裂缝对混凝土结构耐久性的影响及对策

2011-08-15郑红光胡国诚黄春晖

河南水利与南水北调 2011年16期

关键词：耐久性集料骨料

□郑红光 □胡国诚 □黄春晖

（淮阳县水利局）

一、混凝土裂缝的成因

（一）荷载作用引起的裂缝

正常设计的钢筋混凝土结构构件在使用荷载作用下，截面上的混疑土拉应力变大多是大于混凝土极限拉伸值的，因此构件在使用时一般是带缝工作的。正常情况下裂缝最先产生在拉应力最大处，且与主拉应力方向大致垂直。

（二）非荷载因素引起的裂缝

1.温度变化引起的裂缝

混凝士具有热胀冷缩的性质，结构构件会随着温度的变化而产生变形，当变形受到约束时就产生裂缝。对于大体积混凝土结构，由于混凝土在硬化过程中产生大量的水化热，导致混凝土温度上升。如果热量不能很快地散发，会造成混凝土内外温差过大，产生温度应力，使整个结构外部受拉，内部受压。混凝土在硬化初期抗拉能力较弱，如果内外温差引起的拉应力超过混凝土此时的抗拉强度，混凝土就会裂缝。

2.混凝土收缩引起的裂缝

混凝土在空气中结硬时体积缩小，即产生收缩变形。由于结构构件不同程度地受到边界约束，从而产生附加应力，使得混凝土可能产生裂缝。这种裂缝产生的原因是混凝土拌合物在浇筑振捣完毕后，其内部的水分一部分泌出流失，一部分被水泥水化所用，另外一部分被蒸发，尤其是在干热、风较大的季节进行施工。混凝土拌合物则更容易出现失水干缩而发生裂缝，这种裂缝出现的时间较早，一般混凝土在初凝前就已经发生，若不加以处理和养护，部分裂缝将达到结构l/3～l/2的深度，局部裂缝将会贯穿整个混凝土结构。在配筋率较高的构件中，也可能由于钢筋对周围混凝土收缩的约束而产生拉力，从而使得构件产生局部裂缝。此外新老混凝土的界面上也很容易产生收缩裂缝。

3.混凝土塑性坍落引起的裂缝

这种裂缝往往发生在采用大流动性混凝土拌合物浇筑的结构构件中。大流动性混凝土拌合物在初凝前，其中的粗骨料处于自由状态，虽然经过振动器械进行了振捣，内部的孔隙也基本排除，但混凝土内部的粗骨料本身在自身重力作用下缓慢下沉(即混凝土塑性坍落)。在粗骨料下沉的过程中，钢筋上面的混凝土被钢筋支护，在钢筋表面沿着钢筋的走向产生裂缝，这种裂缝的深度一般只达到钢筋表面为止。

4.贯通性毛细孔和微细裂缝

在一般大流动性混凝土拌和物浇注的混凝土结构中容易产生贯通性的毛细孔。由于大流动性混凝土单位用水量也要比普通混凝土用水多，在混凝土浇捣完后，一部分水泌掉，一部分水蒸发，一部分在水泥水化时被水泥吸收，那么另外一部分搅拌用水就存在混凝土内部，在一定的时间内，水慢慢挥发，原来水所占的体积就形成了一条毛细孔隙，在混凝土结构外部水压的作用下，这种贯通性的毛细孔就很容易产生渗漏；微细裂缝主要反映在大流动性混凝土内部，由于在振捣时漏振或振捣不够，在混凝土硬化前，尤其是钢筋下方的骨料仍在继续下沉，而钢筋上部的混凝土中的骨料被钢筋所支撑不能下沉，这样在钢筋的下表面就会形成一道微细的水膜，日后它则会形成一条孔隙，在外部水压的作用下水便会从此缝隙渗漏到混凝土结构物内部。

5.碱——集料反应引起的裂缝

很多国家和地区由于天然集料资源贫乏或受到开采条件的限制，只能就地取材，采用含活性氧化硅成分较高的石料，如果使用碱总含量〉0.6%的水泥，则活性集料与水泥中的碱物质反应时将发生体积膨胀，导致混凝土胀裂，这种现象叫碱——集料反应。开始时在混凝土的表面形成不规则细小的裂缝，然后由表向内发展。发生碱——集料反应的混凝土裂缝中一般都充满白色胶体，表面裂缝中常有凝胶体流出，干燥时胶体变成白色沉淀。碱——集料反应对结构构件的耐久性影响很大。

二、裂缝对耐久性的影响

一般的钢筋混凝土构件总是带缝工作的，但在正常环境条件下，受拉裂缝只要不过宽，对使用过程中构件的耐久性就不会产生根大的影响。然后，如果结构长期处在腐蚀性介质(海水或酸、碱化学物质)或干湿交替(例如水位变动区、海水浪溅区及盐雾作用区)的环境下，过宽的裂缝就会加速钢筋的锈蚀，锈蚀产生的铁锈体积要比原来的体积增大3～4倍。如果混凝土的保护层较薄，铁锈的体积膨胀迫使混凝土顺筋胀裂，最终混凝土保护层剥落，致使钢筋加速锈蚀而变细直到构件丧失承载力。

三、提高结构耐久性的措施

（一）根据结构的使用条件，合理地选择混凝土原材料

对腐蚀性介质中的建筑物，优先选用普通硅酸盐水泥或其它耐腐蚀水泥；对大体混凝土采用低热水泥；采用优质和低含碱量水泥等，并注意保证骨料质量。

（二）提高混凝土密实度

改善混凝土的级配，优化混凝土配合比，掺用混凝土减水剂，降低水灰比，并加强振捣。对于使用人工骨料及夏季施工混凝土浇筑量大的工程，宜选用具有一定缓凝并能大幅度降低混凝土单位用水量的缓凝高效减水剂。大幅度降低用水量能大大减少混凝土的总发热量，降低混凝土的水化热温升。缓凝作用既能保证在夏季施工时，仓面混凝土在层面间歇时间内不初凝，又能大大延缓水泥水化热温峰出现的时间，从而推迟混凝土温度峰值的出现时间，对预防混凝土早朝裂缝有积极意义。

（三）混凝土中加入水溶性聚合物

在混凝土中掺加水泥重量10%～15%的聚合物乳液，使混凝土的抗裂性、粘结强度、防水、抗炭化、抗氯离子渗透能力等得到极大改善和提高。此做法对处在严寒、干旱的盐渍土及盐湖地区的混凝土效果较好。或在混凝土表面喷涂或涂刷聚合物水泥砂浆、沥青及环氧树脂等防腐层，必要时在结构表面设置专门的防渗面层。

（四）采用耐腐蚀的钢筋

在强腐蚀介质中使用有环氧涂层的钢筋或镀锌的钢筋，为防氯盐的腐蚀，采用各种钢筋阻锈剂。

（五）混凝土中掺用I级粉煤灰

I级粉煤灰具有改善混凝土拌和物和易性的作用，能减少混凝土的泌水量和骨料下部水囊的形成，提高水泥与骨料的粘结强度，改善混凝土的力学性能。同时，I级粉煤灰的减水作用以及等量取代水泥后，降低了混凝土的胶凝材料用量和水泥用量，使混凝土的内部发热量降低，减少了产生温度裂缝的可能性。因此，使用I级粉煤灰，可改善混凝土的体积稳定性和密实性，使温度裂缝减少，提高混凝土的耐久性。

（六）混凝土内掺入专用的聚丙烯纤维

混凝土中掺入聚丙烯纤维，在混凝土内部构成一种均匀的乱向撑托体系，可削弱混凝土的塑性收缩，收缩的能量被分散到无数的纤维丝上，从而有效地增强混凝土的韧性、减少混凝土初凝时收缩引起的裂纹和裂缝。同时，该乱向撑托体系可以有效阻碍骨料的离析，保证混凝土早期均匀的泌水性，从而阻碍了沉降裂纹的形成。因此，在混凝土中加入聚丙烯微纤维可作为一种有效的混凝土温差补偿抗裂手段。