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摘要:建筑工程中混凝土结构占主导地位,建筑物的破坏往往是从裂缝开始,而混凝土结构由于内外因素的作用不可避免地存在裂缝,裂缝是混凝土结构物承载能力、耐久性及防水性降低的主要原因。因此,对裂缝的控制和处理至关重要。本文对建筑工程中的混凝土裂缝的成因、种类进行分析,并对如何预防和控制混凝土产生危害性裂缝的措施进行探讨。,
关键词:混凝土裂缝,防治措施
中图分类号: TU375文献标识码:A 文章编号:
混凝土在建筑工程施工中占有十分重要的地位,混凝土裂缝是施工过程中普遍存在的问题,为了提高工程质量,必须在实际施工中对混凝土裂缝进行有效控制,特别是有害裂缝,一定要尽量避免。混凝土中产生裂缝的原因很多,主要是混凝土配合比、粗细集料的选配、施工及现场养护原因等。众多因素都会产生混凝土温度应力、收缩应力、不均匀的内部应力等,而导致裂缝的出现,裂缝的成因不同,其裂缝的特点及防治措施也不同。
一、裂缝的成因裂缝产生的形式和种类很多,要根本解决混凝土中裂缝问题,还是需要从混凝土裂缝的形成原因人手。正确判断和分析混凝土裂缝的成因是有效地控制和减少混凝土裂缝产生的最有效的途径。(一)设计原因1.设计结构中的断面突变而产生的应力集中所产生的构件裂缝。2.设计中对构件施加预应力不当,造成构件的裂缝(偏心、应力过大等)。3.设计中构造钢筋配置过少或过粗等引起构件裂缝(如墙板、楼板)。4.设计中未充分考虑混凝土构件的收缩变形。5.设计中采用的混凝土等级过高,造成用灰量过大,对收缩不利。(二)材料原因1.粗细集料含泥量过大,造成混凝土收缩增大。集料颗粒级配不良或采取不恰当的间断级配,容易造成混凝土收缩的增大,诱导裂缝的产生。2.骨料粒径越细、针片含量越大,混凝土单方用灰量、用水量增多,收縮量增大。3.混凝土外加剂、掺和料选择不当、或掺量不当,严重增加混凝土收缩。4.水泥品种原因,矿渣硅酸盐水泥收缩比普通硅酸盐水泥收缩大、粉煤灰及矾土水泥收缩值较小、快硬水泥收缩大。5.水泥等级及混凝土强度等级原因:水泥等级越高、细度越细、早强越高对混凝土开裂影响很大。混凝土设计强度等级越高,混凝土脆性越大、越易开裂。
(三)、混凝土裂缝按影响程度分:微观裂缝与宏观裂缝,混凝土的微观裂缝主要有三种形式:(1)黏着裂缝是指骨料与水泥石的粘接面上的裂缝,主要沿骨料周围出现;(2)水泥石裂缝是指水泥浆中的裂缝,出现在骨料与骨料之间;(3)骨料裂缝是指骨料本身的裂缝。这三种裂缝中,前两种较多,骨料裂缝较少。混凝土的微裂主要指黏着裂缝和水泥石裂缝。混凝土中微裂的存在,对于混凝土的基本物理力学性质有重要影响。
二、混凝土裂缝的防治措施:
(一)、材料的选择
1.水泥的选择:普通硅酸盐水泥,硬化快、水化热大,凝固时产生的自生收缩使体积缩小。选择低热微膨胀水泥,水化热小,凝固时产生的自生收缩是膨胀,体积变大。故不宜采用普通硅酸盐水泥。
2.骨料的选择:使用粗骨料,在标准范围内,尽量选用粒径较大的石子;选择磨数为2.3~2.8沙子为宜;从而减少水泥用量及水化热的产生。
3.水的选择:国家标准的饮用水即可,水中物质含量限制为,pH>4,不溶物<2 000 mg/L,可溶物<5 000 mg/L,氯化物(以Cl-计)<1 200 mg/L,硫酸盐(以SO42-计)<2 700 mg/L,硫化物(以S2-计mg/L)无要求。
4.选用外加剂:如缓凝剂、YJ-2型减水剂或缓凝型减水剂一木质素磺酸钙等。掺入减水剂,可以在保证混凝土合理坍落度的同时,大大提高水泥拌和物的流动性,且大幅度降低用水量;在保持强度恒定值时,则能节约水泥12%-20%。选择优质的复合外加剂能提高混凝土的抗渗、抗冻及耐腐蚀性,增强构件的耐久性。
(二)、温度控制
1.内部降温:。①可掺人粉煤灰,在满足混凝土设计强度下,尽可能掺入优质粉煤灰,技术指标:细度(0.045mm方孔筛的筛余)<20%,烧结量<8%,需水比<150%,三氧化硫<3%,含水率<1%。②可掺人磨细矿渣,技术指标:密度≥2.8 g/cm3,比表面积≥350 m2/kg,活性指数7 d≥75%、28 d≥95%,流动性≥90%,含水量≤1%,烧失量≤3%。③在大体积混凝土中,有条件可掺人大石块,但掺加总量不得超过混凝土体积的20%。④混凝土内部预埋冷却水管,通入循环冷却水,可强制降低混凝土水化热的温度。掺入粉煤灰、磨细矿渣、大石块是改善和易性,减少水泥用量或减少混凝土用量,降低水灰比,减少水化热,降低混凝土的温度,以控制和减少混凝土裂缝的产生。
2.混凝土配合比:分一级配、二级配、三级配,在使用的过程中,要选择优化后的级配,降低水化热的产生,一般混凝土浇注后4~15 h,水泥水化反应激烈,内部温度可达65~85℃左右。
3.减少温度应力:在拌和混凝土时,还可掺入适量的微膨胀剂或膨胀水泥,使混凝土得到补偿收缩,可抵减混凝土的温度应力和收缩应力。
4.入模要求:①砂石骨料在搅拌前,可用冷水降温,但必须严格控制搅拌时的用水量;②所有骨料应防止太阳暴晒,搭设凉棚,并设通风口;③在搅拌时可掺入磨细的冰粉,降低混凝土的温度,以减少水化热的产生;④在混凝土入模时,可采取措施改善和加强模内的通风,加速模内热量的散发;⑤控制混凝土人模温度小于20℃。
(三)、混凝土浇筑
1.混凝土浇注时间:选择适宜的气温,避免炎热的天气,如下午4:00以后,也使混凝土硬化时间赶到第二天的中午,以减少内外温度的温差,如内外温差>25。C以上时,混凝土则易产生裂缝。
2.保温和保湿:在混凝土浇注之后,避免暴晒,缓缓降温,充分发挥混凝土徐变的特性,降低产生的温度应力。做好混凝土的保温和保湿,避免发生急剧的温度梯度的产生,控制和减少混凝土的裂缝出现。
(四)、拆模
1.拆摸时间的控制:采用长时间的养护,规定合理的拆摸时间,延缓降温时间和速度,充分发挥混凝土的“应力松弛效应”,能避免出现混凝土裂缝的几率。
2..拆摸后的养护:在混凝土拆摸之后,采用合理的养护措施,如无纺布、塑料布、草袋子等等,避免由于脱水而产生的混凝土表面龟裂。
3.温度的控制:加强测温和温度监测,实行信息化控制,随时控制混凝土内的温度变化,内外温差控制在25℃以内,基面温差和基底面温差均控制在20℃以内,及时调整保温和养护措施,使混凝土的温度梯度和湿度(会产生温差)不宜过大,以有效控制有害裂缝的出现。
(五)、施工方法
1.选用良好级配的粗骨料,严格控制其含泥量。采用振捣棒振捣时,要快插慢拔,上
下略有抽动,加强混凝土的振捣质量,提高混凝土与钢筋的握裹力,从而提高混凝土的密实度和抗拉强度,减少收缩变形和增强混凝土抵抗变形的能力,确保施工质量。
2.调整施工方法:采用二次投料法,二次振捣法,浇注后及时排除表面积水,加强早期养护,提高混凝土早期或相应龄期的抗拉强度和弹性模量。
3.设置后浇缝:当大体积混凝土表面尺寸过大,可以适当设置后浇缝,以减少外应力和温度应力,同时也有利于散热,降低混凝土的内部温度。后浇缝可留成公母槎或台阶槎。
4.合理安排施工程序:①合理安排浇灌速度和浇灌流程,由于浇灌速度越快或不正确浇灌流程,都会使裂缝的险情增加;②严格控制混凝土在浇筑过程中的均匀上升,避免混凝土拌和物堆积过大的高差;③在结构完成后及时回填土,避免侧面长期暴露。
5.设置后浇带:采取分成或分块浇筑大体积混凝土,合理设置水平或垂直施工缝,在合理的位置设置施工后浇带,以放松约束程度,减少每次浇筑长度的蓄热量,防止水化热的积聚,减少温度应力。
6.释放约束应力:设计人员在大体积混凝土基础或岩石地基之间可设置滑动层,如采用平面浇沥青胶铺砂或刷热沥青或铺卷材,在垂直面、键槽部位设置缓冲层,如铺设30~50 mm厚的沥青木丝板或聚苯乙烯泡沫塑料,以消除嵌固作用,释放约束应力,将能控制和减少混凝土的裂缝产生。
7.改善配筋:为了保证每个浇筑层上下均有温度筋,可建议设计人员将分布筋做适当调整,减少混凝土保护层的厚度。温度筋宜分布细密,一般用①8钢筋,双向配筋,间距15cm,这样可增强抵抗温度应力的能力。一般构造配筋率约为0.2%~0.5%,抗不均匀沉的受力配筋率大0.5%以上,屋盖结构受弯构件造配筋率为1%~1.5%,桁架受拉构件造配筋率为5%-10%。
混凝土的裂缝出现是很难避免的,但是能预防和治理的,混凝土裂缝产生主要是温度变形和湿度变形的影响产生的裂缝。混凝土制作过程中,只有从原材料,配制、搅拌、运输、浇灌、养生、综合考滤,才能控制混凝土不出现或少出现裂缝,做到不裂不渗,提高建筑工程的施工质量。
参考文献:
[1] 鞠丽艳. 混凝土裂缝抑制措施的研究进展[J]. 混凝土, 2002,(5).[2] 陈肇元, 崔京浩, 朱金铨, 等. 钢筋混凝土裂缝机理与控制措施[J]. 工程力学, 2006,23(z1).
关键词:混凝土裂缝,防治措施
中图分类号: TU375文献标识码:A 文章编号:
混凝土在建筑工程施工中占有十分重要的地位,混凝土裂缝是施工过程中普遍存在的问题,为了提高工程质量,必须在实际施工中对混凝土裂缝进行有效控制,特别是有害裂缝,一定要尽量避免。混凝土中产生裂缝的原因很多,主要是混凝土配合比、粗细集料的选配、施工及现场养护原因等。众多因素都会产生混凝土温度应力、收缩应力、不均匀的内部应力等,而导致裂缝的出现,裂缝的成因不同,其裂缝的特点及防治措施也不同。
一、裂缝的成因裂缝产生的形式和种类很多,要根本解决混凝土中裂缝问题,还是需要从混凝土裂缝的形成原因人手。正确判断和分析混凝土裂缝的成因是有效地控制和减少混凝土裂缝产生的最有效的途径。(一)设计原因1.设计结构中的断面突变而产生的应力集中所产生的构件裂缝。2.设计中对构件施加预应力不当,造成构件的裂缝(偏心、应力过大等)。3.设计中构造钢筋配置过少或过粗等引起构件裂缝(如墙板、楼板)。4.设计中未充分考虑混凝土构件的收缩变形。5.设计中采用的混凝土等级过高,造成用灰量过大,对收缩不利。(二)材料原因1.粗细集料含泥量过大,造成混凝土收缩增大。集料颗粒级配不良或采取不恰当的间断级配,容易造成混凝土收缩的增大,诱导裂缝的产生。2.骨料粒径越细、针片含量越大,混凝土单方用灰量、用水量增多,收縮量增大。3.混凝土外加剂、掺和料选择不当、或掺量不当,严重增加混凝土收缩。4.水泥品种原因,矿渣硅酸盐水泥收缩比普通硅酸盐水泥收缩大、粉煤灰及矾土水泥收缩值较小、快硬水泥收缩大。5.水泥等级及混凝土强度等级原因:水泥等级越高、细度越细、早强越高对混凝土开裂影响很大。混凝土设计强度等级越高,混凝土脆性越大、越易开裂。
(三)、混凝土裂缝按影响程度分:微观裂缝与宏观裂缝,混凝土的微观裂缝主要有三种形式:(1)黏着裂缝是指骨料与水泥石的粘接面上的裂缝,主要沿骨料周围出现;(2)水泥石裂缝是指水泥浆中的裂缝,出现在骨料与骨料之间;(3)骨料裂缝是指骨料本身的裂缝。这三种裂缝中,前两种较多,骨料裂缝较少。混凝土的微裂主要指黏着裂缝和水泥石裂缝。混凝土中微裂的存在,对于混凝土的基本物理力学性质有重要影响。
二、混凝土裂缝的防治措施:
(一)、材料的选择
1.水泥的选择:普通硅酸盐水泥,硬化快、水化热大,凝固时产生的自生收缩使体积缩小。选择低热微膨胀水泥,水化热小,凝固时产生的自生收缩是膨胀,体积变大。故不宜采用普通硅酸盐水泥。
2.骨料的选择:使用粗骨料,在标准范围内,尽量选用粒径较大的石子;选择磨数为2.3~2.8沙子为宜;从而减少水泥用量及水化热的产生。
3.水的选择:国家标准的饮用水即可,水中物质含量限制为,pH>4,不溶物<2 000 mg/L,可溶物<5 000 mg/L,氯化物(以Cl-计)<1 200 mg/L,硫酸盐(以SO42-计)<2 700 mg/L,硫化物(以S2-计mg/L)无要求。
4.选用外加剂:如缓凝剂、YJ-2型减水剂或缓凝型减水剂一木质素磺酸钙等。掺入减水剂,可以在保证混凝土合理坍落度的同时,大大提高水泥拌和物的流动性,且大幅度降低用水量;在保持强度恒定值时,则能节约水泥12%-20%。选择优质的复合外加剂能提高混凝土的抗渗、抗冻及耐腐蚀性,增强构件的耐久性。
(二)、温度控制
1.内部降温:。①可掺人粉煤灰,在满足混凝土设计强度下,尽可能掺入优质粉煤灰,技术指标:细度(0.045mm方孔筛的筛余)<20%,烧结量<8%,需水比<150%,三氧化硫<3%,含水率<1%。②可掺人磨细矿渣,技术指标:密度≥2.8 g/cm3,比表面积≥350 m2/kg,活性指数7 d≥75%、28 d≥95%,流动性≥90%,含水量≤1%,烧失量≤3%。③在大体积混凝土中,有条件可掺人大石块,但掺加总量不得超过混凝土体积的20%。④混凝土内部预埋冷却水管,通入循环冷却水,可强制降低混凝土水化热的温度。掺入粉煤灰、磨细矿渣、大石块是改善和易性,减少水泥用量或减少混凝土用量,降低水灰比,减少水化热,降低混凝土的温度,以控制和减少混凝土裂缝的产生。
2.混凝土配合比:分一级配、二级配、三级配,在使用的过程中,要选择优化后的级配,降低水化热的产生,一般混凝土浇注后4~15 h,水泥水化反应激烈,内部温度可达65~85℃左右。
3.减少温度应力:在拌和混凝土时,还可掺入适量的微膨胀剂或膨胀水泥,使混凝土得到补偿收缩,可抵减混凝土的温度应力和收缩应力。
4.入模要求:①砂石骨料在搅拌前,可用冷水降温,但必须严格控制搅拌时的用水量;②所有骨料应防止太阳暴晒,搭设凉棚,并设通风口;③在搅拌时可掺入磨细的冰粉,降低混凝土的温度,以减少水化热的产生;④在混凝土入模时,可采取措施改善和加强模内的通风,加速模内热量的散发;⑤控制混凝土人模温度小于20℃。
(三)、混凝土浇筑
1.混凝土浇注时间:选择适宜的气温,避免炎热的天气,如下午4:00以后,也使混凝土硬化时间赶到第二天的中午,以减少内外温度的温差,如内外温差>25。C以上时,混凝土则易产生裂缝。
2.保温和保湿:在混凝土浇注之后,避免暴晒,缓缓降温,充分发挥混凝土徐变的特性,降低产生的温度应力。做好混凝土的保温和保湿,避免发生急剧的温度梯度的产生,控制和减少混凝土的裂缝出现。
(四)、拆模
1.拆摸时间的控制:采用长时间的养护,规定合理的拆摸时间,延缓降温时间和速度,充分发挥混凝土的“应力松弛效应”,能避免出现混凝土裂缝的几率。
2..拆摸后的养护:在混凝土拆摸之后,采用合理的养护措施,如无纺布、塑料布、草袋子等等,避免由于脱水而产生的混凝土表面龟裂。
3.温度的控制:加强测温和温度监测,实行信息化控制,随时控制混凝土内的温度变化,内外温差控制在25℃以内,基面温差和基底面温差均控制在20℃以内,及时调整保温和养护措施,使混凝土的温度梯度和湿度(会产生温差)不宜过大,以有效控制有害裂缝的出现。
(五)、施工方法
1.选用良好级配的粗骨料,严格控制其含泥量。采用振捣棒振捣时,要快插慢拔,上
下略有抽动,加强混凝土的振捣质量,提高混凝土与钢筋的握裹力,从而提高混凝土的密实度和抗拉强度,减少收缩变形和增强混凝土抵抗变形的能力,确保施工质量。
2.调整施工方法:采用二次投料法,二次振捣法,浇注后及时排除表面积水,加强早期养护,提高混凝土早期或相应龄期的抗拉强度和弹性模量。
3.设置后浇缝:当大体积混凝土表面尺寸过大,可以适当设置后浇缝,以减少外应力和温度应力,同时也有利于散热,降低混凝土的内部温度。后浇缝可留成公母槎或台阶槎。
4.合理安排施工程序:①合理安排浇灌速度和浇灌流程,由于浇灌速度越快或不正确浇灌流程,都会使裂缝的险情增加;②严格控制混凝土在浇筑过程中的均匀上升,避免混凝土拌和物堆积过大的高差;③在结构完成后及时回填土,避免侧面长期暴露。
5.设置后浇带:采取分成或分块浇筑大体积混凝土,合理设置水平或垂直施工缝,在合理的位置设置施工后浇带,以放松约束程度,减少每次浇筑长度的蓄热量,防止水化热的积聚,减少温度应力。
6.释放约束应力:设计人员在大体积混凝土基础或岩石地基之间可设置滑动层,如采用平面浇沥青胶铺砂或刷热沥青或铺卷材,在垂直面、键槽部位设置缓冲层,如铺设30~50 mm厚的沥青木丝板或聚苯乙烯泡沫塑料,以消除嵌固作用,释放约束应力,将能控制和减少混凝土的裂缝产生。
7.改善配筋:为了保证每个浇筑层上下均有温度筋,可建议设计人员将分布筋做适当调整,减少混凝土保护层的厚度。温度筋宜分布细密,一般用①8钢筋,双向配筋,间距15cm,这样可增强抵抗温度应力的能力。一般构造配筋率约为0.2%~0.5%,抗不均匀沉的受力配筋率大0.5%以上,屋盖结构受弯构件造配筋率为1%~1.5%,桁架受拉构件造配筋率为5%-10%。
混凝土的裂缝出现是很难避免的,但是能预防和治理的,混凝土裂缝产生主要是温度变形和湿度变形的影响产生的裂缝。混凝土制作过程中,只有从原材料,配制、搅拌、运输、浇灌、养生、综合考滤,才能控制混凝土不出现或少出现裂缝,做到不裂不渗,提高建筑工程的施工质量。
参考文献:
[1] 鞠丽艳. 混凝土裂缝抑制措施的研究进展[J]. 混凝土, 2002,(5).[2] 陈肇元, 崔京浩, 朱金铨, 等. 钢筋混凝土裂缝机理与控制措施[J]. 工程力学, 2006,23(z1).