淺析混凝土裂縫原因及預(yù)防
摘要：本文分析了混凝土產(chǎn)生裂縫的原因，介紹了預(yù)防裂縫的措施。
關(guān)鍵詞：混凝土 裂縫措施
混凝土是一種由砂石骨料、水泥、水及其他外加材料混合而成的非均質(zhì)脆性材料。混凝土建筑和構(gòu)件通常都是帶縫工作的，由于裂縫的存在和發(fā)展通常會(huì)使內(nèi)部的鋼筋等材料產(chǎn)生腐蝕，降低鋼筋混凝土材料的承載能力、耐久性及抗?jié)B能力，影響建筑物的外觀、使用壽命，嚴(yán)重的將威脅到人們的生命和財(cái)產(chǎn)安全。因此，在施工中應(yīng)盡量采取有效措施控制裂縫產(chǎn)生，使結(jié)構(gòu)盡可能不出現(xiàn)裂縫或盡量減少裂縫的數(shù)量和寬度，尤其要避免裂縫的出現(xiàn)，確保工程質(zhì)量。
在現(xiàn)實(shí)工程中，裂縫確實(shí)存在。究其根源不外乎材料、施工、設(shè)計(jì)等方面的因素。解決裂縫的問題也主要從這三方面入手。據(jù)有關(guān)報(bào)道，由于施工因素造成混凝土早期裂縫的可能占80%左右，因混凝土材料方面原因造成的裂縫可能占15%左右，因設(shè)計(jì)因素造成的裂縫可能占5%左右。下面主要從材料和施工兩方面進(jìn)行分析，從產(chǎn)生裂縫的原因和如何進(jìn)行防治作一些探討。
1．混凝土材料
混凝土是一種收縮性材料。雖然其收縮的絕對值不大，但由于其較高的彈性模量和很低的抗拉強(qiáng)度，即使很小一點(diǎn)的收縮變形也會(huì)產(chǎn)生很大的拉應(yīng)力。當(dāng)拉應(yīng)力超過其抗拉強(qiáng)度時(shí)，混凝土即出現(xiàn)開裂。因此，我們應(yīng)該做的事情就是設(shè)法盡最大可能地降低混凝土的收縮值和最大程度地提高混凝土的抗拉強(qiáng)度。一是要盡量少用收縮量大的水泥，如礦渣水泥。礦渣硅酸鹽水泥的收縮比普通硅酸鹽水泥大25 %左右。二是在滿足施工和易性的條件下，應(yīng)盡量減小混凝土的水灰比，盡量減小單位體積水泥漿量和砂漿量。眾所周知，混凝土水灰比越大，收縮將顯著增加，同時(shí)抗拉強(qiáng)度降低。
需要特別注意的是水泥的細(xì)度問題和石子的含泥量問題。水泥的細(xì)度越細(xì)，混凝土越容易開裂。這是由于： ① 細(xì)度大的水泥水化快，產(chǎn)生較大的水的消耗，易引起混凝土的自干燥收縮。② 水泥細(xì)度細(xì)，則使毛細(xì)管細(xì)化，較細(xì)的毛細(xì)管失水時(shí)將產(chǎn)生較大的張力。③ 細(xì)顆粒容易水化充分，產(chǎn)生更多的易于干燥收縮的凝膠和其他水化物。粗顆粒的減少，減少了穩(wěn)定體積的未水化顆料，因而影響到混凝土的長期性能。石子含泥量越高，混凝土也越容易開裂。這是由于石子表面所帶的泥份妨礙了石子與砂漿之間的咬合粘結(jié)，弱化了石子的界面結(jié)構(gòu)，降低了界面強(qiáng)度，也就降低了混凝土的強(qiáng)度，特別是降低了抗拉強(qiáng)度。因而在相同收縮應(yīng)變的情況下，石子含泥量高的混凝土更容易開裂。
2.施工方面
混凝土施工過分振搗，模板、墊層過于干燥。混凝土澆筑振搗后，粗骨料沉落，擠出水分、空氣，表面呈現(xiàn)泌水而形成豎向體積縮小沉落，造成表面砂漿層，它比下層混凝土有較大的干縮性能，待水分蒸發(fā)后，易形成凝縮裂縫。而模板、墊層在澆筑混凝土之時(shí)灑水不夠，過于干燥，則模板吸水量大，引起混凝土的塑性收縮，產(chǎn)生裂縫?；炷翝矒v后，過分抹干壓光會(huì)使混凝土的細(xì)骨料過多地浮到表面，形成含水量很大的水泥漿層，水泥漿中的氫氧化鈣與空氣中二氧化碳作用生成碳酸鈣，引起表面體積碳水化收縮，導(dǎo)致混凝土板表面龜裂。
在施工過程中，由于施工工藝不當(dāng)，致使支座處負(fù)筋下陷，保護(hù)層過大，固定支座變成塑性鉸支座，使板上部沿梁支座處產(chǎn)生裂縫；施工中，在混凝土未達(dá)到規(guī)定強(qiáng)度，過早拆模，或者在混凝土未達(dá)到終凝時(shí)間就上荷載，造成混凝土樓板的彈性變形，致使砼早期強(qiáng)度低或無強(qiáng)度時(shí)，承受彎、壓、拉應(yīng)力，導(dǎo)致樓板產(chǎn)生內(nèi)傷或斷裂；大梁兩側(cè)的樓板不均勻沉降也會(huì)使支座產(chǎn)生負(fù)穹矩，造成橫向裂縫。
現(xiàn)場養(yǎng)護(hù)不當(dāng)是造成混凝土收縮開裂最主要的原因?；炷翝仓娌患皶r(shí)覆蓋、澆水養(yǎng)護(hù)，表面水分迅速蒸發(fā)，很容易產(chǎn)生收縮裂縫。特別是在氣溫高、相對濕度低、風(fēng)速大的情況下，干縮更容易發(fā)生。目前，許多施工工地在澆筑混凝土?xí)r，都不能做到及時(shí)覆蓋保溫養(yǎng)護(hù)。一般總要等到最后一遍抹光結(jié)束后才覆蓋，還有好多工地根本不蓋。特別是夏天，氣溫很高，混凝土的水分蒸發(fā)很快，施工人手不夠多，澆筑好的混凝土在烈日下曝曬。結(jié)果混凝土是前澆后裂。而施工方只是派人隔幾小時(shí)才澆水。因此，裂縫不可避免地就會(huì)產(chǎn)生。
根據(jù)混凝土裂縫的成因，采取適當(dāng)措施進(jìn)行預(yù)防要比事后補(bǔ)救有效的多。也就是說采取以預(yù)防為主的方法，歸納起來，可以從以下幾個(gè)方面著手:
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1．優(yōu)選原材料
1.1水泥
由于混凝土溫差主要是由水化熱產(chǎn)生的，所以為了減小溫差就要盡量降低水化熱，為了降低水化熱，要盡量采取早期水化熱低的水泥，由于水泥的水化熱是礦物成分與細(xì)度的函數(shù)，要降低水泥的水化熱，主要是選擇適宜的礦物組成和調(diào)整水泥的細(xì)度模數(shù)。試驗(yàn)表明：水泥中鋁酸三鈣和硅酸三鈣含量高的，水化熱較高。所以，為了減少水泥的水化熱，必須降低熟料中鋁酸三鈣和硅酸三鈣的含量。在施工中一般采用中熱硅酸鹽水泥和低熱礦渣水泥。另外，在不影響水泥活性的情況下，要盡量使水泥的細(xì)度適當(dāng)減小，因?yàn)樗嗟募?xì)度會(huì)影響水化熱的放熱速率。
1.2摻加粉煤灰
為了減少水泥用量，降低水化熱并提高和易性，我們可以把部分水泥用粉煤灰代替，由于粉煤灰中含有大量的硅、鋁氧化物，這些硅鋁氧化物能夠與水泥的水化產(chǎn)物進(jìn)行二次反應(yīng)，從而減少水泥用量，降低混凝土的熱脹；由于粉煤灰顆粒較細(xì)，能夠參加二次反應(yīng)的界面相應(yīng)增加，在混凝土中分散更加均勻；同時(shí)，粉煤灰的火山灰反應(yīng)進(jìn)一步改善了混凝土內(nèi)部的孔結(jié)構(gòu)，使混凝土中總的孔隙率降低，孔結(jié)構(gòu)進(jìn)一步的細(xì)化，分布更加合理，使硬化后的混凝土更加致密，相應(yīng)收縮值也減少。但由于粉煤灰的比重較水泥小，混凝土振搗時(shí)比重小的粉煤灰容易浮在混凝土的表面，使上部混凝土中的摻合料較多，強(qiáng)度較低，表面容易產(chǎn)生塑性收縮裂縫。因此，粉煤灰的摻量不宜過多，在工程中我們應(yīng)根據(jù)具體情況確定粉煤灰的摻量。
1.3 骨料
（1）粗骨料：盡量擴(kuò)大粗骨料的粒徑。因?yàn)榇止橇狭皆酱?，級配越好，孔隙率越小，總表面積越小，每立方米的用水泥砂漿量和水泥用量就越小，水化熱就隨之降低，對防止裂縫的產(chǎn)生有利。
（2）細(xì)骨料：宜采用級配良好的中砂和中粗砂，最好用中粗砂，一方面，因?yàn)槠淇紫堵市?，總表面積小，這樣混凝土的用水量和水泥用量就可以減少，水化熱就低，裂縫就減少。另一方面，要控制砂子的含泥量，含泥量越大，收縮變形就越大，裂縫就越嚴(yán)重，因此細(xì)骨料盡量用干凈的中粗砂。
2．施工方案
根據(jù)實(shí)際情況制定良好的施工方案是預(yù)防、控制裂縫有很大的關(guān)系。施工方案應(yīng)確定一定的澆筑量、施工縫間距、位置及構(gòu)造、澆筑時(shí)間、運(yùn)輸及澆搗等。一次澆筑長度由垂直施工縫分，最好是設(shè)置在變截面處或承受拉、剪、彎應(yīng)力較小的部位。除控制一次澆筑厚度外，分層位置即水平施工縫也應(yīng)加以注意，一般來說，應(yīng)盡量留在變截面處?；蜻h(yuǎn)離受拉鋼筋部位而設(shè)在混凝土的受壓區(qū)，確定澆筑時(shí)間的原則應(yīng)盡量避開炎熱天氣和晝夜差大的日子。如果必須在夏季施工，則應(yīng)采取降溫措施來控制混凝土入模溫度。
3. 施工質(zhì)量
由于施工質(zhì)量原因而產(chǎn)生的裂縫發(fā)生率比較大。所以在施工階段控制住了裂縫，則在使用階段開裂的可能性就很小。因此，施工階段是裂縫預(yù)防的主要階段，在施工階段要注意以下幾個(gè)問題：首先混凝土要有合適的配合比，選擇合適的配合比，不僅要滿足強(qiáng)度要求、施工要求，還要從防止裂縫的需要出發(fā)。適當(dāng)?shù)剡x擇好水灰比，在滿足強(qiáng)度要求的原則下，盡可能減少水泥用量。其次鋼筋的成型和模板安裝位置要準(zhǔn)確、牢固，以免施工中變形。鋼筋的污物和氧化鐵皮要清除，以免影響結(jié)力。第三是澆筑、振搗操作合理，特別是振搗操作技術(shù)，往往不被人們重視。過分地振搗對混凝土均勻性有害，振搗不足也不能保證混凝土應(yīng)有的密實(shí)度，要恰到好處。第四是做好混凝土的養(yǎng)護(hù)工作，必須科學(xué)安排施工進(jìn)度計(jì)劃，保證混凝土有足夠的養(yǎng)護(hù)時(shí)間，減少裂縫的產(chǎn)生。
裂縫是混凝土結(jié)構(gòu)中普遍存在的一種現(xiàn)象，它的出現(xiàn)不僅會(huì)降低建筑物的抗?jié)B能力，影響建筑物的使用功能，而且會(huì)引起鋼筋的銹蝕，混凝土的碳化，降低材料的耐久性，影響建筑物的承載能力。因此要對混凝土裂縫進(jìn)行認(rèn)真研究、區(qū)別對待，采用合理的方法進(jìn)行處理，并在施工中采取各種有效的預(yù)防措施預(yù)防裂縫的出現(xiàn)和發(fā)展，保證建筑物和構(gòu)件安全、穩(wěn)定地工作。
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關(guān)鍵詞：混凝土 裂縫措施
混凝土是一種由砂石骨料、水泥、水及其他外加材料混合而成的非均質(zhì)脆性材料。混凝土建筑和構(gòu)件通常都是帶縫工作的，由于裂縫的存在和發(fā)展通常會(huì)使內(nèi)部的鋼筋等材料產(chǎn)生腐蝕，降低鋼筋混凝土材料的承載能力、耐久性及抗?jié)B能力，影響建筑物的外觀、使用壽命，嚴(yán)重的將威脅到人們的生命和財(cái)產(chǎn)安全。因此，在施工中應(yīng)盡量采取有效措施控制裂縫產(chǎn)生，使結(jié)構(gòu)盡可能不出現(xiàn)裂縫或盡量減少裂縫的數(shù)量和寬度，尤其要避免裂縫的出現(xiàn)，確保工程質(zhì)量。
在現(xiàn)實(shí)工程中，裂縫確實(shí)存在。究其根源不外乎材料、施工、設(shè)計(jì)等方面的因素。解決裂縫的問題也主要從這三方面入手。據(jù)有關(guān)報(bào)道，由于施工因素造成混凝土早期裂縫的可能占80%左右，因混凝土材料方面原因造成的裂縫可能占15%左右，因設(shè)計(jì)因素造成的裂縫可能占5%左右。下面主要從材料和施工兩方面進(jìn)行分析，從產(chǎn)生裂縫的原因和如何進(jìn)行防治作一些探討。
1．混凝土材料
混凝土是一種收縮性材料。雖然其收縮的絕對值不大，但由于其較高的彈性模量和很低的抗拉強(qiáng)度，即使很小一點(diǎn)的收縮變形也會(huì)產(chǎn)生很大的拉應(yīng)力。當(dāng)拉應(yīng)力超過其抗拉強(qiáng)度時(shí)，混凝土即出現(xiàn)開裂。因此，我們應(yīng)該做的事情就是設(shè)法盡最大可能地降低混凝土的收縮值和最大程度地提高混凝土的抗拉強(qiáng)度。一是要盡量少用收縮量大的水泥，如礦渣水泥。礦渣硅酸鹽水泥的收縮比普通硅酸鹽水泥大25 %左右。二是在滿足施工和易性的條件下，應(yīng)盡量減小混凝土的水灰比，盡量減小單位體積水泥漿量和砂漿量。眾所周知，混凝土水灰比越大，收縮將顯著增加，同時(shí)抗拉強(qiáng)度降低。
需要特別注意的是水泥的細(xì)度問題和石子的含泥量問題。水泥的細(xì)度越細(xì)，混凝土越容易開裂。這是由于： ① 細(xì)度大的水泥水化快，產(chǎn)生較大的水的消耗，易引起混凝土的自干燥收縮。② 水泥細(xì)度細(xì)，則使毛細(xì)管細(xì)化，較細(xì)的毛細(xì)管失水時(shí)將產(chǎn)生較大的張力。③ 細(xì)顆粒容易水化充分，產(chǎn)生更多的易于干燥收縮的凝膠和其他水化物。粗顆粒的減少，減少了穩(wěn)定體積的未水化顆料，因而影響到混凝土的長期性能。石子含泥量越高，混凝土也越容易開裂。這是由于石子表面所帶的泥份妨礙了石子與砂漿之間的咬合粘結(jié)，弱化了石子的界面結(jié)構(gòu)，降低了界面強(qiáng)度，也就降低了混凝土的強(qiáng)度，特別是降低了抗拉強(qiáng)度。因而在相同收縮應(yīng)變的情況下，石子含泥量高的混凝土更容易開裂。
2.施工方面
混凝土施工過分振搗，模板、墊層過于干燥。混凝土澆筑振搗后，粗骨料沉落，擠出水分、空氣，表面呈現(xiàn)泌水而形成豎向體積縮小沉落，造成表面砂漿層，它比下層混凝土有較大的干縮性能，待水分蒸發(fā)后，易形成凝縮裂縫。而模板、墊層在澆筑混凝土之時(shí)灑水不夠，過于干燥，則模板吸水量大，引起混凝土的塑性收縮，產(chǎn)生裂縫?；炷翝矒v后，過分抹干壓光會(huì)使混凝土的細(xì)骨料過多地浮到表面，形成含水量很大的水泥漿層，水泥漿中的氫氧化鈣與空氣中二氧化碳作用生成碳酸鈣，引起表面體積碳水化收縮，導(dǎo)致混凝土板表面龜裂。
在施工過程中，由于施工工藝不當(dāng)，致使支座處負(fù)筋下陷，保護(hù)層過大，固定支座變成塑性鉸支座，使板上部沿梁支座處產(chǎn)生裂縫；施工中，在混凝土未達(dá)到規(guī)定強(qiáng)度，過早拆模，或者在混凝土未達(dá)到終凝時(shí)間就上荷載，造成混凝土樓板的彈性變形，致使砼早期強(qiáng)度低或無強(qiáng)度時(shí)，承受彎、壓、拉應(yīng)力，導(dǎo)致樓板產(chǎn)生內(nèi)傷或斷裂；大梁兩側(cè)的樓板不均勻沉降也會(huì)使支座產(chǎn)生負(fù)穹矩，造成橫向裂縫。
現(xiàn)場養(yǎng)護(hù)不當(dāng)是造成混凝土收縮開裂最主要的原因?；炷翝仓娌患皶r(shí)覆蓋、澆水養(yǎng)護(hù)，表面水分迅速蒸發(fā)，很容易產(chǎn)生收縮裂縫。特別是在氣溫高、相對濕度低、風(fēng)速大的情況下，干縮更容易發(fā)生。目前，許多施工工地在澆筑混凝土?xí)r，都不能做到及時(shí)覆蓋保溫養(yǎng)護(hù)。一般總要等到最后一遍抹光結(jié)束后才覆蓋，還有好多工地根本不蓋。特別是夏天，氣溫很高，混凝土的水分蒸發(fā)很快，施工人手不夠多，澆筑好的混凝土在烈日下曝曬。結(jié)果混凝土是前澆后裂。而施工方只是派人隔幾小時(shí)才澆水。因此，裂縫不可避免地就會(huì)產(chǎn)生。
根據(jù)混凝土裂縫的成因，采取適當(dāng)措施進(jìn)行預(yù)防要比事后補(bǔ)救有效的多。也就是說采取以預(yù)防為主的方法，歸納起來，可以從以下幾個(gè)方面著手:
[Page]
1．優(yōu)選原材料
1.1水泥
由于混凝土溫差主要是由水化熱產(chǎn)生的，所以為了減小溫差就要盡量降低水化熱，為了降低水化熱，要盡量采取早期水化熱低的水泥，由于水泥的水化熱是礦物成分與細(xì)度的函數(shù)，要降低水泥的水化熱，主要是選擇適宜的礦物組成和調(diào)整水泥的細(xì)度模數(shù)。試驗(yàn)表明：水泥中鋁酸三鈣和硅酸三鈣含量高的，水化熱較高。所以，為了減少水泥的水化熱，必須降低熟料中鋁酸三鈣和硅酸三鈣的含量。在施工中一般采用中熱硅酸鹽水泥和低熱礦渣水泥。另外，在不影響水泥活性的情況下，要盡量使水泥的細(xì)度適當(dāng)減小，因?yàn)樗嗟募?xì)度會(huì)影響水化熱的放熱速率。
1.2摻加粉煤灰
為了減少水泥用量，降低水化熱并提高和易性，我們可以把部分水泥用粉煤灰代替，由于粉煤灰中含有大量的硅、鋁氧化物，這些硅鋁氧化物能夠與水泥的水化產(chǎn)物進(jìn)行二次反應(yīng)，從而減少水泥用量，降低混凝土的熱脹；由于粉煤灰顆粒較細(xì)，能夠參加二次反應(yīng)的界面相應(yīng)增加，在混凝土中分散更加均勻；同時(shí)，粉煤灰的火山灰反應(yīng)進(jìn)一步改善了混凝土內(nèi)部的孔結(jié)構(gòu)，使混凝土中總的孔隙率降低，孔結(jié)構(gòu)進(jìn)一步的細(xì)化，分布更加合理，使硬化后的混凝土更加致密，相應(yīng)收縮值也減少。但由于粉煤灰的比重較水泥小，混凝土振搗時(shí)比重小的粉煤灰容易浮在混凝土的表面，使上部混凝土中的摻合料較多，強(qiáng)度較低，表面容易產(chǎn)生塑性收縮裂縫。因此，粉煤灰的摻量不宜過多，在工程中我們應(yīng)根據(jù)具體情況確定粉煤灰的摻量。
1.3 骨料
（1）粗骨料：盡量擴(kuò)大粗骨料的粒徑。因?yàn)榇止橇狭皆酱?，級配越好，孔隙率越小，總表面積越小，每立方米的用水泥砂漿量和水泥用量就越小，水化熱就隨之降低，對防止裂縫的產(chǎn)生有利。
（2）細(xì)骨料：宜采用級配良好的中砂和中粗砂，最好用中粗砂，一方面，因?yàn)槠淇紫堵市?，總表面積小，這樣混凝土的用水量和水泥用量就可以減少，水化熱就低，裂縫就減少。另一方面，要控制砂子的含泥量，含泥量越大，收縮變形就越大，裂縫就越嚴(yán)重，因此細(xì)骨料盡量用干凈的中粗砂。
2．施工方案
根據(jù)實(shí)際情況制定良好的施工方案是預(yù)防、控制裂縫有很大的關(guān)系。施工方案應(yīng)確定一定的澆筑量、施工縫間距、位置及構(gòu)造、澆筑時(shí)間、運(yùn)輸及澆搗等。一次澆筑長度由垂直施工縫分，最好是設(shè)置在變截面處或承受拉、剪、彎應(yīng)力較小的部位。除控制一次澆筑厚度外，分層位置即水平施工縫也應(yīng)加以注意，一般來說，應(yīng)盡量留在變截面處?；蜻h(yuǎn)離受拉鋼筋部位而設(shè)在混凝土的受壓區(qū)，確定澆筑時(shí)間的原則應(yīng)盡量避開炎熱天氣和晝夜差大的日子。如果必須在夏季施工，則應(yīng)采取降溫措施來控制混凝土入模溫度。
3. 施工質(zhì)量
由于施工質(zhì)量原因而產(chǎn)生的裂縫發(fā)生率比較大。所以在施工階段控制住了裂縫，則在使用階段開裂的可能性就很小。因此，施工階段是裂縫預(yù)防的主要階段，在施工階段要注意以下幾個(gè)問題：首先混凝土要有合適的配合比，選擇合適的配合比，不僅要滿足強(qiáng)度要求、施工要求，還要從防止裂縫的需要出發(fā)。適當(dāng)?shù)剡x擇好水灰比，在滿足強(qiáng)度要求的原則下，盡可能減少水泥用量。其次鋼筋的成型和模板安裝位置要準(zhǔn)確、牢固，以免施工中變形。鋼筋的污物和氧化鐵皮要清除，以免影響結(jié)力。第三是澆筑、振搗操作合理，特別是振搗操作技術(shù)，往往不被人們重視。過分地振搗對混凝土均勻性有害，振搗不足也不能保證混凝土應(yīng)有的密實(shí)度，要恰到好處。第四是做好混凝土的養(yǎng)護(hù)工作，必須科學(xué)安排施工進(jìn)度計(jì)劃，保證混凝土有足夠的養(yǎng)護(hù)時(shí)間，減少裂縫的產(chǎn)生。
裂縫是混凝土結(jié)構(gòu)中普遍存在的一種現(xiàn)象，它的出現(xiàn)不僅會(huì)降低建筑物的抗?jié)B能力，影響建筑物的使用功能，而且會(huì)引起鋼筋的銹蝕，混凝土的碳化，降低材料的耐久性，影響建筑物的承載能力。因此要對混凝土裂縫進(jìn)行認(rèn)真研究、區(qū)別對待，采用合理的方法進(jìn)行處理，并在施工中采取各種有效的預(yù)防措施預(yù)防裂縫的出現(xiàn)和發(fā)展，保證建筑物和構(gòu)件安全、穩(wěn)定地工作。
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