浅谈混凝土裂缝及其防治措施

来源:用户上传      作者: 余燕侠

　　摘要：如何防止大体积混凝土不产生危害性裂缝，以及如何控制裂缝的深度和宽度是工程界比较关注的问题。文章就混凝土裂缝的种类进行了探讨，重点分析了如何控制大体积混凝土水化热温度裂缝等工程相关问题，对于今后混凝土裂缝控制问题具有一定借鉴意义。
　　关键词：混凝土裂缝；大体积混凝土；混凝土配合比；混凝土浇筑温度；冷却水管法
　　中图分类号：TU755 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2011）34-0116-02
　　
　　混凝土在现代工程建设中占有重要地位，而在今天，混凝土的裂缝是建筑工程中较普遍存在的问题，在实际施工中有必要对其进行有效控制，特别是避免有害裂缝的产生。本文主要从施工操作方面来剖析裂缝的成因，探讨施工中具体的防治措施。混凝土中产生裂缝有多种原因，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。裂缝的成因不同，其裂缝的特点及防治措施也不同。
　　一、混凝土裂缝的种类
　　按影响程度可以分为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。
　　混凝土为骨料、水泥石、气体、水分等所组成的非均质材料，在温度、收缩（湿度）变化条件下，混凝土逐步硬化，同时产生体积变形，这种变形是不均匀的。水泥石收缩较大，骨料收缩很小；水泥石的热膨胀系数大，骨料较小。它们之间的变形不是自由的，从而产生相互约束应力。当水泥石产生收缩时引起内应力，这种应力可引起黏着微裂和水泥石变裂。混凝土微裂是肉眼看不见的。肉眼可见裂缝范围一般以0.05mm为界。一般建筑中，宽度小于0.05mm的裂缝对使用（防水、防腐、承重）都无危险性，大于0.05 mm的裂缝称为“宏观裂缝”。宏观裂缝是微观裂缝扩展的结果。
　　二、大体积混凝土水化热温度裂缝控制对策
　　主要从混凝土配合比、浇筑温度、保温法、冷却水管法等方面进行实体混凝土大体积混凝土水化热温度控制的工程对策研究，主要以将在夏季施工的A桥为研究背景。
　　（一）混凝土配合比
　　工程实践及经验表明，通过调整大体积混凝土的配合比，在大体积混凝土满足配制要求的前提下，尽量降低大体积混凝土中的水泥用量。从而减小大体积混凝土水化热的产生，进一步有利于控制大体积混凝土水化热温度裂缝。
　　基本方案及原方案进行对比，得到不同混凝土配合比情况下（具有不同水泥用量），在桥墩中产生的最高内部温度、最高表面温度、最大内外温差及墩项处最大横桥向应力，见表1：
　　
　　表1中的最高表面温度指的是外缘温度的最高值；最大内外温差指的是内部温度与外缘温度之差的最大值：两种方案中，墩顶最大横桥向应力都出现在离墩中心线7.25m位置。括号内的数据表示出现该极值的时间。
　　由表1可见，随着混凝土配合比的变化（配合比中水泥用量减小），最高内部温度、最高表面温度，最大内外温差及墩顶最大横桥向应力的数值都减小。两种方案中的最高内部温度都高于70℃（基本方案中的最高内部温度稍高于70℃），不满足温控标准；表面温度与气温的差值都小于15℃，满足温控标准；内外温差都大于25℃，不满足温控标准：墩顶出现的最大横桥向应力都大于相应龄期的混凝土容许拉应力（6d时混凝土容许拉应力为0.94MPa）。不满足防裂的要求。
　　（二）混凝土浇筑温度
　　工程实践和经验亦表明，通过设计或施工等措施，控制大体积混凝土的浇筑温度，对于防止大体积混凝土出现由于水化热作用引起的温度裂缝，具有很大的现实意义。常用的措施有冷却拌和水及加冰拌和，预冷骨料等方法。
　　对混凝土原材料的预冷却，不仅可以降低混凝土的浇筑温度，而且还可以削减混凝土内部的最高温度，并减少最高温度与稳定温度（一般指大气平均温度）之间的差值，从而把混凝土内的温度变化控制在允许范围之内，以防止裂缝的产生。
　　A桥右幅桥墩在夏季施工，环境温度超过28℃，有必要分析通过措施控制混凝土浇筑温度对实体混凝土桥墩大体积混凝土的进行水化热温度控制的效果。本小节，通过改变基本方案中混凝土浇筑温度，而保持基本方案中其他项不变，对实体混凝土桥墩大体积混凝土进行水化热温度控制的工程对策研究。
　　将浇筑温度方案与基本方案及原方案的得到的墩中最高内部温度、最高表面温度，最大内外温差及墩顶处最大横桥向应力，见表2：
　　
　　由表2可见，与基本方案相比，浇筑温度方案中浇筑温度降低了2℃，则最高内部温度、最高表面温度、最大内外温差及墩顶最大横桥向应力的数值都稍有减小。在浇筑温度方案中，最高内部温度小于70℃，已满足温控标准：表面温度与气温的差值小于15℃，满足温控标准：内外温差大于25℃，不满足温控标准；墩项出现的最大横桥向应力1.86MPa大于相应龄期的混凝土容许拉应力0.96MPa，不满足防裂的要求。
　　（三）冷却水管法
　　在混凝土内部预埋水管（常用的冷却水管有钢管、铝管和高强聚乙烯管等），通过冷却水，降低混凝土内部最高温度，称为冷却水管法。这种方法由于它的适用性和灵活性，以及能够控制整个结构物内部的温度，所以在国内外水利工程中被广泛的应用。
　　为了使冷却结束时，混凝土温度尽可能均匀，在冷却过程中，应不断改变水流方向。不断改变流向对总的冷却效果影响不大，但可使混凝士温度比较均匀。对于一期冷却，最后每半天改变一次水流方向，尽可能压低各个断面上的水化热温升。在建筑工程中，主要采取一期冷却。这是因为这类大体积混凝士单方水泥用量较多，混凝土内部最高温度比水利工程高出10℃～15℃左右，采用水管冷却，就可有效地控制因混凝土内外温差而引起的结构物开裂。水管应顺结构物的长向布置，冷却水与混凝土之间的温差≤22℃。
　　使用管冷基准方案、基本方案和原方案三种方案，桥墩中产生的最高内部温度，最高表面温度，最大内外温差及拆模时最大横桥向应力都列于表3进行比较：
　　
　　表3的三种方案中，拆模时最大横桥向应力都出现在墩顶离桥墩中心线7.25m处。
　　由表3可见，与基本方案相比，管冷基准方案使桥墩最高内部温度降了12℃，使最高表面温度降了2.3℃，使最大内外温差减小了11.3℃，使拆模时最大横桥向应力减小了0.59MPa。可见，管冷基准方寨的效果是很明显的。若是与原方案相比，则管冷基准方案对控制桥墩内部混凝土温度及温度应力的效果更显著。采用管冷基准方案，桥墩混凝土最大内外温差25.6℃稍大于温控标准规定的25℃，最高内部温度58.3℃小于温控标准规定的70℃，表面温度与气温的最大差值为7.4℃、小于温控标准规定的15℃。
　　三、结语
　　总之，混凝土结构中出现裂缝原因众多，必须根据出现裂缝情况并在满足结构设计及使用功能的条件下进行防治处理，确保工程质量优良。
　　
　　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）.
　　
　　
　　（责任编辑：赵秀娟）

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