混凝土应力裂纹控制

随着预拌混凝土的推广应用 梁板结构混凝土裂纹的控制越来越成为广大施工单位 特别 是商品混凝土 生产厂家关注的问题 为此笔者就此进行了工程调查 查阅了国内外有关资料 并在部份工程进行了试 验 现将裂纹产生的一些规律 原因分析和控制办法作以阐述 望诸同行们共同探讨 1 裂纹产生的规律 通过沈阳地区数十年工程调查 总结如下规律 1 春秋季节为北方地区梁板结构裂纹多发期 大风天施工的楼板如不采取有效措施裂纹 多而宽 阴 天 小雨天施工的楼板裂纹极少 2 楼板裂纹一般发生在浇筑后 1 3 小时 板面裂纹多在梁板交界处 厚度变化 处 梁板钢筋上 部 混凝土表面搓毛裂纹少 表面压光裂纹反而多 3 楼层越高 由于高空风速大且泵送混凝土坍落度大 楼板裂纹越不易控制 4 楼板厚度越大 裂纹越少 2 裂纹原因分析 预拌混凝土为满足运输 泵送的要求 其水泥用量较现场搅拌混凝土大 同时 混凝土砂率 增大及外 加剂 的掺入 使坍落度为 80 200mm 的预拌混凝土收缩大大加大 有关资料介绍 混凝土早期 裂纹 主要是沉缩和干缩引起的 混凝土沉缩变形之大小与混凝土流态有关 混凝土流动性越 大 相对沉缩变 形亦越大 如不注意 极易引起早期裂纹 此外 混凝土在硬化过程中 水 份蒸发会产生脱水收缩 从 而造成早期干缩裂纹 混凝土表面水份蒸发速度越快 其干 缩值越大 归纳起来 影响混凝土沉缩和干 缩的因素有如下几个方面 2 1 混凝土流动性 混凝土流动性越大 沉缩量越大 中等流态混凝土相对沉缩变形为 60 10 4 10 0 10 4 大流态 混凝土则为 200 10 4 沉缩变形几乎超过普通干缩变形的 30 60 倍 2 2 水泥品种和矿物成份 水泥中各种矿物成分对干缩影响不一 其中 C2S 和 C4AF 收缩率小 C3A 收缩率最大 因 此 耐 硫酸盐水泥和低热水泥其矿物成份中 C2S 和 C4AF 相对含量多 C3A 含量少 其干 缩相应也较小 详 见表 1 表 2 表 1 水泥矿物的化学特性 矿物名称 强度发展 化 学热 干缩 早期 后期 C3S 大 大 中 中 C2S 小 大 小 小 C3A 大 小 大 大 C4AF 小 小 小 小 表 2 各种硅酸盐水泥中矿物含量 矿物成份 普通水泥 低热水泥 早强 水泥 耐硫酸盐水泥 C3S 52 41 65 57 C2S 24 34 19 23 C3A 9 6 8 2 C4AF 9 13 9 13 此外应避免不同品种水泥混用 因不同品种水泥凝结速度 收缩值均不同 混用会导致 混凝土开裂 2 3 水泥细度 水泥颗粒的粗细 对水泥的性质有很大影响 颗粒越细其水化 凝结硬化速度越快 早期和 后期强 度均较高 需水量增大 但水泥颗粒过细 其在空气中的收缩性也较大 因此国家标 准中对水泥细度作 了相应规定 2 4 混凝土体积形状 大体积混凝土 最小截面尺寸 1m 由于水化热积聚在内部不易散发 混凝土内部温度升高 产生很 大内外温差 由此产生的温度应力造成硬化初期混凝土的开裂 2 5 外加剂收缩的影响 据资料介绍 当配合比和用水量不变时 用木钙配制的坍落度增大混凝土 收缩值略大于不 掺木钙 的基准混凝土 掺高效减水剂配制的高强混凝土其收缩值与不掺者相比 差别不大 略有降 低 总之 在商品混凝土中 掺减水剂用于改善和易性 增大坍落度时 其收缩值接近或略 大于不掺者 但一般不 超过 1 10 4 在预应力混凝土中 为减小预应力值损失 宜 掺少量膨胀组份 引气剂的掺入会使混凝土中引入一定量的空气 但由于它同时又改善了混凝土和易性 可减 少混凝土 用水量 从而减少由于引气增大干缩的影响 因此混凝土中适当引气对混凝土 干缩影响不大 2 6 配合比对混凝土收缩的影响 1 砂 砂的含泥量及粒径对混凝土干缩有较大影响 采用细砂时 每 m3 混凝土用水量比 中 粗砂增 加用水量 20 25kg 由于用水量增大导致混凝土干缩的增大 砂含泥量对混凝土 收缩影响较大 随着 含泥量增大 混凝土收缩增大 抗拉强度降低 2 石子 石子粒径加大 混凝土配合比不变的情况下 其用水量或水泥用量相应 减少 混凝土收缩随之 减少 但泵送混凝土由于受输送管径和泵送高度的影响 粗 骨料不宜过大 同样石子含泥对其收缩极为 不利 3 水泥用量 混凝土中水泥用量增加 其收缩随之加大 4 砂率 混凝土中粗骨料是抵抗收缩的主要材料 在配合比完全相同的情况下 混凝土干 缩率随砂率增 大而增大 砂率降低 即增加粗骨料用量 对控制混凝土裂纹有显著效果 因此泵送混凝土在满足泵送 要求前提下 宜尽可能 降低砂率 5 水灰比 水是影响混凝土收缩最主要的因素 混凝土中用水量越大 坍落度越大 则 干缩越大 因此 严格控制水灰比对预拌混凝土是十分重要的 2 7 环境 施工时的气象条件是影响混凝土板面裂纹的极主要因素 经验证明在气候干燥和大风季节 混凝土 浇灌后不覆盖会立即开裂 据有关资料介绍 风速为 16m s 时 混凝土中水分蒸发速 度为 无风时的 4 倍 相对湿度为 10 时 蒸发速度为相对湿度 90 时的 9 倍以上 如果将 风速和湿度影响叠加 则可 推算出此时混凝土干燥速度是通常条件下的 10 倍之多 因此 表面较大的楼板上就会产生裂纹 这种 裂纹往往是上下贯通的 其特征是楼板上面比下 面开裂处多 经楼板承载力试验证明 这种开裂一般对 楼板刚度及承裁力降低很小 2 8 设计 1 楼板含钢率过小或含钢率不变而配置钢筋直径过大 钢筋间距过大会降低楼 板抗裂性能 2 梁板结构断面突变或楼板开洞 造成应力集中而在变截面处和孔洞转角处开 裂 一般结构变断面处的 裂纹还较宽 3 根据日本资料介绍 楼板厚度小于 14cm 易产生裂纹 2 9 施工 1 振捣时间过长 混凝土中石子下沉 表面出现一层灰浆层 因而降低了楼板表 面粗骨料含量 加大了 收缩 导致混凝土表面出现网状裂纹 2 混凝土振捣后 未及时表面搓毛和抹压 使沉缩裂纹得不到及时愈合就硬化了 3 混凝土浇注后表面未及时覆盖浇水养护 表面水分迅速蒸发 产生干缩裂纹 4 厚大体积基础底板未按热工计算采用温控措施 导致混凝土 内外温差 25 产生较大温度应力而 开裂 5 基础底板混凝土在浇灌振动过程中 会产生大量泌水 若不采取措施及时排除会 降低混凝土质量和抗 裂性 6 混凝土梁板工程模板支承不牢 刚度不足 使混凝土梁板变形导致裂纹 7 楼板上部架立筋保护层过小 一旦混凝土产生沉降和塑性收缩 板面极易产生裂纹 8 梁板结构支撑过早拆除或过早上荷裁 会导致混凝土梁板产生裂纹 3 防治裂纹技术措施 通过裂纹产生原因分析 我们在 辽宁省图书音像配送中心 沈阳协合嘉阳广 场 等工程进行了试 验 初步摸索出一些防治裂纹的措施 效果较好 3 1 混凝土生产质量控制 1 材料选择和控制 砂 宜采用细度模数 M 2 8 3 0 中砂 严格控制含泥量 2 石 采用级配良好卵石 并控制含泥量 1 水泥 采用 425 矿渣水泥或低热水泥 2 配合比及生产控制 前面我们已经介绍 粗骨料可阻止水泥收缩从而阻止裂纹的产生 因此 楼板用混凝土在满足泵送的 基础上 尽可能降低砂率 一般可控制在 39 40 混凝土水灰比是影响强度和裂纹的主要因素 水灰比大混凝土坍落度大 其收缩亦越大 也就越容易产生裂纹 因此施工楼板时 应严格控制混凝土 坍落度 一般 16cm 18cm 为宜 不宜过大 粉煤灰及磨细矿渣在混凝土中具有形态效应 活性效应 微集科效应 因此它能改善和提 高新拌混 凝土和硬化混凝土的性能 改善混凝土和易性降低混凝土泌水性 特别对泵送混 凝土可改善其可泵性 减少在输送管中的堵塞和分离 降低混凝土与管壁的阻力 延长泵 机和管道的寿命 由于其可泵性的提 高和泌水性降低 在相同坍落度情况下 混凝土用 水量可降低 从而减少混凝土早期沉缩量 有利于裂 纹的控制 此外高温季节为避免混凝土过快硬化 应采取适当措施缓凝 为施工抹压提供条件 3 2 施工质量控制 1 混凝土浇灌下料速度不宜过快 特别是分层浇灌的厚大体积混凝土或墙体 下层未来得及沉降时 上 层又覆盖 容易产生分层处水平裂纹 2 振捣混凝土振动棒移动间距 400mm 左右 时间以 5 15 秒 次为宜 振捣时间过长 骨料下 沉 混凝土表面砂桨层过厚 容易产生裂纹 混凝土浇灌 1 2 小时后 有条件的工地可对混 凝土二次复振 可提高混凝土强度 5 20 据日本一些资料介绍 在气象条件不好的 季节施工 可在楼板混凝土浇 注后一小时左右再进行捣固 其用意是待混凝土沉缩 一阶段后 再振捣将其裂纹消除 3 抹压 混凝土除复振外 还应在表面水基本收干前后 用木抹子磨平搓毛 2 3 遍 拍打 液化混凝土 愈合裂纹 4 养护 混凝土成型后 应有很好的温 湿度环境 防止大风袭击和阳光 爆晒 表面水分剧烈蒸发 形 成上部和下部硬化不均和差异收缩 因此 施工单位应特别予以注意 通过工程实践大体有以下几种有 效措施 人工喷雾 加大空气湿度 沈阳协合嘉阳广场 沈阳四建施工 辽宁 音像图书配送中心 辽宁金帝建 设公司施工 两工程于二 000 年五月 施工楼板工程 施工时处春季大风天 空气相对湿度约 30 日照 较强 混凝土浇灌后约 2 小时采用高压水喷雾法加大施工环境湿度 混凝土终凝前及时养护 混凝土终凝 前用手按混凝土表面无坑时立即浇水 随混凝土表面强度增长 水流由小变大 当混凝土表面刚变白时 保持楼板表面一层 5 10mm 厚水覆盖 24 小时 以后设专人一日数次浇水 保持混凝土表面潮湿一周 此外日本资料介绍 为避免风和日光的影响 宜在 混凝土浇注面周围脚手架上 4m 用苫布围好 再 用塑料水平覆盖养护 避免楼板表面风 吹日晒 水分蒸发 从而防止裂纹产 生 混凝土养护幼龄时期 常温下 1 3 天 应防止脚手架 钢筋 模具等过早集中堆放在楼板上 特别是 防止上述荷载冲击振动混凝土及模板支撑 造成混凝土隐患和裂纹 按 混凝土结构 工 程施工及验收规 范 规定 已浇筑混凝土强度未达到 1 2N mm2 以前 不得在其上踩踏或 安装模板及支架 5 拆模 现浇结构模板及支撑过早拆除 会造成梁板结构开裂 施工单位应按结构类型 结构跨度 结 构同条件养护试件实际达到的强度占设计强度的百分率 按规范规定的数值指 导拆模 3 3 裂纹处理 楼板裂纹应尽量消灭在萌芽之中 因此在混凝土终凝前应设专人在早期沉缩裂纹处拍打 若 裂纹仍 不愈合 可用水泥 膨胀剂 9 1 重量比 搅成泥浆在裂纹处搓抹 终凝后发现的混凝土裂纹在处理前应调查其宽度 长度 是否贯穿 再根据结构使用环境 有无抹面 层 使用环境等 决定处理方案 一般按裂纹宽度可参照表 3 选取修补方法 表 3 方法 表面处理方法 充填方法 注入方法 条件 流入 U 形槽 手动 电动 修补目的 美观 耐久性 耐久性 防水性 耐久性 防水性 施工位置 板上面 板下面 裂纹宽度 mm 小于 0 2 0 2 0 3 大于 3 0 表面处理 首先将欲铺设薄膜的混凝土表面用钢丝刷打毛 水清洗后待其干燥 再将用 环氧树脂浸 渍玻璃布铺贴在裂纹上表面 充填法 在混凝土板面沿裂缝两侧开出两条沟 然后再剔除中间部份 形成 U 形槽 用钢丝 刷将槽 内清理干净 水冲洗润湿后 刷素水泥浆再填以膨胀砂浆 表面抹压盖以湿布养护 注入法 注浆前 先透气 小气泵或自行车打气筒 清扫裂纹并进行注入试验 然后慢慢注入 树脂 一根注入管可能注入范围 将因裂纹