近些年, 無論城市設施建設還是工業與民用建筑的建設, 使用的商品混凝土也越來越多, 但施工中的混凝土溫度裂縫問題日顯突出, 帶來了嚴重的安全隱患。因此, 對混凝土裂縫的成因進行分析, 并在材料、施工等方面提出相對應的裂縫控制方法有很重大的實際工程意義。
1 混凝土裂縫產生機理
混凝土作為一種復合建筑材料, 由于其組成材料的多樣化以及各組成材料間物理化學作用的多變化, 致使混凝土的物理力學性能與很多因素有關, 混凝土抗壓性能良好而抗拉性能很差, 抗拉強度只有抗壓強度的1/8-1/20, 并且不與抗壓強度成比例地增加, 其極限拉伸變形很小, 因而極易產生裂縫。通過近代儀器已經發現混凝土在受荷載以前, 在硬化后的混凝土內部, 尤其是在膠結料與骨料的界面上總是存在著大量的微觀裂縫, 其分布有隨機性, 而這些裂縫在外界荷載作用下或環境變化時會發展而形成可見宏觀裂縫, 目前規范或規程按計算控制的主要是宏觀裂縫。
2 混凝土裂縫原因分析
2.1 混凝土本身的影響
主要是水泥水化熱過高, 混凝土在澆筑振搗以后, 水泥水化過程中產生一定的熱量, 水化熱聚在結構內部不易散失, 引起急劇升溫, 在建筑工程中一般為20—30℃甚至更高。由于結構物在一個自然散熱條件中, 實際混凝土內部的最高溫度多數發生在混凝土澆筑的最初3d—5d。隨著混凝土齡期的增長, 彈性模量的增高, 對混凝土內部降溫收縮的約束也就愈來愈大, 以致產生很大的拉應力, 當混凝土的抗拉強度不足以抵抗這種應力時, 開始出現溫度裂縫。
2.2 混凝土的收縮變形
混凝土的收縮, 也是產生裂縫的重要原因。實際所需拌合水比水泥水化所需的水要多得多。拌合水中只有約20%的水是水泥水化所必須的, 其余的都要被蒸發掉。水分蒸發之后, 引起混凝土收縮, 當收縮受到約束時, 則產生收縮應力, 當收縮應力大于當時混凝上的抗拉應力時, 則裂縫隨之產生。
2.3 施工方面的因素
違章施工、不當施工造成混凝土裂縫, 夏季施工時由于運輸車交通不暢耽擱時間, 在泵車出料時混凝上的經時坍損較大, 混凝土的和易性和流動性較差, 現場工人人為加水, 造成混凝土強度的降低, 加水部分的混凝土水灰比和強度與原配合比的混凝土不同造成不同配比混凝土的凝縮裂縫和干縮裂縫。另外, 振搗方式不當引起裂縫不正確的振搗方式會造成混凝土分層離析、表面浮漿而使混凝土面層開裂, 或造成混凝土砂漿大量向低處流淌致使混凝土產生不均勻沉降收縮而在結構厚薄交界處出現裂縫。另外, 現場養護不當也是造成混凝土收縮開裂最主要的原因。
3 混凝土裂縫產生的危害
混凝土的微細裂縫的分布是不規則的, 互不連貫, 但在荷載作用下或進一步產生溫度變化, 養護不到位失水干縮的情況下, 裂縫開始擴展, 并逐漸互相連通, 從而出現較大的宏觀裂縫, 嚴重的形成樓板上下貫通縫, 這就成為有害裂縫。這樣的裂縫將對結構的承載力, 防火性、抗滲性、抗鋼筋銹蝕性、抗化學侵蝕性等耐久性能產生危害。
4 混凝土溫度裂縫防止措施
4.1 重視材料的選用
使用低熱水泥如礦渣水泥和大壩水泥等, 能明顯降低混凝土的絕熱溫升, 降低混凝土的最高溫度。伴隨減小混凝土內表溫差, 起到減小溫度應力的作用。從而減少產生裂縫的充分條件。水泥水化熱測定按現行國家標準《水泥水化熱實驗方法 (直接法) 》測定, 要求配制混凝土所用水泥7d的水化熱不大于25KJ/kg。為降低水化絕熱溫升、減小體積變形, 混凝土一般不宜使用水化熱高水泥, 應使用水化熱較低的中熱硅酸鹽水泥和低熱礦渣水泥:更不宜使用早強型水泥。因此, 在滿足混凝土設計要求的前提下, 盡量采用低水化熱水泥。其次是優化混凝土的配合比, 以便在保證混凝土強度及流動度條件下, 盡量節省水泥、降低混凝土絕熱溫升。按照基于絕熱溫升控制的綠色高性能混凝土配合比優化設計四功能準則對配合比進行優化。最后, 摻用混合材料以減少用水量、節約水泥, 降低混凝土的絕熱溫升, 提高混凝土的抗裂能力。
4.2 施工階段的裂縫控制措施
4.2.1 控制澆灌溫度。
要降低混凝土的最高溫度和溫差, 比較直接的措施是降低澆筑溫度, 但其實施必須擁有一定的條件才能實現, 在特大型工程中可能才用得到。為了降低混凝土從攪拌機出料到卸料, 泵送和澆灌振搗后的溫度, 減少結構的內外溫差, 一般按季節采取措施, 如夏季施工時, 則應以減少冷量損失、著手在整個長度的水平輸送管道上覆蓋草包并經常噴灑冷水、在澆灌混凝土時, 采用一個坡度、薄層澆灌、循序推進、一次到頂等措施來縮小混凝土暴露面積以及加快澆灌速度, 縮短澆灌時間。在冬季施工時, 對結構厚度在1.0m以上的混凝土可繼續施工, 但應保證保溫澆灌、保溫養護, 一般可利用混凝土本身散發的水化熱養護自己, 并要求在混凝土未達到允許臨界強度前防止凍害。
4.2.2 合理安排施工進度。
對混凝土澆筑, 應遵循“同時澆搗, 分層堆累, 一次到頂, 循序漸進”的成熟工藝。在每次澆筑中, 又分幾層, 其層間的間隔時間應盡量縮短, 必須在上層混凝土初凝之前, 開始澆筑下層混凝土。層間最長的時間間隔不大于混凝土的初凝時間。當層間間隔時間超過混凝上的初凝時間。層面應按施工縫處理: (1) 消除澆筑表面的浮漿、軟弱混凝上層及松動的石子, 并均勻露出粗骨料; (2) 在上層混凝土澆筑前, 應用壓力水沖洗混凝土表面的污物, 充分濕潤, 但不得有水; (3) 對非泵送及低流動度混凝土, 在澆筑上層混凝土時, 應采取接漿措施。
4.3 混凝土的養護
為了保證混凝土有適宜的硬化條件, 混凝土終凝后, 筏板邊緣、剪力墻中間等不易被塑料薄膜完全覆蓋部位, 可采用澆水保濕?；炷辽郎仉A段如果因表面未能完全覆蓋而出現局部干燥時, 可澆熱水 (40—50℃) 濕潤表面, 防止出現干燥裂縫。降溫階段可澆自來水養護, 保溫保濕養護時間為14天。施工前還應再準備好一層養護用塑料薄膜和一層再生棉氈, 以便根據環境氣溫變化情況對保溫保濕質量作以調整。如果養護階段混凝土表面溫度過低, 導致溫差過大, 可在混凝土表面采取加熱措施, 如碘鎢燈照射。澆筑后的一段時間內對混凝土內部及表面溫度進行跟蹤監測, 并根據溫度的變化情況及時采取適當的保溫、保濕養護措施。