混泥土開裂的成因復雜且繁多,甚至多種因素相互影響,且每一 條裂縫都有其產生的一種或幾種原因;其實,如果采取一定的設計和施 工措施,嚴格按國家規范規定標準控制執行,很多裂縫還是可以克服和 控制的。由于影響混泥土開裂的因素很多,像溫度的變化能引起混泥土 裂縫,混泥土的收縮能引起裂縫、地基變形及凍脹也能引起裂縫、施工 工藝等,且這些因素復雜交錯相互影響,現對施工材料質量和施工工藝 對混泥土產生裂縫的原因作全面的分析、總結。以便為設計、施工找出 克服和控制混泥土開裂的可行辦法,起到防范于未然的作用。
1 混泥土施工材料質量引起的裂縫
混泥土主要是由水泥、砂、骨料、拌和水及外加劑組成。
水泥∶ 水泥安定性不合格,水泥中游離的氧化鈣含量超標。氧化鈣在凝結過程 中水化很慢,在水泥混凝土凝結后仍然繼續起水化作用,可破壞已硬化 的水泥石,使混凝土抗拉強度下降。水泥出廠時強度不足,水泥受潮或 過期,可能使混凝土強度不足,從而導致混凝土開裂。當水泥含堿量較 高,同時又使用含有堿活性的骨料,可能導致堿骨料反應。水泥品種、 標號及用量。礦渣水泥、快硬水泥、低熱水泥混凝土收縮性較高,普通 水泥、火山灰水泥、礬土水泥混凝土收縮性較低。另外水泥標號越低、 單位體積用量越大、磨細度越大,則混凝土收縮越大,且發生收縮時間 越長。例如,為了提高混凝土的強度,施工時經常采用強行增加水泥用 量的做法,結果收縮應力明顯加大。因此要求采用強度高、收縮性小、 耐磨性強、抗凍性好的水泥;其物理性能和化學成份應符合國家有關標 準規定。水泥進廠時,應有產品合格證及化驗單,并應對品種、標號、 包裝、數量、出廠日期等進行檢查驗收;不同標號、廠牌、品種、出廠 日期的水泥,不得混合堆放,嚴禁混合使用,出廠期超過三個月或受潮 的水泥必須經過試驗,按其試驗結果決定是否正常使用或降級使用,已 經結塊變質的水泥不得使用。
砂、石骨料:砂石的粒徑、級配、雜質含量。砂石粒徑太小、級配 不良、空隙率大,將導致水泥和拌和水用量加大,影響混凝土的強度, 使混凝土收縮加大,如果使用超出規定的特細砂,后果更嚴重。砂石中 云母的含量較高,將削弱水泥與骨料的粘結力,降低混凝土強度。砂石 中含泥量高,不僅將造成水泥和拌和水用量加大,而且還降低混凝土強 度和抗凍性、抗滲性。砂石中有機質和輕物質過多,將延緩水泥的硬化 過程,降低混凝土強度,特別是早期強度。砂石中硫化物可與水泥中的 鋁酸三鈣發生化學反應,體積膨脹2.5 倍。因此要求采用潔凈、堅硬、 符合規定級配、細度模數在2.5 以上的中粗砂。骨料品種。骨料中石 英、石灰巖、白云巖、花崗巖、長石等吸水率較小、收縮性較低;而砂 巖、板巖、角閃巖等吸水率較大、收縮性較高。另外骨料粒徑大收縮 小,含水量大收縮越大。
拌和水及外加劑:拌和水或外加劑中氯化物等雜質含量較高時對 鋼筋銹蝕有較大影響。采用海水或含堿泉水拌制混凝土,或采用含堿的 外加劑,可能對堿骨料反應有影響。水灰比∶水量越大,水灰比越用 高,混凝土收縮越大。外摻劑保水性越好,則混凝土收縮越小。
2 施工工藝不當引起的裂縫
在混凝土結構澆筑、構件制作、起模、運輸、堆放、拼裝及吊裝 過程中,若施工工藝不合理、施工質量低劣,容易產生縱向的、橫向 的、斜向的、豎向的、水平的、表面的、深進的和貫穿的各種裂縫,特 別是細長薄壁結構更容易出現。裂縫出現的部位和走向、裂縫寬度因產 生的原因而異,比較典型常見的有:
1) 混凝土保護層過厚,或亂踩已綁扎的上層鋼筋,使承受負彎矩 的受力筋保護層加厚,導致構件的有效高度減小,形成與受力鋼筋垂直 方向的裂縫。混凝土振搗不密實、不均勻,出現蜂窩、麻面、空洞,導 致鋼筋銹蝕或其它荷載裂縫的起源點。混凝土澆筑過快,混凝土流動性 較低,在硬化前因混凝土沉實不足,硬化后沉實過大,容易在澆筑數小 時后發生裂縫,既塑性收縮裂縫。
2) 混凝土攪拌、運輸時間過長,使 水分蒸發過多,引起混凝土塌落度過低,使得在混凝土體積上出現不規 則的收縮裂縫。混凝土初期養護時急劇干燥,使得混凝土與大氣接觸的 表面上出現不規則的收縮裂縫。用泵送混凝土施工時,為保證混凝土的 流動性,增加水和水泥用量,或因其它原因加大了水灰比,導致混凝土 凝結硬化時收縮量增加,使得混凝土體積上出現不規則裂縫。混凝土分 層或分段澆筑時,接頭部位處理不好,易在新舊混凝土和施工縫之間出 現裂縫。如混凝土分層澆筑時,后澆混凝土因停電、下雨等原因未能在 前澆混凝土初凝前澆筑,引起層面之間的水平裂縫;采用分段現澆時, 先澆混凝土接觸面鑿毛、清洗不好,新舊混凝土之間粘結力小,或后澆 混凝土養護不到位,導致混凝土收縮而引起裂縫。
3) 混凝土早期受凍, 使構件表面出現裂紋,或局部剝落,或脫模后出現空鼓現象。施工時模 板剛度不足,在澆筑混凝土時,由于側向壓力的作用使得模板變形,產 生與模板變形一致的裂縫。施工時拆模過早,混凝土強度不足,使得構 件在自重或施工荷載作用下產生裂縫。施工前對支架壓實不足或支架剛 度不足,澆筑混凝土后支架不均勻下沉,導致混凝土出現裂縫。
4) 裝 配式結構,在構件運輸、堆放時,支承墊木不在一條垂直線上,或懸臂 過長,或運輸過程中劇烈顛撞;吊裝時吊點位置不當,t 梁等側向剛度 較小的構件,側向無可靠的加固措施等,均可能產生裂縫。安裝順序不 正確,對產生的后果認識不足,導致產生裂縫。如鋼筋混凝土連續梁滿 堂支架現澆施工時,鋼筋混凝土墻式護欄若與主梁同時澆筑,拆架后墻 式護欄往往產生裂縫;拆架后再澆筑護欄,則裂縫不易出現。施工質量 控制差。任意套用混凝土配合比,水、砂石、水泥材料計量不準,結果 造成混凝土強度不足和其他性能下降,導致結構開裂。
5) 養護方法。 良好的養護可加速混凝土的水化反應,獲得較高的混凝土強度。養護時 保持濕度越高、氣溫越低、養護時間越長,則混凝土收縮越小。蒸汽養 護方式比自然養護方式混凝土收縮要小。外界環境。大氣中濕度小、空 氣干燥、溫度高、風速大,則混凝土水分蒸發快,混凝土收縮越快。振 搗方式及時間。機械振搗方式比手工搗固方式混凝土收縮性要小。振搗 時間應根據機械性能決定,一般以5~15s/次為宜。時間太短,振搗不 密實,形成混凝土強度不足或不均勻;時間太長,造成分層,粗骨料沉 入底層,細骨料留在上層,強度不均勻,上層易發生收縮裂縫。 總之,混泥土裂縫受施工、材料、設計、監理等多方面的影響;它 是一種常見病和多發病。施工工藝不當、施工材料質量低劣、設計疏漏 等均可能導致混泥土裂縫的產生,因此要嚴格按國家的有關規范及技術 標準進行設計、施工和監督等;做到早發現早處理盡量避免混泥土裂縫 的產生。