混凝土的质量“裂缝形成原因分析与控制”

2016-11-29刘铭钰刘卫恒

企业技术开发·下旬刊 2016年10期

刘铭钰刘卫恒

摘要：混凝土的质量是当今工程领域一个多元化的问题，但最常见的质量问题是混凝土裂缝的出现，如果施工中混凝土常常出现裂缝就会影响到结构的整体性和耐久性。结合实际经验，从荷载和收缩两大方面分析了施工期混凝土裂缝产生原因和影响因素，提出了施工期混凝土裂缝的控制技术，对在施工期如何进行混凝土裂缝控制有一定的指导意义。

关键词：荷载裂缝；收缩裂缝；裂缝控制；防治措施

中图分类号：TV331 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）30-0164-03

1 认识混凝土

1.1 混凝土的发展史

考古人员发现早在5000年前的凌家滩人不是只会简单的搭建屋舍，他们要用经过火烧过土作为房基槽与墙体的填充材料，在基槽内用木棍作为墙体的支撑柱，然后填埋红烧的土块，并在墙体两侧表面敷上较厚的粘泥，甚至一部分还可能用芦苇杆加固，这和现在的钢筋商品混凝土非常相似。1879年，法国工程师艾纳比克开始制造钢筋商品混凝土楼板，以后发展为整套建筑使用由钢筋箍和纵向杆加固的商品混凝土结构梁。混凝土从1900年，万国博览会上展示了钢筋混凝土在很多方面的使用，在建材领域引起了一场革命。1918年艾布拉姆发表了著名的计算商品混凝土强度的水灰比理论。钢筋商品混凝土开始成为改变这个世界景观的重要材料。

1.2 混凝土的组成

混凝土，简称“砼”。是指由胶凝材料将集料胶结成整体的工程复合材料的统称。通常讲的混凝土一词是指用水泥作胶凝材料，砂、石作集料；与水（加或不加外加剂和掺合料）按一定比例配合，经搅拌、成型、养护而得的水泥混凝土，也称普通混凝土。混凝土也可以看成一种人工石材，由于其原料丰富，造价低廉，工艺简单的特性使它在工程中有广泛的应用。

2 混凝土裂缝的原因分析

混凝土以固液气三相并存、各向异性的多孔非均质材料，内部存在大量微细裂隙和宏、微观缺陷，因此，混凝土这种材料有裂缝是绝对的，无裂缝是相对的。

混凝土结构产生裂缝的主要原因是荷载和收缩裂缝。荷载裂缝占有的比例比较低，它主要是由于结构不均匀和气候温差引起的，可由结构设计师来解决。而收缩裂缝是由材料和施工技术人员来解决。

混凝土在承受荷载之前就已经存在微观裂缝，受力使微裂缝连通成宏观裂缝，对混凝土的收缩裂缝而言，是由于在混凝土的凝固硬化过程中产生收缩变形，而收缩变形差过大时产生了收缩裂缝。混凝土的体积收缩最主要和最常见的是干缩和冷缩。前者是由于混凝土中水分的散失或温度下降引起的，后者是由于混凝土中热量的散失或者温度下降引起的。

混凝土的体积收缩最主要最常见的是干缩和冷缩。前者是由于混凝土中水分的散失和温度的下降引起的，后者是由于混凝土中热量的散失和温度的下降引起的。干缩和冷缩裂缝，如图1所示。

混凝土的其它体积收缩还有：①水泥水化热产生的体积收缩叫做减缩；②颗粒沉降产生的体积收缩叫做沉缩；③当混凝土尚处于塑性状态，由于水分蒸发过快，泌水率小于表面蒸发率，就会引起表面失水过多多面开裂，裂缝随时间向混凝土内部发展，形成塑性收缩，通过采用早期保湿养护来避免发生。④空气中的二氧化碳在有水分存在时对水泥水化产物作用的结果，这些结果的综合引起体积收缩称之为碳化收缩，这类收缩仅限于表层，只会产生混凝土的表面裂缝。

2.1 干缩裂缝

长期以来，世界各国的科学家工作者对混凝土的干缩机理进行了大量的分析及研究，但至今还没有人能够作出完全令人满意的解释，虽然对干缝机理的细节说法不一，但在影响硬化后的水泥石的体积失水干燥的主要原因是毛细孔及铰孔水的蒸发散失这一点上的看法是一致的。所以，混凝土的干缩主要是由于水泥事的干缩引起的。

混凝土中的孔大致可分为胶孔、毛细孔和气孔三种。气孔最大，直径一般在1～0.01 mm之间。毛细孔的尺寸约为气孔的1/1000，即约为10～40 A，约为水分子直径的5倍。一般胶体颗粒的直径约为水分子直径的100倍，倘若胶体中水分完全被蒸发，那么水泥的收缩率按长度计算，应为1%。但是由于环境的湿度总大于零，这种完全蒸发的情况是不存在的，实际上观察到的水泥石最大干缩率为0.4%。

2.2 影响混凝土干缩的主要因素

①集料：首先是数量，单方混凝土中的集料用量越多，相对所用到的胶凝材料也就越少，混凝土的干縮就小。其次是弹性模量，用弹性模量较低的轻骨料配制混凝土，其干缩率较大。另外，集料自身的干缩率亦对混凝土干缩有一定的影响。

②环境条件：环境湿度大，混凝土干缩小，延长湿养护的时间可以推迟干缩的发生与发展，但对于干缩率并无显著影响。干燥的速度也不能影响最终干缩率。

③水胶比与加水量：水胶比大则干缩率也大，加水量也亦然。

④水泥与外加剂：硅酸盐水泥性能的差异一般对混凝土干缩率影响不大。不同外加剂有不同的影响。

⑤配筋：当配筋率不大时，干缩率减少不显著，有时约减少10%左右。配筋率较大时，对于干缩变形造成较大限制，但也容易因此发生干缩裂缝。

⑥杂质：混杂在集料中的粘土或包敷在集料的粘土会使干缩增加。国外的试验结果是，由于集料被粘土包敷而是干缩增加70%。

⑦混凝土尺寸形状：用体积与表面积的比值来表示试件的形状特征时，壁纸小则干缩大。

2.3 冷缩

顾名思义就是混凝土因热量散失或温度降低产生的体积收缩。和一般材料一样，混凝土的热胀冷缩都是在相邻部分混整体性的限制条件下发生的，故热涨属于相向变形，而冷缩则属于背向变形，很容易引起开裂。因此，在混凝土或钢筋混凝土结构中，特别是大体积、基础、地面或者地下的大型建筑物、桥梁、道路、机场跑道等结构物中，如何防止冷缝开裂是一个很棘手的问题。

2.4 影响混凝土冷缩率的因素

①混凝土的初始温度，混凝土的初始温度越高，冷缩率越大；气温升高或阳光直接照射导致原材料的温度升高，水泥水化时放出的热量都可使混凝土初始温度升高，特别需要指出的是，混凝土水化热与水泥用量、水泥的品种、矿物组成、细度等密切相关。

②周围环境的变化，温差越大，冷缩率越大，要避免或减轻冷缩裂缝，从材料角度看，理论上讲有三条途径：一是降低混凝土初始温度从而降低温度以后的降温幅度，二是选择膨胀系数小、受拉徐变大、拉伸极限应变高的混凝土，三是采用补偿收缩混凝土。

3 控制措施

在钢筋混凝土中，常常根据是否引起钢筋锈蚀来区分有害裂缝和无害裂缝。见表1。

如何更好的去控制混凝土裂缝的形成，我们要抓住混凝土的产生规律和它的特征，从根源处控制与减少裂缝的形成。见表2。

3.1 设计方面

①在建筑设计中应处理好构件中“抗”与“放”的关系。所谓‘抗就是处于约束状态下的结构，没有足够的变形余地时，为防止裂缝所采取的有力措施；而所谓‘放就是结构完全处于自由变形无约束状态下，有足够变形余地时所采取的措施。

②设计中应尽量避免结构断面突变带来的应力集中。

③积极采用补偿收缩混凝土技术。常见混凝土裂缝中，相当部分是由于混凝土收缩而造成的。要解决此问题，可在混凝土中掺用膨胀剂来补偿混凝土的收缩。实践证明，效果很好。

3.2 选材和配合比设计方面

①根据结构要求选择合适的混凝土强度等级及水泥品种、等级，尽量避免采用早强高的水泥。