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[摘 要]在近期内及未来的相当一段时间里,混凝土结构将成为住宅建筑的主导结构。混凝土裂缝可能会对建筑物的整體受力造成严重影响,或是影响人们的观感舒适度,给人们造成不安全感。因此我们不但要对混凝土的裂缝有足够的了解,还要采取一些必要的措施对混凝土裂缝进行控制。
[关键词]混凝土裂缝;原因分析;控制措施;技术指标
中图分类号:TV543+.6 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2017)01-0322-01
目前的土木建筑工程,以混凝土结构占主导地位,混凝土结构由于内外因素的作用不可避免地存在裂缝,而裂缝是混凝土结构物承载能力、耐久性及防水性降低的主要原因。建筑物的破坏往往是从裂缝开始,如果裂缝的发展有可能对建筑物的整体产生不可转移的影响。
1 国内外发展概述
防止混凝土开裂是国内外土木工程共同关心的课题。引起混凝土开裂的原因非常复杂,但主要可分为荷载因素和非荷载因素。对前者,通过结构上的考虑基本可以避免但对后者,与混凝土材料、施工、养护及后期服务环境等因素相关,还难以采取简单措施加以避免,所以国内外近年来给予了高度的重视,投入了大量人力物力进行研究。
过去对大体积混凝土的温度裂缝关注较多,世界各国都在建造混凝土大坝时进行了详细的温度分析,并用埋冷却水管的方式进行控制。在不是坝工领域的建设中,随着混凝土强度等级的提高,越来越多的混凝土结构需考虑水化热的影响,如何控制开裂成为施工中不可回避的重要问题。
目前认为可通过在材料选择、配合比参数调整方面优选出抗裂性好的混凝土配合比,然后在施工中加以控制,可以明显改善结构混凝土的早期及后期开裂。我国及日本等国一些工程中使用混凝土膨胀剂控制开裂,取得了一定成效。随着混凝土技术的进步,尤其是多种掺合料的使用和聚羧酸混凝土外加剂的出现,不使用膨胀剂也可通过一定技术手段较好地控制裂缝出现,这是本节的主要内容。
另外,如何评价混凝土的开裂倾向也是今年来的重要研究方向。圆环法、
诱导开裂法等跟踪混凝土多种方法得到研究和应用。20 世纪 90 年代德国等开发了温度-应力试验机,用于全程混凝土抗裂跟踪混凝土收缩应力的发展和温度关系,目前该种设已在国内得到应用,在比选不同混凝土抗裂性方面起到了一定作用。
2 基本原理
混凝土的裂缝较为普遍,尽管在施工中采取了各种措施,但在工程施工中其仍然存在。常见的裂缝种类及原因如下。
2.1 收缩裂缝
常说的收缩裂缝实际包含凝缩裂缝和冷缩裂缝。所谓凝缩裂缝,是指混凝土在结硬过程中因体积收缩而引起的裂缝。通常混凝土 2~3 个月后出现,且与构件内的配筋情况有关。当钢筋的间距较大时,钢筋周围混凝土的收缩因较多地受钢筋约束,收缩较小,而远离钢筋的混凝土的收缩自由,收缩较大,从而产生裂缝。冷缩裂缝是指构件因受气温降低而收缩,且在构件两端受到强有力约束而引起的裂缝。一般只有在气温低于 0℃时才会出现。
2.2 干缩裂缝
干缩裂缝(又称龟裂)发生在混凝土结硬前的最初几小时内。裂缝呈无规则状,纵横交错。裂缝的宽度较小,大多为 0.05~0.15mm。干缩裂缝是因混凝土浇捣时,多余水分的蒸发使混凝土体积缩小所致。影响干缩裂缝的主要原因是混凝土表面的干燥速度。当水分蒸发速度超过泌水速度时,就会产生这种裂缝。与收缩裂缝不同的是,干缩裂缝与混凝土内的配筋情况以及构件两端的约束条件无关。干缩裂缝常出现在大体积混凝土的表面和板类构件以及较薄的梁中。
2.3 沉缩裂缝
沉缩裂缝是指混凝土结硬前没有沉实或沉实能力不足而产生的裂缝。新浇混凝土由于重力作用,较重的固体颗粒下沉,迫使较轻的水分上移,即所谓“泌水”。由于固体颗粒受到钢筋的支撑,钢筋两侧的混凝土下沉变形相对于其他变形就较小,形成了钢筋长度方向的纵向裂缝。裂缝深度一般至钢筋顶面。
2.4 温度裂缝
温度裂缝有表面温度裂缝和贯穿温度裂缝两种。
1)表面温度裂缝是因水泥的水化热而产生的,多发生在大体积混凝土中。
2)大多数贯穿温度裂缝是由于结构降温较大,其收缩受到外界的约束而引起的。
2.5 张拉裂缝
张拉裂缝是指在预应力张拉过程中,由于反拱过大,端部的局部承载力不足等原因引起的裂缝。
2.7 膨胀裂缝
沿筋开裂:钢筋锈蚀常导致沿筋裂缝的出现。
碱-骨料反应裂缝:当混凝土中同时具备活性骨料 (如蛋白石、鳞石英、方石英等)、含碱量过高的水泥、足量水分三个条件时,水泥中的碱性成分会和这骨料引起化学反应,生产硅酸钠。硅酸钠遇水膨胀,致使混凝土中产生拉应力而引起裂缝,这种反应通常在混凝土长期使用过程中发生,严重时可导致重大工程事故。
混凝土裂缝控制与结构设计、材料选择、施工工艺等多个环节相关,其中选择抗裂性较好的混凝土是控制裂缝的重要途径。本技术主要是从混凝土材料角度出发,通过原材料选择、配比设计、试验比选等选择抗裂性较好的混凝土,并提及施工中需采取的一些技术措施等。
3 主要技术内容及特点
混凝土裂缝控制与结构设计、材料选择、施工工艺等多个环节相关,其中选择抗裂性好的混凝土是控制裂缝的重要途径。
3.1 原材料要求
1) 水泥必须采用符合现行国家标准规定的普通硅酸盐水泥或硅酸盐水泥,水泥比表面积宜小于 350m2/kg;水泥碱含量应小于0.6%。水泥中不得掺加窑灰。水泥的进场温度不宜高于 60℃;不应使用温度大于 60℃的水泥拌制混凝土。
2)应采用二级或多级级配粗骨料,粗骨料的堆积密度宜大于1500kg/m3,紧密密度的空隙率宜小于 40%。骨料不宜直接露天堆放、暴晒,宜分级堆放,堆场上方宜设罩棚。高温季节,骨料使用温度不宜大于 28℃。 3)应采用聚羧酸系高性能减水剂,并根据不同季节、不同施工工艺分别选用标准型、缓凝型或防冻型产品。高性能减水剂引入混凝土中的碱含量(以Na2O+0.658K2O 计)应小于 0.3kg/m3;引入混凝土中的氯离子含量应小于0.02kg/m3;引入混凝土中的硫酸盐含量(以 Na2SO4计)应小于 0.2kg/m3。
1)混凝土配合比应根据原材料品质、混凝土强度等级、混凝土耐久性以及施工工艺对工作性的要求,通过计算、试配、调整等步骤选定。
2)混凝土最小胶凝材料用量不应低于300kg/m3,其中最低水泥用量不应低于220kg/m3 配制防水混凝土时最低水泥用量不宜低于260kg/m3。混凝土最大水胶比不应大于0.45。
3)单独采用粉煤灰作为掺合料时,硅酸盐水泥混凝土中粉煤灰掺量不应超过胶凝材料总量的35%,普通硅酸盐水泥混凝土中粉煤灰掺量不应超过胶凝材料总量的30%。预应力混凝土中粉煤灰掺量不得超过胶凝材料总量的25%。
3.3 施工要求
1) 大體积混凝土施工前,宜对施工阶段混凝土浇筑体的温度、温度应力及收缩应力进行计算,确定施工阶段混凝土浇筑体的温升峰值,里表温差及降温速率的控制指标,制定相应的温控的技术措施。一般情况下,温控指标宜不大于下列数值:混凝土浇筑体在入模温度基础上的温升值为40℃;混凝土浇筑体的里表温差(不含混凝土收缩的当量温度)为25℃;混凝土浇筑体的降温速率为2.0℃/d;混凝土浇筑体表面与大气温差为20℃。
2)超大体积混凝土施工,应按设计要求留置变形缝,当设计无规定时,宜采用下列方法:后浇带施工:后浇带的设置和施工应符合现行国家有关规范的规定;跳仓法施工:底板分段长度不宜大于40m,侧墙和顶板分段长度不宜大于16m。跳仓间隔施工的时间不宜小于 7d,跳仓接缝处按施工缝的要求设置和处理。
3)在高温季节浇筑混凝土时,混凝土入模温度应小于30℃,应避免模板和新浇筑的混凝土直接受阳光照射。混凝土入模前模板和钢筋的温度以及附近的局部气温均不应超过 40℃。混凝土成型后应及时覆盖,并应尽可能避开炎热的白天浇筑混凝土。
结束语
在施工中,混凝土裂缝是常见的问题,然而,裂缝的产生对桥梁寿命的影响是巨大的。必须在施工中,全面分析裂缝产生机理,控制施工温度,对于产生的裂缝必须采取积极有效的措施,这样才能确保建筑质量。
参考文献
[1]蒋晓燕,肖备,王彦理.GRF现浇混凝土空心楼板裂缝分析与防治[J].施工技术.2010(02)
[2]魏以忠,周毓.浅议混凝土的几种施工技术[J].中国新技术新产品. 2010(03)
[关键词]混凝土裂缝;原因分析;控制措施;技术指标
中图分类号:TV543+.6 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2017)01-0322-01
目前的土木建筑工程,以混凝土结构占主导地位,混凝土结构由于内外因素的作用不可避免地存在裂缝,而裂缝是混凝土结构物承载能力、耐久性及防水性降低的主要原因。建筑物的破坏往往是从裂缝开始,如果裂缝的发展有可能对建筑物的整体产生不可转移的影响。
1 国内外发展概述
防止混凝土开裂是国内外土木工程共同关心的课题。引起混凝土开裂的原因非常复杂,但主要可分为荷载因素和非荷载因素。对前者,通过结构上的考虑基本可以避免但对后者,与混凝土材料、施工、养护及后期服务环境等因素相关,还难以采取简单措施加以避免,所以国内外近年来给予了高度的重视,投入了大量人力物力进行研究。
过去对大体积混凝土的温度裂缝关注较多,世界各国都在建造混凝土大坝时进行了详细的温度分析,并用埋冷却水管的方式进行控制。在不是坝工领域的建设中,随着混凝土强度等级的提高,越来越多的混凝土结构需考虑水化热的影响,如何控制开裂成为施工中不可回避的重要问题。
目前认为可通过在材料选择、配合比参数调整方面优选出抗裂性好的混凝土配合比,然后在施工中加以控制,可以明显改善结构混凝土的早期及后期开裂。我国及日本等国一些工程中使用混凝土膨胀剂控制开裂,取得了一定成效。随着混凝土技术的进步,尤其是多种掺合料的使用和聚羧酸混凝土外加剂的出现,不使用膨胀剂也可通过一定技术手段较好地控制裂缝出现,这是本节的主要内容。
另外,如何评价混凝土的开裂倾向也是今年来的重要研究方向。圆环法、
诱导开裂法等跟踪混凝土多种方法得到研究和应用。20 世纪 90 年代德国等开发了温度-应力试验机,用于全程混凝土抗裂跟踪混凝土收缩应力的发展和温度关系,目前该种设已在国内得到应用,在比选不同混凝土抗裂性方面起到了一定作用。
2 基本原理
混凝土的裂缝较为普遍,尽管在施工中采取了各种措施,但在工程施工中其仍然存在。常见的裂缝种类及原因如下。
2.1 收缩裂缝
常说的收缩裂缝实际包含凝缩裂缝和冷缩裂缝。所谓凝缩裂缝,是指混凝土在结硬过程中因体积收缩而引起的裂缝。通常混凝土 2~3 个月后出现,且与构件内的配筋情况有关。当钢筋的间距较大时,钢筋周围混凝土的收缩因较多地受钢筋约束,收缩较小,而远离钢筋的混凝土的收缩自由,收缩较大,从而产生裂缝。冷缩裂缝是指构件因受气温降低而收缩,且在构件两端受到强有力约束而引起的裂缝。一般只有在气温低于 0℃时才会出现。
2.2 干缩裂缝
干缩裂缝(又称龟裂)发生在混凝土结硬前的最初几小时内。裂缝呈无规则状,纵横交错。裂缝的宽度较小,大多为 0.05~0.15mm。干缩裂缝是因混凝土浇捣时,多余水分的蒸发使混凝土体积缩小所致。影响干缩裂缝的主要原因是混凝土表面的干燥速度。当水分蒸发速度超过泌水速度时,就会产生这种裂缝。与收缩裂缝不同的是,干缩裂缝与混凝土内的配筋情况以及构件两端的约束条件无关。干缩裂缝常出现在大体积混凝土的表面和板类构件以及较薄的梁中。
2.3 沉缩裂缝
沉缩裂缝是指混凝土结硬前没有沉实或沉实能力不足而产生的裂缝。新浇混凝土由于重力作用,较重的固体颗粒下沉,迫使较轻的水分上移,即所谓“泌水”。由于固体颗粒受到钢筋的支撑,钢筋两侧的混凝土下沉变形相对于其他变形就较小,形成了钢筋长度方向的纵向裂缝。裂缝深度一般至钢筋顶面。
2.4 温度裂缝
温度裂缝有表面温度裂缝和贯穿温度裂缝两种。
1)表面温度裂缝是因水泥的水化热而产生的,多发生在大体积混凝土中。
2)大多数贯穿温度裂缝是由于结构降温较大,其收缩受到外界的约束而引起的。
2.5 张拉裂缝
张拉裂缝是指在预应力张拉过程中,由于反拱过大,端部的局部承载力不足等原因引起的裂缝。
2.7 膨胀裂缝
沿筋开裂:钢筋锈蚀常导致沿筋裂缝的出现。
碱-骨料反应裂缝:当混凝土中同时具备活性骨料 (如蛋白石、鳞石英、方石英等)、含碱量过高的水泥、足量水分三个条件时,水泥中的碱性成分会和这骨料引起化学反应,生产硅酸钠。硅酸钠遇水膨胀,致使混凝土中产生拉应力而引起裂缝,这种反应通常在混凝土长期使用过程中发生,严重时可导致重大工程事故。
混凝土裂缝控制与结构设计、材料选择、施工工艺等多个环节相关,其中选择抗裂性较好的混凝土是控制裂缝的重要途径。本技术主要是从混凝土材料角度出发,通过原材料选择、配比设计、试验比选等选择抗裂性较好的混凝土,并提及施工中需采取的一些技术措施等。
3 主要技术内容及特点
混凝土裂缝控制与结构设计、材料选择、施工工艺等多个环节相关,其中选择抗裂性好的混凝土是控制裂缝的重要途径。
3.1 原材料要求
1) 水泥必须采用符合现行国家标准规定的普通硅酸盐水泥或硅酸盐水泥,水泥比表面积宜小于 350m2/kg;水泥碱含量应小于0.6%。水泥中不得掺加窑灰。水泥的进场温度不宜高于 60℃;不应使用温度大于 60℃的水泥拌制混凝土。
2)应采用二级或多级级配粗骨料,粗骨料的堆积密度宜大于1500kg/m3,紧密密度的空隙率宜小于 40%。骨料不宜直接露天堆放、暴晒,宜分级堆放,堆场上方宜设罩棚。高温季节,骨料使用温度不宜大于 28℃。 3)应采用聚羧酸系高性能减水剂,并根据不同季节、不同施工工艺分别选用标准型、缓凝型或防冻型产品。高性能减水剂引入混凝土中的碱含量(以Na2O+0.658K2O 计)应小于 0.3kg/m3;引入混凝土中的氯离子含量应小于0.02kg/m3;引入混凝土中的硫酸盐含量(以 Na2SO4计)应小于 0.2kg/m3。
1)混凝土配合比应根据原材料品质、混凝土强度等级、混凝土耐久性以及施工工艺对工作性的要求,通过计算、试配、调整等步骤选定。
2)混凝土最小胶凝材料用量不应低于300kg/m3,其中最低水泥用量不应低于220kg/m3 配制防水混凝土时最低水泥用量不宜低于260kg/m3。混凝土最大水胶比不应大于0.45。
3)单独采用粉煤灰作为掺合料时,硅酸盐水泥混凝土中粉煤灰掺量不应超过胶凝材料总量的35%,普通硅酸盐水泥混凝土中粉煤灰掺量不应超过胶凝材料总量的30%。预应力混凝土中粉煤灰掺量不得超过胶凝材料总量的25%。
3.3 施工要求
1) 大體积混凝土施工前,宜对施工阶段混凝土浇筑体的温度、温度应力及收缩应力进行计算,确定施工阶段混凝土浇筑体的温升峰值,里表温差及降温速率的控制指标,制定相应的温控的技术措施。一般情况下,温控指标宜不大于下列数值:混凝土浇筑体在入模温度基础上的温升值为40℃;混凝土浇筑体的里表温差(不含混凝土收缩的当量温度)为25℃;混凝土浇筑体的降温速率为2.0℃/d;混凝土浇筑体表面与大气温差为20℃。
2)超大体积混凝土施工,应按设计要求留置变形缝,当设计无规定时,宜采用下列方法:后浇带施工:后浇带的设置和施工应符合现行国家有关规范的规定;跳仓法施工:底板分段长度不宜大于40m,侧墙和顶板分段长度不宜大于16m。跳仓间隔施工的时间不宜小于 7d,跳仓接缝处按施工缝的要求设置和处理。
3)在高温季节浇筑混凝土时,混凝土入模温度应小于30℃,应避免模板和新浇筑的混凝土直接受阳光照射。混凝土入模前模板和钢筋的温度以及附近的局部气温均不应超过 40℃。混凝土成型后应及时覆盖,并应尽可能避开炎热的白天浇筑混凝土。
结束语
在施工中,混凝土裂缝是常见的问题,然而,裂缝的产生对桥梁寿命的影响是巨大的。必须在施工中,全面分析裂缝产生机理,控制施工温度,对于产生的裂缝必须采取积极有效的措施,这样才能确保建筑质量。
参考文献
[1]蒋晓燕,肖备,王彦理.GRF现浇混凝土空心楼板裂缝分析与防治[J].施工技术.2010(02)
[2]魏以忠,周毓.浅议混凝土的几种施工技术[J].中国新技术新产品. 2010(03)