建筑混凝土裂縫控制策略
高偉峰
摘要：分析混凝土裂縫產生的原因找出預防裂縫產生的措施,以期為防止混凝土裂縫提供有效策略。
關鍵詞：建筑工程；混凝土；控制策略；預防措施
　混凝土的裂縫較為普遍,盡管在施工中采取了各種措施,但在工程施工中其仍然存在。混凝土溫度應力的變化是其中一個原因。在大體積混凝土中溫度應力及溫度控制具有重要意義。一是在施工中混凝土常常出現溫度裂縫,影響到結構的整體性和耐久性。二是在運轉過程中,溫度變化對結構的應力狀態具有顯著的、不容忽視的影響。現將施工中混凝土裂縫的產生原因與控制策略。
一、裂縫基本原因分析
混凝土中產生裂縫有多種原因,主要有溫度和濕度的變化,混凝土的脆性和不均勻性,以及結構不合理、原材料不合格(如堿骨料反應)、模板變形、基礎不均勻沉降等。混凝土硬化期間水泥放出大量水化熱,內部溫度不斷上升,在表面引起拉應力。后期在降溫過程中,由于受到基礎或老混凝土的約束,又會在混凝土內部出現拉應力。氣溫的降低也會在混凝土表面引起很大的拉應力。當這些拉應力超出混凝土的抗裂能力時,即會出現裂縫;許多混凝土的內部濕度變化很小或較慢,但表面濕度可能變化較大或劇烈。如養護不周、時干時濕,表面干縮形變受到內部混凝土的約束,也往往導致裂縫;混凝土是一種脆性材料,抗拉強度是抗壓強度的十分之一,由于原材料不均勻,水灰比不穩定,及運輸和澆筑過程中的離析現象,在同一塊混凝土中其抗拉強度又是不均勻的,存在著許多抗拉能力很低、易于出現裂縫的薄弱部位。在鋼筋混凝土中,拉應力主要是由鋼筋承擔,混凝土只是承受壓應力;在素混凝土內或鋼筋混凝上的邊緣部位如果結構內出現了拉應力,則需依靠混凝土自身承擔。一般設計中均要求不出現拉應力或者只出現很小的拉應力。但在施工中混凝土由最高溫度冷卻到運轉時期的穩定溫度,往往在混凝土內部引起相當大的拉應力。有時溫度應力可超過其他外荷載所引起的應力,因此掌握溫度應力的變化規律對于進行合理的結構設計和施工極為重要。
還有，塑性混凝土下沉,被頂部鋼筋所阻,形成沿鋼筋的裂縫;混凝土振搗不密實,出現蜂窩,易形成各種受力裂縫的起點;混凝土攪拌、運輸時間過長,使水分蒸發,引起混凝土澆注時坍落度過低,使得在混凝土體積中出現不規則的網狀裂縫;混凝土初期養護時急劇干燥使得在混凝土與大氣接觸面上出現不規則的網狀裂縫;過早拆模,混凝土尚未建立足夠強度,構件在實際施加與自身的重力荷載作用下,容易發生各種受力裂縫等。      再者，當混凝土結構物產生變形時，在結構的內部，結構與結構之間，都會受到相互影響.相互制約，這種現象稱為約束。當混凝土結構截面較厚時，其內部溫度和濕度分布不均勻，引起內部不同部位的變形相互約束，這樣的約束稱之為內約束；當一個結構物的變形受到其他結構的阻礙所受到的約束稱為外約束。外約束又可分為自由體、全約束和彈性約束。建筑工程中的大體積混凝土結構所承受的變形，主要是溫差和收縮而產生的。         最后，建筑工程中的大體積混凝土結構中，由于結構截面大，水泥用量多，水泥水化所釋放的水化熱會產生較大的溫度變化和收縮作用，由此形成的溫度收縮應力是導致鋼筋混凝土產生裂縫的主要原因。這種裂縫有表面裂縫和貫通裂縫兩種。表面裂縫是由于混凝土表面和內部的散熱條件不同，溫度外低內高，形成了溫度梯度，使混凝土內部產生壓應力，表面產生拉應力，表面的拉應力超過混凝土抗拉強度而引起的。貫通裂縫是由于大體積混凝土在強度發展到一定程度，混凝土逐漸降溫，這個降溫差引起的變形加上混凝土失水引起的體積收縮變形，受到地基和其他結構邊界條件的約束時引起的拉應力，超過混凝土抗拉強度時所可能產生的貫通整個截面的裂縫。這兩種裂縫不同程度上，都屬有害裂縫。     二、防止裂縫之策略 　　1.因為澆筑速度過快、振搗不實、施工縫做法不當、模板走動等原因形成的裂縫可以按照《混凝土施工規程》嚴格執行混凝土拌制、運輸、澆筑、振搗施工縫設置和舊混凝土連接,按模板制作、拆模以及養護方面的規定來防止。對已出現這類裂縫的構件,也要區分構件的類別、構件的受力特征、裂縫所在的部位以及裂縫嚴重的程度,分別采用一般混凝土裂縫補強措施或采用充填混凝土材料、鋼錨栓加固、粘鋼板加固、預應力加固等補救措施。 　　2.因為建筑材料選用不當形成的裂縫,必須用對進場原材料按照國家標準進行嚴格檢查和驗收的辦法加以預防,凡不合格的次品材料一律不得使用,或經試驗后降低等級使用;對已發生這類因材料選用不當而產生的裂縫,必須作長期詳細地觀察,認真查明其原因和質量問題的嚴重程度,研究制定其處理和加固方案。這是因為一旦因材料選用不當而發生的質量問題,往往帶有普遍性與潛伏性。 　　3.地基過大不均勻沉降產生過寬裂縫時,進行建筑物在使用階段的沉降驗算可以防止這些裂縫的出現,對已出現這類裂縫的結構,要采用地基基礎的防治措施對地基基礎妥善處理后,再采用建筑結構的加固措施來解決。因氣候干燥、混凝土受凍、大氣溫濕度的變化產生的裂縫分別采用加強混凝土結硬化過程的自然養護、蓄熱養護,采用引氣劑使混凝土內部均勻分布氣泡,預留溫度伸縮縫等措施修補。受凍嚴重的構件,有的要拆除,有的要加固后方可使用。 　  4.對條件變化而產生的裂縫,要依據不同性質采用不同的防治措施。
因多次凍融而產生的裂縫,除對已形成缺陷和損壞的部分予以補強或加固外,宜添加對受凍混凝土構件的保溫措施;因處于侵蝕性介質中而產生的大面積的缺陷損傷,除應剔除受腐蝕和損傷的部位予以補強或加固外,應使用礦渣水泥混凝土或水玻璃耐酸混凝土罩面加以保護;因地震災害的損傷要采用抗震構造措施來預防;對已產生的不太嚴重的地震損傷可參考震損建筑修復加固的辦法來解決。 　  5.合理地安排施工工序,避免過大的高差和側面長期暴露。
從控制溫度著手,采用改善骨料級配,用干硬性混凝土,摻混合料,加引氣劑或塑化劑等措施以減少混凝土中的水泥用量;拌合混凝土時對水或用水將碎石冷卻以降低混凝土的澆筑溫度;熱天澆筑混凝土時減少澆筑厚度,利用澆筑層面散熱;在混凝土中埋設水管,通入冷水降溫;規定合理的拆模時間,氣溫驟降時進行表面保溫,以免混凝土表面發生急劇的溫度梯度;施工中長期暴露的混凝土澆筑塊表面或薄壁結構,在寒冷季節采取保溫措施。 　　此外,改善混凝土的性能,提高抗裂能力,加強養護,防止表面干縮,特別是保證混凝土的質量對防止裂縫十分重要,應特別注意避免產生貫穿裂縫,出現后要恢復其結構的整體性十分困難,因此施工中應以預防貫穿性裂縫的發生為主。減輕溫度應力 　　6.從控制溫度和改善約束條件方面著手。
一是控制溫度。措施如下:采用改善骨料級配,用干硬性混凝土、摻混合料、加引氣劑或塑化劑等措施,以減少混凝土中的水泥用量;拌合混凝土時加水或用水將碎石冷卻,以降低混凝土的澆筑溫度;熱天澆筑混凝土時減少澆筑厚度,利用澆筑層面散熱;在混凝土中埋設水管,通入冷水降溫;規定合理的拆模時間,氣溫驟降時進行表面保溫,以免混凝土表面發生急劇的溫度梯度;施工中長期暴露的混凝土澆筑塊表面或薄壁結構,在寒冷季節采取保溫措施。二是改善約束條件。措施如下:合理地分縫、分塊;避免基礎過大起伏;合理地安排施工工序,避免過大的高差和側面長期暴露;此外,改善混凝土的性能,提高抗裂能力,加強養護,防止表面干縮,特別是保證混凝土的質量十分重要,應特別注意避免產生貫穿裂縫,出現后要恢復其結構的整體性是十分困難的,因此施工中應以預防貫穿性裂縫的發生為主。 　　7.選擇好拆模時間防止混凝土表面產生過大的拉應力。
　在混凝土的施工中,為了提高模板的周轉率,往往要求新澆筑的混凝土盡早拆模。當混凝土溫度高于氣溫時應適當考慮拆模時間,以免引起混凝土表面的早期裂縫。新澆筑早期拆模,在表面引起很大的拉應力,出現“溫度沖擊”現象。在混凝土澆筑初期,由于水化熱的散發,表面引起相當大的拉應力,此時表面溫度亦較氣溫為高,此時拆除模板,表面溫度驟降,必然引起溫度梯度,從而在表面附加一拉應力,與水化熱應力疊加,再加上混凝土干縮,表面的拉應力達到很大的數值,就有導致裂縫的危險,但如果在拆除模板后及時在表面覆蓋一輕型保溫材料,如泡沫海綿等,對于防止混凝土表面產生過大的拉應力,具有顯著的效果。 　　8.適量加筋進行預防裂縫產生條件 　  鋼的線脹系數與混凝土線脹系數相差很小,在溫度變化時兩者間只發生很小的內應力。由于鋼的彈性模量為混凝土彈性模量的7~15倍,當內混凝土應力達到抗拉強度而開裂時,鋼筋的應力將不超過100~200 kg/cm2。因此,在混凝土中要想利用鋼筋來防止細小裂縫的出現很困難。但加筋后結構內的裂縫一般就變得數目多、間距小、寬度與深度較小,而且如果鋼筋的直徑細而間距密時,對提高混凝土抗裂性的效果較好。混凝土和鋼筋混凝土結構的表面常常會發生細而淺的裂縫,其中大多數屬于干縮裂縫。雖然這種裂縫一般都較淺,但其對結構的強度和耐久性仍有一定的影響。
混凝土建筑結構中普遍存在的一種現象就是“裂縫”，它的出現不僅會降低建筑物的抗滲能力，影響建筑物的使用功能，而且會引起鋼筋的銹蝕，混凝土的碳化，降低材料的耐久性，影響建筑物的承載能力。所以，工程技術人員研究混凝土裂縫原因并區別對待，采取有效策略，確保建筑物和混凝土構件達標使我們建筑工程師的責任。
 
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