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摘 要:在建筑施工中，混凝土裂缝问题一直是施工人员所关心的问题之一。文章介绍了建筑施工中产生混凝土裂缝的种类,分析了混凝土裂缝产生的原因,并针对性地提出了具体的防治措施,以解决混凝土的裂缝问题,从而提高工程质量。
关键词:建筑施工，裂缝,原因,防治
一混凝土裂缝形成的原因
对混凝土建筑结构体可靠性产生疑问需要鉴定时,首先要对构件中出现的裂缝进行科学分析判断。混凝土是一种非均匀的脆性材料,它由骨料、水泥、水以及存留其中的气体组成。在温度、湿度变化及硬化产生的体积变形下,由于各组合材料变形不一致,在混凝土内部即产生用显微镜才能看得见的微细裂缝。这种微细裂缝的分布是不规则的且不连贯,但在荷载作用下或进一步温差和干缩情况下,这些裂缝的长度、宽度和数量均有相应地增大,并逐渐互相贯通,从而出现肉眼可见的较大裂缝,缝宽为0.03mm～0.05mm,称为宏观裂缝,即通常所说的裂缝。
二混凝土裂缝的种类
非结构性裂缝的种类有多种,但较常见的裂缝主要有:
（1）塑性裂缝。该种裂缝根据产生的原因分为混凝土骨料沉落裂缝、塑性收缩裂缝。
（2）收缩裂缝。该种裂缝分为干缩和凝缩(亦称为自生收缩)裂缝。
（3）温度裂缝。该种裂缝又分为截面均匀温差裂缝、截面上下温差裂缝、截面内外温差裂缝。
（4）碳化收缩裂缝。
（5）地基不均匀沉降裂缝。
（6）施工缝不当引起的裂缝。
三混凝土裂缝产生的原因
3.1塑性裂缝
混凝土浇筑后4h～15h左右,水泥水化反应激烈,分子链逐渐形成,出现泌水和水分急剧蒸发现象,引起失水收缩,是在初凝过程中发生的收缩,也称之为凝缩。此时骨料与胶合料之间也产生不均匀的沉缩变形,都发生在混凝土终凝之前,即塑性阶段产生的裂缝,故称为塑性裂缝。其产生的原因主要有以下两种。
(1)混凝土骨料沉落裂缝
混凝土在振动器和重力作用下,骨料开始下沉,水泥浆上升,并挤出部分水分和空气。这种沉落直到混凝土硬化时才停止。骨料沉落过程若受钢筋、预埋件及模板表面阻力,或两部件沉落不同而产生的一种裂缝。混凝土坍落度愈小,模板粗糙、不湿润,钢筋排列过密,混凝土振捣不实,更容易出现此类裂缝。为了避免出现此类裂缝,我们对商品混凝土采取的措施如下:
①严格控制水灰比;②振捣密实;③混凝土凝固时间不宜过短,下料不宜过快;当梁高不很大时,梁、板同时推进浇筑;④注意高温季节给硬化带来影响,采取适当缓凝措施;⑤施工中遭遇大风袭击时,采取措施避免水分剧烈蒸发,形成上部和下部硬化不均匀和差异收缩;⑥掺入减水剂和适量粉煤灰,以减少沉缩量,促进可操作性和流动性。
(2)塑性收缩裂缝
①环境条件。一般环境的相对湿度均小于100%,此时环境温度越高、风速越大,水蒸发速度也越大。水蒸发速度大于混凝土表面的泌水速度时,易产生塑性收缩裂缝。所以大风和高温季节是塑性收缩裂缝的高发季节。
②混凝土配合比。a.水泥用量。在原材料一致的情况下,高标号混凝土与低标号混凝土相比,水泥用量较多,单方用量少,水胶比低,据有关试验资料介绍的毛细管压力计算公式得知,高标号混凝土中由毛细管压力引起的表面颗粒之间的毛细管压力比低标号混凝土的大,更易出现塑性收缩裂缝。b.水灰比。不同水灰比对毛细管压力及塑性收缩应力的影响不同。为避免这类裂缝的产生,我们在混凝土浇筑后4h～5h左右及时覆盖;控制水灰比,避免使用收缩率大的水泥和水泥用量过大;浇混凝土时保持模板处于湿润状态;防止混凝土振捣不良等。对于大底板出现的塑性收缩裂缝,除改正上述缺点加以预防外,一旦出现,根据经验,可以采取二次压光和二次浇灌层加以整平。
3.2收缩裂缝
混凝土凝固过程,混凝土多余水分蒸发,体积缩小称为干缩。同时,水泥和水起作用逐渐硬化而形成水泥骨架不断紧密,体积缩小,称为凝缩(也称自收缩)。干缩和凝缩总称为收缩。收缩中以干缩为主,占总收缩量的9/10左右。收缩量随时间增长而不断加大,初期收缩较快,以后日趋缓慢。同时,收缩与养护环境有关,在水中养护还略有膨胀。据我们多年施工经验,收缩裂缝除和养护有关外,还与振捣、混凝土原材料收缩量等有关。混凝土振捣过度,表面形成水泥浆较多,则收缩量大,容易出现裂缝。采用含泥量较大的粉砂配制的混凝土,会加大收缩,也容易产生收缩裂缝。为了防止这类裂缝发生,对大跨度、大截面采用C30以上混凝土的结构,首先控制混凝土中水泥用量、水泥标号及水灰比和砂率不能过大,严格控制砂石含泥量,混凝土应振捣密实,对板面进行抹压;同时要加强混凝土早期养护,并适当延长养护时间,覆盖草帘、草袋、避免曝晒、定期洒水,保持湿润;同时混凝土配用的水泥选收缩量极小的,如矿渣水泥。
3.3温度对混凝土裂缝的影响
3.3.1内约束裂缝
由于混凝土内外温差过大而引起的。例如,混凝土养护期间受寒流侵袭,使混凝土表面急剧降温超过7℃就有可能引起混凝土表面裂缝。但据我们以往对缝深测量和某些资料介绍,其裂缝深度一般在25mm～30mm左右,表层以下保持结构完整性。
3.3.2外约束裂缝
由于混凝土体积过大,混凝土绝热温度与浇灌温度之差超过25℃以上而引起的。外约束裂缝多发生在施工后2个～3个月或更长时间,多在结构中部出现。裂缝为较深或贯穿性的,破坏结构的整体性。
四混凝土裂缝的特点和预防措施
据调查和资料介绍混凝土温度裂缝有以下特点:①裂缝发生在板上时,多为贯穿裂缝;发生在梁上时,多为表面裂缝。②梁板式结构或长度较大的結构,裂缝多是平行于短边。③大面积结构,裂缝多是纵横交错。④裂缝宽度大小不一,一般在0.5mm以下,且沿结构全长没有多大变化。⑤裂缝宽度受温度变化影响较明显,冬季较宽,夏季较细。⑥大多数温度裂缝沿结构截面高度呈现上宽下窄状,但个别亦有下宽上窄情况。遇上下边缘区配筋较多的结构,有时亦出现中间宽、两端窄的菱形裂缝。⑦裂缝发生前据试验所知会发出类似断弦、断索的声音。
预防产生温度裂缝从施工角度采取以下主要措施:①尽量选择温度低的季节浇筑混凝土,尤其避开炎热天气浇筑大体积混凝土。②选用水化热和收缩小的水泥。③对于大体积混凝土,分层浇筑,每层厚度不大于30cm,以加快热量散发,并使温度均匀分布。同时混凝土适当预留一些孔道,采取通冷水、冷气降温。④浇筑混凝土后,表面及时用草帘或草袋、锯末、砂等覆盖,并洒水养护。⑤在岩石地基或较厚大的混凝土垫层上浇筑大体积混凝土,一般可在岩石地基或混凝土垫层上浇沥青并撒铺5mm厚砂子,也可采用二层油毡纸,以消除或减少约束作用。⑥按设计要求设置后浇带,后浇带施工严格按有关规定执行。
4.1碳化收缩裂缝
4.1.1影响碳化的因素
影响混凝土碳化的因素十分复杂,不仅有原材料、施工工艺方面的因素,还有混凝土周围介质方面的因素。但一般从混凝土的自身因素与混凝土的外界环境因素分析找出影响混凝土碳化的原因。①混凝土的自身因素影响。混凝土是由各种原材料组成的,所以其各项性能都取决于各种原材料的性能。混凝土的抗碳化性能也不能例外。此外,混凝土的密实程度也影响着混凝土的碳化。②外界环境因素的影响。任何化学反应都要有适当的外部条件,碳化反应也不例外。其需要有CO2和H2O存在才能正常进行。只有适宜的相对湿度才会使碳化速度加快。
4.1.2预防碳化的措施
①控制好混凝土的碱性范围。选择水泥和配合比时,要充分考虑到混凝土中Ca(OH)2的含量。其含量过低,则对混凝土的碳化不利;含量过高,将会给碱—集料反应提供条件。②在施工过程中要按照要求尽可能地将混凝土振实,提高混凝土的密实度③在有条件的情况下,改变建筑物所处环境,抑制碳化速度。④选用能降低气体渗透率的无色透明涂料,涂于成型后的混凝土表面,达到防止混凝土表面碳化的目的。⑤在混凝土配合比设计时,尽量降低混凝土的水灰比,提高密实度以减少碳化作用。
4.2地基不均匀沉降裂缝
4.2.1地基沉降裂缝的特征
地基不均匀沉降引起上部结构的裂缝,本质上虽然亦是强度裂缝,但它与荷载作用的强度裂缝有很大区别,荷载强度裂缝是由荷载引起的,裂缝与荷载相对应,意味着承载力不足。地基沉降裂缝由地基变形引起,是与地基沉降曲线相对应的,这会影响上部结构的整体性。
4.2.2减少不均匀沉降的措施
①安排好施工顺序:一般是先重后轻,先高后低,先沉降量大后沉降量小的施工顺序,调整其沉降差。②控制现场施工排水和雨水走向,避免大量排水侵入地基造成局部沉降。③设置后浇带,待基础沉降基本完成后,补浇后浇带混凝土。④加强观察,控制沉降率。
4.2.3施工缝不当引起的裂缝
浇灌钢筋混凝土结构时,最好是连续浇筑。但有些工程混凝土量太大,而实际施工受到人力、时间、材料供应、设备能力以及模板、钢筋的安装等条件限制,不得不中断浇灌,待再浇筑时,新旧混凝土间形成一条接缝,称为施工缝。施工缝如处理不好,往往会形成弱点,再由混凝土收缩或受力变形后呈现裂缝。浇灌钢筋混凝土结构时,如必须设置施工缝时,施工缝严格按设计和施工验收规范要求施工。在施工缝位置作下道工序施工时,清理好施工缝部位,按施工工艺和操作规定,作后道工序施工。待一切符合有关规定后,在条件允许情况下再做注水试验或泼水试验。
五结束语
混凝土裂缝问题一直严重困扰着建筑的施工质量,在混凝土结构设计、生产、施工过程中,可以有针对性地采取严格执行混凝土结构设计规范、加强对原材料与配合比的合理选择、改善结构应力约束条件、规范科学施工方法、重视混凝土保温、保湿养护等技术措施控制裂缝,以确保工程质量。
关键词:建筑施工，裂缝,原因,防治
一混凝土裂缝形成的原因
对混凝土建筑结构体可靠性产生疑问需要鉴定时,首先要对构件中出现的裂缝进行科学分析判断。混凝土是一种非均匀的脆性材料,它由骨料、水泥、水以及存留其中的气体组成。在温度、湿度变化及硬化产生的体积变形下,由于各组合材料变形不一致,在混凝土内部即产生用显微镜才能看得见的微细裂缝。这种微细裂缝的分布是不规则的且不连贯,但在荷载作用下或进一步温差和干缩情况下,这些裂缝的长度、宽度和数量均有相应地增大,并逐渐互相贯通,从而出现肉眼可见的较大裂缝,缝宽为0.03mm～0.05mm,称为宏观裂缝,即通常所说的裂缝。
二混凝土裂缝的种类
非结构性裂缝的种类有多种,但较常见的裂缝主要有:
（1）塑性裂缝。该种裂缝根据产生的原因分为混凝土骨料沉落裂缝、塑性收缩裂缝。
（2）收缩裂缝。该种裂缝分为干缩和凝缩(亦称为自生收缩)裂缝。
（3）温度裂缝。该种裂缝又分为截面均匀温差裂缝、截面上下温差裂缝、截面内外温差裂缝。
（4）碳化收缩裂缝。
（5）地基不均匀沉降裂缝。
（6）施工缝不当引起的裂缝。
三混凝土裂缝产生的原因
3.1塑性裂缝
混凝土浇筑后4h～15h左右,水泥水化反应激烈,分子链逐渐形成,出现泌水和水分急剧蒸发现象,引起失水收缩,是在初凝过程中发生的收缩,也称之为凝缩。此时骨料与胶合料之间也产生不均匀的沉缩变形,都发生在混凝土终凝之前,即塑性阶段产生的裂缝,故称为塑性裂缝。其产生的原因主要有以下两种。
(1)混凝土骨料沉落裂缝
混凝土在振动器和重力作用下,骨料开始下沉,水泥浆上升,并挤出部分水分和空气。这种沉落直到混凝土硬化时才停止。骨料沉落过程若受钢筋、预埋件及模板表面阻力,或两部件沉落不同而产生的一种裂缝。混凝土坍落度愈小,模板粗糙、不湿润,钢筋排列过密,混凝土振捣不实,更容易出现此类裂缝。为了避免出现此类裂缝,我们对商品混凝土采取的措施如下:
①严格控制水灰比;②振捣密实;③混凝土凝固时间不宜过短,下料不宜过快;当梁高不很大时,梁、板同时推进浇筑;④注意高温季节给硬化带来影响,采取适当缓凝措施;⑤施工中遭遇大风袭击时,采取措施避免水分剧烈蒸发,形成上部和下部硬化不均匀和差异收缩;⑥掺入减水剂和适量粉煤灰,以减少沉缩量,促进可操作性和流动性。
(2)塑性收缩裂缝
①环境条件。一般环境的相对湿度均小于100%,此时环境温度越高、风速越大,水蒸发速度也越大。水蒸发速度大于混凝土表面的泌水速度时,易产生塑性收缩裂缝。所以大风和高温季节是塑性收缩裂缝的高发季节。
②混凝土配合比。a.水泥用量。在原材料一致的情况下,高标号混凝土与低标号混凝土相比,水泥用量较多,单方用量少,水胶比低,据有关试验资料介绍的毛细管压力计算公式得知,高标号混凝土中由毛细管压力引起的表面颗粒之间的毛细管压力比低标号混凝土的大,更易出现塑性收缩裂缝。b.水灰比。不同水灰比对毛细管压力及塑性收缩应力的影响不同。为避免这类裂缝的产生,我们在混凝土浇筑后4h～5h左右及时覆盖;控制水灰比,避免使用收缩率大的水泥和水泥用量过大;浇混凝土时保持模板处于湿润状态;防止混凝土振捣不良等。对于大底板出现的塑性收缩裂缝,除改正上述缺点加以预防外,一旦出现,根据经验,可以采取二次压光和二次浇灌层加以整平。
3.2收缩裂缝
混凝土凝固过程,混凝土多余水分蒸发,体积缩小称为干缩。同时,水泥和水起作用逐渐硬化而形成水泥骨架不断紧密,体积缩小,称为凝缩(也称自收缩)。干缩和凝缩总称为收缩。收缩中以干缩为主,占总收缩量的9/10左右。收缩量随时间增长而不断加大,初期收缩较快,以后日趋缓慢。同时,收缩与养护环境有关,在水中养护还略有膨胀。据我们多年施工经验,收缩裂缝除和养护有关外,还与振捣、混凝土原材料收缩量等有关。混凝土振捣过度,表面形成水泥浆较多,则收缩量大,容易出现裂缝。采用含泥量较大的粉砂配制的混凝土,会加大收缩,也容易产生收缩裂缝。为了防止这类裂缝发生,对大跨度、大截面采用C30以上混凝土的结构,首先控制混凝土中水泥用量、水泥标号及水灰比和砂率不能过大,严格控制砂石含泥量,混凝土应振捣密实,对板面进行抹压;同时要加强混凝土早期养护,并适当延长养护时间,覆盖草帘、草袋、避免曝晒、定期洒水,保持湿润;同时混凝土配用的水泥选收缩量极小的,如矿渣水泥。
3.3温度对混凝土裂缝的影响
3.3.1内约束裂缝
由于混凝土内外温差过大而引起的。例如,混凝土养护期间受寒流侵袭,使混凝土表面急剧降温超过7℃就有可能引起混凝土表面裂缝。但据我们以往对缝深测量和某些资料介绍,其裂缝深度一般在25mm～30mm左右,表层以下保持结构完整性。
3.3.2外约束裂缝
由于混凝土体积过大,混凝土绝热温度与浇灌温度之差超过25℃以上而引起的。外约束裂缝多发生在施工后2个～3个月或更长时间,多在结构中部出现。裂缝为较深或贯穿性的,破坏结构的整体性。
四混凝土裂缝的特点和预防措施
据调查和资料介绍混凝土温度裂缝有以下特点:①裂缝发生在板上时,多为贯穿裂缝;发生在梁上时,多为表面裂缝。②梁板式结构或长度较大的結构,裂缝多是平行于短边。③大面积结构,裂缝多是纵横交错。④裂缝宽度大小不一,一般在0.5mm以下,且沿结构全长没有多大变化。⑤裂缝宽度受温度变化影响较明显,冬季较宽,夏季较细。⑥大多数温度裂缝沿结构截面高度呈现上宽下窄状,但个别亦有下宽上窄情况。遇上下边缘区配筋较多的结构,有时亦出现中间宽、两端窄的菱形裂缝。⑦裂缝发生前据试验所知会发出类似断弦、断索的声音。
预防产生温度裂缝从施工角度采取以下主要措施:①尽量选择温度低的季节浇筑混凝土,尤其避开炎热天气浇筑大体积混凝土。②选用水化热和收缩小的水泥。③对于大体积混凝土,分层浇筑,每层厚度不大于30cm,以加快热量散发,并使温度均匀分布。同时混凝土适当预留一些孔道,采取通冷水、冷气降温。④浇筑混凝土后,表面及时用草帘或草袋、锯末、砂等覆盖,并洒水养护。⑤在岩石地基或较厚大的混凝土垫层上浇筑大体积混凝土,一般可在岩石地基或混凝土垫层上浇沥青并撒铺5mm厚砂子,也可采用二层油毡纸,以消除或减少约束作用。⑥按设计要求设置后浇带,后浇带施工严格按有关规定执行。
4.1碳化收缩裂缝
4.1.1影响碳化的因素
影响混凝土碳化的因素十分复杂,不仅有原材料、施工工艺方面的因素,还有混凝土周围介质方面的因素。但一般从混凝土的自身因素与混凝土的外界环境因素分析找出影响混凝土碳化的原因。①混凝土的自身因素影响。混凝土是由各种原材料组成的,所以其各项性能都取决于各种原材料的性能。混凝土的抗碳化性能也不能例外。此外,混凝土的密实程度也影响着混凝土的碳化。②外界环境因素的影响。任何化学反应都要有适当的外部条件,碳化反应也不例外。其需要有CO2和H2O存在才能正常进行。只有适宜的相对湿度才会使碳化速度加快。
4.1.2预防碳化的措施
①控制好混凝土的碱性范围。选择水泥和配合比时,要充分考虑到混凝土中Ca(OH)2的含量。其含量过低,则对混凝土的碳化不利;含量过高,将会给碱—集料反应提供条件。②在施工过程中要按照要求尽可能地将混凝土振实,提高混凝土的密实度③在有条件的情况下,改变建筑物所处环境,抑制碳化速度。④选用能降低气体渗透率的无色透明涂料,涂于成型后的混凝土表面,达到防止混凝土表面碳化的目的。⑤在混凝土配合比设计时,尽量降低混凝土的水灰比,提高密实度以减少碳化作用。
4.2地基不均匀沉降裂缝
4.2.1地基沉降裂缝的特征
地基不均匀沉降引起上部结构的裂缝,本质上虽然亦是强度裂缝,但它与荷载作用的强度裂缝有很大区别,荷载强度裂缝是由荷载引起的,裂缝与荷载相对应,意味着承载力不足。地基沉降裂缝由地基变形引起,是与地基沉降曲线相对应的,这会影响上部结构的整体性。
4.2.2减少不均匀沉降的措施
①安排好施工顺序:一般是先重后轻,先高后低,先沉降量大后沉降量小的施工顺序,调整其沉降差。②控制现场施工排水和雨水走向,避免大量排水侵入地基造成局部沉降。③设置后浇带,待基础沉降基本完成后,补浇后浇带混凝土。④加强观察,控制沉降率。
4.2.3施工缝不当引起的裂缝
浇灌钢筋混凝土结构时,最好是连续浇筑。但有些工程混凝土量太大,而实际施工受到人力、时间、材料供应、设备能力以及模板、钢筋的安装等条件限制,不得不中断浇灌,待再浇筑时,新旧混凝土间形成一条接缝,称为施工缝。施工缝如处理不好,往往会形成弱点,再由混凝土收缩或受力变形后呈现裂缝。浇灌钢筋混凝土结构时,如必须设置施工缝时,施工缝严格按设计和施工验收规范要求施工。在施工缝位置作下道工序施工时,清理好施工缝部位,按施工工艺和操作规定,作后道工序施工。待一切符合有关规定后,在条件允许情况下再做注水试验或泼水试验。
五结束语
混凝土裂缝问题一直严重困扰着建筑的施工质量,在混凝土结构设计、生产、施工过程中,可以有针对性地采取严格执行混凝土结构设计规范、加强对原材料与配合比的合理选择、改善结构应力约束条件、规范科学施工方法、重视混凝土保温、保湿养护等技术措施控制裂缝,以确保工程质量。