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        大體積混凝土裂縫形成過程
        來源: | 日期:2011年12月01日 | 閱讀:

        一、前言   

        混凝土是一種由砂石骨料、水泥、水及其他外加材料混合而形成的非均質脆性材料。由于混凝土施工和本身變形、約束等一系列問題,硬化成型的混凝土中存在著眾多的微孔隙、氣穴和微裂縫,正是由于這些初始缺陷的存在才使混凝土呈現出一些非均質的特性。微裂縫通常是一種無害裂縫,對混凝土的承重、防滲及其他一些使用功能不產生危害。但是在混凝土受到荷載、溫差等作用之后,微裂縫就會不斷的擴展和連通,最終形成我們肉眼可見的宏觀裂縫,也就是混凝土工程中常說的裂縫。   

        混凝土建筑和構件通常都是帶縫工作的,由于裂縫的存在和發展通常會使內部的鋼筋等材料產生腐蝕,降低鋼筋混凝土材料的承載能力、耐久性及抗滲能力,影響建筑物的外觀、使用壽命,嚴重者將會威脅到人們的生命和財產安全。很多工程的失事都是由于裂縫的不穩定發展所致。近代科學研究和大量的混凝土工程實踐證明,在混凝土工程中裂縫問題是不可避免的,在一定的范圍內也是可以接受的,只是要采取有效的措施將其危害程度控制在一定的范圍之內。鋼筋混凝土規范也明確規定[1]:有些結構在所處的不同條件下,允許存在一定寬度的裂縫。但在施工中應盡量采取有效措施控制裂縫產生,使結構盡可能不出現裂縫或盡量減少裂縫的數量和寬度,尤其要盡量避免有害裂縫的出現,從而確保工程質量。   

        混凝土裂縫產生的原因很多,有變形引起的裂縫:如溫度變化、收縮、膨脹、不均勻沉陷等原因引起的裂縫;有外載作用引起的裂縫;有養護環境不當和化學作用引起的裂縫等等。在實際工程中要區別對待,根據實際情況解決問題。   

        二、混凝土工程中常見裂縫   

        1、干縮裂縫   

        干縮裂縫多出現在混凝土養護結束后的一段時間或是混凝土澆筑完畢后的一周左右。水泥漿中水分的蒸發會產生干縮,且這種收縮是不可逆的。干縮裂縫的產生主要是由于混凝土內外水分蒸發程度不同而導致變形不同的結果:混凝土受外部條件的影響,表面水分損失過快,變形較大,內部濕度變化較小變形較小,較大的表面干縮變形受到混凝土內部約束,產生較大拉應力而產生裂縫。相對濕度越低,水泥漿體干縮越大,干縮裂縫越易產生。干縮裂縫多為表面性的平行線狀或網狀淺細裂縫,寬度多在0.05~0.2mm之間,大體積混凝土中平面部位多見,較薄的梁板中多沿其短向分布。干縮裂縫通常會影響混凝土的抗滲性,引起鋼筋的銹蝕影響混凝土的耐久性,在水壓力的作用下會產生水力劈裂影響混凝土的承載力等等?;炷粮煽s主要和混凝土的水灰比、水泥的成分、水泥的用量、集料的性質和用量、外加劑的用量等有關。   

        2、塑性收縮裂縫   

        混凝土塑性裂縫一般可分為兩類,即塑性沉降裂縫和塑性收縮裂縫,這兩種裂縫的形成過程都與混凝土的泌水有關,泌水是指混凝土澆筑搗實后尚未凝結硬化之前,從外表看在混凝土的澆筑面上山現一層清水或者從模扳縫中滲出部分水的一種現象,這是因為水在混凝土拌合物各組分中密度最小。當混凝土成型后的靜止過程中,部分密度較大的固體顆粒還會向下沉積,而水則只能向上浮動,一部分水泌出到混凝土的外表面,稱為外泌水;另一部分被截留在鋼筋及粗骨料的下面形成水囊,水分蒸發后產生孔隙及界面裂縫,從而降低了鋼筋與混凝土之間的粘結強度以及水泥石與骨料之間的界面強度,致使混凝土的抗凍、抗滲和抗腐蝕能力減弱,抗壓抗折強度降低,這部分水稱為內泌水,只有當水泥水化產生的膠結強度足以阻止固體顆粒相對運動或者各種固體顆粒經過遷移已達到緊密堆積狀態時,沉積相對停止,泌水才告結束,泌水使混凝土的體積縮小,促成了混凝土塑性裂縫的產生。   

        混凝土塑性裂縫是指混凝土澆筑成型后還未硬化,仍處于可塑狀態時產生的裂縫,塑性裂縫的出現不僅會影響混凝土構件的外觀質量,更重要的是會造成混凝土防水性能下降、鋼筋容易銹蝕等不良后果,影響混凝土結構的使用年限,關于這一點應在設計和施工過程中給予充分的重視。   塑性收縮裂縫一般在干熱或大風天氣出現,裂縫多呈中間寬、兩端細且長短不一,互不連貫狀態。常發生在混凝土板或比表面積較大的墻面上,較短的裂縫一般長20~30cm,較長的裂縫可達2~3m,寬1~5mm。從外觀分為無規則網絡狀和稍有規則的斜紋狀或反映出混凝土布筋情況和混凝土構件截面變化等規則的形狀,深度一般3~10cm,它與塑性沉降裂縫相比,貫穿整個混凝土板的裂縫是極少的,而且塑性收縮裂縫通常延伸不到混凝土板的邊緣,這一點可做為混凝土早期塑性收縮裂縫與混凝土長期干燥收縮裂縫相區別的依據,在實際上很難區別塑性收縮裂縫與塑性沉降裂縫,但如果裂縫的走向與鋼筋布置的形狀和混凝土構件的幾何形狀有關,則可以判定沉降在裂縫的形成過程中起了一定的作用,有時這兩種裂縫是同時存在的,只不過是以何種為主罷了。影響混凝土塑性收縮開裂的主要因素有水灰比、混凝土的凝結時間、環境溫度、風速、相對濕度等等。   

        混凝土可以被認為是一種人造的沉積巖,混凝土剛剛澆筑成型后,由于混凝土各種固體顆粒在減水劑的作用下形成了溶劑化層,導致各種固體顆粒之間存在一層水膜,在混凝土的表面處則形成凹形液面,在一般情況下,水分揮發會使固體顆粒進一步靠近,毛細管進一步變細,增大了將水從混凝土內層提升到表面的能力,同時混凝土的泌水也有利于水上升到混凝土表面。普通混凝土所含的水分少在泌水和毛細管的雙重作用下使混凝土的體積收縮小而且較均勻,所以普通混凝土較少產生塑性收縮裂縫。對于泵送混凝土而言,因其所含的水分較多,若環境溫度高風速大而且干燥,水分揮發迅速,混凝土的泌水和毛細管提升水的綜合作用還低于水的揮發作用時,使混凝土表層脫水速度遠大于混凝土內層提供水的速度,造成了混凝土面層體積收縮大,若這時混凝土還未產生足夠的強度,則在混凝土表面產生塑性收縮裂縫,商品混凝土因運輸距離長,為防止流動性損失過大,常常加入緩凝劑、保塑劑等,更增加了形成塑性收縮裂縫的可能。因混凝土的塌落度大,對模板的側向壓力也大,使模板容易發生變形也會形成塑性裂縫,消除塑性收縮裂縫的積極方法與消除塑性沉降裂縫的方法基本相同,也可以采用二次振搗工藝,所不同的是可以采用平板振動器進行施工,特別是對表面積大而厚度小的混凝土板,通過振搗使混凝土的體積收縮減小而且均勻,而有的施工單位采用碾壓和抹平的方法來消除塑性裂縫,其效果是值得懷疑的。   3、沉陷裂縫   

        沉陷裂縫的產生是由于結構地基土質不勻、松軟,或回填土不實或浸水而造成不均勻沉降所致;或者因為模板剛度不足,模板支撐間距過大或支撐底部松動等導致,特別是在冬季,模板支撐在凍土上,凍土化凍后產生不均勻沉降,致使混凝土結構產生裂縫。此類裂縫多為深進或貫穿性裂縫,其走向與沉陷情況有關,一般沿與地面垂直或呈30°~45°角方向發展,較大的沉陷裂縫,往往有一定的錯位,裂縫寬度往往與沉降量成正比關系。裂縫寬度受溫度變化的影響較小。地基變形穩定之后,沉陷裂縫也基本趨于穩定。   

        4、溫度裂縫   

        溫度裂縫多發生在大體積混凝土表面或溫差變化較大地區的混凝土結構中?;炷翝仓?在硬化過程中,水泥水化產生大量的水化熱,(當水泥用量在350~550kg/m3,每立方米混凝土將釋放出17500~27500kJ的熱量,從而使混凝土內部溫度升達70℃左右甚至更高)。由于混凝土的體積較大,大量的水化熱聚積在混凝土內部而不易散發,導致內部溫度急劇上升,而混凝土表面散熱較快,這樣就形成內外的較大溫差,較大的溫差造成內部與外部熱脹冷縮的程度不同,使混凝土表面產生一定的拉應力(實踐證明當混凝土本身溫差達到25℃~26℃時,混凝土內便會產生大致在10MPa左右的拉應力)。當拉應力超過混凝土的抗拉強度極限時,混凝土表面就會產生裂縫,這種裂縫多發生在混凝土施工中后期。在混凝土的施工中當溫差變化較大,或者是混凝土受到寒潮的襲擊等,會導致混凝土表面溫度急劇下降,而產生收縮,表面收縮的混凝土受內部混凝土的約束,將產生很大的拉應力而產生裂縫,這種裂縫通常只在混凝土表面較淺的范圍內產生。 溫度裂縫的走向通常無一定規律,大面積結構裂縫??v橫交錯;梁板類長度尺寸較大的結構,裂縫多平行于短邊;深入和貫穿性的溫度裂縫一般與短邊方向平行或接近平行,裂縫沿著長邊分段出現,中間較密。裂縫寬度大小不一,受溫度變化影響較為明顯,冬季較寬,夏季較窄。高溫膨脹引起的混凝土溫度裂縫是通常中間粗兩端細,而冷縮裂縫的粗細變化不太明顯。此種裂縫的出現會引起鋼筋的銹蝕,混凝土的碳化,降低混凝土的抗凍融、抗疲勞及抗滲能力等。      

        5、化學反應引起的裂縫   

        堿骨料反應裂縫和鋼筋銹蝕引起的裂縫是鋼筋混凝土結構中最常見的由于化學反應而引起的裂縫?;炷涟韬秃髸a生一些堿性離子,這些離子與某些活性骨料產生化學反應并吸收周圍環境中的水而體積增大,造成混凝土酥松、膨脹開裂。這種裂縫一般出現中混凝土結構使用期間,一旦出現很難補救,因此應在施工中采取有效措施進行預防。主要的預防措施:一是選用堿活性小的砂石骨料。二是選用低堿水泥和低堿或無堿的外加劑。三是選用合適的摻和料抑制堿骨料反應。  

        由于混凝土澆筑、振搗不良或者是鋼筋保護層較薄,有害物質進入混凝土使鋼筋產生銹蝕,銹蝕的鋼筋體積膨脹,導致混凝土脹裂,此種類型的裂縫多為縱向裂縫,沿鋼筋的位置出現。通常的預防措施有:一是保證鋼筋保護層的厚度。二是混凝土級配要良好。三是混凝土澆注要振搗密實。四是鋼筋表層涂刷防腐涂料。   

        三、結 論   

        裂縫是混凝土結構中普遍存在的一種現象,它的出現不僅會降低建筑物的抗滲能力,影響建筑物的使用功能,而且會引起鋼筋的銹蝕,混凝土的碳化,降低材料的耐久性,影響建筑物的承載能力,因此要對混凝土裂縫進行認真研究、區別對待,采用合理的方法進行處理。我們掌握了幾種常見的裂縫形式后,可以根據工程中遇見的實際情況進行分析研究,并在施工中采取各種有效的預防措施來預防裂縫的出現和發展,保證建筑物和構件安全、穩定地工作。

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