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随着西部大开发和社会经济的发展,我省的公路建设规模正日益增大,如何保证公路工程质量,也日益受到上级部门和社会各界的广泛关注。在众多的工程质量问题中,水泥混凝土在施工过程中由于多方面原因往往会出现一些裂缝,从而影响工程施工的质量,因此必须十分重视水泥混凝土裂缝成因的分析及预防。本文针对水泥混凝土施工中普遍存在的裂缝问题,阐述了裂缝产生的原因及防治措施。
1混凝土裂缝产生原因
水泥混凝土作为一种复合材料,由于其组成材料的多样化以及各组成材料间物理化学作用的多变化,而易受外部影响产生裂缝,主要有水泥干缩裂缝、温度裂缝、外荷载引起的裂缝和施工操作等因素引起的裂缝。
混凝土裂缝是施工中具有较普遍性的质量问题。混凝土结构、构件出现裂缝,不但影响外观,而且有可能影响构件刚度和结构整体性。当裂缝宽度超出一定限度,有时会造成钢筋锈蚀,影响结构构件的耐久性,因此,为裂缝的出现,应给予应有的重视。
混凝土在施工中对有些结构按其所处条件的不同,允许存在一定宽度的裂缝。但施工中仍尽可能采取有效的技术措施控制裂缝,使结构尽量不出现裂缝,或尽量减少裂缝的数量和宽度,特别是避免有害裂缝的出现,以确保工程质量。
2混凝土裂缝的原因分析与控制方法
2.1水泥干缩产生的裂缝
混凝土浇注后仍处于塑料性状态时,由于表面水分蒸发过快而产生的裂缝。这类裂缝多在表面出现。形状不规则。这种裂缝裂缝为表面性,宽度较细。其走向纵横交错,没有规律,比较细小。在硬化初期如果养护不当造成水份不足则可能产生裂缝。
2.2水泥干缩产生的裂缝的预防措施
1)合理选择水泥品种。一般来说,水泥的需水量越大,混凝土的干燥收缩越大,不同水泥混凝土的干燥收缩按其大小顺序排列为:矿渣硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、中低热水泥和粉煤灰水泥。所以,从减少收缩的角度出发,宜采用中低热水泥和粉煤灰水泥。2)控制水泥用量。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。3)用水量的把握。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。4)化学外加剂的选用。掺加减水剂、泵送剂,特别是同时掺加粉煤灰的雙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。5)正确选择养护时间和方法。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湿养护,对减少干燥收缩有一定作用。
2.3温度裂缝产生的原因
水泥水化是一个放热的化学反应过程,其间产生一定的水化热。混凝土是热的不良导体,特别是大体积混凝土,其产生的大量水化热不容易散发,导致内部温度不断上升,而混凝土表面散热快,使混凝土内外截面产生温度梯度,特别是昼夜温差大时,内外温度差别更大,内部混凝土热胀变形产生压力,外部混凝土冷缩变形产生拉力,由于此时混凝土拉抗强度较低,当混凝土内部拉应力超过其抗拉强度时,混凝土便产生裂缝。这种裂缝的特点是裂缝出现在混凝土浇筑后的3～5d,初期出现的裂缝很细,随着时间的发展而继续扩大,甚至达到贯穿的情况。
2.4温度裂缝的预防措施
混凝土内部的温度与混凝土厚度及水泥品种、水泥用量有关。混凝土越厚,水泥用量越大,水化热越高的水泥,其内部温度越高,形成温度应力越大,产生裂缝的可能性越大。尽量选用低热或中热水泥(如矿渣水泥、粉煤灰水泥)配制混凝土;或混凝土中掺适量粉煤灰;或利用混凝土的后期强度,降低水泥用量,以减少水化热量。选用良好级配的骨料,并严格控制砂、石子含泥量,降低水灰比,加强振捣,以提高混凝土的密实性和抗拉强度,在混凝土中掺加缓凝剂,减缓浇筑速度,以利于散热,或掺木钙、减水剂,以改善和易性,减少水泥用量。避开炎热天气浇筑大体积混凝土;分层浇筑混凝土,每层厚度不大于30厘米,以加快热量散发,并使温度分布均匀,同时也便于振捣密实。大体积混凝土适当预留一些孔道,采取通冷水或冷气降温。浇筑混凝土后,表面应及时用草袋、锯末、砂等覆盖,并洒水养生。夏季应适当延长养护时间,使之缓慢降温。在寒冷季节,混凝土表面应采取保温措施,以防寒潮袭击。拆模时,块体中部和表面温差不宜大于20℃,以防止急剧冷却造成表面裂缝。基础混凝土拆模后要及时回填。
为了降低混凝土的出机温度和浇筑温度,可以采取下面的办法:1)降低原料温度,每1m3混凝土中集料所占重量最大,所以最有效的办法是降低集料温度。在气温较高时,为了防止太阳直接照射,可以在砂石堆场搭设简易遮阳棚,必要时可向集料喷淋雾状水,或者在使用前用冷水冲洗集料;2)在搅拌混凝土时加冰块冷却;3)生产砼时避开当天高温时段;4)对搅拌运输车罐体、泵送管道采取保温、冷却措施。
2.5不均匀沉降引起的裂缝
公路桥涵构造物下面的地基未经夯实和必要的加固处理,混凝土浇筑后,地基的不均匀沉降而出现的裂缝。不均匀沉陷裂缝多属贯穿性裂缝,其走向与沉陷情况有关,有的在上部,有的在下部,较大的不均匀沉陷裂缝,往往上下或左右有一定的差距,裂缝宽度受温度变化影响较小,因荷载大小而异,且与不均匀沉降值成比例。
2.6不均匀沉降引起的裂缝主要预防措施
1)对松软土、填土地基在上部结构施工前应进行必要的夯实和加固,避免直接在松软土或填土上制作预制构件,或经压夯实处理后作预制场地。2)保证模板有足够的强度和刚度,且应支撑牢固,并使地基受力均匀,拆模时间不能达早,应按规定执行。3)防止混凝土浇灌过程中地基被水浸泡。4)在冻土上搭设模板时要注意采取一定的预防措施。
2.7外荷载引起的裂缝
由于荷载直接作用与水泥混凝土结构物所引起的裂缝。我们在公路施工中主要有梁的外荷载引起的裂缝和现浇混凝土板的裂缝两方面:
1)梁的裂缝及预防措施。梁在外荷载作用下易产生裂缝的部位有:粱受拉区裂缝,梁在支座附近的斜裂缝,粱受压区裂缝。裂缝控制措施有:①提高原材料的质量,严格控制混凝土拌制。②提高混凝土运输、浇筑要求,加强混凝土施工的过程控制。③加强对混凝土的养护及成品保护。2)现浇混凝土板的裂缝裂缝及预防措施。现浇混凝土板裂缝主要表现在外荷载作用下产生龟裂,纵向、横向裂缝以及斜向裂缝等问题。控制措施如下:①严格控制混凝土施工配合比。②混凝土浇筑前先将模板浇水湿透,浇筑完毕后应采取有效的养护措施,并满足以下要求:应在浇筑完毕后12小时以内对混凝土加以覆盖并保湿养护;混凝土浇水养护时间,对采用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥或矿渣硅酸盐水泥拌制的混凝土,不得少于7天,对掺用缓凝型外加剂或有抗渗要求的混凝土,不得少于14天;浇水次数应能保持混凝土处于湿润状态;采用塑料布覆盖养护的混凝土,其敞露的全部表面应覆盖严密并应保持塑料布内有凝结水。
2.8施工操作不当引起的裂缝
1)施工中,在混凝土初凝阶段因模板振动、变形或移位会使结构产生裂缝。2)加荷过早产生的裂缝。施工时因拆模过早,混凝土强度未达到设计要求而提前加荷,使构件过载而出现裂缝。3)施工缝处理不好则可能在施工缝部位出现裂缝。4)混凝土预制构件,在脱模、运输、堆放、起吊过程中因各种原因使构件受压区处于受拉状态,都可能使构件产生裂缝。
2.9施工操作不当引起的裂缝的预防措施
1)加强施工中钢筋、模板、混凝土配料、振捣的质量控制检查,确保结构构件钢筋位置,安装支撑系统正确,混凝土强度达到要求。2)保证混凝土在早期尽可能少的产生收缩,可以通过控制好构件的湿润养护来实现,为了确保混凝土的降温和保温工作宜在表面覆盖薄膜、湿麻袋等进行养护。以防止由于混凝土内外温差过大而引起的温度裂缝。3)正确掌握拆模时间,避免过早拆模。4)严格控制施工临时堆载,构件堆放、运输、吊装时保持支承和吊点位置正确稳定。避免振动碰撞。
3影响混凝土裂缝的其他一些原因
1)由于材料不良引起的裂缝:①水泥不符合《规范》引起的混凝土裂缝。②碎石、砂等原材料不符合《规范》引起的混凝土裂缝。2)配合比控制不严以及计量不准确引起的混凝土裂缝
4结语
裂缝是混凝土的一种材料特征,但科学的要求应是将有害程度控制在允许范围内。如果不对其加以控制,严重时不仅会影响结构的整体性和刚度,还会引起钢筋的锈蚀、加速混凝土的碳化、降低混凝土的耐久性和抗疲劳、抗渗能力,所以要提前采取必要措施预防混凝土裂缝。
1混凝土裂缝产生原因
水泥混凝土作为一种复合材料,由于其组成材料的多样化以及各组成材料间物理化学作用的多变化,而易受外部影响产生裂缝,主要有水泥干缩裂缝、温度裂缝、外荷载引起的裂缝和施工操作等因素引起的裂缝。
混凝土裂缝是施工中具有较普遍性的质量问题。混凝土结构、构件出现裂缝,不但影响外观,而且有可能影响构件刚度和结构整体性。当裂缝宽度超出一定限度,有时会造成钢筋锈蚀,影响结构构件的耐久性,因此,为裂缝的出现,应给予应有的重视。
混凝土在施工中对有些结构按其所处条件的不同,允许存在一定宽度的裂缝。但施工中仍尽可能采取有效的技术措施控制裂缝,使结构尽量不出现裂缝,或尽量减少裂缝的数量和宽度,特别是避免有害裂缝的出现,以确保工程质量。
2混凝土裂缝的原因分析与控制方法
2.1水泥干缩产生的裂缝
混凝土浇注后仍处于塑料性状态时,由于表面水分蒸发过快而产生的裂缝。这类裂缝多在表面出现。形状不规则。这种裂缝裂缝为表面性,宽度较细。其走向纵横交错,没有规律,比较细小。在硬化初期如果养护不当造成水份不足则可能产生裂缝。
2.2水泥干缩产生的裂缝的预防措施
1)合理选择水泥品种。一般来说,水泥的需水量越大,混凝土的干燥收缩越大,不同水泥混凝土的干燥收缩按其大小顺序排列为:矿渣硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、中低热水泥和粉煤灰水泥。所以,从减少收缩的角度出发,宜采用中低热水泥和粉煤灰水泥。2)控制水泥用量。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。3)用水量的把握。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。4)化学外加剂的选用。掺加减水剂、泵送剂,特别是同时掺加粉煤灰的雙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。5)正确选择养护时间和方法。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湿养护,对减少干燥收缩有一定作用。
2.3温度裂缝产生的原因
水泥水化是一个放热的化学反应过程,其间产生一定的水化热。混凝土是热的不良导体,特别是大体积混凝土,其产生的大量水化热不容易散发,导致内部温度不断上升,而混凝土表面散热快,使混凝土内外截面产生温度梯度,特别是昼夜温差大时,内外温度差别更大,内部混凝土热胀变形产生压力,外部混凝土冷缩变形产生拉力,由于此时混凝土拉抗强度较低,当混凝土内部拉应力超过其抗拉强度时,混凝土便产生裂缝。这种裂缝的特点是裂缝出现在混凝土浇筑后的3～5d,初期出现的裂缝很细,随着时间的发展而继续扩大,甚至达到贯穿的情况。
2.4温度裂缝的预防措施
混凝土内部的温度与混凝土厚度及水泥品种、水泥用量有关。混凝土越厚,水泥用量越大,水化热越高的水泥,其内部温度越高,形成温度应力越大,产生裂缝的可能性越大。尽量选用低热或中热水泥(如矿渣水泥、粉煤灰水泥)配制混凝土;或混凝土中掺适量粉煤灰;或利用混凝土的后期强度,降低水泥用量,以减少水化热量。选用良好级配的骨料,并严格控制砂、石子含泥量,降低水灰比,加强振捣,以提高混凝土的密实性和抗拉强度,在混凝土中掺加缓凝剂,减缓浇筑速度,以利于散热,或掺木钙、减水剂,以改善和易性,减少水泥用量。避开炎热天气浇筑大体积混凝土;分层浇筑混凝土,每层厚度不大于30厘米,以加快热量散发,并使温度分布均匀,同时也便于振捣密实。大体积混凝土适当预留一些孔道,采取通冷水或冷气降温。浇筑混凝土后,表面应及时用草袋、锯末、砂等覆盖,并洒水养生。夏季应适当延长养护时间,使之缓慢降温。在寒冷季节,混凝土表面应采取保温措施,以防寒潮袭击。拆模时,块体中部和表面温差不宜大于20℃,以防止急剧冷却造成表面裂缝。基础混凝土拆模后要及时回填。
为了降低混凝土的出机温度和浇筑温度,可以采取下面的办法:1)降低原料温度,每1m3混凝土中集料所占重量最大,所以最有效的办法是降低集料温度。在气温较高时,为了防止太阳直接照射,可以在砂石堆场搭设简易遮阳棚,必要时可向集料喷淋雾状水,或者在使用前用冷水冲洗集料;2)在搅拌混凝土时加冰块冷却;3)生产砼时避开当天高温时段;4)对搅拌运输车罐体、泵送管道采取保温、冷却措施。
2.5不均匀沉降引起的裂缝
公路桥涵构造物下面的地基未经夯实和必要的加固处理,混凝土浇筑后,地基的不均匀沉降而出现的裂缝。不均匀沉陷裂缝多属贯穿性裂缝,其走向与沉陷情况有关,有的在上部,有的在下部,较大的不均匀沉陷裂缝,往往上下或左右有一定的差距,裂缝宽度受温度变化影响较小,因荷载大小而异,且与不均匀沉降值成比例。
2.6不均匀沉降引起的裂缝主要预防措施
1)对松软土、填土地基在上部结构施工前应进行必要的夯实和加固,避免直接在松软土或填土上制作预制构件,或经压夯实处理后作预制场地。2)保证模板有足够的强度和刚度,且应支撑牢固,并使地基受力均匀,拆模时间不能达早,应按规定执行。3)防止混凝土浇灌过程中地基被水浸泡。4)在冻土上搭设模板时要注意采取一定的预防措施。
2.7外荷载引起的裂缝
由于荷载直接作用与水泥混凝土结构物所引起的裂缝。我们在公路施工中主要有梁的外荷载引起的裂缝和现浇混凝土板的裂缝两方面:
1)梁的裂缝及预防措施。梁在外荷载作用下易产生裂缝的部位有:粱受拉区裂缝,梁在支座附近的斜裂缝,粱受压区裂缝。裂缝控制措施有:①提高原材料的质量,严格控制混凝土拌制。②提高混凝土运输、浇筑要求,加强混凝土施工的过程控制。③加强对混凝土的养护及成品保护。2)现浇混凝土板的裂缝裂缝及预防措施。现浇混凝土板裂缝主要表现在外荷载作用下产生龟裂,纵向、横向裂缝以及斜向裂缝等问题。控制措施如下:①严格控制混凝土施工配合比。②混凝土浇筑前先将模板浇水湿透,浇筑完毕后应采取有效的养护措施,并满足以下要求:应在浇筑完毕后12小时以内对混凝土加以覆盖并保湿养护;混凝土浇水养护时间,对采用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥或矿渣硅酸盐水泥拌制的混凝土,不得少于7天,对掺用缓凝型外加剂或有抗渗要求的混凝土,不得少于14天;浇水次数应能保持混凝土处于湿润状态;采用塑料布覆盖养护的混凝土,其敞露的全部表面应覆盖严密并应保持塑料布内有凝结水。
2.8施工操作不当引起的裂缝
1)施工中,在混凝土初凝阶段因模板振动、变形或移位会使结构产生裂缝。2)加荷过早产生的裂缝。施工时因拆模过早,混凝土强度未达到设计要求而提前加荷,使构件过载而出现裂缝。3)施工缝处理不好则可能在施工缝部位出现裂缝。4)混凝土预制构件,在脱模、运输、堆放、起吊过程中因各种原因使构件受压区处于受拉状态,都可能使构件产生裂缝。
2.9施工操作不当引起的裂缝的预防措施
1)加强施工中钢筋、模板、混凝土配料、振捣的质量控制检查,确保结构构件钢筋位置,安装支撑系统正确,混凝土强度达到要求。2)保证混凝土在早期尽可能少的产生收缩,可以通过控制好构件的湿润养护来实现,为了确保混凝土的降温和保温工作宜在表面覆盖薄膜、湿麻袋等进行养护。以防止由于混凝土内外温差过大而引起的温度裂缝。3)正确掌握拆模时间,避免过早拆模。4)严格控制施工临时堆载,构件堆放、运输、吊装时保持支承和吊点位置正确稳定。避免振动碰撞。
3影响混凝土裂缝的其他一些原因
1)由于材料不良引起的裂缝:①水泥不符合《规范》引起的混凝土裂缝。②碎石、砂等原材料不符合《规范》引起的混凝土裂缝。2)配合比控制不严以及计量不准确引起的混凝土裂缝
4结语
裂缝是混凝土的一种材料特征,但科学的要求应是将有害程度控制在允许范围内。如果不对其加以控制,严重时不仅会影响结构的整体性和刚度,还会引起钢筋的锈蚀、加速混凝土的碳化、降低混凝土的耐久性和抗疲劳、抗渗能力,所以要提前采取必要措施预防混凝土裂缝。