大体积混凝土常见裂缝分析及预防控制措施.pdf
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1、2 0 1 5年 第 3期 ( 总 2 0 3期 ) 安徽建筑 D OI : 1 0 1 S 3 3 o 4 c n k i 1 0 0 7 7 3 5 9 2 0 1 5 0 3 0 2 8 虽 施 工 技 术 研 究 与 应 用 安 徽 建 筑 墨 湿趟堂 缝 析及预防控制措施 An a l y s i s o f Co mmo n Cr a c k s f or Ma s s Co n c r e t e a n d i t s Pr e v e n t i v e Me a s u r e s 刘 印 ( 上 海 建 科 工 程 咨 询 有 限 公 司, 上 海 2 0 0 0 3 2
2、 ) 摘要 : 在混凝土结构中经常会出现不同形式、 不同程度的裂缝。裂 缝的 出现不仅会影 响混凝土的外观质量 , 严重者还将影响 结构的使 用 功能、 使用寿命。混凝土结构裂缝是工程建设中普遍存在的质量问题, 更是长期困扰的一个技术难题 ; 在大体积混凝土中, 裂缝现象尤为严 重。文章通过对混凝土裂缝成因进行分析, 确定裂缝虽不可避免但可 以尽量减轻 ,重点 对控 制大体 积混凝 土裂缝的防范措施进行 了探 讨。 分析表明, 做好混凝土3 - 程裂缝原因分析并采取相应的预防控制措施 十分必要。 关键词 : 混凝土; 裂缝; 成因; 预控 中闰分类号 : T U7 5 5 7 文献标识 码:
3、B 文章编号 : 1 0 0 7 - 7 3 5 9 ( 2 0 1 5 1 0 3 - 0 0 6 4 0 3 0 前言 按照 大体积混凝土规范 ( G B 5 0 4 9 6 2 0 0 9 ) , 大体积混凝 土是指最小几何尺寸大于 1 m以上的混凝土结构。 与普通钢筋 混凝土相比, 具有体积大、 结构厚、 混凝土量大 、 程条件复杂 和施工技术要求高等特点。 随着我国建筑业的快速发展, 大体积混凝土在工程中的应 用也 日益增多, 比如水利水电工程中的混凝土大坝、 高层建筑 的地下室混凝土底板以及许多大型设备的基础承台等均采用 大体积混凝土浇筑而成。由于大体积混凝土结构断面尺寸大, 混凝
4、土浇筑后, 水泥水化产生大量的水化热 , 内部温度急剧上 升 , 与混凝土表面及周围环境形成较大温差 , 在一定约束条件 下产生相当大的拉应力,当拉应力大于混凝土的抗拉强度时, 混凝土就可能产生裂缝。裂缝一旦形成, 特别是重要的结构部 位出现贯穿裂缝, 危害极大, 不仅会降低结构的耐久性, 削弱构 件的承载力 , 同时还可能危害到构造物的安全使用。 因此, 有必 要对大体积混凝土裂缝产生的原因及预防措施进行分析研究。 1 裂缝的类型及原 因 形成混凝土裂缝的因素有很多 , 由于受到不同因素的影响 会形成不同的裂缝 ,混凝土裂缝按其成因大体可分为两类: 收 缩裂缝; 温度裂缝。 收缩是混凝土的固
5、有特性, 收缩裂缝又可细 分为塑性收缩裂缝 、 塑性沉降裂缝 、 自生收缩裂缝以及干燥收 缩裂缝等。 1 1塑性 收缩 裂缝 塑性收缩是新拌混凝土由于表面水分蒸发引起的收缩。 新 拌混凝土颗粒之间的空间完全充满水, 当遇上高风速、 低相对 湿度 、 高气温和高温度的混凝土时, 浆体表面水分不断蒸发, 这 时产生毛细管负压力, 即基质吸力。随着蒸发的继续发展, 毛细 管负压逐渐增大, 产生收缩力, 使浆体收缩, 当收缩力大于基体 的抗拉强度时, 混凝土表面发生开裂。塑性收缩裂缝常见于新 作者简 介: 刘印( 1 9 8 2 -) , 男, 上 海人 , 毕业 于同济大学 , 博士 ; 工程师 ,
6、 主要从事隧道及地下建筑工程的研究与咨询工作。 浇筑的暴露于空气中的混凝土构件表面,尤其是大块板面 , 如 道路 、 地坪和楼板等, 以夏季施工最为普遍。 气温、 相对湿度与风速等环境条件影响水分蒸发量, 因而 对混凝土塑性收缩有重大影响, 其中尤以相对湿度的影响最为 主要。在具体工程实践中, 建议新拌混凝土的蒸发速度如接近 l k g m h r 时,就应采取预防措施以对付塑性收缩开裂的可能 性 ,如果是水灰 比低于 0 4的混凝 土,蒸发速度应控制在 0 5 k g m h r 以下。 此外, 影响混凝土塑性收缩还包括水灰比、 细 掺料 、 浆骨比、 混凝土的温度和凝结时间等内部因素。 1
7、 _ 2塑性沉降裂缝 在新拌混凝土中,由于骨料的重量密度大于水泥浆体 , 所 以骨料在浆体中有下沉趋势。 当垂直下沉的固体颗粒遇到水平 设置的钢筋或紧固螺栓等埋设件 , 或受到侧面模板的摩擦阻力 时, 就会受到阻拦并与周围的混凝土形成沉降差, 结果在混凝 土顶部表面处产生塑性沉降裂缝。 此外, 如果同时浇筑梁、 板或 柱( 墙) 的混凝土, 由于这些构件的深度不同, 有着不同的沉降, 从而在这些构件交接面处形成沉降差并产生塑性沉降裂缝。 塑 性沉降裂缝与混凝土的坍落度有关 , 坍落度愈大沉降开裂的可 能性愈大。在接近表面的水平钢筋上方最容易形成沉降裂缝, 并随钢筋直径加粗和保护层减薄而趋于严重
8、。 1 3自生收缩裂缝 在已硬化的水泥浆体中, 未水化的水泥继续水化是产生自 生收缩的主要原因。水化使孔隙尺寸减小并消耗水分, 如无外 界水分补给, 就会引起毛细水负压使硬化水化产物受压产生体 积变化即自生收缩。自生收缩主要发生在混凝土硬化的早期 , 一 般认为混凝土在开始凝结后的几天或十几天内即可完成 自 生收缩 。 影响混凝土 自生收缩裂缝 的因素 主要有 : 水灰 比、 水泥 类型、 水泥矿物组分、 矿物掺合料 、 高效减水剂和水泥细度等。 水灰比越低, 自生收缩越大 ; 掺加粒化高炉矿渣及硅粉更能加 大自生收缩 ; 水泥细度增加, 早期自收缩值明显增加。 为了控制 自生收缩。 需要在混
9、凝土硬化一开始就加水养护。防止塑性干 缩的一些措施大都有利于改善和控制自生收缩。 1 4干燥收缩裂缝 干燥收缩裂缝是指混凝土硬化过程中, 由水分不断蒸发干 燥而引起的裂缝 。 混凝土干燥收缩主要 由水泥石的干燥 收缩造 成。混凝土的干燥收缩由外向内、 由表及里逐渐发展, 过程非常 缓慢, 即使达到 2 8 d龄期也不能说已经终止, 有的工程可以持 续若干年甚至几十年。干缩裂缝一般产生在表层, 裂缝细微, 宽 度通常在 0 0 5 ra m 0 2 m m之间 , 纵横交错呈龟裂状, 常常不为 人们所重视, 但是干缩裂缝会加快混凝土碳化, 导致钢筋锈蚀, 不仅会严重损害薄壁结构的抗渗性和耐久性,
10、 对大体积混凝土 而言, 表面裂缝会发展成为更严重的裂缝, 影响结构的耐久性和 承载能力 。 影响混凝土干燥收缩的因素主要有水泥品种和用量、 骨料 品种和用量、 用水量 、 外加剂 、 粉煤灰等火山灰质掺和料 、 混凝 土的施工、 环境条件、 构件尺寸等。 1 5温度收缩裂缝 安徽建筑 2 0 1 5年第 3期 ( 总 2 0 3期 ) 混凝土在硬化过程中,水泥水化会产生大量的水化热, 导 致大体积混凝土内部温度迅速升高。由于混凝土的导热性能 差, 内部的热量不易传至表面挥散出来, 所以, 在混凝土的结构 表面和内部以及混凝土与外部环境之间存在较大温差, 当温度 拉应力超过混凝土 的极 限拉应
11、力时 , 混凝 土即出现开裂 。 由以上分析可知,由于材料质量及材料化学反应的影响, 混凝土难免会产生裂缝,而从钢筋混凝土结构变形的角度考 虑 , 在可控范围内的裂缝也是允许的。世界各国对混凝土都有 一 个允许裂缝宽度的限制 , 如新西兰规范对干燥环境下的允许 裂 缝 宽度 为 0 4 m m, 我 国为 0 2 m m一 0 3 m m, 美 国 A C I 2 2 4委 员 会规定的裂缝允许宽度为 : 干燥空气中 0 4 m m; 潮湿空气或土 中0 3 m m; 有除冰盐作业时 0 1 7 5 m m等。 裂缝也 可以 自行 愈合 , 其机理是硬化水 泥浆液中的氢氧化 钙与周围空气或水份
12、中的二氧化碳结合生成碳酸钙, 碳酸钙与 氢氧化钙结晶沉淀并积聚于裂缝内, 这些结晶相互交织, 产生 力学粘结效应, 同时在相邻结晶、 结晶与水泥浆体、 结晶骨料表 面之间还有 化学粘结作 用 , 结果使裂缝得 到密封 , 但是 过宽 的 或还在发展的裂缝特别是裂缝还有水的流动就很难 自愈合了, 一 般认为宽度小于 0 1 5 m m 0 2 0 mm的裂缝是可以愈合的。 但裂缝若发展过大 , 超过相应的容许值时, 既影响外观形 象, 更影响地下空间的正常使用, 所以减少和防止地下结构混 凝 土的开裂特别是防止大裂缝具有 特别重要 的意 义。 2 减少裂缝的措施 2 1塑性收缩裂缝的防治措 施
13、塑性收缩裂缝防治的关键是减少混凝 土表面水分的蒸发 , 为此可采取以下措施: 降低混凝土的入模温度; 高温季节 施工时, 对混凝土表面采取降温 、 保湿措施 , 如用喷雾湿润混凝 土上方的空气、 设置遮荫棚等; 将搅拌时间限制在最低所需 程度 ; 尽量缩短从搅拌到浇筑的时间, 以及从浇筑到抹面、 养护的时间; 浇筑前润湿模板和底板 ; 浇注后立即用塑料 膜覆盖或喷水雾必要时喷洒密封剂。 2 2塑性沉降裂缝的防治措施 在满足工作度前提下, 混凝土坍落度应尽可能的低, 混 凝土的配比应保证混凝土有良好的稠度和保水性; 在浇筑柱、 梁、 板等相互联接的不同深度的构件时, 如果 不能在高度差处设置施工
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