「干货」几种常见的混凝土裂缝成因及对策

(一)塑性收缩裂缝

浇筑后混凝土表面蒸发过快或被基础、模板吸水过快,造成初始凝固混凝土急剧脱水而产生的收缩裂缝属塑性收缩,当这种塑性收缩受基础、模板或钢筋的约束,因混凝土强度大于零而产生裂缝。从混凝土中蒸发和吸收水分的速度越快,裂缝越容易产生。降低单位用水量减小坍落度是防止塑性收缩的根本途径;增加环境湿度、降低气温、减小蒸发量和良好的养生也是非常重要的。

(二)沉降裂缝

(1)产生的原因和特征

在泵送混凝土现浇的各种钢筋混凝土结构中,特别是板、墙等表面系数大的结构之中,经常出现一种早期裂缝。这种裂缝为断续的水平裂缝,裂缝中部较宽、两端较窄、呈梭状。裂缝经常发生在板结构的钢筋部位、板肋交接处、梁板交接处、梁柱交接处、结构变截面的地方。

这种裂缝产生的原因主要是混动性过大和流动性不足以及不均匀,在凝结硬化前没有沉实或者沉实不够,当混凝土沉陷时受到钢筋、模板抑制以及模板移动、基础沉陷所致。裂缝在混凝土浇筑后1~3小时出现,裂缝的深度通常达到钢筋上表面。

(2)影响因素和防止措施

1.要严格控制混凝土单位用水量在170kg/m3以下,在满足泵送和浇筑要求时,宜尽可能减少坍落度;

2.掺加适量、质量良好的泵送剂和掺合料,可改善工作性和减少沉陷;

3.混凝土搅拌时间要适当,时间过短、过长都会造成拌合物均匀性变坏而增大沉陷;

4.混凝土浇筑时,下料不宜太快,防止堆积或振捣不充分;

5.混凝土应振捣密实,时间以10~15秒/次为宜,在柱、梁、墙和板的变截面处宜分层浇筑、振捣。在混凝土浇筑1~1.5小时后,混凝土尚未凝结之前,对混凝土进行两次振捣,表面要压实抹光;

6.在炎热的夏季和大风天气,为防止水分激烈蒸发,形成内外硬化不均和异常收缩引起裂缝,应采取措施缓凝和复盖。

(三)干缩裂缝问题

水分蒸发是造成干缩和塑性裂缝的主要原因。但塑性是在硬化前短期内产生的,而干缩是在硬化后较长时间产生的。混凝土干缩是因为水泥石干燥造成的。这种干燥、蒸发是由表及里逐渐发展的。这种裂缝发生在距表层很浅的位置,常被人们所忽视。但必须注意的是,干缩裂缝不仅严重损害薄壁结构的渗透和耐久性,也会使大体积混凝土的表面裂缝发展成更严重的裂缝,对结构的承载力和安全使用影响严重。

影响混凝土干燥开裂的主要因素有如下几点:

(1)水泥品种

水泥需水量越大,混凝土的干缩率越大,不同水泥混凝土干缩大小顺序为:矿渣硅酸盐类、普通硅酸盐类、中低热、粉煤灰水泥,从减少收缩考虑采用中低热水泥和粉煤灰水泥。

(2)水泥用量

混凝土干燥收缩随着水泥用量的增加而增大,但是增加量不显著。在有可能减少水泥用量时,还是尽可能降低水泥用量,因为泵送混凝土的水泥用量偏高,C20~C60混凝土的水泥用量一般约为350~600kg/m3。

(3)用水量

混凝土的干燥收缩受用水量的影响最大,在同一水泥用量条件下,混凝土的干燥收缩和用水量成正比、为直线关系;当水泥用量较高的条件下,混凝土的干燥收缩随着用水量的增加而急剧增大。综合水泥用量和用水量来说,水灰比越大,干燥收缩越大。

沉陷裂缝、干缩裂缝都是由于混凝土单方用水量过大、混凝土过稀、坍落度过大,而且水分蒸发过快、过多造成的。因此严格控制泵送混凝土的用水量是减少裂缝的根本措施。为此,在混凝土配合比设计中应尽可能将单方混凝土用水量控制在170kg/m3以下,对于浇筑墙体和板材的单方混凝土用水量的控制尤为重要。。

(4)砂率

混凝土的干燥收缩随着砂率的增大而增大,但增加的数值不大。泵送混凝土宜加大砂率,但不是笼统的和无限的,也应在最佳砂率范围内,可以通过理论计算和工程实践确定。

(5)掺合料

矿渣、硅藻土、煤矸石、火山灰、赤页岩等粉状掺合料,掺加到混凝土中,一般都会增大混凝土的干燥收缩值。但适量膨胀剂能起补偿作用,利于防止裂缝产生。质量良好、含有大量球形颗粒的一级粉煤灰,由于内比表面积小、需水量少,故能降低混凝土干燥收缩值。

(6)外加剂

掺加减水剂、泵送剂,特别是同时掺加粉煤灰的双掺技术不会增大干燥收缩,但是对于某些减水剂、泵送剂,尤其是具有引气作用时,有增大混凝土干燥收缩的趋势。因此在选用外加剂时,必须选用干燥收缩小的减水剂或泵送剂。 在地下室和防水工程中,混凝土中加掺加膨胀剂,掺加适量的膨胀剂可以起到收缩补偿作用,有利于防止裂缝。但是使用混凝土膨胀剂,一定要严格控制掺量和保证混凝土有足够强度,否则会使混凝土肿胀和开裂。

(6)养护

混凝土浇筑面受到风吹日晒,表面干燥过快,产生较大的收缩,受到内部混凝土的约束,在表面产生拉应力而开裂。如果混凝土终凝之前进行早期保温、保温养护,对减少干燥收缩有一定作用。

(四)温度裂缝

水泥水化过程中产生大量的热能,内部温度会超过30℃以上;一般在1d~3d即释放50%以上热能。由于散热的传递、积存,混凝土内最高温度多数发生在浇筑后3d~5d,因内外散热条件不同,中心温度高,表面温度低,即形成温度梯度,造成温度变形和应力。温度应力和温差成正比,温度越大应力越大;当温度应力大于内外约束应力时则产生裂缝。

大体积混凝土一定尺寸范围内其结构尺寸越大,引起裂缝的危险性也越大,防止出现温差最根本的措施是控制混凝土内部和表面温差。包括以下几方面:

(1)混凝土原材料和配合比选择

1.选用中热或低热水泥,掺粉煤灰和泵送剂时,也可选用矿渣硅酸盐水泥。

2.充分利用混凝土后期强度。

3.水泥用量尽量控制在450kg/m3以下,如果强度过高用掺粉煤灰来调整。

(2)掺合料合理配用

混凝土中掺入适量的优质粉煤灰,不仅能代替水泥,而且因粉煤灰颗粒呈球状、具有流动效应,改善了混凝土流动性、粘聚性和保水性,并能补充泵送混凝土达到粒径在0.315mm以下的细集料应占15%的要求,改善可泵性。

(3)掺入外加剂

掺加具有减水、增塑、缓凝、引气的剂,改善流动性、粘聚性和保水性,由于分散和减水作用,在降低用水量和提高强度的同时,还可降低水化热,推迟放热峰出现的时间,因而减少温度裂缝。

(4)选择优质粗细集料

细集料以采用中砂为宜,采用模数为2.8的砂较细度模数为2.3的砂可减少用水量20kg/m3~25kg/m3,水泥用量相应减少25kg/m3~35kg/m3,因而降低水化热。

粗集料如采用5mm~40mm粒径的骨料,可比5mm~25mm粒径的减少用水量7kg/m3,减少水泥用量15kg/m3,因而减少泌水、收缩和水化热。

(5)控制搅拌机出口温度及浇筑温度

出机温度和浇筑温度的控制,世界各国均重视,例如日本规定暑期混凝土搅拌温度为30℃以下,混凝土浇筑应低于35℃;前苏联规定:暑期施工浇筑表面系数大于3的结构出机温度不超过30℃~35℃,而对表面系数小于3的大体积混凝土拌合物不超过20℃;美国规范要求在炎热季节不超过32℃;德国规定炎热季节新拌混凝土卸车时不超过30℃。我国水工混凝土施工规范规定:高温季节施工时,混凝土浇筑最高温度不超过28℃,规范(GB50204)也规定了相同温度限值。

(6)改进施工工艺

1.采用二次投料的净浆裹石或裹砂搅拌工艺,可有效阻止水分聚集在水泥砂浆和石子界面上,使硬化后界面过渡层结构致密,增大粘结力,提高混凝土强度10%或节省水泥5%以减少水化热和裂缝。

2.在终凝之前进行二次振捣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,提高粘结和握裹力,防止沉陷开裂。

3.浇筑不久的混凝土,处于凝结、硬化过程,水化速度较快,适宜的潮湿环境可防止混凝土表面脱水产生收缩开裂,对空气水化,提高混凝土极限抗拉养护是一个重要的关键环节。产生混凝土的沉陷、塑性、干缩裂缝,均因其单位立方米用水量过大、拌合料过稀、坍落度过大、水分蒸发过快所致。因此严格控制用水量是减少裂缝开裂的根本措施。

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