论文部分内容阅读
【摘要】 本文探讨钢筋混凝土裂缝产生的各种原因，通过工程实践阐述混凝土添加膨胀纤维抗裂防水剂的应用以及在施工过程中的质量控制要点。
【关键词】 裂缝；纤维；收缩
【中图分类号】 TU712.2 【文献标识码】 B【文章编号】 1727-5123（2011）02-118-02
１前言
钢筋混凝土的裂缝出现几率增多，已引起政府和工程界的关注。随着我国建筑工程规模的快速发展，钢筋混凝土的大量推广和混凝土强度等级的提高，结构裂缝出现几率大大增加。建筑构件向大体积、大面积、形状复杂多样的方向发展，裂缝的出现亦较以往多得多。近年来，混凝土外加剂的发展日趋成熟，在各类防水工程中应用得到成功。本文着重介绍膨胀纤维抗裂防水剂在防水工程中的使用及质量控制手段。
２工程概况
连云港市新浦区行政中心工程，建筑面积２９１９５．７０m2，其中地下建筑面积６２５５．１７m2，为人防地下室，防水等级为1级，地下室基础、墙、柱、梁、板均为Ｃ４０，抗渗等级为Ｐ６。为了克服地下室混凝土因浇筑长度较长、体积较大所引起的收缩变形和温度变形而形成的裂缝问题，结构设计中在混凝土中添加抗裂纤维。据现场实际情况表明，整个大面积的底板、墙板、顶板未发现明显的裂缝，防水效果良好。
３混凝土结构裂缝产生的原因
结构裂缝产生的原因很复杂，根据国内外的调查资料，引起裂缝有两大类原因，一种由外荷载（如静、动荷载）的直接应力和结构次应力引起的裂缝，其机率约２０％；一种是结构因温度、膨胀、收缩和不均匀沉降等因素由变形变化引起的裂缝，其机率约８０％。由于这些变形受到约束引起的应力超过混凝土的抗拉强度导致裂缝，统称为“变形作用引起的裂缝”。
３．１干燥收缩。研究表明，水泥加水后变成水泥硬化体，其绝对体积减小。每１００克水泥水化后的化学减缩值为７～９ｍl，如砼水泥用量为３５０ｋｇ／m3，则形成孔缝体积约２５～３０升／m3之巨。这是砼抗拉强度低和极限拉伸变形小的根本原因。研究表明，每１００克水泥浆体可蒸发水约６ｍｌ，如砼水泥用量为３５０ｋｇ／m3，当砼在干燥条件下，则蒸发水量达２１升／m3。毛细孔缝中水逸出产生毛细压力，使砼产生“毛细收缩”。由此引起水泥砂浆的干缩值为０．１～０．２％；砼的干缩值为０．０４～０．０６％。而砼的极限拉伸值只有０．０１～０．０２％，故易引起干缩裂缝。
３．２温差收缩。温差收缩造成的裂缝多发生在大体积混凝土表面或温差变化较大地区的混凝土结构中。混凝土浇筑后，在硬化过程中，水泥水化产生大量的水化热，（当水泥用量在３５０～５５０ ｋｇ／m3，每立方米混凝土将释放出１７５００～２７５００ｋＪ的热量，从而使混凝土内部温度升达７０℃左右甚至更高）。由于混凝土的体积较大，大量的水化热聚积在混凝土内部而不易散发，导致内部温度急剧上升，而混凝土表面散热较快，这样就形成内外的较大温差，较大的温差造成内部与外部热胀冷缩的程度不同，使混凝土表面产生一定的拉应力（实践证明当混凝土本身温差达到２５～２６℃时，混凝土内便会产生大致在１０ＭＰａ左右的拉应力）。当拉应力超过混凝土的抗拉强度极限时，混凝土表面就会产生裂缝，这种裂缝多发生在混凝土施工中后期。在混凝土的施工中当温差变化较大，或者是混凝土受到寒潮的袭击等，会导致混凝土表面温度急剧下降，而产生收缩，表面收缩的混凝土受内部混凝土的约束，将产生很大的拉应力而产生裂缝，这种裂缝通常只在混凝土表面较浅的范围内产生。
３．３塑性收缩。砼初凝之前出现泌水和水份急剧蒸发，引起失水收缩，此时骨料与水泥之间也产生不均匀的沉缩变形，它发生在砼终凝之前的塑性阶段，故称为塑性收缩。其收缩量可达１％左右。在砼表面上，特别在抹压不及时和养护不良的部位出现龟裂，宽度达１～２ｍｍ，属表面裂缝。水灰比过大，水泥用量大，外加剂保水性差，粗骨料少，振捣不良，环境温度高，表面失水大等都能导致砼塑性收缩而发生表面开裂现象。
３．４ 砼后期膨胀出现裂缝。混凝土拌和后会产生一些碱性离子，这些离子与某些活性骨料产生化学反应并吸收周围环境中的水而体积增大，造成混凝土酥松、膨胀开裂。这种裂缝一般出现中混凝土结构使用期间。
４ 膨胀纤维抗裂防水剂的防水机理
膨胀纤维抗裂防水剂是以阻裂聚丙烯纤维、膨胀组分、防水组分为主要原材料，添加其他特殊功能性组分，结果独特的工艺制造而成。
４．１膨胀纤维抗裂防水剂掺入混凝土中后，依靠纤维在混凝土中巨大数量的均匀分布，在混凝土内部构成一种均匀的乱向支撑体系，从而产生一种有效的二级加强效果，并有助于削减混凝土塑性收缩及冻融时的应力。收缩的能量被分散到每立方米上千万条具有高抗拉强度而弹性模量相对较低的纤维单丝上，从而有效增强了混凝土的韧性，抑制了微细裂缝的产生和发展。同时，无数纤维单丝的加入可有效阻碍骨料的离析，保证了混凝土早期的均匀泌水性，从而阻碍了沉降裂纹的形成。
４．２大大提高混凝土的抗渗防水性能。掺入大量微细纤维可以有效地抑制混凝土早期干缩微裂及离析裂纹的产生及发展，极大减少了混凝土的收缩裂缝，尤其是有效抑制了连通裂缝的产生。均匀分布在混凝土中彼此相粘连的大量纤维起了“承托”骨料的作用，这样有效降低了混凝土表面的析水与集料的离析，从而使混凝土中直径为５０～１００纳米和大于１００纳米的孔隙的含量大大降低，可以极大地提高抗渗能力，与普通混凝土相比效，抗渗能力提高６０～７５％。
４．３ 增强抗冲击及抗震能力。加入该产品的混凝土凝固后，握裹水泥的高强纤维丝相粘为致密的乱向分布的网状增强系统，增强了机体对集料的固着力，从而提高了耐磨性能，有利于防止并控制微裂缝的产生和发展，增加混凝土／砂浆的韧性，提高极限拉伸率。纤维产品的独特表面处理工艺使得纤维可以和水泥基料紧密的粘合在一起，极大的保持了混凝土的整体强度。混凝土受到冲击时纤维吸收大量的能量，从而有效的减少了集中应力的作用，阻碍混凝土中裂缝的迅速扩展，增强了混凝土／砂浆的抗冲击及抗震动能力。
４．４增强混凝土的抗冻能力。在混凝土加入该产品，可以缓解由于温度变化而引起的混凝土内部应力的作用，阻止微裂缝的产生与扩展；同时，混凝土抗渗能力的提高，也有利于其抗冻能力的提高。对大幅提高混凝土的抗冻能力方面的贡献，使其可广泛应用于寒冷地区和各种大体积混凝土温差裂缝控制的工程。
４．５ 由于膨胀组分的作用，在钢筋和邻位约束下可转变为预压应力，补偿或抵消混凝土在硬化过程中产生的收缩应变力，从而有效防止混凝土开裂。该产品广泛应用于补偿收缩混凝土和钢筋混凝土超长无缝施工专利技术工程。
４．６技术性能：掺量为胶凝材料的４～６％；混凝土的泌水率比≤５０％，渗透高度比≤３０％；４８ｈ吸水量比≤６５％，２８ｄ收缩率比≤１２５％，抗压强度不低于基准混凝土；抗渗等级≥Ｐ３０，抗冻等级≥Ｆ２００，降低水化热１５％以上；抗耐磨性比基准混凝土提高５０％以上。
５混凝土施工监理控制要点
5．１混凝土原材料的控制。选用优质原材料，控制砂石含水量，降低水灰比。配置混凝土时，采取双掺技术：掺高效减水剂，使混凝土缓凝，用以推迟水泥水化热峰值的出现，使混凝土表面温度梯度减少；掺加膨胀纤维防水剂，实现纤维和膨胀剂的物理化学双重作用，从而真正起到抗裂防渗作用，确保补偿收缩混凝土施工的万无一失。
５．２采用切实可行的施工工艺。根据泵送混凝土大体积混凝土的特点，采用“分段定点，一个坡度，薄层浇筑，循序推进，一次到顶”的方法，这种自然流淌形成斜坡混凝土的方法，能较好地适应泵送工艺，避免混凝土输送管道经常拆除、冲洗和接长，从而提高泵送效率，简化混凝土的泌水处理，保证上下层混凝土浇筑间隔不超过初凝时间。根据混凝土泵送时自然形成一个坡度的实际情况，在每个浇筑带的前后布置两道振动器，第一道布置在混凝土出料口，主要解决上部混凝土的振实；由于底层钢筋间距较密，第二道布置在混凝土坡脚处，以确保下部混凝土密实。随着浇筑的推进，振动器也相应跟上，以实现全面振捣，确保混凝土振捣密实。为提高混凝土的极限拉伸强度，还应采取二次振捣，确保层与层之间的密实，避免出现施工冷缝，确保混凝土的施工质量。
５．３ 督促施工单位重视混凝土浇筑后的收头、养护工作。混凝土浇筑振捣后表面温度较高，易产生表面失水过快，应及时处理以防止混凝土表面塑性收缩裂缝，混凝土浇筑完毕应及时按标高刮平并且在混凝土初凝前做好二次搓毛，并随后覆盖塑料薄膜或草帘，如条件具备可在施工完毕后对混凝土蓄水养护。
５．４ 养护期间做好保温、保湿及补偿措施。采用科学手段设置温度测试点，监视混凝土浇筑后的升、降温情况，如出现温差过大的情况应及时采取温度补偿措施，随时准备增减覆盖物，保证不因混凝土内外温差过大造成混凝土开裂。按照工程规模的大小在有代表性的位置设置温度传感器，用以监视每个测温断面在混凝土上、中、下层的温度。从以往施工经验的测温情况来看，混凝土内部温升的高峰值一般在３～５天内产生，３天内温度可上升到或接近最大温升。
６结语
近年来我国建筑防水材料发展较快，品种繁多，落后产品应淘汰，应多采用经济环保型防水材料。特别是地下工程防水应以结构自防水为主、刚柔结合、防排结合为控制手段。聚丙烯纤维混凝土在防裂、阻裂、增韧以及增强混凝土的抗渗能力具有十分优越的性能，对提高混凝土质量和延长其寿命有明显的作用。我们相信，认真贯彻工程技术规范，坚决执行有关法规制度，大力推广新材料和新技术，一定能全面提高我国建筑结构和防水工程质量。
参考文献
１游宝坤.膨胀剂对高性能混凝土的裂缝控制作用［Ｊ］.建筑技术，２００１.０１
２李光伟.聚丙烯纤维对混凝土抗裂性能的影响［Ｊ］.水电站设计.２００２.０２
３崔秀梅．浅谈混凝土裂缝的防治.《科技情报开发与经济》.２００４.１２
【关键词】 裂缝；纤维；收缩
【中图分类号】 TU712.2 【文献标识码】 B【文章编号】 1727-5123（2011）02-118-02
１前言
钢筋混凝土的裂缝出现几率增多，已引起政府和工程界的关注。随着我国建筑工程规模的快速发展，钢筋混凝土的大量推广和混凝土强度等级的提高，结构裂缝出现几率大大增加。建筑构件向大体积、大面积、形状复杂多样的方向发展，裂缝的出现亦较以往多得多。近年来，混凝土外加剂的发展日趋成熟，在各类防水工程中应用得到成功。本文着重介绍膨胀纤维抗裂防水剂在防水工程中的使用及质量控制手段。
２工程概况
连云港市新浦区行政中心工程，建筑面积２９１９５．７０m2，其中地下建筑面积６２５５．１７m2，为人防地下室，防水等级为1级，地下室基础、墙、柱、梁、板均为Ｃ４０，抗渗等级为Ｐ６。为了克服地下室混凝土因浇筑长度较长、体积较大所引起的收缩变形和温度变形而形成的裂缝问题，结构设计中在混凝土中添加抗裂纤维。据现场实际情况表明，整个大面积的底板、墙板、顶板未发现明显的裂缝，防水效果良好。
３混凝土结构裂缝产生的原因
结构裂缝产生的原因很复杂，根据国内外的调查资料，引起裂缝有两大类原因，一种由外荷载（如静、动荷载）的直接应力和结构次应力引起的裂缝，其机率约２０％；一种是结构因温度、膨胀、收缩和不均匀沉降等因素由变形变化引起的裂缝，其机率约８０％。由于这些变形受到约束引起的应力超过混凝土的抗拉强度导致裂缝，统称为“变形作用引起的裂缝”。
３．１干燥收缩。研究表明，水泥加水后变成水泥硬化体，其绝对体积减小。每１００克水泥水化后的化学减缩值为７～９ｍl，如砼水泥用量为３５０ｋｇ／m3，则形成孔缝体积约２５～３０升／m3之巨。这是砼抗拉强度低和极限拉伸变形小的根本原因。研究表明，每１００克水泥浆体可蒸发水约６ｍｌ，如砼水泥用量为３５０ｋｇ／m3，当砼在干燥条件下，则蒸发水量达２１升／m3。毛细孔缝中水逸出产生毛细压力，使砼产生“毛细收缩”。由此引起水泥砂浆的干缩值为０．１～０．２％；砼的干缩值为０．０４～０．０６％。而砼的极限拉伸值只有０．０１～０．０２％，故易引起干缩裂缝。
３．２温差收缩。温差收缩造成的裂缝多发生在大体积混凝土表面或温差变化较大地区的混凝土结构中。混凝土浇筑后，在硬化过程中，水泥水化产生大量的水化热，（当水泥用量在３５０～５５０ ｋｇ／m3，每立方米混凝土将释放出１７５００～２７５００ｋＪ的热量，从而使混凝土内部温度升达７０℃左右甚至更高）。由于混凝土的体积较大，大量的水化热聚积在混凝土内部而不易散发，导致内部温度急剧上升，而混凝土表面散热较快，这样就形成内外的较大温差，较大的温差造成内部与外部热胀冷缩的程度不同，使混凝土表面产生一定的拉应力（实践证明当混凝土本身温差达到２５～２６℃时，混凝土内便会产生大致在１０ＭＰａ左右的拉应力）。当拉应力超过混凝土的抗拉强度极限时，混凝土表面就会产生裂缝，这种裂缝多发生在混凝土施工中后期。在混凝土的施工中当温差变化较大，或者是混凝土受到寒潮的袭击等，会导致混凝土表面温度急剧下降，而产生收缩，表面收缩的混凝土受内部混凝土的约束，将产生很大的拉应力而产生裂缝，这种裂缝通常只在混凝土表面较浅的范围内产生。
３．３塑性收缩。砼初凝之前出现泌水和水份急剧蒸发，引起失水收缩，此时骨料与水泥之间也产生不均匀的沉缩变形，它发生在砼终凝之前的塑性阶段，故称为塑性收缩。其收缩量可达１％左右。在砼表面上，特别在抹压不及时和养护不良的部位出现龟裂，宽度达１～２ｍｍ，属表面裂缝。水灰比过大，水泥用量大，外加剂保水性差，粗骨料少，振捣不良，环境温度高，表面失水大等都能导致砼塑性收缩而发生表面开裂现象。
３．４ 砼后期膨胀出现裂缝。混凝土拌和后会产生一些碱性离子，这些离子与某些活性骨料产生化学反应并吸收周围环境中的水而体积增大，造成混凝土酥松、膨胀开裂。这种裂缝一般出现中混凝土结构使用期间。
４ 膨胀纤维抗裂防水剂的防水机理
膨胀纤维抗裂防水剂是以阻裂聚丙烯纤维、膨胀组分、防水组分为主要原材料，添加其他特殊功能性组分，结果独特的工艺制造而成。
４．１膨胀纤维抗裂防水剂掺入混凝土中后，依靠纤维在混凝土中巨大数量的均匀分布，在混凝土内部构成一种均匀的乱向支撑体系，从而产生一种有效的二级加强效果，并有助于削减混凝土塑性收缩及冻融时的应力。收缩的能量被分散到每立方米上千万条具有高抗拉强度而弹性模量相对较低的纤维单丝上，从而有效增强了混凝土的韧性，抑制了微细裂缝的产生和发展。同时，无数纤维单丝的加入可有效阻碍骨料的离析，保证了混凝土早期的均匀泌水性，从而阻碍了沉降裂纹的形成。
４．２大大提高混凝土的抗渗防水性能。掺入大量微细纤维可以有效地抑制混凝土早期干缩微裂及离析裂纹的产生及发展，极大减少了混凝土的收缩裂缝，尤其是有效抑制了连通裂缝的产生。均匀分布在混凝土中彼此相粘连的大量纤维起了“承托”骨料的作用，这样有效降低了混凝土表面的析水与集料的离析，从而使混凝土中直径为５０～１００纳米和大于１００纳米的孔隙的含量大大降低，可以极大地提高抗渗能力，与普通混凝土相比效，抗渗能力提高６０～７５％。
４．３ 增强抗冲击及抗震能力。加入该产品的混凝土凝固后，握裹水泥的高强纤维丝相粘为致密的乱向分布的网状增强系统，增强了机体对集料的固着力，从而提高了耐磨性能，有利于防止并控制微裂缝的产生和发展，增加混凝土／砂浆的韧性，提高极限拉伸率。纤维产品的独特表面处理工艺使得纤维可以和水泥基料紧密的粘合在一起，极大的保持了混凝土的整体强度。混凝土受到冲击时纤维吸收大量的能量，从而有效的减少了集中应力的作用，阻碍混凝土中裂缝的迅速扩展，增强了混凝土／砂浆的抗冲击及抗震动能力。
４．４增强混凝土的抗冻能力。在混凝土加入该产品，可以缓解由于温度变化而引起的混凝土内部应力的作用，阻止微裂缝的产生与扩展；同时，混凝土抗渗能力的提高，也有利于其抗冻能力的提高。对大幅提高混凝土的抗冻能力方面的贡献，使其可广泛应用于寒冷地区和各种大体积混凝土温差裂缝控制的工程。
４．５ 由于膨胀组分的作用，在钢筋和邻位约束下可转变为预压应力，补偿或抵消混凝土在硬化过程中产生的收缩应变力，从而有效防止混凝土开裂。该产品广泛应用于补偿收缩混凝土和钢筋混凝土超长无缝施工专利技术工程。
４．６技术性能：掺量为胶凝材料的４～６％；混凝土的泌水率比≤５０％，渗透高度比≤３０％；４８ｈ吸水量比≤６５％，２８ｄ收缩率比≤１２５％，抗压强度不低于基准混凝土；抗渗等级≥Ｐ３０，抗冻等级≥Ｆ２００，降低水化热１５％以上；抗耐磨性比基准混凝土提高５０％以上。
５混凝土施工监理控制要点
5．１混凝土原材料的控制。选用优质原材料，控制砂石含水量，降低水灰比。配置混凝土时，采取双掺技术：掺高效减水剂，使混凝土缓凝，用以推迟水泥水化热峰值的出现，使混凝土表面温度梯度减少；掺加膨胀纤维防水剂，实现纤维和膨胀剂的物理化学双重作用，从而真正起到抗裂防渗作用，确保补偿收缩混凝土施工的万无一失。
５．２采用切实可行的施工工艺。根据泵送混凝土大体积混凝土的特点，采用“分段定点，一个坡度，薄层浇筑，循序推进，一次到顶”的方法，这种自然流淌形成斜坡混凝土的方法，能较好地适应泵送工艺，避免混凝土输送管道经常拆除、冲洗和接长，从而提高泵送效率，简化混凝土的泌水处理，保证上下层混凝土浇筑间隔不超过初凝时间。根据混凝土泵送时自然形成一个坡度的实际情况，在每个浇筑带的前后布置两道振动器，第一道布置在混凝土出料口，主要解决上部混凝土的振实；由于底层钢筋间距较密，第二道布置在混凝土坡脚处，以确保下部混凝土密实。随着浇筑的推进，振动器也相应跟上，以实现全面振捣，确保混凝土振捣密实。为提高混凝土的极限拉伸强度，还应采取二次振捣，确保层与层之间的密实，避免出现施工冷缝，确保混凝土的施工质量。
５．３ 督促施工单位重视混凝土浇筑后的收头、养护工作。混凝土浇筑振捣后表面温度较高，易产生表面失水过快，应及时处理以防止混凝土表面塑性收缩裂缝，混凝土浇筑完毕应及时按标高刮平并且在混凝土初凝前做好二次搓毛，并随后覆盖塑料薄膜或草帘，如条件具备可在施工完毕后对混凝土蓄水养护。
５．４ 养护期间做好保温、保湿及补偿措施。采用科学手段设置温度测试点，监视混凝土浇筑后的升、降温情况，如出现温差过大的情况应及时采取温度补偿措施，随时准备增减覆盖物，保证不因混凝土内外温差过大造成混凝土开裂。按照工程规模的大小在有代表性的位置设置温度传感器，用以监视每个测温断面在混凝土上、中、下层的温度。从以往施工经验的测温情况来看，混凝土内部温升的高峰值一般在３～５天内产生，３天内温度可上升到或接近最大温升。
６结语
近年来我国建筑防水材料发展较快，品种繁多，落后产品应淘汰，应多采用经济环保型防水材料。特别是地下工程防水应以结构自防水为主、刚柔结合、防排结合为控制手段。聚丙烯纤维混凝土在防裂、阻裂、增韧以及增强混凝土的抗渗能力具有十分优越的性能，对提高混凝土质量和延长其寿命有明显的作用。我们相信，认真贯彻工程技术规范，坚决执行有关法规制度，大力推广新材料和新技术，一定能全面提高我国建筑结构和防水工程质量。
参考文献
１游宝坤.膨胀剂对高性能混凝土的裂缝控制作用［Ｊ］.建筑技术，２００１.０１
２李光伟.聚丙烯纤维对混凝土抗裂性能的影响［Ｊ］.水电站设计.２００２.０２
３崔秀梅．浅谈混凝土裂缝的防治.《科技情报开发与经济》.２００４.１２