大体积混凝土裂缝成因及处理方法

摘 要:分析了大体积混凝土产生裂缝的原因,指出了控制大体积混凝土裂缝的主要措施和裂缝的处理方法,为工程设计、施工提供参考。

关键词:大体积混凝土;裂缝;处理方法

中图分类号:TU

文献标识码:A

文章编号:1672-3198(2010)17-0344-02

混凝土是一种由砂石骨料、水泥、水及其他外加材料混合而形成的非均质脆性材料。由于混凝土施工和本身变形、约束等一系列问题,硬化成型的混凝土中存在着众多的微孔隙、气穴和微裂缝,当混凝土受到荷载、温差等作用之后,微孔隙、气穴和微裂缝就会不断扩展和连通,最终形成肉眼可见的宏观裂缝,也就是混凝土工程中常说的裂缝。混凝土建筑和构件通常都是带缝工作的,裂缝的存在和发展通常会使内部的钢筋等材料产生腐蚀,降低钢筋混凝土材料的承载能力、耐久性及抗渗能力,影响建筑物的外观、使用寿命,严重者将会威胁到人们的生命和财产安全。在我国建筑业的快速发展的今天,各类建筑对大体积混凝土的需求也越来越多,分析大体积混凝土裂缝的成因及找到解决裂缝控制的方法是非常必要的。

1 大体积混凝土产生裂缝的成因

1.1 水泥水化热

水泥在水化过程中要释放出一定的热量,而大体积混凝土结构断面较厚,表面系数相对较小,所以水泥发生的热量聚集在结构内部不易散失。这样混凝土内部的水化热无法及时散发出去,以至于越积越高,使内外温差增大。单位时间混凝土释放的水泥水化热,与混凝土单位体积中水泥用量和水泥品种有关,并随混凝土的龄期而增长。由于混凝土结构表面可以自然散热,实际上内部的最高温度,多数发生在浇筑后的最初3-5天。

1.2 外界气温变化大

大体积混凝土在施工阶段,它的浇筑温度随着外界气温变化而变化。特别是气温骤降,会大大增加内外层混凝土温差,这对大体积混凝土是极为不利的。温度应力是由于温差引起温度变形造成的,温差愈大,温度应力也愈大。同时,在高温条件下,大体积混凝土不易散热,混凝土内部的最高温度一般可达60-65℃或者更高,并且有较长的延续时间。因此,应采取温度控制措施,防止混凝土内外温差引起的温度应力。

1.3 表面水分蒸发快

混凝土中约20%的水分是水泥硬化所必须的,而约80%的水分要蒸发。多余水分的蒸发会引起混凝土体积的收缩。混凝土收缩的主要原因是内部水蒸发引起混凝土收缩。如果混凝土收缩后,再处于水饱和状态,还可以恢复膨胀并几乎达到原有的体积。干湿交替会引起混凝土体积的交替变化,这对混凝土是很不利的。当混凝土表面的湿度不能及时、适量得到供给时,就容易产生干缩裂缝。影响混凝土收缩,主要是水泥品种、混凝土配合比、外加剂和掺合料的品种以及施工工艺(特别是养护条件)等。

1.4 其他因素的影响

建筑物基础的不均匀沉降也会产生裂缝,这种裂缝会随着基础的沉降而不断的增大,待地基下沉稳定后,将不会变化。混凝土配合比不良会造成混凝土塑性沉降裂缝。一般是在混凝土配合比中,粗骨料级配不连续、数量不够,砂率及水灰比不当所造成的裂缝。水泥中的碱与活性骨料中的活性氧化硅起化学反应也会产生裂缝。

2 控制大体积混凝土裂缝的主要措施

2.1 提高混凝土结构自身抗裂强度

2.1.1 配温度筋

对于厚度大于1m基础底板四周的侧边,由于混凝土四周的侧边只有锚固钢筋而无水平钢筋(或少量水平构造钢筋),如果侧向模板拆除时间设置不合理,混凝土的表面因干缩或温差原因而产生竖向裂缝。为防止竖向裂缝的产生,可在基础侧边四周密配小直径抗裂温度筋,来增加结构表面的自身抗裂强度,以达到表面抗裂的目的。对于地下室的混凝土外墙,如果水平筋配置不合理,也会在外墙表面产生竖向裂缝,对结构本身的安全性和防水性能带来不利影响。经实践证明,当地下室外墙的水平筋配置在竖向筋的外侧时,且水平筋的间距

2.1.2 掺膨胀剂

在混凝土中掺入膨胀剂,使混凝土在硬化过程中产生体积膨胀,可以部分或全部补偿硬化过程中的冷缩和干缩,减免混凝土的开裂。现在商品膨胀剂有UEA膨胀剂,FH复合膨胀剂,PG硫铝酸盐型膨胀剂等。

2.2 减少混凝土自身热量释放

减少混凝土自身放热能力,使混凝土的内部升温减缓,是控制混凝土裂缝的重要途径。

2.2.1 选用低热水泥

理论研究表明大体积混凝土产生裂缝的主要原因就是水泥水化过程中释放了大量的热量。因此在大体积混凝土施工中应尽量使用低热或者中热的矿渣硅酸盐水泥、火山灰水泥,并尽量降低混凝

土中的水泥用量,以降低混凝土的温升,提高混凝土硬化后的体积稳定性。

2.2.2 合理掺加外加剂和掺合料

掺加具有减水、缓凝、引气的泵送剂,可以改善混凝土拌合物的流动性、粘聚性和保水性。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,推迟放热高峰出现的时间,进而减少温度裂缝。

2.3 加强混凝土的早期养护

实践证明,混凝土常见的裂缝,大多数是不同深度的表面裂缝,其主要原因是混凝土内外温度差造成的。因此说混凝土的保温对防止表面早期裂缝尤其重要。从温度应力观点出发,保温应达到下述要求:

(1)防止混凝土内外温度差及混凝土表面梯度,防止表面裂缝,内外温差一般控制在25°以内。

(2)防止混凝土超冷,应该尽量设法使混凝土的施工期最低温度不低于混凝土使用期的稳定温度。

(3)确保混凝土浇筑的连续性,防止老混凝土过冷,以减少新老混凝土间的约束。混凝土的早期养护,主要目的在于保持适宜的温湿条件,以达到两个方面的效果,一方面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;另一方面也使水泥水化作用顺利进行,以期达到设计的强度和抗裂能力。适宜的温湿度条件是相互关联的,混凝上的保温措施常常也有保湿的效果。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而有余,但由于蒸发等原

因常引起水分损失,从而推迟或防碍水泥的水化。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。内部限制主要是内外温差过大造成的,解决的方法是加强保温养护,控制内外温差,降低温速率,保证湿度。目前大体积混凝土尤其是大底板施工基本都使用电脑测温技术,此技术是将电子测温仪(热敏传感器)按不同深度埋入混凝土中,利用现场数据采集器通过专用数据及电源传输线与办公室内的

数据适配器相连,再把数据适配器与电脑连接,使用大体积混凝土智能测温系统软件就可以适时获取混凝土浇筑以后不同深度的温差变化。为及时掌握混凝土内表温差及对混凝土在低温环境下的养护,提供准确的数据依据。混凝土养护通常采用覆盖法。覆盖法就是在混凝土浇筑完毕后,先用塑料薄膜进行覆盖,以保证混凝土表面水分不过分蒸发、失水过快;然后在塑料薄膜上覆盖保温材料(通常使用草袋),草袋覆盖厚度应通过理论计算,确保热量损失控制在有效范围内;然后根据电脑温测数据,通过人工方式对温降进行控制。在天气炎热的情况下浇筑,也可在混凝土中埋设循环水管,通过循环水对混凝土进行降温。一般循环水管采用!25镀锌钢管,按1.5m的间距设置, 在水循环过程中应控制水温, 避免混凝土内部局部温降过快使混凝土过早产生内部裂缝。

3 大体积混凝土裂缝的处理方法

裂缝的出现不但会影响结构的整体性和刚度,还会引起钢筋的锈蚀,加速混凝土的碳化,降低混凝土的耐久性和抗疲劳、抗渗能力。因此根据裂缝的性质和具体情况要区别对待,及时处理,以保证建筑物的安全使用。混凝土裂缝的修补措施主要有以下方法:表面修补法,灌浆、嵌缝封堵法,结构加固法,混凝土置换法,电化学防护法以及仿生自愈合法。

3. 1 表面修补法

表面修补法是一种简单、常见的修补方法,它主要适用于稳定和对结构承载能力没有影响的表面裂缝以及深进裂缝的处理。通常的处理措施是在裂缝的表面涂抹水泥浆、环氧胶泥或在混凝土表面涂刷油漆、沥青等防腐材料,在防护的同时为了防止混凝土受各种作用的影响继续开裂,通常可以采用在裂缝的表面粘贴玻璃纤维布等措施。

3. 2 灌浆、嵌缝封堵法

灌浆法主要适用于对结构整体性有影响或有防渗要求的混凝土裂缝的修补,它是利用压力设备将胶结材料压入混凝土的裂缝中,胶结材料硬化后与混凝土形成一个整体,从而起到封堵加固的目的。常用的胶结材料有水泥浆、环氧树脂、甲基丙烯酸酯、聚氨酯等化学材料。嵌缝法是裂缝封堵中最常用的一种方法,它通常是沿裂缝凿槽,在槽中嵌填塑性或刚性止水材料,以达到封闭裂缝的目的。常用的塑性材料有聚氯乙烯胶泥、塑料油膏、丁基橡胶等;常用的刚性止水材料为聚合物水泥砂浆。

3. 3 结构加固法

当裂缝影响到混凝土结构的性能时,就要考虑采取加固法对混凝土结构进行处理。结构加固中常用的主要有以下方法:加大混凝土结构的截面积,在构件的角部外包型钢、采用预应力法加固、粘贴钢板加固、增设支点加固以及喷射混凝土补强加固。

3. 4 混凝土置换法

混凝土置换法是处理严重损坏混凝土的一种有效方法,此方法是先将损坏的混凝土剔除,然后再置换入新的混凝土或其他材料。常用的置换材料有普通混凝土或水泥砂浆、聚合物或改性聚合物混凝土或砂浆。

3. 5 电化学防护法

电化学防护法是利用施加电场在介质中的电化学作用,改变混凝土或钢筋混凝土所处的环境状态,钝化钢筋,以达到防腐的目的。阴极防护法、氯盐提取法、碱性复原法是电化学防护法中常用而有效的3 种方法。这种方法的优点是防护方法受环境因素的影响较小,适于钢筋、混凝土的长期防腐,既可用于已裂结构也可用于新建结构。3. 6 仿生自愈合法

仿生自愈合法是一种新的裂缝处理方法,它模仿生物组织对受创伤部位自动分泌某种物质,而使创伤部位得到愈合的机能,在混凝土的传统组分中加入某些特殊组分(如含黏结剂的液芯纤维或胶囊) ,在混凝土内部形成智能型仿生自愈合神经网络系统,当混凝土出现裂缝时分泌出部分液芯纤维,可使裂缝重新愈合 。

4 结语

对于混凝土裂缝, 应以预防为主, 为此需要精心设计、施工, 掌握住它的基本知识, 并根据实际采取有校措施, 会使施工质量得到很好的保证。以上各项技术措施并不是孤立的, 而是相互联系、相互制约的, 设计和施工中必须结合实际、全面考虑、合理采用, 才能起到良好的效果。实践证明, 在优化配合比设计, 改善施工工艺, 提高施工质量, 做好温度监测工作及加强养护等方面采取有效技术措施, 坚持严谨的施工组织管理, 完全可以控制大体积混凝土温度裂缝和施工裂缝的发生。

参考文献

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