混凝土的裂缝及控制措施.doc

混凝土的裂缝及控制措施作者：吕宝玉摘要：本文论述了混凝土裂缝的起因，从材料、施工及配合比设计的角度讨论了裂缝防治的措施，分析了微膨胀混凝土及纤维混凝土的特点。关键词：裂缝、抗裂性、微膨胀混凝土、纤维混凝土建筑工程的混凝土技术正在向高强度、高流动性方向发展，但是伴随着高强及大流动性混凝土的发展，其水化热、收缩率、脆性等一系列问题也更加突出，混凝土施工中的裂缝控制已提到了越来越重要的地位。、混凝土裂缝的成因混凝土的裂缝及成因大致可分为以下几类：第一种是塑性收缩裂缝，也叫沉缩裂缝，是由于混凝土拌合物在刚成型之后，固体颗粒下沉，表面产生泌水而形成混凝土体积减小，当这种混凝土体积收缩较大，并且受到钢筋等物体的阻碍时，就可能产生裂缝。第二种是混凝土表面的风干裂缝，这种裂缝的产生是由于表面混凝土的失水收缩而造成的，由于水分的蒸发，引起表面混凝土的体积收缩，此时若不能及时获得来自外部或内部的水份补充，就有可能导致开裂。这种现象尤其是在阳光直射、干燥或大风的天气里更明显。第三种是温度裂缝，主要在大体积混凝土中发生，这种裂缝由两方面因素造成：一种是由于混凝土内外温差过大而导致的裂缝，当混凝土结构体积较大，混凝土的水化热无法及时散出，积聚在内部，使内外形成较大的温差，表面混凝土承受较大的拉应力，这种拉应力的大小随温差的大小而改变，当温差足够大时，表面混凝土承受的拉应力超过了混凝土的极限抗拉强度，混凝土便出现了裂缝。这种裂缝主要是从表面向混凝土结构内部延伸发展的，不一定形成贯穿裂缝。另一种导致开裂的因素是大体积混凝土内部的温度下降过快导致混凝土的体积迅速收缩，当混凝土结构受到强有力的约束时，产生较大的拉应力而导致结构开裂，这种裂缝往往是贯穿裂缝，对防水混凝土结构尤其不利。第四种是外力作用造成的裂缝。这种裂缝多数是因为混凝土在早期强度较低时，受人为及自然环境因素施加的外力或振动而形成，它的危害难以预测。地下工程中由于降水措施不力造成混凝土凝结时，地下水位上升使混凝土结构过早承受水压作用，有可能在混凝土中形成肉眼观察不到的裂缝，导致日后的渗漏；另外过早的拆模、扰动钢筋或承受过大的施工荷载也可能造成混凝土的开裂。以上是混凝土常见的几类裂缝，造成裂缝的原因尚有很多，混凝土构件承载力不足或碱集料反应等均可能造成混凝土开裂，在此不一一详述。2、混凝土裂缝的控制从混凝土产生裂缝的起因分析，要有效地控制混凝土开裂，就必须从材料、配合比及施工等多方面采取措施，才能取得满意的效果。混凝土的早期养护对于防止出现裂缝具有重要的意义，但是现代建筑工程结构，由于其结构形式日趋复杂，大体积混凝土的工程规模日趋扩大，仅仅从表面湿润养护这一个方面去考虑问题已远远不够，而应从多方面制定综合措施，才能取得良好的效果。2.1施工及配比设计中应注意的问题对于第一类塑性收缩裂缝，防止的最佳办法是提高混凝土的保水性及粘聚性，防止混凝土出现过多的泌水。在工程实践中，我们观察到：一些泌水量大的混凝土往往伴随着较大的塑性收缩，从而出现塑性收缩裂缝，而不泌水或微量泌水的混凝土则收缩较小，不容易出现裂缝。我们总结出了这样的经验，若要有效防止混凝土出现塑性收缩裂缝，就应设法控制混凝土的泌水，提高水泥砂浆的粘度，减少集料的沉降，充分发挥砂、石的骨架作用，减少多余的拌合用水量。在工程实践中我们采用适当增大粉煤灰掺量，选用泌水性小的水泥，同时减少混凝土的单方用水量，在保持水灰比不变的条件下相应减少水泥的用量，使用高效减水剂等途径来改善大坍落度、大流动性混凝土的保水性、粘聚性，有效地减少了混凝土成型后的塑性收缩。通常情况下，泵送混凝土的用水量不宜超过200kg/m3，胶结料总量不宜超过550kg/m3。对于第二类风干裂缝最有效地防止方法是在混凝土浇筑后覆盖塑料薄膜或喷洒养生液进行养护，也有的施工单位采取在混凝土终凝前进行抹压的方法进行处理，具体的作法是在混凝土表面可以踩上人，但仍有脚印时，就用木抹子进行二次抹面，待终凝后淋水养护或覆盖湿麻袋养护，这样做能够及时消除表面的微裂缝，并且封闭混凝土泌水形成的毛细孔道，效果较好。另外，也可以采取在混凝土外加剂中加入保水组分以减少混凝土表面失水的方法。若采取以上几项综合措施则效果更好。温度裂缝对于防水混凝土结构的危害较大。这类裂缝一般发生在大体积混凝土中，在有关规范中规定大体积混凝土的内外温差不宜大于25 C，日降温速率不宜超过1.5 C，这已经过多个工程的实践验证。为了满足大体积混凝土对于温差及降温速度的要求，必须对混凝土进行保温养护，具体的作法是在混凝土浇筑后在表面覆盖塑料薄膜，然后在其上方加盖保温材料，并宜同时进行测温（测温探头应在混凝土浇筑前预埋），监控混凝土的内外温差及降温速度，据此调整保温层的厚度（详见图一）；也有的工程采用蓄水养护的方法，利用一定厚度的水被进行保温（详见图二），水被及保温覆盖物的厚度视混凝土的体积及环境温度的不同而各异，虽然可以通过理论计算求得，但由于计算较复杂且准确度不高，建议采用测温监控的方法来控制混凝土的内外温差及降温速度。另外，在大体积混凝土中使用缓凝剂或缓凝减水剂，能够有效地降低水化热的释放速度，延迟混凝土中温峰的出现时间，降低温峰的峰值，有利于温度裂缝的控制。第四类裂缝是混凝土过早承受外力所导致的。对人为的因素，应该制定严格的施工操作规程，并认真实施，严格管理；对于自然环境因素，则应根据具体情况，区别对待。在地下防水工程中，应充分重视基坑的降排水，特别是底板混凝土的浇筑，不可轻视地下水的水压作用。当混凝土刚刚凝结，此时若降水措施不力，造成地下水位上升，作用于混凝土底板，就可能使底板结构出现裂缝，一般在工程实践中，要求持续进行降水作业，确保地下水位低于混凝土底板板底面至少7天时间。2.2新材料的应用以上方法均为工程实践中常规的作法。随着技术的不断进步，也出现了许多新的材料，有助于防止混凝土的裂缝，它们都已在工程实践中成功应用。2.2.1微膨胀剂微膨胀混凝土的应用，在我国已有二十年的历史，这类混凝土具有极高的抗渗性，较好的补偿收缩或微膨胀能力，对大面积底板的防裂有很大的帮助，在长期的工程实践中，微膨胀混凝土取得了较好的效果。常用的微膨胀混凝土是通过加入一定量的UEA膨胀剂，依靠水化过程中，反应生成膨胀性结晶水化物钙矾石（C3A.3CaSO4.32H2O），使混凝土适度膨胀（限制膨胀率为2610-4），在钢筋及邻位的约束下，可产生0.20.7MPa的自应力，大致抵消混凝土收缩所产生的拉应力，从而防止或减少混凝土收缩开裂。同时，UEA微膨胀混凝土在水化过程中所产生的钙矾石结晶起到了填充堵塞毛细孔的作用，使混凝土致密，提高了混凝土的抗渗能力。微膨胀混凝土虽然在抗渗性、补偿收缩、抗裂等方面有优异的性能，但这些性能的发挥必须得到设计、生产、施工等多方面的密切配合，才能取得满意的效果。首先，这类混凝土对于养护有较高的要求，必须保湿养护，否则不仅不能补偿收缩，还容易出现裂缝。在工程应用中一般要求浸水养护，养护时间不少于14天。其次，有些设计人员也往往错误的认为，混凝土中添加了膨胀剂就可以取消后浇带。这样一来往往造成收缩裂缝，导致渗漏。正确的方法应该是适当延长后浇带的间距，缩短后浇带的填缝时间。另有一种错误观点就是认为膨胀剂添加的越多，混凝土的膨胀率就越高，抗裂性也就越好。实践证明，这种观点危害十分大，膨胀剂的掺量不能太大，它只有在适宜的范围内才能发挥有利的作用，膨胀越大，混凝土构件承受的内应力也越大，最终导致结构开裂。总之，微膨胀混凝土必须从原材料到施工，坚持质量第一的方针，研究、生产、设计、施工单位必须紧密配合，一起把好质量关。这类混凝土只要正确使用就能取得很好的效果。2.2.2纤维混凝土纤维混凝土的应用在我国也有一定的历史，其中能够以混凝土为基体的纤维有钢纤维、聚丙烯纤维、尼龙纤维等，它是以水泥混凝土为基体，采用非连续的短纤维作增强材料组成的水泥基复合材料。加入混凝土中的纤维起到了提高基体的抗拉强度，阻止基体中微裂缝的扩展，改善其韧性与抗冲击性的作用，因此纤维混凝土往往具有良好的抗裂性。近年来，在实际工程中，纤维混凝土在结构中的应用越来越多，取得了良好的效果。2.2.2.1钢纤维钢纤维混凝土具有抗拉强度高、韧性好、耐冲击、耐疲劳、干缩率较普通混凝土小的优点，并且钢纤维的加入对于提高混凝土的抗渗性也有所帮助。在我们所进行的一系列试验中也证实了钢纤维的上述特点。目前钢纤维混凝土已在公路路面、机场道面、工业建筑地面、道桥铺装面层、叠合式受弯构件、铁路轨枕、抗震框架节点、预制桩局部增强、刚性防水屋面、隧道衬砌、矿山巷道、地下铁道、防爆构筑物等多个领域得到应用。但是，由于钢纤维混凝土的成本较高，不易被一般工程采用，通常只用于重要的工程部位，同时在混凝土中加入钢纤维，对混凝土的工作性影响较大，且生产工艺较复杂，对施工队伍的素质要求也较高，因此限制了它的使用数量。2.2.2.2聚丙烯纤维聚丙烯纤维是一种以聚丙烯为原料制造的束状合成纤维，它具有化学性质稳定，耐蚀性好，抗酸碱能力强的优点，不与混凝土中的水泥、掺合料、水及外加剂等发生任何化学反应，将其放入混凝土中，在搅拌的作用下，能够均匀的分布，同水泥基料紧密结合在一起，有效地形成混凝土内部的三维支撑体系，阻碍骨料的沉降，减少泌水的产生，控制水泥基体的收缩，防止或减少塑性裂缝的形成，并且还能够有效地改善混凝土的韧性，提高混凝土的抗渗性能。值得注意的是，在混凝土中添加少量聚丙烯纤维后，对于混凝土的韧性、抗渗性虽然有较大提高，但是对混凝土的抗压强度没有明显的影响，对其抗拉强度及抗折强度的改善也有限（有关数据略），聚丙烯纤维并不适用于作为结构性的加强材料，聚丙烯纤维混凝土也不能单独用于需承受较大外力冲击抗裂的构件。聚丙烯纤维混凝土较钢纤维混凝土成本更低，生产工艺简单，具有很高的推广价值。其纤维表面具憎水性，在混凝土中具有极好的分散性，在搅拌过程中集料可使聚丙烯纤维束分散成细小的单根纤维，不会发生结团现象。在工程实践中，我们发现如果采用强制式搅拌机可以不延长搅拌时间，纤维可与骨料一起加入，不需改变搅拌工艺及浇筑方法。虽然添加纤维后，混凝土的坍落度较无纤维的同配比混凝土略有下降，但仍能够满足施工的需要，并且混凝土添加纤维后其保水性及粘聚性更优越，具有良好的泵送性能，适用于大面积、大体积混凝土结构的使用。目前，在我们应用聚丙烯纤维混凝土浇筑的几个工程中，均取得了良好的效果，其地下室的底板及壁板均未出现开裂渗水的现象。2.2.2.3尼龙纤维尼龙纤维又称卡普隆纤维，是采用100%的尼龙-6制成的单丝纤维，它的性能与聚丙烯纤维类似，同样具有良好的化学稳定性，耐酸碱性及在混凝土中的易分散性。它对于混凝土的抗裂性、韧性、抗渗性、工作性、抗拉强度及抗折强度的影响与聚丙烯纤维类似，对于混凝土的抗压强度则稍有提高。聚丙烯纤维与尼龙纤维同属合成纤维，它们有着良好的发展前景。 、讨论混凝土是一种脆性材料，自从问世以来，裂缝就与之相随，混凝土的抗裂问题也一直困挠着学术界及工程界，本文仅从工程实践的角度对混