向 横向裂缝 目前使用单位普遍认为 预拌混凝土出现裂缝 的机会比现场搅拌混凝土要大的多 混凝土裂缝一般可分为荷载裂缝和变形裂 缝 荷载裂缝又可分为外荷载裂缝和荷载次应力裂缝 变形裂缝也可分为材料 自身变形裂缝和结构变形裂缝 1 混凝土裂缝产生的主要原因 材料方面 水泥的不正常凝结 水泥的不正常胀 水泥的水化热温升 混凝土拌合物的泌水和沉陷 配合比不当 碱性骨料或已风化骨料 混凝土的 干缩 施工 生产 方面 外加渗合剂拌合不均匀 搅拌和运输时间过长 泵送时增加过量用水及水泥 浇筑顺序失误 浇筑速度过快 捣固不足 混凝 土终凝前钢筋被扰动 混凝土保护层过薄 施工缝处理不当 包括不设合理施 工缝 模板支撑下沉 模板变形过大 模板漏浆 渗水 拆模过早 混凝土 硬化前过早承载 或受到振动 混凝土养护初期过早脱水 混凝土养护初期受 冻 构件运输 吊装或构件堆放不当 设计方面 构件截面承载力不足 细部构造不合理 设计计算与实际 构件受力不符 局部承压面积不足 设计未考虑某些重要的次应力作用 环境和使用方面 环境温度与湿度的急剧变化 干湿循环作用 冻膨 冻融作用 结构内部钢筋锈蚀 有腐蚀介质作用 使用超载 反复荷载的疲劳 作用 振动作用 生产热源高温作用 其它各种原因 如火灾 地震作用 燃气爆炸 撞击等 2 混凝土材料裂缝产生的原因分析 2 1 产生裂缝的原因 受约束的混凝土 当温度 混凝土收缩等因素所产生的拉应力大于混凝土 极限抗拉强度时 混凝土就被拉裂而产生裂缝 导致混凝土的裂缝的主要原因是由于混凝土收缩引起的 2 2 混凝土收缩 混凝土收缩包括 混凝土自收缩和混凝土干缩 混凝土自缩主要是指在与外界 绝湿条件下混凝土的收缩 混凝土的干缩是在混凝土毛细孔中多余的水的蒸发 所导致混凝土体积的缩小 不论是自收缩或干缩 还包括混凝土的化学收缩 这是我们以前所知道的 导致混凝土裂缝的原因主要包括以下几个方面 1 水泥性能对混凝土收缩的影响 以前认为水泥品种不是导致混凝土开裂的主要原因 据最新的研究表明 水泥抗裂性能的劣化 是导致混凝土收增大 导致开裂的主要原因 由于迫求 高强度及早强 水泥的含碱量越来越高 水泥细度越来越细 C3S 的含量越来越 高 这导致水泥抗裂性能的大幅度降低 2 外加剂对混凝土收缩的影响 混凝土高效减水剂是商品混凝土不可缺少的组成材料 而高效减水剂的性 能直接影响混凝土的收缩性能 在混凝土稠度相同的条件下 加高效减水剂的 混凝土的收缩比不加高效减水剂的普通混凝土的收缩大 因此 泵送混凝土自 然比非泵送混凝土 商品混凝土比现场搅拌混凝土容易开裂的原因 因为前者 比后者加更多的高效减水剂 3 混凝土硬化前的收缩 在实验室恒温恒湿的环境中 混凝土在硬化前是可以流动的 它的收缩不 会造成混凝土的裂缝而被混凝土的流动变形所弥补 但在施工现场 情况却完 全是两回事 浇灌后的混凝土受到模板 钢筋等其它因素的约束 使其变形受 到很大的限制 特别是在大风 干燥 高温天气 在浇筑楼板混凝土时 由于 混凝土表面温度高 水蒸发量大而很快变硬而失去流动性 而内部混凝土还未 硬化 在表层至内部未硬化的混凝土之间 存在一硬化梯度层 由于未硬化的 混凝土变形快 当变形达到一定程度 表层硬壳被拉裂 随着时间的推移 表 面裂缝会再现 而且越来越宽 数量也越来越多 2 3 早强带来的后果 早强使混凝土的早期弹性模量大大增加 而混凝土的早期抗拉强度几乎没 有增加以及混凝土早期收缩也会增大 从而大大增加了因混凝土收缩所产生的 拉应力 这对于脆性材料的混凝土来说 无疑是一个致命的打击 其结果混凝 土更容易被拉裂 3 减少混凝土裂缝的技术措施 3 1 材料方面 1 水泥 水泥是混凝土中主要的胶凝材料 也是混凝土中强度的主要提供 者 水泥的品种 细度 强度等级都会对混凝土的性能产生影响 水泥中的 C3 A 和 C3S 的含量越高 水泥越细 对混凝土的抗裂越不利 一方面会增加水泥水 化反应产生的化学收缩和因水泥水化热增加导致的温度变形 另一方面也会提 高混凝土的强度和弹性模量 对混凝土的抗裂性能不利 2 粗 细骨料 粗 细骨料是混凝土的重要组成 它在混凝土中主要起到 骨架的作用 并且对胶凝材料的收缩具有一定抵抗作用 集料的级配越好 所 组成的混凝土骨架越稳定 抵抗变形能力越好 同时 集料的级配越好 能降 低混凝土中单方水和水泥的用量 降低混凝土的收缩 此外 粗细骨料的含泥 量 泥块含量对混凝土的收缩也有很大的影响 3 粉煤灰 粉煤灰是一种活性较好 堆积密度较小的掺合料 且其水化热 远低于水泥 在混凝土中主要起到改善混凝土的工作性 降低水热化 节约成 本等作用 但粉煤灰的作用随着粉煤灰的等级降低而减少 有时甚至起到相反 的作用 在选择粉煤灰时 应选用具有较好活性的粉煤灰 4 外加剂 高效减水外加剂的主要作用在于降低混凝土的水灰比以及改善 混凝土的孔结构 减少泌水及保证混凝土在一定时间内具有一定的流动性 不 同的外加剂对降低混凝土的收缩作用是不同的 在实际工程中 应优先选用收 缩率低的混凝土外加剂 3 2 施工方面 可以说 混凝土施工的整个工艺过程都对混凝土收缩或楼屋面板混凝土收 缩裂缝有影响 包括装模 钢筋绑扎 混凝土用料质量 配合比控制 振捣和 养护等 1 楼屋面板混凝土早期振动的影响 施工单位为了赶工期 常常是半夜浇完楼屋面板混凝土 第二天早上放线 和绑扎构造柱钢筋 此时混凝土刚终凝不久 强度很低 在斗车轮压或卸料的 振动下 极易在混凝土内部产生较多的微裂隙 这些微裂隙开始时互不连通 后在结构应力 混凝土收缩变形和温度变形的反复作用下逐步发展 连通而形 成可见裂缝 要解决混凝土早期振动的问题 首先需要建设 施工和监理三方 共同重视和相互配合 2 混凝土浇水养护的影响 多数施工单位对混凝土早期的浇水养护重视不够 仅早晚或早中晚各淋水 一遍 楼屋面板混凝土蒸发面积大 尤其在夏天表面干燥较快 早龄期混凝土 的干缩即可能引起内应力和微裂隙 也可能因混凝土表面与混凝土内部之间的 湿度差使表面混凝土龟裂或直接开裂 从而降低屋面板的抗裂性能 施工队应 按规范规定 应在混凝土浇筑完成后 采用拍 压 抹等技术措施 减少混凝 土表面龟裂 12h 内加以覆盖和浇水 因楼屋面上需继续施工 实际操作中覆 盖有一定难度 建议 8h 12h 内先视天气和混凝土表面的干湿情况浇水养护 12h 左右开始覆盖或撤上木糠并继续浇水 但覆盖人员应轻走轻踩 应保证在 整个养护期间混凝土表面处于湿润状态 上部墙柱放线时撤除需要部位的覆盖 物 养护达到规范要求的 7d 后 有条件时仍应在 14d 内每天浇水 1 次一 2 次 以减少混凝土的最终收缩量 3 3 设计方面 结构设计规范主要解决的是结构的安全问题 但个别设计者未能作全过程 包括施工过程 数理分析 以混凝土收缩裂缝问题为例 一般的设计文件只 给出混凝土的强度等级 没有针对结构具体情况对混凝土的收缩量的限制值及 收缩量制值相匹配的后浇带设置 特别是某些工程师盲目地相信某些补偿收缩 混凝土的作用 不留混凝土后浇带甚至不留形缝 使得裂缝发展得很快 另外 混凝土收缩裂缝与现在设计的板和墙的尺寸越来越大也有关系 混凝土梁 板 和墙的尺寸增大 尺寸大 构件总的收缩量大 容易出现混凝土收缩裂缝 3 4 正确使用混凝土膨胀剂 任何科学技术都是逐渐发展的 任何一项科学技术都不是万能的 正确地 使用都是有其特定条件的 而正确合理地应用某项技术 应该利用和发扬优势 方面 回避和限制不利方面 膨胀剂补偿收缩混凝土的正确使用取决于许多内 在和外在条件 现在已知的有 混凝土结构的特征 内约束及外约束条件 混 凝土膨胀率 水泥及外掺合料品种和数量 水泥熟料矿物含量 水泥水化热数 量 周围环境的温度条件和湿度条件 外加剂的种类和性质 粗骨料及细骨料 性质 混凝土配合比 施工条件 施工方法及使用维护等 如有某一方面或几 方面考虑不周 都有可能引起混凝土渗漏或开裂 混凝土膨胀剂并非万能之物 并不是不分场合一经掺入则保证混凝土不渗不裂 使用是有一定条件限制的 是受多种条件制约的 是有其适当应用范围的 混凝土膨胀剂主要通过水化产生具有膨胀作用的物质 在限制条件下 膨 胀能转变为预压应力 改善了混凝土内部应力状态 相当于提高混凝土的抗拉 强度 由于混凝土膨胀发生在混凝土水化的早期 此时混凝土的抗拉强度还较 低 对混凝土抵抗开裂是非常有利的 同时膨胀剂的加入也推迟和减少收缩的 产生 因此膨胀剂的加入对防止混凝土收缩裂缝是有利的 但是 膨胀剂能否 充分起到作用 与混凝土的养护 特别是混凝土的早期养护 密切相关 如果 没有充分的养护 则不能充分发挥膨胀剂的膨胀性能 造成掺膨胀剂的混凝土 仍然出现了大量的裂缝 众所周知 膨胀剂的掺量是受多种因素控制的 而且各因素之间的关系又 错综复杂多变 其掺量是确定膨胀率的关键 目的是使混凝土的膨胀率满足不 同结构和部位补偿收缩的需要 由于膨胀剂种类和掺量不同 它与所使用的水 泥 掺合料 外加剂的相容性又不同 因此 要求对施工所用材料 其中包括 所用膨胀剂 进行混凝土试配 以确定施工配合比 在满足混凝土强度 抗渗 等