高强混凝土裂缝分析及防治措施

中图分类号：TU37文献标识码：A 文章编号：

随着科学技术的进步和社会的发展，现代建筑不断向大跨度，高层，超高层方向发展，混凝土强度高，可在满足结构受力和结构功能下，减少结构构件的截面尺寸，降低自重，减少用钢量，增大建筑空间，高强度混凝土具有强度高，耐久性好，变形小等优点。

在建筑施工和使用过程中，混凝土裂缝是建筑物主要病害之一，对于房屋建筑特别是高层建筑来说，裂缝一直是施工中最为常见和难以克服的弊病，裂缝会导致非常严重的后果，因此研究混凝土结构裂缝产生原因及防治措施具有重要的意义。

一般把强度等级为C50及以上的混凝土称为高强混凝土。它是由水泥，砂，石，原材料外加减水剂或同时外加粉煤灰，矿粉，矿渣，硅粉等混合料，经常规工艺生产而得高强混凝土。1 高强混凝土裂缝产生的主要原因 1.1 高强混凝土结构的裂缝产生的原因主要有两类： 1.1.1 由外荷载引起的裂缝，这是发生最为普遍的一种情况，即按常规计算的主要应力为结构性裂缝；1.1.2 变形应力引起的裂缝，这是由温度、收缩、膨胀、不均匀沉降等因素引起的结构变形，当变形受到约束时便产生应力，当此应力超过混凝土抗拉强度时就产生裂缝。 1.2 由温度应力引起混凝土结构物产生变形时出现的裂缝，因为混凝土为脆性材料，在结构的内部，结构与结构之间，都会受到相互影响.相互制约，这种现象称为约束。当混凝土结构截面较厚时，其内部温度和湿度分布不均匀，引起内部不同部位的变形相互约束，这样的约束称之为内约束；当一个结构物的变形受到其他结构的阻碍所受到的约束称为外约束。外约束又可分为自由体、全约束和弹性约束。建筑工程中的高强混凝土结构所承受的变形，主要是温差和收缩而产生的，一般在0.3MM以下。 1.3 温度变化引起的裂缝，建筑工程中的大体积高强混凝土结构中，由于结构截面大，水泥用量多，水泥水化所释放的水化热会产生较大的温度变化和收缩作用，由此形成的温度收缩应力是导致钢筋混凝土产生裂缝的主要原因。这种裂缝有表面裂缝和贯通裂缝两种。表面裂缝是由于混凝土表面和内部的散热条件不同，温度外低内高，形成了温度梯度，使混凝土内部产生压应力，表面产生拉应力，表面的拉应力超过混凝土抗拉强度而引起的。贯通裂缝是由于大体积混凝土在强度发展到一定程度，混凝土逐渐降温，这个降温差引起的变形加上混凝土失水引起的体积收缩变形，受到地基和其他结构边界条件的约束时引起的拉应力，超过混凝土抗拉强度时所可能产生的贯通整个截面的裂缝。这两种裂缝不同程度上，都属有害裂缝，一般大于0.5MM。

1.4 设计不合理引起的裂缝，如钢筋含量偏抵，间距过大，混凝土保护层过薄，特别是高强混凝土由于其脆性大为增加，抗拉能力降低，在其它条件相同情况下，对各种因素的敏感程度大为提高，同时混凝土强度高，约束增强，也是造成混凝土表面产生裂缝的重要原因。

1.5 选用材料不合理引起的裂缝，水化热主要是水泥中矿物组份在水化过程中所放出的热量，因此，选用合适的水泥对预防混凝土产生裂缝很重要。还有骨料的品种，粒径对混凝土收缩也有影响，骨料粒径大混凝土收缩小，有利于混凝土水化热散发，但不利于混凝土强度的提高，特别是高强混凝土。

1.6施工不合理引起的裂缝，浇筑混凝土时倒灰不均匀，用振捣棒找平时，往往是混凝土中的石子一振下沉，多为砂浆或石子偏少的混凝土往两边跑，造成砂浆积聚，使局部混凝土中相对水泥含量增加，容易产生大的温度应力与收缩应力，造成裂缝，还有混凝土振捣时过振，造成混凝土粗骨料下沉，细骨料在上部，强度不均匀，也容易产生收缩裂缝。2 控制混凝土裂缝的措施 为了有效地控制有害裂缝的出现和发展，必须从控制混凝土的水化升温、延缓降温速率、减少混凝土收缩、提高混凝土的极限拉伸强度、改善约束条件和设计结构等方面全面考虑，结合实际采取措施。 2.1 降低水泥水化热和变形 2.1.1 选用低水化热或中水化热的水泥品种配置混凝土，如矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰水泥、复合水泥等。 减少温差的措施是选用中热硅酸盐水泥或低矿渣硅酸盐水泥，在掺加泵送剂或粉煤灰时，也可选用矿渣硅酸盐水泥。同时，可充分利用混凝土后期强度，以减少水泥用量。2.1.2 充分利用混凝土的后期强度，减少每立方米混凝土中水泥用量。根据试验每增减10kg水泥，其水化热将使混凝土的温度相应升降1℃。 2.1.3 使用粗骨料，尽量选用粒径较大、级配良好的粗骨料；控制砂石含泥量；掺加粉煤灰等掺合料和相应的减水剂、缓凝剂，改善和易性、降低水灰比，以达到减少水泥用量、降低水花热的目的。 2.1.4 在基础内部预埋冷却水管，通入循环冷却水，强制降低混凝土水化热温度。 2.1.5 在厚大无筋或少筋的大体积高强混凝土中，掺加总量不超过20%的大石块，减少混凝土的用量，以达到节省水泥和降低水化热的目的。 2.2 降低高强混凝土温度差 2.2.1 选择较适宜的气温浇筑大体积混凝土，尽量避开炎热天气浇筑混凝土，夏季可采用低温水或冰水搅拌混凝土，可对骨料喷冷水晒，运输工具如具备条件也应搭设遮阳设施，以降低混凝土拌合物的入模温度。 2.2.2掺加相应的缓凝型减水剂，如木质素磺酸钙等. 在满足施工条件情况下尽可能降低水灰比，减少混凝土收缩。2.2.3 在混凝土入模时，采取措施改善和加强模内的通风，加速模内热量的散发。

2.3 加强施工中的温度控制 2.3.1 在混凝土浇筑之后，做好混凝土地保温保湿养护，缓缓降温，充分发挥徐变特性，减低温度应力，夏季应注意避免暴晒，注意保湿，冬季应采取措施保温覆盖，以免发生急剧的温度梯度发生。 2.3.2 采取长时间的养护，规定合理的拆模时间，延缓降温时间和速度，发挥凝土的“应力松弛效应”。 2.3.3 加强测温和温度监测与管理，实行信息化控制，随时控制混凝土内的温度变化，内外温差控制在25℃以内，基面温差和基底面温差均控制在20℃以内，及时调整保温及养护措施，使混凝土地温度梯度和湿度不至过大，以有效控制有害裂缝的出现。 2.3.4 合理安排施工程序，控制混凝土在浇筑过程中均匀上升，避免混凝土拌合物堆积过大高差.在结构完成后及时回填土，避免其侧面长期暴露。 2.4 改善约束条件，消减温度应力 2.4.1 采取分层或分块浇筑大体积混凝土，合理设置水平或垂直施工缝，或在适当的位置设置后浇带，以放松约束程度，减少每次浇筑长度的蓄热量，防止水化热的集聚，减少温度应力。 2.5 提高高强混凝土的极限拉伸强度 2.5.1 选择良好级配的粗骨料，严格控制其含泥量，加强混凝土的振捣，提高混凝土密实度和抗拉强度，减小收缩变形，保证施工质量。 2.5.2 采取二次投料法，二次振捣法，浇筑后及时排除表面积水，加强早期养护，提高混凝土早期或相应龄期的抗拉强度和弹性模量。 2.5.3 在高强积混凝土基础内设置必要的温度配筋，在截面突变和转折处，底顶板与墙转折处，孔洞转角及周边，增加斜向构造配筋，以改善应力集中，防止裂缝出现。。因此根据裂缝的性质和具体情况，我们要区别对待、及时处理，以保证建筑物的安全使用。 3 高强混凝土裂缝的处理，3.1 表面修补法，沿混凝土裂缝表面铺设薄膜材料，一般用环氧类树脂或树脂泡玻璃布，施工时先将混凝土表面用钢丝刷打毛，清水洗净干燥，将混凝土表面气孔由油灰状树脂填平，然后早上面铺设薄膜。 3.2填充法。 先将混凝土裂缝表面剔成U形或者V形，使用树脂砂浆材料进行填充，也可以用水泥沙浆或者沥青等材料，施工时，先将槽内清理干净必要时候涂底层结合料，再填充材料。

3.3 注入法。 混凝土裂缝宽度小，较深时，可采用将修补材料注入混凝土内部的修补方法，先在裂缝处安没注入用管，其它部位用表面处理法封住，使用低黏度环氧树脂注入材料，用电动泵或手动泵注入修补。

4 展望

高强度混凝土出现裂缝是普遍性和复杂性，控制混凝土结构裂缝要从材料的选择，设计和计算.构造.施工和养护等方面密切配合，才能得到很好的效果，针对裂缝的成因.贯彻预防为主的原则，加强设计施工及使用方面的管理，确保结构安全和避免不必要的损失。