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摘要: 防治梁板结构裂纹的产生,必须要控制混凝土的生产质量及施工质量。随着商品混凝土的推广应用,梁板结构混凝土裂纹的控制越来越成为广大施工单位关注的问题,通过调查及查阅相关资料,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。
关键词: 梁板结构；混凝土; 裂纹防治；措施
1 裂纹产生的规律
(1) 春秋季节为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需坍落度大,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
商品混凝土为满足运输、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,水分蒸发会产生脱水收缩,从而造成早期干缩裂纹。混凝土表面水分蒸发速度越快,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 - 4～100 ×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
水泥中各种矿物成份对干缩影响不一,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,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 水泥颗粒的细度
水泥颗粒的粗细,对水泥的性能有很大影响,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 外加剂对收缩的影响
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 原材料及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 —25 KG,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的主要因素。混凝土中用水量越大,坍落度越大,则越干缩越大。因此严格控制水灰比对预拌混凝土是十分重要的。
2. 7 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) 根据资料介绍,楼板厚度小于14cm 易产生裂纹。
2. 8 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) 混凝土浇筑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> 250oC ,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载,会导致混凝土梁板产生裂纹。
3 防治裂纹技术措施
3. 1 混凝土生产质量控制
(1) 混凝土生产质量控制:
砂:宜采用细度模数M = 2. 8～3. 0 中砂,严格控制含泥量2 2 %。
石:采用级配良好卵石,并控制含泥量2 1 %。水泥:采用425 # 矿渣水泥或低热水泥。
(2) 配合比及生产控制:
前面已经介绍,粗骨料可阻止水泥收缩从而防止裂纹的产生,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38～40 %。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16～18cm 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、微集料效应,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 。另外,据资料介绍掺磨细粉煤灰混凝土孔体积和孔径分布明显改善,孔隙率大大降低,其微观结构有利于提高抗冻性和耐久性,粉煤灰微珠自身具有很好的强度,能阻碍裂纹的延伸和护展,削弱主裂纹断裂能量,有利于提高混凝土耐久性。
3. 2 施工质量控制
(1) 布料。混凝土布料应均匀,防止一处集中堆料造成混凝土过振;
(2) 振捣。混凝土振捣时振动棒移动间距宜400mm左右,每次振捣时间以5～15 秒为宜,振捣时间过长,粗骨料下沉,混凝土表面砂浆层过厚,表面易產生裂纹。混凝土浇灌后1～2 小时,有条件的工地可对混凝土进行二次复振,据资料介绍,二次复振会给混凝土强度和密实度带来良好的影响,一般情况下可提高混凝土强度5～20 % ,同时复振时混凝土液化可愈合楼板早期裂纹。
(3) 抹压。除复振外,还应在表面水基本收干前后,适时用木抹子磨平搓毛2 遍,拍打液化混凝土,愈合裂纹。
(4) 养护。混凝土成型后,适时提供良好的温湿度环境,防止大风袭和阳光爆晒,表面水份剧烈蒸发,形成楼板上部和下部硬化速度不均和差异收缩,是控制裂纹的关键工序。空气相对湿度低的季节,可采用人工喷雾,加大
空气湿度。春季大风天,空气相对湿度低,日照较强,混凝土浇灌后约1～2 小时,采用高压水喷雾法加大施工环境湿度(相当下细雨感觉) 。混凝土初凝前后用手按混凝土表面无坑时,开始设专人浇水养生 。水量随混凝土表面强度增长而加大,当混凝土表面刚一变白时,用5～10mm 水膜覆盖表面12 小时以上。此方法为水膜养护法,至此,混凝土早期裂纹基本可得到良好控制。可稍停养生若干小时楼板放线。然后再一日数次浇水养生,保持混凝土表面潮湿7天以上,确保混凝土强度正常增长。混凝土早期采用喷雾、水膜养护法施工是控制板面裂纹既经济又有效的方法。建议广大施工单位推广应用。
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。
4 结语
总之，混凝土裂纹控制是一项复杂的工作，要防治梁板结构裂纹的产生,各部门各环节必须要共同努力、精心配合才能凑效。通过实践证明，裂纹是可以控制在最小范围的,或者说是可以基本得到控制。
关键词: 梁板结构；混凝土; 裂纹防治；措施
1 裂纹产生的规律
(1) 春秋季节为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需坍落度大,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
商品混凝土为满足运输、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,水分蒸发会产生脱水收缩,从而造成早期干缩裂纹。混凝土表面水分蒸发速度越快,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 - 4～100 ×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
水泥中各种矿物成份对干缩影响不一,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,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 水泥颗粒的细度
水泥颗粒的粗细,对水泥的性能有很大影响,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 外加剂对收缩的影响
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 原材料及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 —25 KG,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的主要因素。混凝土中用水量越大,坍落度越大,则越干缩越大。因此严格控制水灰比对预拌混凝土是十分重要的。
2. 7 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) 根据资料介绍,楼板厚度小于14cm 易产生裂纹。
2. 8 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) 混凝土浇筑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> 250oC ,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载,会导致混凝土梁板产生裂纹。
3 防治裂纹技术措施
3. 1 混凝土生产质量控制
(1) 混凝土生产质量控制:
砂:宜采用细度模数M = 2. 8～3. 0 中砂,严格控制含泥量2 2 %。
石:采用级配良好卵石,并控制含泥量2 1 %。水泥:采用425 # 矿渣水泥或低热水泥。
(2) 配合比及生产控制:
前面已经介绍,粗骨料可阻止水泥收缩从而防止裂纹的产生,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38～40 %。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16～18cm 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、微集料效应,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 。另外,据资料介绍掺磨细粉煤灰混凝土孔体积和孔径分布明显改善,孔隙率大大降低,其微观结构有利于提高抗冻性和耐久性,粉煤灰微珠自身具有很好的强度,能阻碍裂纹的延伸和护展,削弱主裂纹断裂能量,有利于提高混凝土耐久性。
3. 2 施工质量控制
(1) 布料。混凝土布料应均匀,防止一处集中堆料造成混凝土过振;
(2) 振捣。混凝土振捣时振动棒移动间距宜400mm左右,每次振捣时间以5～15 秒为宜,振捣时间过长,粗骨料下沉,混凝土表面砂浆层过厚,表面易產生裂纹。混凝土浇灌后1～2 小时,有条件的工地可对混凝土进行二次复振,据资料介绍,二次复振会给混凝土强度和密实度带来良好的影响,一般情况下可提高混凝土强度5～20 % ,同时复振时混凝土液化可愈合楼板早期裂纹。
(3) 抹压。除复振外,还应在表面水基本收干前后,适时用木抹子磨平搓毛2 遍,拍打液化混凝土,愈合裂纹。
(4) 养护。混凝土成型后,适时提供良好的温湿度环境,防止大风袭和阳光爆晒,表面水份剧烈蒸发,形成楼板上部和下部硬化速度不均和差异收缩,是控制裂纹的关键工序。空气相对湿度低的季节,可采用人工喷雾,加大
空气湿度。春季大风天,空气相对湿度低,日照较强,混凝土浇灌后约1～2 小时,采用高压水喷雾法加大施工环境湿度(相当下细雨感觉) 。混凝土初凝前后用手按混凝土表面无坑时,开始设专人浇水养生 。水量随混凝土表面强度增长而加大,当混凝土表面刚一变白时,用5～10mm 水膜覆盖表面12 小时以上。此方法为水膜养护法,至此,混凝土早期裂纹基本可得到良好控制。可稍停养生若干小时楼板放线。然后再一日数次浇水养生,保持混凝土表面潮湿7天以上,确保混凝土强度正常增长。混凝土早期采用喷雾、水膜养护法施工是控制板面裂纹既经济又有效的方法。建议广大施工单位推广应用。
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。
4 结语
总之，混凝土裂纹控制是一项复杂的工作，要防治梁板结构裂纹的产生,各部门各环节必须要共同努力、精心配合才能凑效。通过实践证明，裂纹是可以控制在最小范围的,或者说是可以基本得到控制。