混凝土早期裂缝控制技术

摘要:混凝土被大量利用在各项建筑中,但在其浇筑完毕后由于各种原因容易产生各种裂缝,如果不对其进行控制则会产生巨大的危害。文章介绍了混凝土早期裂缝产生的原因,并从设计、配合比和材料选择、施工等三个方面分析了混凝土早期裂缝的控制方法。

关键词:混凝土;早期裂缝;质量控制;配合比

中图分类号:U445文献标识码:A文章编号:1009-2374 (2010)15-0145-02

混凝土是由水泥、沙石骨料、水以及外加剂等混合而成的非均质脆性材料,在其浇筑之后因内部水化、混凝土硬化、热胀冷缩以及浇筑质量等多种原因会产生裂缝,对土木、桥梁、水利、隧道等工程产生了较大的危害,从而必须使用合适的技术对其进行控制和修补。

一、混凝土早期裂缝的产生原因

混凝土浇筑后产生裂缝的原因主要有以下几种:

(一)混凝土沙石骨料塑性沉落裂缝

混凝土浇筑过程中需要使得振动棒进行震动,此时沙石、骨料在重力及振动棒的作用下自然下沉,使得水泥浆上升。这种塑性沉降一直到混凝土硬化,此时混凝土表面因为失去水分,但沉降部分由于受到模板、钢筋及预埋件的抑制导致混凝土沿着梁及板上面钢筋的走向出现,导致裂缝的产生。

(二)混凝土塑性收缩产生裂缝

混凝土浇筑后,如果表面的水分蒸发过快,或者被基础、模板吸水过快,会使得混凝土产生急剧的收缩,而此时混凝土刚浇筑完不久,其强度远远不够,使得其不能抵抗因水分蒸发而产生的应力,从而导致裂缝的产生。显然,水分蒸发越快,混凝土裂缝也越容易产生,且裂缝度也越大。

(三)混凝土的温度裂缝

混凝土的温度裂缝,这主要是因为混凝土的内外温度差造成的。混凝土是热的不良导体,混凝土内部产生的大量水化热不容易散发,这会使得其内部温度升高,与此同时,混凝土外面因为,散热较快,加剧了内外的温度差,其结果是:内部因为温度升高造成体积膨胀,而外部因为温度低导致收缩,当外部拉力不能抵抗内部的压力时,混凝土便产生裂缝,且裂缝隙一般较深。这种裂缝多出现在大体积混凝土中,小体积混凝土因为体积小,内部的水化热可以得到一定的发散。

(四)选材、设计和施工方面的原因

(1)在选材上,水泥较为重要,因为不同的水泥品种,在浇筑过程中其收缩性、用量、强度等区别,如普通硅酸盐水泥混凝土和矿渣水泥混凝土的自生收缩是相反的,另外,在混凝土的配合比上,当水泥用量增加后期内部产生的水化热也就高,裂缝也容易产生;(2)在设计上,如房屋较长时未设置伸缩缝,导致拉力不够产生裂缝,或板厚偏小,整体刚度不足产生,或楼板配筋采用的计算简图与实际不符等都会产生裂缝。施工方面则与模板、施工工艺相关。

二、混凝土早期裂缝的控制方法

混凝土浇筑,设计是关键,选材是基础,施工是保障,混凝土的裂缝控制有必要从这三方面入手:

(一)设计方面的控制措施

混凝土早期裂缝控制,在设计上需要注意:

1.保持平面和立面设计合理,如合理设置施工缝和后浇带,以减小约束应力。对于混凝土(特别是大体积)而言,因水化产生的温度应力与混凝土浇筑块的不均匀温差约束系数有关系,该系数越大,温度应力越大,混凝土产生裂缝的几率也越大。而该系数又与浇筑长度相关,浇筑长度越大,温度应力也越大。因此,适当的分层分块,减小浇筑块长度是减小温度应力的一个有效措施。

2.采取科学的配筋形式。钢筋或其类似作用的材料在混凝土中首先承担着传递应力的作用,混凝土产生变形时部分应力可以被钢筋的拉伸作用所抵消,如应力从较高区域向较低区域转移。另外,钢筋在混凝土中一般呈网格状分布,这本

身就可以阻滞混凝土的流动,显然网格越密,刚浇筑的混凝土内部流动的几率也越小。一般而言施工方为了方便施工都愿意采取大直径,小密度的配筋方法,因为密度越小,钢筋间距越大,对集料的最大粒径要求较小,反之密度大间距小,集料就要求越细,影响施工。因此在混凝土浇筑时,必须平衡这两方面的矛盾,一般在不影响结构受力的情况下尽量疏散钢筋。

(二)配合比和材料上的控制措施

影响混凝土裂缝产生的重要因素是内外温度差,因此在材料和配比上要从减少内部热量方面入手:

1.尽可能减少水和凝胶材料的用量。(1)注意改善集料的级配,集料在力学方面作用明显,但其本身不释放热量。如果能够改善集料的级配,就会降低混凝土的孔隙率,进而减少填充这些孔隙所必需的胶凝材料数量,而凝胶材料恰恰是释放热量的主要原料;(2)在保证力学结构基础之上,尽可能采用较大粒径的集料。研究表明,混凝土的孔隙率都有一定的自然限制。但是孔隙率越高,所需的填筑这些孔隙的水泥浆自然就越多。如果采取大粒径的集料,其他较小粒径的集料可以更好的填充大粒径集料产生的孔隙,从而减低孔隙率,而且大集料的表面积之和相对较小,用来润湿集料表面所需的水泥浆量也越少,这必然会减少内部所释放的热量。实践表明,在保持混凝土流动性不变的条件下,集料的最大粒径从10mm增大到60mm时,每立方米混凝土的用水量可减少大约50kg,从而也减少了凝胶量的使用;(3)用合理的超塑化剂,主要选择减水率较大,对混凝土的稳定性影响较小,不加速胶凝材料,以及能防止离析和坍落度损失超塑化剂。

2.合理使用外加剂。掺入矿物外加剂可以降低胶凝材料的水化热,但是外加剂必须满足以下要求:不影响混凝土用水量和胶凝材料,因为用水量和凝胶材料的增加必然会增加水化热;对于非大体积的混凝土,可以考虑加入减水型矿物外加剂,因为它可以降低水和水泥用量,从而降低了混凝土的水化热,进而增加了混凝土的抗裂性。

3.注意水泥选择。水泥和水的化学反应会产生水化热,因此在保证力学要求的基础之上选择低热水泥是降低水化热的关键因素,如325号、425号矿渣硅酸盐水泥,同时努力降低水泥用量。在条件运行的情况下采取晚强度。

(三)施工中的控制措施

从施工角度来说,主要目的就是降低混凝土内部水泥水化放出的热量。

1.预埋冷却水管。混凝土浇筑过程中,其内部温度,浇筑温度和外部温度有较大的差别,如果依靠天然冷却,达到稳定温度需要很长的时间,因此预埋冷却水管是使混凝土降低或保持在其结构温度上的有效方式。冷却水管一般情况下采用焊接钢管,在钢筋绑扎过程中将其埋入混凝土内部,水平蛇形管圈分层,竖直面上一般布置成梅花形。当然施工中需要注意管内流量、冷却水、温度、冷却时间、冷却速度等。如在冷却速度上,必须结合混凝土的放热速率和强度发展综合考虑,一般而言冷却速度应控制为每天不大于1℃～2℃,同时冷却水与混凝土之间的温差应该控制在20℃～25℃范围内等。

2.减低混凝土出仓温度。混凝土在搅拌和运输过程中,因为机械作用以及阳光照射,温度较高,这不利于混凝土的浇筑。因此要采取一些办法降低其出仓温度,如使用较低温度的水喷洒骨料,水泥放在通风阴凉处,用温度比较低的水用于混凝土搅拌,用遮阳棚遮挡沙石,运输车在使用前用冷水进行降温等。

3.加强对混凝土的养护。混凝土浇筑后不久,一般不可避免地因为内外温差产生裂缝,因此在混凝土未初凝前需要进行二次抹面是有必要的。同时还可以采取以下措施:在混凝土表面覆盖一层塑料薄膜塑料膜上方加盖一层草袋子或棉毡用于保温;温度较高时用冷水或温水保养等。

参考文献

[1]张涛,吕延峰.关于使用商品混凝土造成的早期裂缝成因及防治措施[J].河南建材,2009,(5).

[2]刘俊贤.大体积混凝土施工控制措施[J].施工技术,2007,36(7).

[3]周冰凌,高仕旭.混凝土结构裂缝控制措施[J].四川建筑,2009,29(5).

作者简介:王宏琳 (1976-),男,江苏南京人,苏州轨道交通有限公司工程师,研究方向:轨道交通。