水泥混凝土早期裂缝的分类及防治

安永福

[摘要]水泥混凝土早期裂缝的分类有沉降裂缝;干缩裂缝;温度裂缝;施工裂缝。在研究早期裂缝病害中,应该认识和掌握微裂缝的产生和发展基因,才能从根本上防止和消除微裂缝。

[关键词]水泥混凝土 早期裂缝 分类 防治

根据“早裂”的潜在成因及外部条件的影响,初步归纳后,可将早期裂缝分为四种,分别是:沉降裂缝;干缩裂缝;温度裂缝;施工裂缝。

一、沉降裂缝

砼浇筑后,水泥和骨料自然下沉,同时引起泌水,在沉降过程中发生的裂缝。产生沉降裂缝主要原因,是砼浇筑后水泥和骨料在下沉阶段,如受到钢筋和其它埋件的局部阻碍、模板移动、基础沉降,使该处砼产生拉应力和剪应力时,该处就会产生沉降裂缝。裂缝一般均在浇筑后1~3小时产生,属硬化前裂缝。发现后迅速进行处理,可重新加压抹平,使裂缝闭合,能达到较好效果。

为防止和减少沉降裂缝,应从以下三方面着手:(1)在保证砼和易性的条件下,降低砼的单位用水量,使用干硬性砼。(2)选择在沉降结束以前快速硬化,而又不失去粘结力的水泥和外加剂。(3)施工良好震捣,消除因泌水产生的水膜而减少砼沉降。

二、干缩裂缝

水泥砼浇筑后,在硬化的过程中,由于水泥水化生成物的体积比原来物质的体积小,加上游离水在空气中蒸发及凝胶体失水而紧缩,随着砼何体积收缩产生拉应力,当拉应力大于当时砼的抗拉强度,而产生干缩裂缝。裂缝的主要特征:表面开裂,纵横交错,没有一定规律;缝宽和长度都很小,与发丝相似,不注意时较难发现。

干缩裂缝是砼路面早期裂缝中最常见危害之一。因内外研究资料表明,砼的干燥收缩也是砼特性之一,正是因为这一特征,能使砼密实,提高砼与钢筋之间的粘结力。但是干缩量超过一定程度就会产生裂缝。

干缩裂缝的产生与使用材料、配合比、板块尺寸、养护条件、外加剂等有密切关系,根据对干缩裂缝的认识,对其成因分述如下:(1)在冬季或夏季施工,往往由于养护不及时,让砼风吹日晒,造成砼表面水分蒸发速度过快,超过了泌水速度,因而产生干缩裂缝。(2)对于塑性砼来说,从凝结到硬化结束,就是早期收缩期间,也是砼快速失去塑性的过程。此时,如果砂率过大,石料含泥量过多,或是采用干缩量较大的水泥,都会造成砼过量收缩而产生裂缝。

三、温度裂缝

水泥砼具有热胀冷缩的性质。由于水泥水化作用,是伴随发热的化学反应,所以,在硬化的过程中释放大量热能,使温度上升。经参考有关实测资料,在通常温度范围内,砼温度上升1℃,每米膨胀0.01毫米。这种温度变形,对大面积砼板块,极为不利。砼路面板的内部温度增高有时可达到40~60℃,使内部砼产生显著的体积膨胀,而板面砼随着晚上气温降低,湿水养护而冷却收缩。内部膨胀与外部收缩,互相制约,产生很大拉应力,而外部砼所受拉应力一旦超过砼当时的极限抗拉强度时,板块就会产生裂缝。

对温度裂缝的处理,尚未较成熟的办法。按常规整块打掉,返工重浇,浪费较大。我市常用办法是用切割机垂直切除损坏部分,破除运走,重新浇筑单层钢筋砼,以保证损坏块的强度及稳定性。

对于温度裂缝,应该树立以防为主的思想。在施工管理的过程中,我们积累了不少的好经验和预防措施。综合起来,主要有下面三条:(1)砼单位骨料用量愈大,其热膨胀系数愈小。水泥浆含量愈多,则砼膨胀系数愈大。因此,合理选择级配,采用水化热较低水泥,减少水泥及用水量,降低砼膨胀值,是防止温度裂缝的主要途径。(2)施工管理中,应注意人工降温措施,对表层砼采取保温保湿防护措施,减少温度变形。(3)对于大面积砼路面施工,应该做到及时锯缝,这是防止温度裂缝的有效措施。

四、施工裂缝

在砼早期裂缝中,可以说没一种裂缝不与施工因素有关。施工裂缝主要是指由施工因素产生的裂缝。

从我省道路施工中比较常见的施工裂缝,追踪其成因主要有两方面:(1)震捣不够,拆摸过早,因而引起砼表面和边部开裂。(2)在不中断交通的情况下,分边施工,先期施工的砼板块通车后,影响新浇筑的板块,产生震动裂缝。

对防止施工裂缝的产生,并非一个纯技术问题,在很大程度上是施工管理问题。只要严格加强施工质量,正确执行施工技术操作规程,因施工因素产生的裂缝是可以防止和避免的。

除了上述肉眼可见的裂缝外,许多学者对砼变形与破坏的内在原因进行了研究。认为砼在外力作用下的变形裂缝是内部裂缝的发展,是量变到质变的具体体现。

所谓微裂缝,是每一种肉眼无法看到,只有用显微镜或超声波探测器才能发现的裂缝。这种由于沉陷、水化、干燥、碳化等因素产生的微裂缝,在未受外力作用之前,就存在于砼内部。

对于微裂缝,就其存在来说,它是诱发早期裂缝的潜在因素。就其发展来看,它是路面在通车受力后,大开裂或变形破坏的祸根之一。所以我们在研究早期裂缝病害中,应该首先认识和掌握微裂缝的产生和发展基因,才能从根本上防止和消除微裂缝。随着对微裂缝研究的发展,目前已观测到对水泥砼力学性质具有很大影响的微裂缝主要有三种:

(1)界面裂缝

界面裂缝存在于砂浆和粗骨料粘结面上。由于砼硬化过程中,砂浆的水化作用和收缩引起砂浆体积变化而产生的应力,破坏了砂浆和粗骨料界面间的粘结力,而形成杂乱无章分布的微细裂缝。

另一原因,是砼成型后的泌水作用,某些上升的水分为骨料所阻,因而聚集于粗骨料的下缘,妨碍粘结而成为界面裂缝,这种裂缝对砼的变形性质起着重要的作用。

(2)砂浆裂缝

砂浆本身产生的裂缝。主要由水泥含碱量和温度变化引起砂浆膨胀而生产。这种裂缝在受力或其它因素的作用下,将会连接邻近的界面裂缝而形成连续裂缝,此时砼将会遭到严重破坏。

(3)骨料裂缝

骨料粒子内部产生裂缝。这种裂缝在骨料(石料)中因石质和成岩纹理的原因,使其在开采和扎碎过程中形成微裂缝。

以上三种裂缝常常形成两条粘结裂缝,并且以砂浆裂缝为联结而形成连续裂缝。微裂缝在外力和温度、干湿变化、化学作用等因素的影响下,常常引起早期和后期的砼破坏。

五、结束语

水泥砼路面早期裂缝的产生,其内因与外部条件,非常复杂。既有单一因素,也有综合因素。因此我们对某一种裂缝的产生,也不应看到孤立,应综合进行分析研究,以确保水泥砼路面的工程质量,减少早期裂缝所造成的损失。