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混凝土是一種不密實非均質脆性結構材料,混凝土內部存在著固體、液體和空隙。對于一般鋼筋混凝土構件,在使用荷載作用下,截面的拉應力常常是大于混凝土的抗拉強度的,因而在正常使用狀態下,構件總是帶裂縫工作的。當裂縫寬度小于0.05mm時對使用無多大害處,但裂縫進一步擴展,形成較大裂縫,這對構件影響很大。裂縫的存在,不僅會影響工程質量的整體外觀形象,而且會降低抗滲和抗凍能力,并會導致鋼筋銹蝕,影響結構物的耐久性,對某些水工結構,由于裂縫會引起漏水,將影響結構物的正常使用功能,裂縫進一步擴大甚至可能會導致坍塌事故。因此,研究裂縫產生的原因及其影響因素,能更好地防治裂縫,提高工程質量。
1 混凝土裂縫產生的原因
混凝土產生裂縫的原因極為復雜,主要有荷載作用引起的裂縫和非荷載因素引起的裂縫兩大類。
1.1 荷載作用引起的裂縫。一般鋼筋混凝土結構,在使用荷載的作用下,截面的混凝土拉應變大多是大于混凝土極限拉伸值的,因而作用于截面上的彎矩、剪力、軸向拉力以及扭矩等這些正常荷載效應都可能引起鋼筋混凝土構件產生裂縫。
1.2 非荷載因素引起的裂縫。鋼筋混凝土結構的構件除了由荷載作用引起裂縫外,很多非荷載因素,例如溫度變化、混凝土收縮、基礎不均勻沉降、塑性坍塌、冰凍、鋼筋銹蝕以及堿-骨料化學反應等都有可能引起裂縫。
(1)溫度變化。一是混凝土在澆筑、凝固、硬化過程中,由于水泥的水化將產生并釋放大量的水化熱,造成混凝土構件內外部溫差較大,膨脹不一致,混凝土表面產生拉應力,內部產生壓應力,當這種拉應力超過了混凝土抗應力時便產生的裂縫。二是若施工中過早拆模板或冬季施工,構件表面溫度不均勻,就會產生溫度收縮,這種收縮會受內部混凝土的約束,在混凝土表面就產生很大的拉應力。當這種拉應力發展到一定成度,超過混凝土拉應力時,混凝土表面就形成了裂縫。三是由于施工中人為因素引起的溫度變化如新舊混凝土接合面、分層分塊不合理、養護不及時等會引起混凝土構件深入貫穿裂縫,這種裂縫危害性極大。
(2)收縮變形。混凝土在空氣中結硬時體積要縮小,產生收縮變形,這種變形不同成度地受到邊界的約束作用。對于這些受到約束而不能自由伸縮的構件,混凝土的干縮就可能導致裂縫的產生。另外在配筋較高的構件種,即使邊界沒有約束,由于鋼筋對周圍混凝土的約束作用增強,混凝土的收縮也會受到鋼筋的限制而產生拉應力,有可能引起構件產生局部裂縫。
2 混凝土裂縫控制的常用方法
2.1 材料質量原因產生的裂縫的控制。建筑材料的質量直接關系到混凝土的質量。混凝土在澆筑至硬化期間,水泥會放出大量水化熱,水化熱越大,產生裂縫的可能性就越大,因此應盡量采取措施降低水化熱。一是盡量選用水化熱較小的水泥品種,必要時可以加入緩凝劑,減緩澆筑速度以利散熱,或加入適當的減水劑,改善和易性,減少水泥用量,降低水化熱。二是選用良好級配的骨料,嚴格控制粗細骨料的含泥量,細骨料宜用干凈的中砂或中粗砂,最好用中粗砂,粗骨料宜用粒徑較大、連續級配好的石子,嚴禁混入煅燒過的白云石或石灰石。
2.2 施工過程的質量控制
(1)混凝土從攪拌機中卸出后,其運輸延續時間受混凝土溫度高低限制,當混凝土溫度20℃~30℃時,不超過1h;10℃~19℃時,不超過1.5h;5℃~9℃時,不超過2h。若長距離運輸宜采用混凝土運輸攪拌車來運輸,時間應在1h以內。當采用泵送混凝土應保證混凝土泵連續工作,泵送前先用適量的與混凝土成分相同的水泥砂漿或水泥漿潤滑輸送管道。混凝土從卸料、運輸到泵送完畢時間不得超過1.5h,夏季還應縮短。泵送過程中,泵的受料斗內應充滿混凝土,防止吸收空氣形成阻塞;
(2)混凝土自由傾落高度不宜超過2m,否則應用串筒、斜槽、溜管或振動溜管下落。當用串筒時,最后一節應拉成垂直,間距不宜大于3m;若用斜槽,坡度不宜大于60°,出口處應設有垂直擋土板,防止發生離析現象;
(3)每層澆筑厚度按下列規定:用插入振搗棒搗時,為振動器作用部分的1.25倍;表面振動器為200mm;人工振搗時,基礎或配筋稀疏的結構250 mm;配筋密肋結構為150 mm,每次澆筑向前推進長度宜為1.0~1.5m;
(4)振搗方法。使用插入式振搗棒應與混凝土表面垂直或成40°~45°傾向振搗,插點應均勻排列,可以行列式或交錯式順序移動,但不能混用;每次移動距離不大于振搗棒作用半徑的1.5倍,且操作時應快插慢拔,并插入下層尚未初凝的混凝土中50~100mm,以促進上下結合形成整體。振搗棒在每一點振動延續時間約在20~30秒,以混凝土表面呈水平并出現浮漿和不再有氣泡、不再沉落為度,禁止振動棒觸及鋼筋、模板、預埋件等。
使用平板式振動器應將混凝土澆灌區劃分成若干排,依次前進,移動間距應使振動器的平板能覆蓋已振動好的混凝土邊緣30~50mm。當混凝土表面傾斜時,振動器應由低處逐漸向高處移動。每一振搗位置的延續時間,以使混凝土停止下沉并向上泛漿,或表面平整并均勻出現漿液為度,一般約為25~40s。
(5)對鋼筋密集處,采用細石混凝土或水泥砂漿,適當增大混凝土的坍落度,采用片式、針式振動器振搗或輔以人工振搗。
(6)墩、柱、墻連成整體的梁板結構:應在澆筑墩、柱、墻及基礎的混凝土之后,停歇1~1.5h,再澆筑梁板或突出部分的混凝土,避免水平與垂直構件交接處產生裂縫。
3 混凝土拆模后裂縫的處理方法
混凝土拆模后若發現裂縫,通常進行如下處理:
(1)一般性表面細小裂縫,可將裂縫部位清洗干凈,干燥后用環氧漿液灌縫或表面涂刷封閉。
(2)裂縫較大時,可將裂縫鑿成八字形凹槽、洗凈濕潤,刷一層水泥漿,用1:2水泥砂漿分層壓實抹光后用環氧膠泥嵌補。
(3)對影響結構整體,防水防滲要求的結構裂縫,應根據裂縫寬度、深度情況,采用水泥壓力灌漿、化學灌漿的方法修補,或表面封閉與注漿同時使用;明顯降低結構剛度,承載力和嚴重裂縫,應根據情況,加一層5mm冷拔鋼絲,間距200mm的鋼筋網片并采用預應力加固或用鋼筋混凝土圍套、鋼套箍或結構膠粘貼劑貼鋼板加固等方法。