浅谈混凝土裂缝成因与控制

浅谈混凝土裂缝成因及控制 郭海岗靖江市交通工程公司 摘要：在桥梁建造和使用过程中，混凝土裂缝是较普遍存在的问题。本文结 合实际施工经验，对施工过程中混凝土裂缝的成因和处理措施进行了初步的分 析，提出了一些实用方法。 关键词：混凝土裂缝 成因及分析 处理措施 近年来，我省交通基础建设得到迅猛发展，各地兴建了大量的混凝土桥梁。 在桥梁建造和使用过程中，混凝土裂缝可以说是“常发病”和“多发病”，是建 筑工程中较普遍存在的问题，经常困扰着桥梁工程技术人员。 沿江公路靖江段夏仕港大桥为多跨连续梁结构，桥宽24米，桥梁总长为500 米。为了加快施工进度，采用了泵送混凝土。在进行上行第一跨半幅桥面铺装施 工过程中，正值入夏之时，尽管我们采取措施，小心谨慎，仍然出现了多道裂缝, 在一定程度上影响结构的抗渗性和耐久性。究其原因，是我们对混凝土温度应力 的变化和混凝土的收缩注意不够是其中之一。因此本文仅对施工中混凝土裂缝的 成因和处理措施做一探讨。 一、裂缝的成因及分析 1、温度应力引起的裂缝 混凝土具有热胀冷缩性质，是一种脆性材料。其抗拉强度是抗压强度的1 / 10左右，短期加荷时的极限拉伸变形只有（0.6〜1.0） X104,长期加荷时的极 限位伸变形也只有（1.2〜2.0） X104.由于原材料不均匀，水灰比不稳定，及运 输和浇筑过程中的离析现象，在同一块混凝土中其抗拉强度又是不均匀的，存在 着许多抗拉能力很低，易于出现裂缝的薄弱部位。当外部环境或结构内部温度发 生变化，混凝土将发生变形，若变形遭到约束，则在结构内将产生应力，当应力 超过混凝土抗拉强度时即产生温度裂缝。在某些大跨径桥梁中，温度应力可以达 到甚至超出活载应力。温度裂缝区别其它裂缝最主要特征是将随温度变化而扩张 或合拢。引起温度变化主要因素有： CD年温差。一年中四季温度不断变化，但变化相对缓慢，对桥梁结构的 影响主要是导致桥梁的纵向位移，一般可通过桥面伸缩缝、支座位移或设置柔性 墩等构造措施相协调，只有结构的位移受到限制时才会引起温度裂缝，例如拱桥、 刚架桥等。我国年温差一般以一月和七月月平均温度的作为变化幅度。考虑到混 凝土的蠕变特性，年温差内力计算时混凝土弹性模量应考虑折减。 C2）日照。桥面板、主梁或桥墩侧面受太阳曝晒后，温度明显高于其它部 位，温度梯度呈非线形分布。由于受到自身约束作用，导致局部拉应力较大，出 现裂缝。日照和下述骤然降温是导致结构温度裂缝的最常见原因。 （3）骤然降温。突降大雨、冷空气侵袭、日落等可导致结构外表面温度突 然下降，但因内部温度变化相对较慢而产生温度梯度。日照和骤然降温内力计算 时可采用设计规范或参考实桥资料进行，混凝土弹性模量不考虑折减。 （4）水化热。出现在施工过程中，大体积混凝土（厚度超过2.0米）浇筑 之后由于水泥水化放热，致使内部温度很高，内外温差太大，致使表面出现裂缝。 （5）蒸汽养护或冬季施工时施工措施不当，混凝土骤冷骤热，内外温度不 均，易出现裂缝。 2、收缩引起的裂缝 在实际工程中，混凝土因收缩所引起的裂缝是最常见的。在混凝土收缩种类 中，塑性收缩和缩水收缩（干缩）是发生混凝土体积变形的主要原因，另外还有 自生收缩和炭化收缩。 （1）塑性收缩。发生在施工过程中、混凝土浇筑后4~5小时左右，此时水 泥水化反应激烈，分子链逐渐形成，出现泌水和水分急剧蒸发，混凝土失水收缩, 同时骨料因自重下沉，因此时混凝土尚未硬化，称为塑性收缩。塑性收缩所产生 量级很大。在骨料下沉过程中若受到钢筋阻挡，便形成沿钢筋方向的裂缝。在构 件竖向变截面处如T梁、箱梁腹板与顶底板交接处，因硬化前沉实不均匀将发生 表面的顺腹板方向裂缝。为减小混凝土塑性收缩，施工时应控制水灰比，避免过 长时间的搅拌，下料不宜太快，振捣要密实，竖向变截面处宜分层浇筑。 （2）缩水收缩（干缩）。混凝土结硬以后，随着表层水分逐步蒸发，湿度 逐步降低，混凝土体积减小，称为缩水收缩（干缩）。因混凝土表层水分损失快, 内部损失慢，因此产生表面收缩大、内部收缩小的不均匀收缩，表面收缩变形受 到内部混凝土的约束，致使表面混凝土承受拉力，当表面混凝土承受拉力超过其 抗拉强度时，便产生收缩裂缝。混凝土硬化后收缩主要就是缩水收缩。如配筋率 较大的构件（超过3%），钢筋对混凝土收缩的约束比较明显，混凝土表面容易 出现龟裂裂纹。 （3）自生收缩。自生收缩是混凝土在硬化过程中，水泥与水发生水化反应, 这种收缩与外界湿度无关，且可以是正的（即收缩，如普通硅酸盐水泥混凝土）， 也可以是负的（即膨胀，如矿渣水泥混凝土与粉煤灰水泥混凝土）。 （4）炭化收缩。大气中的二氧化碳与水泥的水化物发生化学反应引起的收缩 变形。炭化收缩只有在湿度50%左右才能发生，且随二氧化碳的浓度的增加而加 快。炭化收缩一般不做计算。 二、出现裂缝后的处理方法 由于出现裂缝的特点是大部分属表面裂缝，裂缝宽度较细，且纵横交错，成 龟裂状，形状没有任何规律。 修补措施主要采取以下一些方法：如表面修补法，嵌缝法等。 1、表面修补法 表面修补法主要适用于对稳定和结构承载能力没有影响的表面裂缝的处 理。通常的处理措施是在裂缝的表面涂抹水泥浆、环氧胶泥或在混凝土表面涂刷 油漆、沥青等防腐材料，在防护的同时为了防止混凝土受各种作用的影响继续开 裂，通常可以采用在裂缝的表面粘贴玻璃纤维布等措施。 2、嵌缝法 嵌缝法是裂缝封堵中最常用的一种方法，它通常是沿裂缝凿槽，在槽中嵌填 塑性或刚性止水材料，以达到封闭裂缝的目的。常用的塑性材料有聚氯乙烯胶泥、 塑料油膏、丁基橡胶等等；常用的刚性防水材料为聚合物水泥砂浆。 三、后浇注混凝土对温度的控制和防止裂缝的措施 为了减轻温度应力，防止收缩裂缝，主要从改善混凝土的性能、控制浇筑时 温度、加强养护等方面着手。措施如下： 1、改善骨料级配。严格按照施工技术规范和配合比设计的要求，选择符合 级配要求的骨料。优先选择石英、石灰岩、白云岩、花岗岩、长石等成分的骨料, 其吸水率较小、收缩性较低；而砂岩、板岩、角闪岩等成分的骨料吸水率较大、 收缩性较高。另外骨料粒径大收缩小，含水量大收缩越大。 2、控制水灰比，降低用水量，水灰比越高，混凝土收缩越大。 3、用干硬性混凝土，掺外加剂等措施以减少混凝土中的水泥用量。为保证 混凝土工程质量，防止开裂，提高混凝土的耐久性，正确使用外加剂也是减少开 裂的措施之一。例如使用减水防裂剂，实践中其主要作用为： 混凝土中存在大量毛细孔道，水蒸发后毛细管中产生毛细管张力，使混凝土 干缩变形。增大毛细孔径可降低毛细管表面张力，但会使混凝土强度降低。这个 表面张力理论早在六十年代就已被国际上所确认。 水灰比是影响混凝土收缩的重要因素，使用减水防裂剂可使混凝土用水量减 少 10%-25%o 水泥用量也是混凝土收缩率的重要因素，掺加减水防裂剂的混凝土在保持混 凝土强度的条件下可减少10%-15%的水泥用量，其体积用增加骨料用量来补充。 减水防裂剂可以改善水泥浆的稠度，减少混凝土泌水，减少沉缩变形。 提高水泥浆与骨料的粘结力，提高的混凝土抗裂性能。 混凝土在收缩时受到约束产生