混凝土結(jié)構(gòu)早期裂縫控制措施探討

摘要：文章對混凝土裂縫進(jìn)行了分類，從水泥水化熱、混凝土收縮、荷載因素、溫度變化以及施工因素等多角度對混凝土結(jié)構(gòu)早期裂縫成因進(jìn)行了分析，最后針對性的提出了解決措施。 

　　關(guān)鍵詞：混凝土；結(jié)構(gòu)；早期；裂縫 

　　0 引言 

　　當(dāng)前現(xiàn)代建筑及基礎(chǔ)設(shè)施多采用混凝土和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，該類結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中裂縫是一項(xiàng)重要控制指標(biāo)，由于裂縫的存在不僅影響建筑的安全性、耐久性和使用功能，且在舒適性方面也很難叫用戶接受。裂縫從發(fā)生時(shí)間可分為在結(jié)構(gòu)初期形成的裂縫和結(jié)構(gòu)投入使用后由于荷載作用而產(chǎn)生的裂縫，其中早期裂縫一旦產(chǎn)生而不采取措施治理則會(huì)發(fā)展嚴(yán)重帶來更大的隱患，因此分析早期裂縫產(chǎn)生原因并提出針對性的控制措施具有非�，F(xiàn)實(shí)的意義。 

　　1 混凝土裂縫分類［1］ 

　　按照發(fā)生時(shí)間混凝土裂縫可分為硬化前裂縫和硬化后裂縫，硬化前裂縫包括位移引起的裂縫、塑性階段裂縫、早期受凍引起的裂縫；硬化后裂縫包括體積變化引起的裂縫、荷載引起的裂縫和物理化學(xué)反應(yīng)引起的裂縫。 

　　按照產(chǎn)生原因可分為塑性沉降裂縫，即混凝土骨料在沉降時(shí)受到阻礙產(chǎn)生的裂縫；塑性收縮裂縫，是指混凝土澆筑后在塑性狀態(tài)下表面水分蒸發(fā)過快導(dǎo)致；溫度應(yīng)力裂縫，混凝土澆筑后水化熱不宜散發(fā)導(dǎo)致內(nèi)部溫度升高，而表面散熱較快而形成較大的內(nèi)外溫差和應(yīng)力而產(chǎn)生的裂縫；施工質(zhì)量導(dǎo)致裂縫，施工中工藝不合理或施工質(zhì)量低劣而生成的裂縫；原材料引起的裂縫，采用原材料質(zhì)量不合格導(dǎo)致出現(xiàn)的裂縫。 

　　2 混凝土結(jié)構(gòu)早期裂縫成因分析 

　　2.1 水泥水化熱作用 

　　混凝土在拌和、運(yùn)輸、澆筑、振搗及硬化過程中水泥與水發(fā)生水化反應(yīng)而釋放大量的熱能，導(dǎo)致混凝土溫度升高，整個(gè)水化反應(yīng)有兩次升溫和降溫過程，當(dāng)內(nèi)部溫度升高而混凝土表面由于環(huán)境溫度較低而降低，則混凝土內(nèi)部溫度升高使內(nèi)部體積膨脹，而降溫則使混凝土表面收縮，膨脹使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力，而收縮則使其表面產(chǎn)生拉應(yīng)力，一旦壓應(yīng)力和拉應(yīng)力超過混凝土自身抗壓和抗拉強(qiáng)度則混凝土?xí)�產(chǎn)生裂縫。該種現(xiàn)象在高標(biāo)號混凝土、水泥用量大的混凝土和使用水化熱較大的水泥的混凝土中較為明顯。 

　　2.2 混凝土收縮作用 

　　化學(xué)收縮。水泥在水化過程中固體體積增加，但總體系的絕對總體積減小，即化學(xué)收縮的作用，化學(xué)收縮與水泥中氧化鎂和三氧化硫含量相關(guān)，且摻加的礦物量越大則其活性越高，化學(xué)收縮也越大。 

　　干縮�；炷�土在硬化過程中大部分水被蒸發(fā)掉，在蒸發(fā)過程中混凝土則會(huì)發(fā)生干縮變形，且在硬化過程中由于集料的約束，水泥膠結(jié)料的體積改變不均勻，導(dǎo)致膠結(jié)料與骨料的交界面在施加荷載前則產(chǎn)生了不均勻的拉應(yīng)力；在混凝土養(yǎng)護(hù)完成后在不飽和的空氣中失去內(nèi)部毛細(xì)孔和逆膠孔的吸附水而產(chǎn)生不可逆收縮，且隨著相對溫度的降低，水泥漿體的干縮增大而導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生。 

　　塑性收縮�；炷�土在塑性階段因失水而產(chǎn)生的收縮，混凝土在養(yǎng)護(hù)期間表面失水超過內(nèi)部，水向表面遷移的速率將會(huì)造成毛細(xì)管內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓而使?jié){體產(chǎn)生收縮，最終導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生。其影響因素主要包括水灰比、細(xì)摻料、混凝土溫度凝結(jié)時(shí)間以及環(huán)境溫度和相對濕度等［2］。 

　　自收縮。硬化過程中混凝土內(nèi)部相對溫度隨水化過程進(jìn)展而降低，導(dǎo)致毛細(xì)孔內(nèi)水分不飽和而產(chǎn)生壓力差，當(dāng)該壓力差為負(fù)值時(shí)則會(huì)引起混凝土的自收縮，若水灰比較高則自收縮量較小可忽略不計(jì)。 

　　2.3 荷載因素 

　　直接應(yīng)力裂縫。是指由外荷載直接應(yīng)力引起的裂縫，其形成原因主要包括設(shè)計(jì)過程中內(nèi)力和配筋計(jì)算錯(cuò)誤、設(shè)計(jì)斷面或結(jié)構(gòu)剛度不足等；施工中對圖紙理解不清而改變結(jié)構(gòu)受力模式等。 

　　次應(yīng)力裂縫。是指因外荷載引起的次生應(yīng)力產(chǎn)生的裂縫，是指在設(shè)計(jì)外荷載作用下結(jié)構(gòu)的實(shí)際工作狀態(tài)與常規(guī)計(jì)算存在較大出入導(dǎo)致在某些部位引起次應(yīng)力而導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生；在結(jié)構(gòu)中進(jìn)行鑿槽、開洞以及設(shè)置牛腿等給受力構(gòu)件挖孔的施工，孔洞附近將會(huì)導(dǎo)致力流產(chǎn)生繞射現(xiàn)象，即產(chǎn)生較大的集中應(yīng)力，最終導(dǎo)致結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)角部位或構(gòu)件形態(tài)突變部位出現(xiàn)裂縫。 

　　2.4 溫度變化因素 

　　溫度裂縫一般出現(xiàn)在配筋薄弱部位，混凝土在拆模后若遇到短期內(nèi)大幅度降溫導(dǎo)致構(gòu)件 

　　內(nèi)存在較大溫差，則會(huì)引起較大的溫度應(yīng)力而使混凝土開裂。溫度應(yīng)力引起的內(nèi)應(yīng)力大小與溫差有關(guān)，因此在晝夜溫度變化大的氣候條件較差的區(qū)域易產(chǎn)生裂縫，同時(shí)溫度應(yīng)力也與結(jié)構(gòu)所處的地理位置有關(guān)。由于薄構(gòu)件較厚構(gòu)件溫度變化快，因此其收縮也快而易受到拉應(yīng)力產(chǎn)生裂縫；施工過程中新舊混凝土交接部位因不能承受抗拉強(qiáng)度而易產(chǎn)生裂縫；在受力筋拼接部位及其相鄰區(qū)域內(nèi)由于混凝土的局部變形也易產(chǎn)生裂縫。 

　　2.5 施工不當(dāng)因素 

　　由于商品混凝土砂漿所占比例較大，坍落度較大以及其大量使用粉煤灰和礦渣粉等外加劑而致使其性能發(fā)生改變，若在施工中仍按照以前經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行而未對商品混凝土特性進(jìn)行調(diào)整則易導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生；在混凝土振搗過程中由于漏振、欠振等現(xiàn)象而影響混凝土的密實(shí)性則易誘發(fā)裂縫產(chǎn)生，或?qū)е禄炷�土出現(xiàn)流淌、攤鋪等現(xiàn)象而造成某些區(qū)域內(nèi)骨料集中，其他區(qū)域內(nèi)砂漿集中的現(xiàn)象，而在砂漿集中的區(qū)域則易出現(xiàn)大量的收縮裂縫；混凝土等待卸料時(shí)間較長導(dǎo)致坍落度損失較大，未能順利施工則大量添加水或外加劑而增大水灰比，其不但降低混凝土的強(qiáng)度也導(dǎo)致其在密實(shí)后沁水，其沁水通道會(huì)使表面形成弱化層，在其失水后則會(huì)產(chǎn)生毛細(xì)管收縮力而產(chǎn)生裂縫；大體積混凝土澆筑后降溫、保溫工作不到位引起內(nèi)外溫差大而誘發(fā)裂縫；混凝土拆模過早導(dǎo)致其強(qiáng)度偏低而誘發(fā)裂縫；施工過程中陽臺(tái)等懸挑構(gòu)件內(nèi)受力鋼筋發(fā)生位移而誘發(fā)裂縫。 

　　3 早期裂縫控制措施 

　　3.1 降低水化熱 

　　應(yīng)盡量選用礦渣水泥、粉煤灰水泥等水化熱低的水泥；在拌和物拌和過程中應(yīng)采用減水、緩凝等外加劑以降低水膠比，以改善混凝土拌和物的流動(dòng)性、保水性，從而降低水化熱并推遲熱峰時(shí)間；盡量增加骨料和粉煤灰等摻和料的用量以降低水泥用量等。 

　　3.2 收縮裂縫的預(yù)防 

　　選用低熱水泥、粉煤灰水泥等收縮量小的水泥；在配合比設(shè)計(jì)中應(yīng)控制好水灰比，同時(shí)摻加合適的減水劑，以免由于水灰比過大而引起較大干縮；嚴(yán)格控制混凝土攪拌和施工中的配合比，確�；炷�土用水量不超過設(shè)計(jì)用水量；在混凝土內(nèi)摻加適量合成纖維以減少收縮；混凝土澆筑應(yīng)盡量避免夜間澆筑和陽光直射，澆筑后的混凝土采取二次抹面的方法以減少裂縫產(chǎn)生；可適當(dāng)調(diào)整配合比以增加混凝土沁水使混凝土表面有足夠的水分；加強(qiáng)對澆筑后的混凝土養(yǎng)護(hù)，采取擋風(fēng)和遮陽措施，并應(yīng)保持混凝土表面濕潤，條件允許可適當(dāng)延長養(yǎng)護(hù)時(shí)間，冬季施工應(yīng)適當(dāng)延長其保溫覆蓋時(shí)間并涂刷養(yǎng)護(hù)劑。 

　　3.3 溫度應(yīng)力裂縫控制 

　　降低水泥水化熱，選用低水化熱、凝結(jié)時(shí)間長的水泥，在混合物內(nèi)摻加緩凝劑或高效減水劑，并盡量選用粒經(jīng)大、顆粒級配良好的粗骨料；在滿足泵送和施工的前提下降低混凝土的流動(dòng)性，并嚴(yán)格控制水灰比以減少單位體積混凝土用水量；降低混凝土入模溫度，高溫季節(jié)降低原材料溫度，并在環(huán)境溫度較低的時(shí)段澆筑，混凝土在運(yùn)輸過程中應(yīng)采取遮陰措施，在混凝土內(nèi)埋置冷卻水管，在其內(nèi)部通入冷水降溫，必要時(shí)攪拌用水采用冰水；合理安排施工順序，采取分層、分塊澆筑以減少構(gòu)筑物散熱約束；盡量延長保溫時(shí)間以及表面濕潤時(shí)間，使混凝土能增長強(qiáng)度以抵抗開裂拉應(yīng)力，必要時(shí)采取措施減小內(nèi)外溫差并降低速率［3］。 

　　3.4 施工控制 

　　加強(qiáng)模板施工管理，保證模板支架有足夠的承載能力、剛度和穩(wěn)定性；混凝土振搗過程中應(yīng)避免混凝土出現(xiàn)流淌、攤鋪等現(xiàn)象和骨料或砂漿集中區(qū)域，整個(gè)振搗過程應(yīng)派專人看模以防止松扣下沉等現(xiàn)象發(fā)生，并保證當(dāng)試塊強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)允許值時(shí)方可拆模；澆筑后的板面必須待其強(qiáng)度達(dá)到1.2N/mm2后方可上人行走；鋼筋綁扎施工中應(yīng)加強(qiáng)對負(fù)彎矩鋼筋的管理；混凝土的振搗應(yīng)遵循快插、慢拔的原則，應(yīng)避免振搗時(shí)間過短導(dǎo)致混凝土不均勻或振搗時(shí)間過長而出現(xiàn)嚴(yán)重浮漿的現(xiàn)象；澆筑后的混凝土應(yīng)在二次振搗和終凝前進(jìn)行二次收面；避免因施工工期緊而出現(xiàn)承載時(shí)間過早導(dǎo)致混凝土局部受損而產(chǎn)生集中應(yīng)力而使混凝土產(chǎn)生裂縫。 

　　4 結(jié)語 

　　現(xiàn)澆混凝土構(gòu)件出現(xiàn)早期裂縫對混凝土結(jié)構(gòu)的使用壽命會(huì)產(chǎn)生負(fù)面影響，尤其是梁體跨中部位出現(xiàn)裂縫可能會(huì)大大縮短其使用壽命，最終甚至出現(xiàn)質(zhì)量安全事故，給人民生命財(cái)產(chǎn)帶來巨大損失，為防止該類現(xiàn)象產(chǎn)生只有在設(shè)計(jì)施工中周密考慮、嚴(yán)格控制、精心操作方可有效預(yù)防、甚至避免裂縫的產(chǎn)生。 

　　參考文獻(xiàn) 

　�。�1］王鐵夢.工程結(jié)構(gòu)裂縫控制［M］.北京:中國建筑工程出版社,1997. 

　�。�2］楊嗣信.高層建筑施工手冊［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2001. 

　�。�3］黃斌.混凝土結(jié)構(gòu)物早期裂縫的產(chǎn)生及控制［J］.城市道橋與防洪,2009,（3）.