混凝土裂缝控制与成因分析(编辑修改稿)

混凝土裂缝控制与成因分析(编辑修改稿)内容摘要：

连续板 ,结构布置如图 .板厚为 120mm,受力钢筋为 216。 8@200，均为 I级 (HPB235)钢。 X向框架梁截面为 250mm550mm，受力钢筋为 6216。 20,Y向框架截面为 250mmx700mm，受力钢筋为 6216。 20，均为Ⅱ级 (HRB335)钢 .梁、板均采用 C25商品混凝土 ,其实测抗拉强度为。 工程完工后两个月发现 ,在多层楼板中 ,纵向中间部位出现贯通裂缝 ,且上下宽度相同 ,裂缝的走向与楼梯板长向垂直，裂缝宽度超过 ,板角也出现了 45。 斜裂缝 ,裂缝的形态如图。 图 结构布置图 图 裂缝形态图 结合工程经验和以上 2个事例分析出 :裂缝产生的普遍原因是由设计有 误、材料选择不当、温度变化，施工因素，养护不到位等因素产生的，而且这几类因素往往是共同作用的，一旦设计人员所采用的构造措施考虑不够周全，将直接导致大体积构件的混凝土因承担不了过大的拉应力而开裂。 如果混凝土构件裂缝得不到有效的预防和控制，裂缝将由表及里不断发展，并最终形成贯穿裂缝，对主体结构的整体安全性和使用寿命将会带来非常不利的影响。 从技术的角度分析，混凝土结构产生裂缝的原因主要有以下几点 : ⑪水泥。 水泥是一种水硬性的胶凝材料，其品种很多，在我国主要有硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥等，他们都是由水泥熟料加上各种 不同的添加材料生成的。 水泥熟料一般为硅酸三钙、硅酸四钙、铝酸三钙、铁铝酸四钙组成。 不同品种水泥的收缩值取决于 C3A、 SO石膏的含量及水泥细度等。 一般说， C3A 含量大，细度较细的水泥收缩较大。 石膏含量不足的水泥，具有较大的收缩，而 SO3的含量对混凝土收缩的影响显著。 而有些水泥熟料中含有的少量 MgO 在混凝土硬化后期缓慢水化产生的微膨胀作用，可以起到补偿降温阶段的体积收缩，减少或避免混凝土裂缝。 从《混凝土结构设计原理》 [12]中我们可以参照表。 混凝土裂缝控制与成因分析 10 表 水泥的性能参数 由表可知，在水泥比面积和标准稠度一定的的条件下抗压强度和抗折随着天数的延长而增大。 （ 2）混合材料。 其种类、掺量和比表面积的大小是影响水泥干缩性的主要因素。 粉煤灰的比表面积最小，混 凝土干燥收缩随粉煤灰掺量的增加而减小。 实验证明，掺与不掺粉煤灰对混凝土的裂缝影响不大。 但在实际施工中若不能严格控制混合比，也会导致裂缝。 （ 3）骨料。 混凝土收缩随骨料含量的增加而减小，随骨料弹性模量的增加而减小，同时，又随骨料中粘土含量的增加而增大。 （ 4）混凝土配合比。 通过查阅大量文献资料发现，一般作为建筑的大体积混凝土自身强度都不高。 为了了解混凝土具体强度，我们采用配制 C C C40 等较低强度等级的普通混凝土进行试验，其配合比如表 所示。 表 混凝土配合比 组号 水胶比 单方材料用量（ kg/m3） 水泥 石粉 粉煤灰 砂 小石子 （ 510mm） 大石子 （ 1020mm） 水 外加剂 C20 220 80 50 603 634 634 185 C30 280 50 30 629 631 631 175 比表面积 （ kg/m2） 标准稠度 （ %） 初凝时间 终凝时间 安定性 （饼法） 抗压强度 （ MPa） 抗折强度 （ MPa） 3d 28d 3d 28d 314 180min 240min 未见裂纹 未见翘曲 30.9 55.7 混凝土裂缝控制与成因分析 11 C40 330 30 30 607 638 638 160 试验所选用混凝土试件为 100 100 100 的非标准尺寸试件其抗压强度如下表 所示。 表 混凝土实际强度 在原料一定的条件下，混凝土配合比对收缩有很大的影响，包括单位用水量、单位水泥用量、水灰比、砂率及灰浆比等参数。 混凝土收缩主要取决于单位用水量和水泥用量，而用水量的影响比水泥用量大。 在用水量一定的条件下，混凝土收缩随水泥用量的增大而加大，但增大的幅度较小；在水灰比一定的条件下，混凝土收缩随水灰比的增加而明显增大；在配合比相同条件下，混凝土干缩随砂率增大而加大，但增 大的幅度较小。 （ 5） 外加剂的种类和掺量。 试验中共安排了五种外加剂：三种减缩剂和两种减水剂 (一种为普通萘系 减水剂，另外一种为有部分缓凝效果的高效减水剂 )，试验中保持水灰比为 0． 26 不变。 时间结果见下表 (1为不掺外加剂的对比试样 )： 表 外加剂对胶凝体系开裂时间的影响 编号 1 2 3 4 5 6 开裂时间（ h） 34 10 14 9 可见： （ 1）减缩剂的加入总体上 都推迟了胶凝体系的开裂时间，尤其编号为 2的减 缩剂大大提高了体系的抗裂性能。 （ 2）减水剂对胶凝体系的开裂时间是有影响的，不同减水剂的作用情况不同。 掺用化学外加剂会使混凝土收缩有不同程度的增大。 掺减水剂用于改善混凝土和易性，增大坍落度。 掺减水剂的混凝土收缩值略大于不掺减水剂的混凝土。 掺减水剂组号 3d 7d 28d C20 C30 C40 混凝土裂缝控制与成因分析 12 用于减水，提高强度或节约水泥，混凝土掺减水剂后收缩接近或小于不掺的收缩值。 掺氯化钙早强剂的混凝土收缩比不掺的明显增大，随氯化钙掺量的增大而成倍增长。 而掺三乙醇胺与氯化钠复合剂混凝土收缩比不掺的大，但增 大的幅度比掺氯化钙早强剂的要小。 施工因素 ： （ 1）混凝土的制备与浇筑。 ①泵送混凝土为了满足泵送条件，需要增加水泥和水的用量，水灰比比较大，易产生局部粗骨料少、砂浆多的现象，混凝土脱水干缩时，就会产生表面裂缝。 ②外加剂拌合不均匀导致外加剂损失较大，不能充分发挥作用。 ③混凝土搅拌时间不足，骨料分布不合理，收缩不均匀。 ④骨料及拌合水温度偏高，使得浇筑温度过高。 ⑤搅拌和运输时间过长，使混凝土拌合物出现离析、泌水和沉陷。 ⑥浇筑不连贯，顺序不合理，出现施工“冷缝”或施工缝处理不当。 ⑦浇筑速度过快，捣固 不足或过度振捣使混凝土产生离析和泌水，在表面形成水泥含量较多的砂浆层。 ⑧混凝土终凝前钢筋被扰动。 ⑨混凝土浇筑过程中，未能很好地保护楼板负筋，使截面有效高度减小。 ⑩混凝土保护层过薄或保护层处集料过少。 （ 2）模板施工。 ①梁板支撑刚度差异或模板挠度过大，造成模板支撑下沉变形过大。 ②施工期间过度震动和其他人为因素使支撑刚度变异部位出现多次瞬间相对位移。 ③拆模过早，混凝土硬化前过早承载或受到振动。 ④模板缝隙不严实造成漏浆、渗水。 （ 3）混凝土浇捣后抹干压光。 过度的抹平压光会使混凝土的细骨料过多地浮到表面 ，形成含水量很大的水泥浆层，水泥浆中的氢氧化钙与空气中二氧化碳作用生成碳酸钙，引起表面体积碳水化收缩，导致混凝土板表面龟裂。 混凝土养护不当 主要有： （ 1）过早养护会影响混凝土的胶结能力。 （ 2）过迟养护，由于受风吹日晒 ,混凝土板表面游离水分蒸发过快 ,水泥缺乏必要的水化水 ,而产生急剧的体积收缩 ,此时混凝土早期强度低 ,不能抵抗这种应力而产生开裂。 特别是夏、冬两季，因昼夜温差大，养护不当最易产生温差裂缝。 （ 3）后期养护不够，使混凝土碳化加剧，造成碳化收缩。 （ 4）混凝土养 护初期受冻产生裂缝。 （ 5）混凝土终凝初期，施工机具和材料集中，或过早进行下道工序施工，造成较大施工荷载和震动，使其产生裂缝。 现场养护不当是造成混凝土收缩开裂最主要的原因。 混凝土浇筑后，若表面不及时覆盖、浇水养护，表面水分迅速蒸发，很容易产生收缩裂缝。 特别是在气温高、相对湿度低、风速大的情况下，干缩更容易发生。 有资料表明，当风速为 16m/ s 时，混凝土裂缝控制与成因分析 13 混凝土中的水分蒸发速度为无风时的四倍。 一些高层建筑的楼面为什么更容易产生裂缝，就是因为高空中的风速比地面大。 目前，许多施工工地在浇筑混凝土 时，都不能做到及时覆盖保温养护。 一般总要等到最后一遍抹光结束后才覆盖，还有好多工地根本不盖。 曾经某毛纺厂的一大型车间二层楼面的泵送施工。 楼面面积达 1 万 m2左右，混凝土强度等级为 C30 ，并掺加了膨胀剂。 时值盛夏，气温很高，混凝土的水分蒸发很快，施工人手不够多，浇筑好的混凝土在烈日下曝晒。 结果混凝土是前浇后裂。 同样的情况还在泰兴某商城三层楼面上见到过。 新浇的混凝土在似火骄阳下晒了两天，一点遮盖都没有，表面就出现了裂缝，而施工方只是派人隔几小时上去浇一次水。 试想混凝土表面被太阳晒得高达四、五十度，冰冷的自来水浇 上去无疑是雪上加霜。 冷缩促使裂缝更快扩展。 正确的做法是在第一次抹平后，立即用塑料薄膜覆盖，不让水分跑掉，依靠混凝土自身的水分进行保湿养护。 需进行第二次抹光时，揭开薄膜，抹完了仍要盖好。 对于高性能混凝土，由于水灰比小，胶凝材料用量大，混凝土密实性好，泌水少，若保养不好，干缩情况更严重。 因此，有学者认为，当混凝土拌合物表面的水分蒸发速率超过 0． 5kg/m2 h 时，将引起混凝土的干缩。 对于保湿养护的时间，肯定是时间越长越好。 养护 14 天的收缩比只养护 3 天的收缩降低约 20 %。 因此，国家验收规范规定 混凝土浇筑后的保温养护时间不得少于 14 天。 但在这一点上绝大多数施工人员都做不到，所以混凝土出现干缩裂缝就在所难免了。 施工过程中温度控制不准 空气的相对湿度和温度都会对混凝土收缩产生影响。 长期风吹日晒会使混凝土收缩增大。 混凝土内外温差也会引起温度裂缝。 例如寒潮侵袭、阳光暴晒后突然下雨、气温昼夜温差大等，都会使混凝土内部与表层产生很大温差，内部温度对表层起约束作用，就会导致裂缝。 事例 10 号线的中间站，车站位于东三环与朝阳北路的交叉路口，呈南北走向，为分离岛式暗挖车站。 车站为 全埋地下车站，采用暗挖法施工，车站为双层结构，边墙混凝土厚 60cm，底板厚 120cm，属大体积混凝土结构。 大体积混凝土在施工过程中，混凝土内部由于水化热的原因，混凝土内部的温度比表面的温度高出很多，大量水化热得不到散发，在降温过程中由于温差比较大内外收缩不同步，外部的收缩超过了混凝土的抗拉强度，造成混凝土开裂。 呼家楼车站属于地下工程，混凝土结构较厚，采取撒水养生，对温差引起的裂缝较难控制。 由于开始施工时每板分块较长，现场裂缝部位大多出现在板间，随后通过调整每板浇筑长度，有效地控制了温差裂缝。 温差应力产生裂缝。 对于温差收缩裂缝，施工单位往往只注重名义上的大体积混凝土，而忽视其他结构；只重视混凝土内外的温差，忽视环境温差。 对于大体积混凝土，美国混凝土协会给出了这样的定义：任意体量的混凝土，其尺寸大到足以必须采混凝土裂缝控制与成因分析 14 取措施减小由于体积变形引起的裂缝，统称为大体积混凝土。 在实际工程中，真正的大体积混凝土，如厚大的地下室底板，由于其厚度大，抗拉力大，即使内部温度很高，也很少出现裂缝。 如常州市椿庭大楼地下室底板和常州市医院病房大楼地下室底板，混凝土设计强度等级均为 C50 ，底板厚度均达 2m。 当时由于原材料供 应的限制，只能采用 525R 普水泥拌制。 测温显示，内部最高温度曾接近 90℃，但最终均未发生温差收缩裂缝。 相反，在常州金源大厦地下室墙板工程上，浇筑顶板前，墙板完好，等到顶板浇筑后没几天，墙板外侧即出现许多裂缝。 经分析，一致认为是温差湿差双重因素造成的。 因为当时正值冬季，墙板浇筑后又没有及时回填土，顶板一浇，地下室里面由于地温地湿而保持着较好的温湿度，外墙则处在凛冽的寒风中，温湿度都很低，墙板内外两侧由于环境因素造成了温湿度差而产生裂缝。 因此，对于像地下室墙板这样的虽非大体积却存在环境温湿度差的混凝土结构，更 要注意防止温差裂缝的发生。 [13] 设计原因 再看两个实例： （ 1） 常州新区电信局综合楼，地上七层，每层十间，地下为一半地下室。 地上的一半除东西边上两间外，其余每间都开有一个气窗。 间与间之间有一根大梁横跨南北，大梁由与地下室外墙连在一起的边柱支撑着，中间无柱。 工程竣工后两个月，每个气窗的下角处都出现了“八”字形的裂缝。 而边上两间由于没留窗洞，就没有出现开裂。 后经分析，认为是基础不均匀沉降引起的。 因为气窗下面的地基只需承受不足两米高的墙体的重量，而气窗两侧的地基则要承受七层楼的份量，沉降自然不一样。 裂缝即从最薄弱的窗角处开始。 （ 2） 常州市机关房产大楼地下室墙板，在边柱与墙板之间的阴角处出现有规律的裂缝。 经专家们会诊，一致认为主要是墙板配筋问题。 因此对地下室墙体，构造筋必须增强，配筋率要提高，宜不低于 0． 5 % ，同时宜采取直径较小、间距不大于 150mm的配筋，以提高钢筋混凝土的极限拉伸变形值和分散收缩应力。 边柱与墙的配筋率不同，收缩落差不同。 它们的连接处容易发生竖向裂缝。 所以，此处应插入长 1m～ 15m 的水平增强筋。 对于混凝土楼板。