吳 志 強(qiáng)

(山西二建集團(tuán)有限公司，山西 太原 030013)

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混凝土裂縫分析及控制措施

吳 志 強(qiáng)

(山西二建集團(tuán)有限公司，山西 太原 030013)

介紹了混凝土裂縫的類型，分析了塑性裂縫、溫度裂縫、沉降裂縫、基巖約束裂縫的產(chǎn)生原因，主要從控制原材料與改善施工工藝兩方面論述了裂縫的控制措施，為混凝土裂縫的防治積累了經(jīng)驗(yàn)。

混凝土，裂縫，控制技術(shù)

隨著社會的快速發(fā)展以及近年來我國基礎(chǔ)設(shè)施投資的不斷擴(kuò)大，尤其是在后金融危機(jī)時(shí)代，擴(kuò)大內(nèi)需仍舊是我國降低危機(jī)影響的手段之一，使得我國建筑行業(yè)和房地產(chǎn)行業(yè)發(fā)展迅速，無論是民用建筑還是商用建筑，都在以無與倫比的速度發(fā)展著。在這些工程建設(shè)當(dāng)中，無可避免的都需要使用到混凝土，混凝土自1824年誕生以來，隨著歷史的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步，也取得了很大的進(jìn)步，然而其固有的容易產(chǎn)生裂縫的特點(diǎn)，卻始終沒有解決，成為了長期困擾建筑施工項(xiàng)目中技術(shù)專家的難題。如果從混凝土的微觀狀態(tài)出發(fā)，混凝土裂縫是無法避免的，它其實(shí)是混凝土這種材料天生的特性，而在實(shí)際的工程建筑中，如果對裂縫控制過于嚴(yán)格或過于松散，都可能引發(fā)工程的質(zhì)量問題，從而付出巨大的代價(jià)，甚至有些混凝土裂縫在經(jīng)過多次修復(fù)之后，依舊無法成功，造成了大量的經(jīng)濟(jì)損失。因此，如何從根本上預(yù)防和控制混凝土裂縫的產(chǎn)生，并在裂縫產(chǎn)生之后采取適當(dāng)?shù)奶幚砑夹g(shù)，在如今的建筑施工過程中表現(xiàn)的越來越重要，它不僅影響著建筑工程整體的美觀，而且影響著建筑工程的價(jià)值成本與持久程度。

1 混凝土裂縫分類

眾所周知，混凝土是一種由骨料、水泥、水及外加劑等原料混合而形成的非均質(zhì)脆性材料。由于混凝土結(jié)構(gòu)本身施工技術(shù)與外部環(huán)境的影響，已經(jīng)成型的混凝土中存在著很多的氣隙和小裂縫，在一些外部條件的作用下，這些氣隙和小裂縫逐步擴(kuò)展和連通，最終形成大的裂縫。混凝土裂縫的分類較為復(fù)雜，可分別依據(jù)形成原因、產(chǎn)生時(shí)間、裂縫形狀及發(fā)展?fàn)顟B(tài)等進(jìn)行分類。根據(jù)不同的成型原因可以分為很多個(gè)不同的類別。

1.1 按裂縫的成因分類

非結(jié)構(gòu)性裂縫又被稱為變形裂縫，是由于混凝土結(jié)構(gòu)因一些外部條件，如溫度、濕度、地基沉降、化學(xué)條件等原因引起的變形受到限制而產(chǎn)生內(nèi)部應(yīng)力所造成的裂縫。大量的工程實(shí)踐證明，排除建筑工程設(shè)計(jì)不合理的因素，非結(jié)構(gòu)性裂縫是產(chǎn)生較多的裂縫類型，為工程的主要裂縫。一般是因?yàn)楣こ淘谑┕ね戤呉院?，沒有對施工現(xiàn)場的混凝土進(jìn)行及時(shí)的養(yǎng)護(hù)，出現(xiàn)混凝土由于自身沒有水分而收縮開裂，造成混凝土表面上的不規(guī)則的開裂，此外這種裂縫也與混凝土本身骨料的含泥量或者與本身的配合比有關(guān)，如果混凝土的砂與石子的含泥量過大，那么容易在化學(xué)反應(yīng)當(dāng)中造成收縮的不均勻而開裂，如果配合比有問題，也會由于水泥的含量過大，內(nèi)部反應(yīng)等問題而造成混凝土的不規(guī)則開裂。

1.2 按裂縫的形狀劃分

依據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)裂縫形狀的不同，可將其分為縱向裂縫、橫向裂縫、X形裂縫和其他形狀裂縫?？v向裂縫是指混凝土結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的裂縫形狀與構(gòu)件底部平行，并順筋分布，這種裂縫主要由鋼筋腐蝕作用引起；橫向裂縫是指混凝土結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的裂縫形狀與構(gòu)件底部垂直，這種裂縫主要由荷載與溫度的作用引起；X形裂縫主要由于混凝土結(jié)構(gòu)的個(gè)別部分承受了瞬間較大的撞擊或地震引起，經(jīng)常出現(xiàn)在梁、柱的頂端和墻面上；其他形狀裂縫是由于混凝土結(jié)構(gòu)因反復(fù)的冰凍與融化、長時(shí)間壓力等原因引起的各種不規(guī)則形狀裂縫，如網(wǎng)狀、放射狀、八字狀等。

1.3 按裂縫的發(fā)展?fàn)顟B(tài)劃分

依據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的發(fā)展?fàn)顟B(tài)和未來可能的趨勢，將裂縫分為可愈合裂縫、穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)裂縫與不穩(wěn)定裂縫?？捎狭芽p是指混凝土結(jié)構(gòu)由于一些化學(xué)作用所產(chǎn)生的能夠在發(fā)展過程中自行愈合的裂縫，如在一些防水工程中，由于混凝土結(jié)構(gòu)裂縫中水泥與水產(chǎn)生化合作用，析出氫氧化鈣晶體，又部分溶解在二氧化碳中形成碳酸鈣，最后由二者形成膠狀物質(zhì)，使得裂縫自行愈合；穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)裂縫是指不斷處于產(chǎn)生與閉合裂縫的循環(huán)過程中的裂縫，如在一些周期性應(yīng)力的作用下，時(shí)而產(chǎn)生裂縫、時(shí)而閉合裂縫；不穩(wěn)定裂縫是相對于前兩種較為穩(wěn)定的裂縫而言的，這種裂縫隨著時(shí)間的推移，其發(fā)展?fàn)顟B(tài)將擴(kuò)展，影響混凝土結(jié)構(gòu)的持久性和穩(wěn)定性。以上三種裂縫中，可愈合裂縫與穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)裂縫屬于比較穩(wěn)定的裂縫，其發(fā)展?fàn)顟B(tài)不會對建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，而不穩(wěn)定裂縫則會對建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。

2 混凝土裂縫原因分析

混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫是一個(gè)相當(dāng)普遍的現(xiàn)象，大量工程實(shí)踐以及近代科學(xué)關(guān)于混凝土強(qiáng)度的細(xì)觀研究都表明結(jié)構(gòu)物的裂縫是不可避免的，它是材料的一種特性?，F(xiàn)就混凝土結(jié)構(gòu)中常見的不同裂縫以及在結(jié)構(gòu)中占主要部分的裂縫進(jìn)行成因分析。

2.1 塑性裂縫

塑性裂縫一般受天氣影響較為明顯，在夏季的干熱天、大風(fēng)天，白天澆筑的混凝土經(jīng)常出現(xiàn)此類裂縫。此裂縫外觀兩頭細(xì)中間寬，長短不一，由幾十公分到一兩米，互不貫穿。

2.2 溫度裂縫

對于混凝土來說，其本身的結(jié)構(gòu)主要是承受各種外力的載重及變形的作用，但是其本身屬于比較脆的一種材料，且其抗拉性能低，所以當(dāng)外力作用比較大的時(shí)候會出現(xiàn)裂縫。由于混凝土的施工一般體積比較大，這時(shí)水泥水化的時(shí)候就會產(chǎn)生大量的熱，導(dǎo)致其內(nèi)部的溫度急劇的升高，這樣表面和內(nèi)部就會形成較大的溫差，從而導(dǎo)致了溫度應(yīng)力的出現(xiàn)。

溫度裂縫主要是由于混凝土梁內(nèi)部與外部溫度差別和周圍氣溫的變化過大而造成。每克水泥可產(chǎn)生502 J的熱量，并且這些熱量主要集中在混凝土梁澆筑的7 d左右時(shí)間，最外部出現(xiàn)裂縫后，裂縫表面混凝土與外界直接接觸，溫度進(jìn)一步降低，造成溫度梯度加大，裂縫進(jìn)一步發(fā)展，甚至發(fā)展為貫穿裂縫。溫度裂縫一般為縱橫交錯(cuò)狀，貫穿性裂縫一般與混凝土短邊邊緣平行。

2.3 沉降裂縫

對于沉降裂縫來說，主要是由于施工現(xiàn)場的地質(zhì)結(jié)構(gòu)比較松軟容易出現(xiàn)沉降，導(dǎo)致整個(gè)工程的受力不均勻，整體框架的支撐間距以及支撐剛度不足形成沉降裂縫。該類型裂縫一般都是與沉降面平衡，其大小和寬度與沉降的程度呈正比關(guān)系。

2.4 基巖約束裂縫

混凝土內(nèi)部達(dá)到最高溫度之后，溫度開始下降，混凝土開始整體收縮，受到底部基巖或老混凝土的約束，接觸部位區(qū)域產(chǎn)生拉應(yīng)力，造成裂縫。此類裂縫往往由混凝土和基巖接觸面向上發(fā)展，和其他因素共同作用，甚至能夠引起貫穿裂縫。

3 裂縫控制技術(shù)

從混凝土裂縫成因分析可知裂縫控制應(yīng)從以下幾個(gè)方面入手。

3.1 控制混凝土原材料

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)，降低了孔隙率，孔結(jié)構(gòu)進(jìn)一步細(xì)化，使混凝土更加致密，降低了收縮。粉煤灰密度小，摻加過量或振搗過度易上浮，造成表面混凝土強(qiáng)度偏低，更容易出現(xiàn)裂縫。

緩凝劑可以延緩混凝土放熱峰值出現(xiàn)的時(shí)間，使混凝土早期強(qiáng)度與水化熱同步增長，減小裂縫出現(xiàn)的機(jī)會，還可以改善混凝土拌合物的和易性，減少運(yùn)輸過程中的坍落度損失。

改善骨料的級配，盡量擴(kuò)大粗骨料的粒徑，采用級配良好的中粗砂，降低孔隙率，降低骨料比表面積，減少水泥用量，降低水化熱。

摻用抗裂纖維材料，設(shè)置護(hù)面防裂鋼筋網(wǎng)，提高混凝土抗裂性能。

3.2 改善施工工藝

模板支架保證足夠的剛度、強(qiáng)度、穩(wěn)定性，地基、支架受力均勻，防止不均勻沉降引起沉降裂縫。模板、支架拆除不宜過早，注意拆除的先后次序，載荷的重分配。干熱、大風(fēng)天澆筑混凝土要采取遮陽擋風(fēng)措施，覆蓋塑料薄膜、麻布等材料保濕，防止混凝土初凝前表面大量失水形成塑性裂縫。

對于大體積混凝土，應(yīng)通過調(diào)整配合比將初凝時(shí)間控制在10 h以上。分層澆筑不但有利于新舊混凝土結(jié)合，而且可以分散水化熱峰值出現(xiàn)區(qū)域，有利于散熱。混凝土澆筑不宜太快，宜控制在每小時(shí)12 m3以內(nèi)。

設(shè)置降溫冷卻管道，以溫水、循環(huán)水對大體積混凝土進(jìn)行降溫處理。降溫管一般布置豎直1 m一層，水平間隔1 m。循環(huán)水溫度最好控制在比混凝土內(nèi)部溫度低5 ℃，水流量不小于15 L/min。循環(huán)水應(yīng)在混凝土澆筑至降溫管時(shí)啟動(dòng)，維持7 d～10 d。

混凝土一次性澆筑易產(chǎn)生過大的溫度應(yīng)力，適當(dāng)對混凝土進(jìn)行分塊、分層澆筑，利于散熱。一般分1 m～1.5 m為一層，每層澆筑的時(shí)間間隔控制在5 d～10 d。但分層澆筑施工不當(dāng)易形成較大的基巖約束，引起上層混凝土開裂，施工中應(yīng)注意。

3.3 其他裂縫的預(yù)防措施

這里的其他裂縫主要是指由化學(xué)反應(yīng)引起的混凝土梁堿骨料反應(yīng)裂縫和鋼筋銹蝕裂縫，這兩種裂縫是混凝土梁結(jié)構(gòu)中最常見的化學(xué)反應(yīng)裂縫。最終造成混凝土梁松散而膨脹裂開，這種裂縫若出現(xiàn)在使用期間，非常難以補(bǔ)救，因此必須防患于未然，在施工過程就得采取必要措施。主要措施有通過選用堿性活性較小的砂石骨料；最后還能夠選用合適的摻和料抑制堿骨料反應(yīng)的發(fā)生。使得有害物質(zhì)進(jìn)入混凝土梁結(jié)構(gòu)中使鋼筋產(chǎn)生銹蝕，這種銹蝕的鋼筋的體積會在一定程度產(chǎn)生膨脹，從而導(dǎo)致混凝土梁產(chǎn)生裂縫，鋼筋銹蝕裂縫通?？梢圆扇〉念A(yù)防措施有：在施工允許的范圍內(nèi)增強(qiáng)鋼筋保護(hù)層的厚度或?yàn)殇摻顚釉黾臃栏苛稀?/p>

4 結(jié)語

隨著近年來商品混凝土泵送施工的大力推廣、混凝土強(qiáng)度等級的不斷提高和大體積混凝土的強(qiáng)勢涌現(xiàn)，使得工程建筑過程在取得明顯效果的同時(shí)也遭遇到更為突出的混凝土裂縫問題。只有采取合適的預(yù)防措施，才能將裂縫的產(chǎn)生置于技術(shù)可控的范圍內(nèi)，當(dāng)然，控制這些裂縫除了廣大工程建設(shè)人員在設(shè)計(jì)與施工方面采取相應(yīng)措施外，還需要國內(nèi)外的專家學(xué)者進(jìn)行深入的科學(xué)研究，如開發(fā)出新的減少水泥收縮和水化升溫的高效材料，來達(dá)到預(yù)防混凝土裂縫的目的。在施工中應(yīng)綜合考慮各種因素影響，抓住主要問題，本文簡要分析了通過對原材料、施工工藝、后期養(yǎng)護(hù)的控制，可以有效地控制各種裂縫。

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Concrete cracking analysis and treatment scheme

Wu Zhiqiang

(Shanxi2ndConstructionGroupCo.,Ltd,Taiyuan030013,China)

The paper introduces concrete cracks types, analyzes plastic cracks, temperature cracks, subsidence cracks and bedrock constrains cracking causes, and discusses cracks controlling measures from two aspects of controlling raw materials and improving construction technologies, which has accumulated experience for preventing and processing concrete cracks.

concrete, cracks, control technology

1009-6825(2016)05-0109-03

2015-11-01

吳志強(qiáng)(1981- )，男，工程師

TU755

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