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混凝土裂缝防治技术

更新时间:2009-7-12:  来源:毕业论文

混凝土裂缝防治技术   

混凝土在现代工程中占重要地位,其裂缝是个颇具现实意义、备受关注的质量问题。

混凝土中产生裂缝有多种原因,主要是温度和湿度的变化、混凝土的脆性和不均匀性以及结构不合理、原材料不合格(如碱骨料反应)、模板变形、基础不均匀沉降等。

混凝土硬化期间水泥放出大量水化热,内部温度不断上升,在表面引起拉应力。后期在降温过程中,由于受到基础或老混凝土的约束,又会在混凝土内部出现拉应力。气温的降低也会在混凝土表面引起很大的拉应力。当这些拉应力超出混凝土的抗裂能力时,即会出现裂缝。许多混凝土的内部湿度变化很小或变化较慢,但表面湿度可能变化较大或发生剧烈变化。如养护不周、时干时湿,表面干缩形变受到内部混凝土的约束,也往往导致裂缝。混凝土是一种脆性材料,抗拉强度是抗压强度的110左右,短期加荷时的极限拉伸变形只有(0.61.0×104,长期加荷时的极限位伸变形也只有(1.22.0×104。由于原材料不均匀、水灰比不稳定及运输和浇筑过程中的离析现象,在同一块混凝土中其抗拉强度又是不均匀的,存在着许多抗拉能力很低,易于出现裂缝的薄弱部位。在钢筋混凝土中,拉应力主要是由钢筋承担,混凝土只是承受压应力。在素混凝土内或钢筋混凝上的边缘部位如果结构内出现了拉应力,则须依靠混凝土自身承担。一般设计中均要求不出现拉应力或者只出现很小的拉应力。但是在施工中混凝土由最高温度冷却到运转时期的稳定温度,往往在混凝土内部引起相当大的拉应力。有时温度应力可超过其它外荷载所引起的应力,因此掌握温度应力的变化规律对于进行合理的结构设计和施工极为重要。

对其产生裂缝成因进行分析并预防控制处理,不仅能确保工程的质量,还能够节约社会资源。

一、混凝土常见裂缝类型

现今,混凝土在各种工程中应用普遍,其质量的好坏对结构物的安全、造价及美观有很大影响。但混凝土在工程中会因为各种原因产生不同类型裂缝:

1、干缩裂缝:混凝土在硬化过程中由于水分蒸发、体积逐渐缩小而产生收缩裂缝;有时施工水灰比掌握不恰当,造成水灰比偏大混凝土过稀,混凝土振捣后局部分析及预防、控制、处理,并多角度对其表面集中了较多水分、砂浆遇天晴日晒、现场风速较大等情况,使混凝土表面水分蒸发较快,产生干缩裂缝。在新混凝土表面没有很好地养生或养生时间欠合适均匀以及养生不全面,局部失水过多过快也都会造成干缩裂缝。

2、温度裂缝:内部温度裂缝:混凝土硬化期间水泥释放出大量的水化热,内部温度不断上升,在表面产生拉应力,后期在降温过程中未及时得到水分补充,又受到基础或老混凝土等等其它约束,不能自由伸展,在混凝土内部产生拉应力。外部温度裂缝:气温的降低也会在混凝土表面引起很大的拉应力。当混凝土拉应力引起板的约束力超过一定程度时,必然引起混凝土的开裂。虽然部分混凝土内部温度变化很小或变化很慢,但表面温度可能变化较大或发生剧烈变化,如养护不周、时干时湿、表面干缩变形受到内部混凝土的约束也导致裂缝产生。

3、基础裂缝:勘察设计时对基础地质情况认识不清,或者施工时对基础的处理不恰当,造成施工后超载或地基下沉引起的应力超过混凝土的抗拉强度或结构受力不均匀而局部产生沉降出现裂缝房屋或挡土墙、混凝土路面长度过长而未考虑设置伸缩缝、沉降缝、膨胀缝,或者是虽有考虑但设计的长度间距不合理,当混凝土的自由伸缩达到应该设置仲缩缝、膨胀缝、沉降缝所需要的间距的时候就要引起裂缝的产生。

4、施工裂缝:施工时活性砂石料配合比不当,造成混凝土水灰比偏大,振捣时过振等使混凝土离析,造成局部过稀过湿,拆模和起吊及加载过早都容易使混凝土出现裂缝。房屋建筑施工过程中由于施工工艺不合理,使现浇板支座处负筋下陷、保护层过大,固定支座变成塑性铰支座,使现浇板上部沿梁支座处钢筋正上方与其周围发生不同的收缩沉陷而产生裂缝。另外,道路施工、桥梁铺装层中钢筋网摆放位置靠下也容易使铺装层产生裂缝。

5、原材料裂缝:活性砂石料的含泥量超过规定标准以及水泥安定性不良降低了混凝土强度而产生裂缝。混凝土和水泥中含碱量过高,集料发生碱集料反应等化学腐蚀,以及钢筋锈蚀都可导致钢筋内部膨胀引起开裂。

二、混凝土温度裂缝、收缩裂缝的成因

混凝土是一种脆性材料,抗拉强度是抗压强度的110左右。实践证明,裂缝形成的原因主要来自变形、荷载以及材料性质等几个方面。荷载等造成的裂缝约为15,绝大多数由温差\收缩、不均匀沉降引起。混凝土的基础、施工、原材料裂缝只要对施I过程进行严格的质量控制都可以得到避免,而混凝土的温度、干缩裂缝则要在工程质量的基础上加之技术含量较高的工艺控制,才能获得良好的效果,所以有必要重点注意。

1、温差裂缝成因。混凝土温度裂缝多出现于大体积中,温度应力的形成过程可分为早期、中期、晚期三个阶段。早期一般为30天,自混凝土浇筑开始至水泥放热基本结束为止。水泥水化热大量积聚,造成混凝土内部温度升高,表面温度降低,形成内外温差(在没有拆模时,正确的内外温差值是混凝土的中心温度与拆模前混凝土的表面温度之差);中期自水泥放热基本结束时开始至混凝土冷却到稳定温度时为止;晚期是混凝土完全冷却后的运转时期,混凝土在拆模前后或受寒潮袭击,使表面温度降低很快,造成了温度陡降(骤冷)。由温度所引起混凝土的应力又可分为自生应力和约束应力两种,这两种温度应力往往和混凝土的干缩应力共同产生作用。施工中混凝土最高温度冷却到运转时期的稳定温度往往内部产生相当大的应力,有时温度应力可超过其它荷载所引起的应力产生裂缝(全部裂开时内部温差仅为1219℃)。

在大体积钢筋混凝土中,温度裂缝较为普遍。但目前设计和施工规范还没有明确的规定,因此,在施工前,必须确定裂缝控制的有关问题,拟定相应技术措施,以尽量减少温度应力。

2、收缩裂缝成因。由于原材料不均匀、水灰比不稳定及运输浇筑过程中混凝土的离析现象,在同一块混凝土板中其抗拉强度也是不均匀的,存在许多抗拉能力较低、易出现裂缝的薄弱部位。如现浇楼板的板角处等,这些部位设计中都要求不出现拉应力或只允许有很小的拉应力。

混凝土收缩分为湿度收缩(即干缩)和自收缩。湿度收缩,是混凝土中多余水分的蒸发,随湿度降低、体积减小雨产生的收缩,其收缩量占整个收缩量的80%~90%。自收缩,是水泥水化作用引起的体积收缩,即水泥水化作用使形成的水泥骨架不断紧密,造成体积减小。收缩发展规律是早期快、后期慢。影响收缩的因素很多,主要是水泥掺合料品种与质量、混凝土配合比、化学添加剂以及养护条件等。与温度裂缝一样,收缩裂缝的形成,也必须同时存在收缩变形和约束2个条件。最常见的是施工中养护不良,表面干燥过快,而内部湿度变化小,表面收缩变形,受到收缩慢的内部混凝土的约束,因此,在构件表面产生较大的拉应力,当拉应力超过混凝土的极限抗拉强度时,即产生于缩裂缝。此外,尺寸较大的壁板式结构,长的现浇梁,以及框架等,也经常出现干缩裂缝。而砂石级配差、砂太细、砂率太高、粗骨料中石粉含量高、配合比不良、用水量或水泥用量太多、混凝土中掺氯化钙等,都会增大混凝土的干缩率。混凝土干缩裂缝为表面性裂缝,形状很不规则,而且长短不一,互不连贯,这种裂缝在混凝土露天养护完毕,经一段时间后,出现于混凝土表层或侧面,并随温度和湿度的变化而逐渐发展。

此外,改善混凝土的性能,提高抗裂能力,加强养护,防止表面干缩,特别是保证混凝土的质量对防止裂缝是十分重要的,应特别注意避免产生贯穿裂缝,出现后要恢复其结构的整体性是十分困难的,因此施工中应以预防贯穿性裂缝的发生为主。

在混凝土的施工中,为了提高模板的周转率,往往要求新浇筑的混凝土尽早拆模。当混凝土温度高于气温时应适当考虑拆模时间,以免引起混凝土表面的早期裂缝。新浇筑早期拆模,在表面引起很大的拉应力,出现温度冲击现象。在混凝土浇筑初期,由于水化热的散发,表面引起相当大的拉应力,此时表面温度亦较气温为高,此时拆除模板,表面温度骤降,必然引起温度梯度,从而在表面附加一拉应力,与水化热应力迭加,再加上混凝土干缩,表面的拉应力达到很大的数值,就有导致裂缝的危险,但如果在拆除模板后及时在表面覆盖一块轻型保温材料,如泡沫海绵等,对于防止混凝土表面产生过大的拉应力,具有显著的效果。

加筋对大体积混凝土的温度应力影响很小,因为大体积混凝土的含筋率极低。只是对一般钢筋混凝土有影响。在温度不太高及应力低于屈服极限的条件下,钢的各项性能是稳定的,而与应力状态、时间及温度无关。钢的线胀系数与混凝土线胀系数相差很小,在温度变化时两者间只发生很小的内应力。由于钢的弹性模量为混凝土弹性模量的715倍,当内混凝土应力达到抗拉强度而开裂时,钢筋的应力将不超过100200kgcm2。因此,在混凝土中想要利用钢筋来防止细小裂缝的出现很困难。但加筋后结构内的裂缝一般就变得数目多、间距小、宽度与深度较小了。而且如果钢筋的直径细而间距密时,对提高混凝土抗裂性的效果较好。混凝土和钢筋混凝土结构的表面常常会发生细而浅的裂缝,其中大多数属于干缩裂缝。虽然这种裂缝一般都较浅,但它对结构的强度和耐久性仍有一定的影响。

三、混凝土温度裂缝、收缩裂缝的预防

1、混凝土温度裂缝的预防:制定合适的允许温差。温度裂缝的主要原因是各种温差太大,为了防止裂缝发生,必须规定各种温差,包括内外温差、内部温差(如果基层是旧混凝土或岩石地基时,应严格控制内部温差,以防产生贯穿裂缝。内部温差允许值一般采用12⒛℃。)和温度陡降的允许值(温度陡降会大大增加外层混凝土与内部混凝土的温度梯度这种温度应力形成较快,徐变的影响较小,所以,温度陡降的允许值应比内外温差小得多ˇ通常采用的温度陡降的允许值是to℃。)在一般的大体积钢筋混凝土结构工程中,如基础的约束不大,内外温差可控制在不超过25℃

合理选用原材料。尽量选用低热或中热水泥α日矿渣水泥、粉煤灰水泥)配制混凝土,或在混凝土中掺适量粉煤灰,或利用混凝土的后期强度谶期90IS()d)降低水泥用量,以减少水化热。选用级配良好的骨料,并严格控制砂、石的含泥量,采用低水灰比,加强振捣,以提高混凝土的密实性和抗拉强度。采用改善骨料级配,用干硬性的混凝土掺混合料、加引气剂或者塑化剂等措施以减少混凝土中的水泥用量。在混凝土中掺缓凝剂,减缓浇筑速度,以利于散热。在设计允许的情况下,可掺少于混凝土25%体积的毛石^以吸收热量并节约混凝土。

避开炎热天气浇筑大体积混凝土。必须在热天浇筑时,可采用冰水或深井凉水拌制混凝土,或设置简易遮阳装置并对骨料进行喷水预冷却,以降低混凝土搅拌和浇筑的温度c气温高拌和混凝土的时候,加水或者用水将集料冷却以降低混凝土的浇灌温度。气温高浇灌混凝土时减少浇灌厚度以及每次的浇灌体积,利用浇灌层面散热。分层浇筑混凝土,每层厚度不大于20cm,以加快热量散发,并使温度分布较均匀,同时也便于振捣密实。在大体积混凝土内,应适当预留一些孔道,埋设水管通冷水或冰气降温。

大型设备基础,采取分块、分层间隔浇筑(间隔时间为57d,分块厚度为110115cm),以利于水化热散发和减少约束作用,或每隔2030m留一条15l10mm宽的临时间断缝,40d后再利用干硬性细石混凝土浇筑,以减少温度收缩应力。

冬季施工应加强养护。在寒冷季节,混凝土表面应采取保温措施,以防寒潮袭击。对薄壁结构,要适当延长拆模时间,使之缓慢降温。拆模时,块体中间和表面的温差不大于⒛℃,以防止急剧冷却造成表面裂缝。基础混凝土拆模,要及时回填土。施工中长期暴露的混凝土浇筑块表面或者薄壁结构,在寒冷季节一定要采取保温措施。蒸汽养护构件时,控制升温速度不大于25℃h,降温速度不大于⒛℃h,并缓慢揭盖,及时脱模,避免引起大的温度应力。

   ⑥在岩石地基或厚大混凝土垫层上,浇筑大体积混凝土,可在岩石地基或混凝土垫层上,浇沥青胶,并撒铺5mm厚的砂子或铺2层沥青油毡纸,以消除或减少约束作用。

规定合理的拆模时间。气温骤降时进行表面保温、以免混凝土表面产生急剧的温度梯度。在混凝土浇筑初期,由于水化热的散发,表面引起相当大的拉应力,此时表面温度亦比气温高,此时拆除模板,表面温度骤降,必然引起温度梯度,从而在表面附加一拉应力,与水化热应力迭加,再加上混凝土干缩,表面的拉应力达到很大的数值,就有导致裂缝的危险但如果在拆除模板后及时在表面覆盖一轻型保温材料,如泡沫、海绵等,对于防止混凝土表面产生过大的拉应力,具有显著的效果。

加筋预防。在温度不太高及应力低于屈服极限的条件下,钢的各项性能是稳定的,而与应力状态、时间及温度无关。钢的线胀系数与混凝土线胀系数相差很小,在温度变化时两者间只发生很小的内应力。由于钢的弹性模量为混凝土弹性模量的715倍,当混凝土内应力达到抗拉强度而开裂时,钢筋的应力将不超过100200kgcm'。因此,在混凝土中想要利用钢筋来防止细小裂缝的出现很困难。但加筋后结构内的裂缝一般就变得数目多、间距小、宽度与深度较小了。而且如果钢筋的直径细而间距密时,对提高混凝土抗裂性的效果较好。

2、混凝土干缩裂缝的预防:混凝土的水泥用量、水灰比、砂率不能过大,应严格控制砂石含量,避免使用过量粉砂。混凝土应振捣密实,并应注意对板面进行抹压,可在混凝土初凝后、终凝前,进行二次抹压,以提高混凝七的抗拉强度,减少收缩量。

加强混凝土早期养护,并适当延长养护时间。长期露天堆放的预制构件覆盖草帘、草袋,避免曝晒,定期适当洒水薄壁构件应在阴冷地方堆放并覆盖,避免过大湿度变化。

浇筑混凝土前,将基层和模板浇水湿透。混凝土浇筑后,对裸露表面应及时用潮湿材料覆盖,认真养护。在气温高、湿度低、风速大的气候下施工时,浇注混凝土后,应及早进行喷水养护,使其保持湿润。大面积混凝  对于预制钢筋混凝土构件,可在裂缝表面涂环氧胶泥或粘贴环氧玻璃布封闭处理。

现浇混凝土时,也可适当加人膨胀剂补偿收缩。

可在混凝土中掺加聚丙烯晴纤维材料。纤维掺入后,对混凝土主要的阻裂作用体现在有效地阻止了混凝土中因塑性变形、干缩等原因引起的原生裂缝的产生和发展。

四、混凝土温度裂缝、收缩裂缝的处理方法

温度裂缝和收缩裂缝对钢筋产生的附加应力一般很小,对结构的承载力影响较小。但当裂缝宽度一旦超过一定限度时,就会造成钢筋锈蚀,影响结构构件的耐久性能。对于表面裂缝的处理,可在裂缝稳定后,采用涂刷2遍环氧胶泥、加贴玻璃纤维布、抹(喷)水泥砂浆等方法,进行表面封闭处理;对有整体性防水、防渗要求的结构,缝宽大于10mm或贯穿的裂缝,应根据裂缝可灌程度,用水泥灌浆或化学注浆等方法进行补缝处理。也可采取灌浆与表面封闭相结合,恢复原有性能。对于宽度大于10mm的裂缝,由于水泥水化后期生成的氢氧化钙、硫铝酸钙等物质,使裂缝自行愈合,一般可不进行处理。      

五、混凝土其他类型裂缝的综合预防处理

1、在结构设计时合理布置伸缩缝、沉降缝的位置。

2、在板角增加辐射筋

3、加强原材料的控制。

4、对混凝土的施工工艺严加控制。

5、正确使用外加剂也是减少开裂的措施之一。

结语

从理论上分析,新浇混凝土中所含水分完全可以满足水泥水化的要求而有余。但由于蒸发等原因常引起水分损失,从而推迟或妨碍水泥的水化,表面混凝土最容易而且直接受到这种不利影响。因此混凝土浇筑后的最初几天是养护的关键时期,在施工中应切实重视起来。

混凝土裂缝控制是一项系统工程。虽然混凝土产生裂缝的原因较多,但只要多分析研究、找出原因、对症下药、采取一定的措施,不断提高施工技术和不断积累施工经验,采用科学的方法,施t时加大管理力度,增强责任心,提高质量意识,结合多种预防处理措施,混凝土的裂缝是完全可以防止的。

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