「乾貨」幾種常見的混凝土裂縫成因及對策

(一)塑性收縮裂縫

「乾貨」幾種常見的混凝土裂縫成因及對策

澆築後混凝土表面蒸發過快或被基礎、模板吸水過快,造成初始凝固混凝土急劇脫水而產生的收縮裂縫屬塑性收縮,當這種塑性收縮受基礎、模板或鋼筋的約束,因混凝土強度大於零而產生裂縫。從混凝土中蒸發和吸收水分的速度越快,裂縫越容易產生。降低單位用水量減小坍落度是防止塑性收縮的根本途徑;增加環境溼度、降低氣溫、減小蒸發量和良好的養生也是非常重要的。

(二)沉降裂縫

(1)產生的原因和特徵

在泵送混凝土現澆的各種鋼筋混凝土結構中,特別是板、牆等表面係數大的結構之中,經常出現一種早期裂縫。這種裂縫為斷續的水平裂縫,裂縫中部較寬、兩端較窄、呈梭狀。裂縫經常發生在板結構的鋼筋部位、板肋交接處、梁板交接處、樑柱交接處、結構變截面的地方。

這種裂縫產生的原因主要是混動性過大和流動性不足以及不均勻,在凝結硬化前沒有沉實或者沉實不夠,當混凝土沉陷時受到鋼筋、模板抑制以及模板移動、基礎沉陷所致。裂縫在混凝土澆築後1~3小時出現,裂縫的深度通常達到鋼筋上表面。

(2)影響因素和防止措施

1.要嚴格控制混凝土單位用水量在170kg/m3以下,在滿足泵送和澆築要求時,宜儘可能減少坍落度;

2.摻加適量、質量良好的泵送劑和摻合料,可改善工作性和減少沉陷;

3.混凝土攪拌時間要適當,時間過短、過長都會造成拌合物均勻性變壞而增大沉陷;

4.混凝土澆築時,下料不宜太快,防止堆積或振搗不充分;

5.混凝土應振搗密實,時間以10~15秒/次為宜,在柱、梁、牆和板的變截面處宜分層澆築、振搗。在混凝土澆築1~1.5小時後,混凝土尚未凝結之前,對混凝土進行兩次振搗,表面要壓實抹光;

6.在炎熱的夏季和大風天氣,為防止水分激烈蒸發,形成內外硬化不均和異常收縮引起裂縫,應採取措施緩凝和覆蓋。

(三)幹縮裂縫問題

水分蒸發是造成幹縮和塑性裂縫的主要原因。但塑性是在硬化前短期內產生的,而幹縮是在硬化後較長時間產生的。混凝土幹縮是因為水泥石乾燥造成的。這種乾燥、蒸發是由表及裡逐漸發展的。這種裂縫發生在距表層很淺的位置,常被人們所忽視。但必須注意的是,幹縮裂縫不僅嚴重損害薄壁結構的滲透和耐久性,也會使大體積混凝土的表面裂縫發展成更嚴重的裂縫,對結構的承載力和安全使用影響嚴重。

影響混凝土乾燥開裂的主要因素有如下幾點:

(1)水泥品種

水泥需水量越大,混凝土的幹縮率越大,不同水泥混凝土幹縮大小順序為:礦渣硅酸鹽類、普通硅酸鹽類、中低熱、粉煤灰水泥,從減少收縮考慮採用中低熱水泥和粉煤灰水泥。

(2)水泥用量

混凝土乾燥收縮隨著水泥用量的增加而增大,但是增加量不顯著。在有可能減少水泥用量時,還是儘可能降低水泥用量,因為泵送混凝土的水泥用量偏高,C20~C60混凝土的水泥用量一般約為350~600kg/m3。

(3)用水量

混凝土的乾燥收縮受用水量的影響最大,在同一水泥用量條件下,混凝土的乾燥收縮和用水量成正比、為直線關係;當水泥用量較高的條件下,混凝土的乾燥收縮隨著用水量的增加而急劇增大。綜合水泥用量和用水量來說,水灰比越大,乾燥收縮越大。

沉陷裂縫、幹縮裂縫都是由於混凝土單方用水量過大、混凝土過稀、坍落度過大,而且水分蒸發過快、過多造成的。因此嚴格控制泵送混凝土的用水量是減少裂縫的根本措施。為此,在混凝土配合比設計中應儘可能將單方混凝土用水量控制在170kg/m3以下,對於澆築牆體和板材的單方混凝土用水量的控制尤為重要。。

(4)砂率

混凝土的乾燥收縮隨著砂率的增大而增大,但增加的數值不大。泵送混凝土宜加大砂率,但不是籠統的和無限的,也應在最佳砂率範圍內,可以通過理論計算和工程實踐確定。

(5)摻合料

礦渣、硅藻土、煤矸石、火山灰、赤頁岩等粉狀摻合料,摻加到混凝土中,一般都會增大混凝土的乾燥收縮值。但適量膨脹劑能起補償作用,利於防止裂縫產生。質量良好、含有大量球形顆粒的一級粉煤灰,由於內比表面積小、需水量少,故能降低混凝土乾燥收縮值。

(6)外加劑

摻加減水劑、泵送劑,特別是同時摻加粉煤灰的雙摻技術不會增大幹燥收縮,但是對於某些減水劑、泵送劑,尤其是具有引氣作用時,有增大混凝土乾燥收縮的趨勢。因此在選用外加劑時,必須選用乾燥收縮小的減水劑或泵送劑。 在地下室和防水工程中,混凝土中加摻加膨脹劑,摻加適量的膨脹劑可以起到收縮補償作用,有利於防止裂縫。但是使用混凝土膨脹劑,一定要嚴格控制摻量和保證混凝土有足夠強度,否則會使混凝土腫脹和開裂。

(6)養護

混凝土澆築面受到風吹日曬,表面乾燥過快,產生較大的收縮,受到內部混凝土的約束,在表面產生拉應力而開裂。如果混凝土終凝之前進行早期保溫、保溫養護,對減少乾燥收縮有一定作用。

(四)溫度裂縫

水泥水化過程中產生大量的熱能,內部溫度會超過30℃以上;一般在1d~3d即釋放50%以上熱能。由於散熱的傳遞、積存,混凝土內最高溫度多數發生在澆築後3d~5d,因內外散熱條件不同,中心溫度高,表面溫度低,即形成溫度梯度,造成溫度變形和應力。溫度應力和溫差成正比,溫度越大應力越大;當溫度應力大於內外約束應力時則產生裂縫。

大體積混凝土一定尺寸範圍內其結構尺寸越大,引起裂縫的危險性也越大,防止出現溫差最根本的措施是控制混凝土內部和表面溫差。包括以下幾方面:

(1)混凝土原材料和配合比選擇

1.選用中熱或低熱水泥,摻粉煤灰和泵送劑時,也可選用礦渣硅酸鹽水泥。

2.充分利用混凝土後期強度。

3.水泥用量儘量控制在450kg/m3以下,如果強度過高用摻粉煤灰來調整。

(2)摻合料合理配用

混凝土中摻入適量的優質粉煤灰,不僅能代替水泥,而且因粉煤灰顆粒呈球狀、具有流動效應,改善了混凝土流動性、粘聚性和保水性,並能補充泵送混凝土達到粒徑在0.315mm以下的細集料應占15%的要求,改善可泵性。

(3)摻入外加劑

摻加具有減水、增塑、緩凝、引氣的劑,改善流動性、粘聚性和保水性,由於分散和減水作用,在降低用水量和提高強度的同時,還可降低水化熱,推遲放熱峰出現的時間,因而減少溫度裂縫。

(4)選擇優質粗細集料

細集料以採用中砂為宜,採用模數為2.8的砂較細度模數為2.3的砂可減少用水量20kg/m3~25kg/m3,水泥用量相應減少25kg/m3~35kg/m3,因而降低水化熱。

粗集料如採用5mm~40mm粒徑的骨料,可比5mm~25mm粒徑的減少用水量7kg/m3,減少水泥用量15kg/m3,因而減少泌水、收縮和水化熱。

(5)控制攪拌機出口溫度及澆築溫度

出機溫度和澆築溫度的控制,世界各國均重視,例如日本規定暑期混凝土攪拌溫度為30℃以下,混凝土澆築應低於35℃;前蘇聯規定:暑期施工澆築表面係數大於3的結構出機溫度不超過30℃~35℃,而對錶面係數小於3的大體積混凝土拌合物不超過20℃;美國規範要求在炎熱季節不超過32℃;德國規定炎熱季節新拌混凝土卸車時不超過30℃。我國水工混凝土施工規範規定:高溫季節施工時,混凝土澆築最高溫度不超過28℃,規範(GB50204)也規定了相同溫度限值。

(6)改進施工工藝

1.採用二次投料的淨漿裹石或裹砂攪拌工藝,可有效阻止水分聚集在水泥砂漿和石子界面上,使硬化後界面過渡層結構緻密,增大粘結力,提高混凝土強度10%或節省水泥5%以減少水化熱和裂縫。

2.在終凝之前進行二次振搗可排除混凝土因泌水在石子、水平筋下部形成的空隙和水分,提高粘結和握裹力,防止沉陷開裂。

3.澆築不久的混凝土,處於凝結、硬化過程,水化速度較快,適宜的潮溼環境可防止混凝土表面脫水產生收縮開裂,對空氣水化,提高混凝土極限抗拉養護是一個重要的關鍵環節。產生混凝土的沉陷、塑性、幹縮裂縫,均因其單位立方米用水量過大、拌合料過稀、坍落度過大、水分蒸發過快所致。因此嚴格控制用水量是減少裂縫開裂的根本措施。


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