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摘要:目前,我国正处于城镇化快速发展阶段。混凝土作为建设工程中广泛使用的一种建筑材料,在我国工业与民用建筑、水利、路桥等各种工程中占结构主导地位。然而,随着建筑施工中高强混凝土、泵送混凝土的推广应用,裂缝成为混凝土施工中较为突出的问题,也是需要控制的质量通病。大量关于混凝土强度的微观研究表明,作为材料本身的一种特性,混凝土裂缝难以避免,但如不加以控制,当混凝土裂缝的宽度超过规定的限值时,则会影响建筑的可靠性。因此,需要采取措施对它进行控制。笔者结合自己的工作经历,主要从建筑施工中混凝土裂缝产生的原因、以及混凝土裂缝的控制方法两方面进行探讨,对混凝土裂缝产生的原因进行剖析,对混凝土裂缝控制技术提出几点建议。
关键词:混凝土裂缝;混凝土裂缝产生的原因;混凝土裂缝的处理及预防
1 混凝土裂缝的分类
裂缝可分为结构性裂缝与非结构性裂缝。
1.1 结构性裂缝:也称为荷载裂缝,由各种外加荷载引起。包括由外荷载的直接应力及荷载作用下产生的结构次应力造成的裂缝。裂缝控制分为三个等级,对(1)、(2)等级的混凝土构件,一般只有预应力构件才能达到裂缝控制要求,第(3)级允许出现裂缝,但裂缝宽度不能超过允许值;
1.2 非结构性裂缝:由干缩、温差以及不均匀沉降等原因引起。此类裂缝是由在结构变形受限时引起的内应力造成,分为收缩裂缝、温度裂缝和沉降裂缝几大类:
(1)收缩裂缝:非结构裂缝中大部分均为收缩裂缝。混凝土硬化过程中,不参与水化的水分以游离态存在,并在硬化过程中逐步蒸发,从而使混凝土内部形成大量毛细孔,造成混凝土体积收缩形成裂缝。
(2)温度裂缝:混凝土在硬化过程中水泥会释放出大量水化热,造成结构内部温度不断上升,在混凝土表面形成拉应力;而在后期由于受到体积变形的约束,又会在混凝土内部形成拉应力。当产生的拉应力超过混凝土某一部位的抗拉强度时,即会导致裂缝的产生。
(3)沉降裂缝:此类裂缝多为深进或贯穿性裂缝,裂缝呈梭形,由于不均匀沉降,或者模板刚度不足,模板支撑间距过大或支撑底部松动等导致,其走向与沉陷情况有关,一般沿与地面垂直或呈30~45 度角方向发展。地基变形稳定之后,沉陷裂缝也基本趋于稳定。
2 混凝土裂缝产生的原因分析
混凝土裂缝产生的原因较多,设计、施工、使用阶段以及环境因素都可能成为裂缝产生的原因。
2.1 设计阶段:
(1)水泥选用不合理。大体积混凝土应优先使用矿渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥及复合水泥,硅酸盐水泥水化热较大,不宜使用;
(2)水泥用量过大。资料显示:用水量不变,水泥用量每增加10%,混凝土收缩增加5%;
(3)水灰比过大,导致混凝土收缩量过大;
(4)混凝土级配不良或采取不恰当的间断级配,易导致混凝土收缩增大;
(5)温度钢筋等构造钢筋数量不足。
2.2 施工阶段:
(1)施工过程中最为常见的是温度引起的裂缝。混凝土硬化期间释放出大量的水化热,导致内部温度不断上升,或由于气温降低导致混凝土表面温度下降,造成混凝土内外温差过大,这些都会在混凝土表面产生拉应力,尤其对于大体积混凝土更为明显。当拉应力超出混凝土抗拉能力时,混凝土表面就会出现裂缝。
(2)振捣过程中漏振、过振,或由于混凝土内部钢筋过密,影响了混凝土的密实性和均匀性,导致内部裂缝的生成;
(3)二次抹面不到位,混凝土表面易产生收缩裂缝;
(4)拆模过早或拆模方式不当,拆模后过早增加荷载。
2.3 使用阶段:
(1)随意增加楼板荷载,造成楼板荷载过大;
(2)装修过程中随意凿除承重墙体,破坏原有结构。
2.4 环境因素:
(1)结构基础出现不均匀沉降,可能导致混凝土被拉裂。随着沉降趋于稳定,裂缝宽度不再增长;
(2)由于混凝土密实度不足或碳化,混凝土内部钢筋出现锈蚀,铁锈体积膨胀对混凝土挤压,导致混凝土涨裂;
(3)地震、火灾等意外事件。
3 混凝土裂缝处理方法
混凝土裂缝处理方法主要有表面处理法、填充法、灌浆法等。在施工现场要根据具体情况选用最合适的方法,以达到既定的效果。
3.1 表面处理法:也称为表面封闭法,包括表面涂抹法和表面补贴法。
表面涂抹法适用于浆材难以灌入的细而浅的裂缝(宽度一般小于0.2mm)、深度未达到钢筋表面的发丝裂缝、不漏水的缝、或者是不伸缩的裂缝以及不再活动的裂缝,可将聚合物水泥膏、弹性密封胶等涂刷于裂缝表面,施工工艺较为简单,但要注意采用延伸率较大的弹性材料。
表面贴补(土工膜或其它防水片)法适用于大面积漏水,如蜂窝麻面等或不易确定具体漏水位置、变形缝等的防渗堵漏。
3.2 开槽法:也称为填堵法,一般用来修补大于0.5mm,较宽的裂缝,作业简单,费用低。修补前沿着裂缝在混凝土表面凿出U型或V型槽,将搅拌好的环氧树脂砂浆嵌入预先凿出的槽内,并在施工结束后两小时内及时用毛毡覆盖,终凝后用水养护。
3.3 灌浆法:此方法属于传统方法,应用范围较广,从细微裂缝到大裂缝均可适用,处理效果好。
修补工序如下:裂缝清理—埋设浆嘴—封缝—密封检查—配置灌浆液—压力灌浆—二次灌浆—清理表面。灌浆一般在埋设浆嘴的第二天进行,气温高时半天也可进行灌浆。灌浆一般采取由上往下,水平缝一般从一端到另一端逐个进行。为了确保灌浆液充满,灌浆后半小时可进行二次灌浆。灌浆后待浆液初凝后方可拆下浆嘴。
3.4 置换混凝土法:对于受到严重破坏的混凝土十分有效,施工方法为先剔除受损的混凝土,再将新混凝土以及其他的材料置换进去,一般来说,置换材料包括聚合物、水泥砂浆、改性砂浆或混凝土等。
4 混凝土裂缝预防与控制
4.1 设计阶段:
(1)做好混凝土配合比设计。在保证混凝土和易性的情况下,应尽可能的降低混凝土的水灰比,同时增配温度钢筋、构造钢筋等以提高抗裂性能。在易产生应力集中的薄弱环节采取加强措施,提高混凝土的极限拉伸强度。
(2)注意地基基底土质不同部位的基础处理方式,合理设置沉降缝;
(3)结构设计中应充分考虑施工时的气候特征,合理设置后浇带,在正常施工条件下,后浇带间距20~30m。
4.2 施工阶段:
(1)控制混凝土的水灰比,降低混凝土坍落度,可掺入缓凝、减水、微膨胀外加剂;
(2)控制混凝土的入仓温度,如降低拌合水的温度、骨料用水冲洗降温等。混凝土泵送时,在水平及垂直泵管上加盖草袋,并喷冷水进行降温。大体积混凝土施工时控制混凝土里表温差不宜大于25℃,表面与大气温差不宜大于20℃,混凝土降温速率不宜大于2.0℃/d;
(3)合理留置施工缝。垂直施工缝应留置在变截面处或受弯剪应力较小的部位,水平施工缝应远离受拉钢筋部位而设置在混凝土受压区;
(4)大体积混凝土浇筑宜采用二次振捣工艺,排除混凝土因泌水在粗骨料及水平钢筋下部形成的空隙,防止因混凝土沉落出现裂缝;
(5)及时覆盖保温保湿材料,做好后期养护。养护的目的是缩小硬化过程中混凝土内外的温差,减小温度应力,养护过程中要加强测温管理。
4.3 使用阶段:
(1)装饰装修工程涉及主体和承重结构改动或增加荷载时,必须由原结构设计单位或具备相应资质的设计单位核查有关原始资料,对既有建筑结构的安全性进行核验、确认;
(2)做好建筑物变形观测,发现变形量或变形速率出现异常变化,或周边建筑及地表出现异常时,观测方须立即报告委托方。
5 总结
混凝土裂缝的控制方法始终受到工程行业人士的关注、研究及探讨。科学地对待裂缝问题,是在科学研究及大量工程实践的基础上,采取有效措施将裂缝的危害程度控制在允许的范围内。要做到这一点,需要设计、施工人员在工作过程中多观察比较、多总结经验,也需要科研人员多进行針对性的研究,同时要在社会上普及合理使用。
关键词:混凝土裂缝;混凝土裂缝产生的原因;混凝土裂缝的处理及预防
1 混凝土裂缝的分类
裂缝可分为结构性裂缝与非结构性裂缝。
1.1 结构性裂缝:也称为荷载裂缝,由各种外加荷载引起。包括由外荷载的直接应力及荷载作用下产生的结构次应力造成的裂缝。裂缝控制分为三个等级,对(1)、(2)等级的混凝土构件,一般只有预应力构件才能达到裂缝控制要求,第(3)级允许出现裂缝,但裂缝宽度不能超过允许值;
1.2 非结构性裂缝:由干缩、温差以及不均匀沉降等原因引起。此类裂缝是由在结构变形受限时引起的内应力造成,分为收缩裂缝、温度裂缝和沉降裂缝几大类:
(1)收缩裂缝:非结构裂缝中大部分均为收缩裂缝。混凝土硬化过程中,不参与水化的水分以游离态存在,并在硬化过程中逐步蒸发,从而使混凝土内部形成大量毛细孔,造成混凝土体积收缩形成裂缝。
(2)温度裂缝:混凝土在硬化过程中水泥会释放出大量水化热,造成结构内部温度不断上升,在混凝土表面形成拉应力;而在后期由于受到体积变形的约束,又会在混凝土内部形成拉应力。当产生的拉应力超过混凝土某一部位的抗拉强度时,即会导致裂缝的产生。
(3)沉降裂缝:此类裂缝多为深进或贯穿性裂缝,裂缝呈梭形,由于不均匀沉降,或者模板刚度不足,模板支撑间距过大或支撑底部松动等导致,其走向与沉陷情况有关,一般沿与地面垂直或呈30~45 度角方向发展。地基变形稳定之后,沉陷裂缝也基本趋于稳定。
2 混凝土裂缝产生的原因分析
混凝土裂缝产生的原因较多,设计、施工、使用阶段以及环境因素都可能成为裂缝产生的原因。
2.1 设计阶段:
(1)水泥选用不合理。大体积混凝土应优先使用矿渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥及复合水泥,硅酸盐水泥水化热较大,不宜使用;
(2)水泥用量过大。资料显示:用水量不变,水泥用量每增加10%,混凝土收缩增加5%;
(3)水灰比过大,导致混凝土收缩量过大;
(4)混凝土级配不良或采取不恰当的间断级配,易导致混凝土收缩增大;
(5)温度钢筋等构造钢筋数量不足。
2.2 施工阶段:
(1)施工过程中最为常见的是温度引起的裂缝。混凝土硬化期间释放出大量的水化热,导致内部温度不断上升,或由于气温降低导致混凝土表面温度下降,造成混凝土内外温差过大,这些都会在混凝土表面产生拉应力,尤其对于大体积混凝土更为明显。当拉应力超出混凝土抗拉能力时,混凝土表面就会出现裂缝。
(2)振捣过程中漏振、过振,或由于混凝土内部钢筋过密,影响了混凝土的密实性和均匀性,导致内部裂缝的生成;
(3)二次抹面不到位,混凝土表面易产生收缩裂缝;
(4)拆模过早或拆模方式不当,拆模后过早增加荷载。
2.3 使用阶段:
(1)随意增加楼板荷载,造成楼板荷载过大;
(2)装修过程中随意凿除承重墙体,破坏原有结构。
2.4 环境因素:
(1)结构基础出现不均匀沉降,可能导致混凝土被拉裂。随着沉降趋于稳定,裂缝宽度不再增长;
(2)由于混凝土密实度不足或碳化,混凝土内部钢筋出现锈蚀,铁锈体积膨胀对混凝土挤压,导致混凝土涨裂;
(3)地震、火灾等意外事件。
3 混凝土裂缝处理方法
混凝土裂缝处理方法主要有表面处理法、填充法、灌浆法等。在施工现场要根据具体情况选用最合适的方法,以达到既定的效果。
3.1 表面处理法:也称为表面封闭法,包括表面涂抹法和表面补贴法。
表面涂抹法适用于浆材难以灌入的细而浅的裂缝(宽度一般小于0.2mm)、深度未达到钢筋表面的发丝裂缝、不漏水的缝、或者是不伸缩的裂缝以及不再活动的裂缝,可将聚合物水泥膏、弹性密封胶等涂刷于裂缝表面,施工工艺较为简单,但要注意采用延伸率较大的弹性材料。
表面贴补(土工膜或其它防水片)法适用于大面积漏水,如蜂窝麻面等或不易确定具体漏水位置、变形缝等的防渗堵漏。
3.2 开槽法:也称为填堵法,一般用来修补大于0.5mm,较宽的裂缝,作业简单,费用低。修补前沿着裂缝在混凝土表面凿出U型或V型槽,将搅拌好的环氧树脂砂浆嵌入预先凿出的槽内,并在施工结束后两小时内及时用毛毡覆盖,终凝后用水养护。
3.3 灌浆法:此方法属于传统方法,应用范围较广,从细微裂缝到大裂缝均可适用,处理效果好。
修补工序如下:裂缝清理—埋设浆嘴—封缝—密封检查—配置灌浆液—压力灌浆—二次灌浆—清理表面。灌浆一般在埋设浆嘴的第二天进行,气温高时半天也可进行灌浆。灌浆一般采取由上往下,水平缝一般从一端到另一端逐个进行。为了确保灌浆液充满,灌浆后半小时可进行二次灌浆。灌浆后待浆液初凝后方可拆下浆嘴。
3.4 置换混凝土法:对于受到严重破坏的混凝土十分有效,施工方法为先剔除受损的混凝土,再将新混凝土以及其他的材料置换进去,一般来说,置换材料包括聚合物、水泥砂浆、改性砂浆或混凝土等。
4 混凝土裂缝预防与控制
4.1 设计阶段:
(1)做好混凝土配合比设计。在保证混凝土和易性的情况下,应尽可能的降低混凝土的水灰比,同时增配温度钢筋、构造钢筋等以提高抗裂性能。在易产生应力集中的薄弱环节采取加强措施,提高混凝土的极限拉伸强度。
(2)注意地基基底土质不同部位的基础处理方式,合理设置沉降缝;
(3)结构设计中应充分考虑施工时的气候特征,合理设置后浇带,在正常施工条件下,后浇带间距20~30m。
4.2 施工阶段:
(1)控制混凝土的水灰比,降低混凝土坍落度,可掺入缓凝、减水、微膨胀外加剂;
(2)控制混凝土的入仓温度,如降低拌合水的温度、骨料用水冲洗降温等。混凝土泵送时,在水平及垂直泵管上加盖草袋,并喷冷水进行降温。大体积混凝土施工时控制混凝土里表温差不宜大于25℃,表面与大气温差不宜大于20℃,混凝土降温速率不宜大于2.0℃/d;
(3)合理留置施工缝。垂直施工缝应留置在变截面处或受弯剪应力较小的部位,水平施工缝应远离受拉钢筋部位而设置在混凝土受压区;
(4)大体积混凝土浇筑宜采用二次振捣工艺,排除混凝土因泌水在粗骨料及水平钢筋下部形成的空隙,防止因混凝土沉落出现裂缝;
(5)及时覆盖保温保湿材料,做好后期养护。养护的目的是缩小硬化过程中混凝土内外的温差,减小温度应力,养护过程中要加强测温管理。
4.3 使用阶段:
(1)装饰装修工程涉及主体和承重结构改动或增加荷载时,必须由原结构设计单位或具备相应资质的设计单位核查有关原始资料,对既有建筑结构的安全性进行核验、确认;
(2)做好建筑物变形观测,发现变形量或变形速率出现异常变化,或周边建筑及地表出现异常时,观测方须立即报告委托方。
5 总结
混凝土裂缝的控制方法始终受到工程行业人士的关注、研究及探讨。科学地对待裂缝问题,是在科学研究及大量工程实践的基础上,采取有效措施将裂缝的危害程度控制在允许的范围内。要做到这一点,需要设计、施工人员在工作过程中多观察比较、多总结经验,也需要科研人员多进行針对性的研究,同时要在社会上普及合理使用。