混凝土施工裂缝的原因与预防控制措施

2013-08-14刘韦巍

河南建材 2013年4期

关键词：拆模水泥浆水化

刘韦巍邢乐

郑州市市政工程质量监督专业站（450000）

0 概述

混凝土在现代工程建设中占有重要地位。混凝土是由水泥和水形成的水泥浆体水化硬化后的水泥石胶结砂石骨料所组成,在钢筋混凝土结构领域，一个相当普遍的质量问题就是结构的裂缝问题，且有日趋增多的趋势。

在桥涵工程中裂缝几乎无所不在。尽管在施工中采取了各种减少裂缝的措施，但裂缝仍然不可避免。裂缝问题已严重影响到工程施工人员的正常施工,并困扰着大批工程技术人员和管理人员，是一个迫切需要解决的技术难题。

混凝土的水泥浆体在硬化过程中发生体积变化，收缩值较大，而混凝土中的砂石骨料则限制了水泥浆体的收缩，这种约束作用使混凝土内部从水化硬化开始就在水泥浆体与骨料的粘结界面上，甚至水泥石体出现了裂缝，这种在没有外力的作用下出现的裂缝为微裂缝。当微裂缝在外力或变形作业时,微裂缝会发展成为肉眼可见的宽度在0.5 mm以上的宏观裂缝。通常在施工中所遇见的为宏观裂缝。钢筋混凝土结构的裂缝是不可避免的，但其有害程度却是可以控制的。

1 宏观裂缝产生的原因

实际工程中混凝土裂缝产生的原因很多、很复杂，并非单一因素所致。一般情况下，裂缝产生主要由下列因素所致:

1）混凝土的配合比不合理及组成材料选定不当导致的裂缝。

2）施工过程中的技术措施不当或施工工艺欠妥导致的裂缝。

3）基础不均匀沉降，模板变形引起的裂缝。

4）荷载和约束或外加变形引起的裂缝。

2 裂缝的预防和控制

2.1 优化混凝土的配合比

试验研究与工程施工实践证明,混凝土材料中，水泥品种、用量及用水量是影响混凝土开裂的最主要原因，因此在设计混凝土配合比时，应在满足试配强度要求下注意以下几点:

1）充分利用混凝土后期强度，力求减少水泥用量，以减少水泥的水化热，降低混凝土的温度。通过试验研究和施工证明,水泥在水化中释放出50.2 J/g的热量，混凝土的水泥用量每增减10 kg/m3，其水化热将使混凝土温度相应升高或降低1℃。同时要严格控制混凝土的单位用水量在170 kg/m3以下。水灰比越小,收缩越小，水灰比控制在0.6 kg以下，在可能的情况下减小混凝土的坍落度，配制出满足技术规范要求的抗裂性能较好的配合比。

2）优先选用低水化热，C3A、C3S 较少，C2S、C4AF含量较少，C3ASO3比值较低，含碱量较少，粒度较粗的有利于改善混凝土抗裂性能的水泥品种。

3）依据配合比的等级，尽可能选用较大粒径、膨胀系数较低、质地细密、吸水率较低的岩石粗骨料，级配良好的粗细骨料及较小的砂率，以减少水泥浆的用量，减少混凝土的收缩性，满足拌合料的和易性。

4）遵循“精料供应”的原则，严格控制粗细骨料的含泥量。混凝土中的较大含泥量及其他杂质会明显地降低混凝土的抗拉性能，有的混凝土骨料中混入有害膨胀物会引起混凝土的崩裂。

5）如果条件允许，优先选用粉煤灰掺合料，有利于降低混凝土中水泥水化热，减少绝热条件下的升温，效果非常明显。同时掺用适量减水剂及引气剂。外加剂由于其减水作用和分散作用，在降低用水量和提高强度的同时，还可以降低水化热，推迟热峰出现的时间,从而减少温度裂缝发生的可能性。掺外加剂混凝土和易性好，表面易抹平，形成微膜，减少水分蒸发，减少干燥收缩。同时掺外加剂可使混凝土密实性好,可有效地提高混凝土的抗碳化性，减少碳化收缩。

2.2 改善施工工艺

1）控制搅拌时间:混凝土拌合料搅拌时间或运输时间过长，或掺用混合料搅拌时间过短，均会使拌合物均匀性破坏，浇筑后出现沉降裂缝。按照桥涵施工技术规范，混凝土的混和料拌合时间因混凝土的坍落度、搅拌机类别和容量不同而不同，但搅拌时间不能少于60 s。掺外加剂时时间适当延长1～2 min。

2）控制混凝土拌合料的浇筑温度:高温施工时，混凝土的浇筑温度直接影响裂缝的产生。试验证明,较低的浇筑温度有利于提高混凝土的28 d强度，降低混凝土拌合料浇筑温度是最有效的防止产生裂缝的措施。为了控制新拌混凝土拌合料的浇筑温度,一方面要采取必要的措施控制原材料的温度，主要是降低石子的温度。另一方面缩短从拌合站出料到入模的时间及减小拌合料在运输过程中环境的影响，以减小混凝土的升温、坍落度及含气量等不利影响。

3）加强振捣操作:混凝土浇筑时,下料不宜太快,防止堆积或振捣不充分，在热天浇筑混凝土时减少浇筑层厚度。浇筑过程中因振捣不充分或超振会产生裂缝。在混凝土浇筑中振捣时间要控制好，振动到混凝土停止下沉，不再冒出气泡，表面呈现平坦、泛浆。这样可排除混凝土因泌水，在石子、水平钢筋下部形成的空隙和水分,提高粘结力和抗拉强度，并减少内部裂缝与气孔，提高抗裂性。在一般情况下，振捣时间约为20～30 s，任何情况下不宜少于10 s。

4）加强混凝土成品养护工作:混凝土养护主要是保持适当的温度和湿度条件，是一个十分重要和关键的工作。工程实践证明，养护条件对混凝土的收缩影响很大，养护14 d的收缩比养护3 d的收缩降低约20%。混凝土浇筑后如养护不到位，会出现不同深度的表面裂缝。养护措施到位能使混凝土表面经常保持湿润,一方面能使混凝土免受不利温、湿度变形的侵袭，防止有害的冷缩和干缩，另一方面使水泥水化作用顺利进行，以期达到设计的强度和防止产生塑性干缩裂缝、干燥收缩裂缝、温度收缩裂缝。所以应视浇筑构件和环境不同，根据公路桥涵施工技术规范养护的规定采取必要的养护措施。

从理论上分析，新浇混凝土中所含水分完全可以满足水泥水化的要求且有余。但由于蒸发等原因常引起水分损失,从而推迟或妨碍水泥的水化，表面混凝土最容易而且直接受到这种不利影响。因此混凝土浇筑后的最初几天是养护的关键时期，在施工中应切实重视起来,必须在混凝土终凝前进行早期养护、保温养护。

5）合理掌握拆模时间:在混凝土的施工中，当浇筑完成达到一定的强度后即可拆模。为了提高模板的周转率，往往要求新浇筑的混凝土尽早拆模。当混凝土温度高于气温时应适当考虑拆模时间，以免引起混凝土表面的早期裂缝。新浇筑混凝土拆模过早，就有导致裂缝的危险，但如果在拆除模板后及时在表面覆盖轻型保温材料,如泡沫海绵等，对于防止混凝土表面产生过大的拉应力具有显著的效果。拆模时间应视水泥类别、结构形状、荷载情况及环境温度等不同而不同，在施工中应注意掌握。