混凝土裂缝产生的原因及措施探析

许培杰　陶俊锋

一、概述

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,正是由于这些初始缺陷的存在才使混凝土呈现出一些非均质的特性。混凝土裂缝有表面裂缝、贯穿裂缝和深层裂缝三种。微裂缝通常是一种无害裂缝,对混凝土的承重、防渗及其他一些使用功能不产生危害。但是在混凝土受到荷载、温差等作用之后,微裂缝就会不断地扩展和连通,最终形成我们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,由于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,很多工程的失事都是由于裂缝的不稳定发展所致。

二、混凝土裂缝产生的原因

混凝土产生裂缝的原因有多种,但根本原因是混凝土中的拉应力超过了混凝土的抗拉强度。具体可归结为温度和湿度变化、外荷载产生的变形过大和施工方法不当这三种原因。具体类型有: 一是水泥干缩产生的裂缝。二是温差变化,由热胀冷缩效应引起的裂缝。三是应力集中引起的裂缝。四是使用不当造成过载,变形过大引起的裂缝。五是张拉力引起的裂缝。六是不均匀沉降引起的裂缝。七是施工中,在混凝土初凝阶段因模板振动、变形或移位会使结构产生裂缝。八是加荷过早产生的裂缝。九是施工缝处理不好则可能在施工缝部位出现裂缝。十是混凝土预制构件,在脱模、运输、堆放、起吊过程中因各种原因使构件受压区处于受拉状态,都可能使构件产生裂缝。

三、裂缝的修补措施

国内外修补裂缝的方法很多,归纳起来主要有以下三大类:

(一)开槽法修补裂缝。该法适合于修补较宽裂缝大于0.5mm,材料的配合比为:采用环氧树脂:聚硫橡胶:水泥:砂=10:3:12.5:28.首先用人工将晒干筛后的砂、水泥按比例配好搅拌均匀后,将环氧树脂聚硫橡胶也按配比拌匀。然后掺入已拌好的砂、水泥当中,再用人工继续搅拌。最后用少量的丙酮将已拌好的砂浆稀释到适中稠度(约0.4斤丙酮就可以了)。及时将已拌好的改性环氧树脂砂浆用橡胶桶装到已凿好洗净吹干后的混凝土凿槽内进行嵌入。从砂浆开始拌和到嵌入混凝土缝内,一组砂浆的整个施工过程需要30分钟左右完成。嵌入后的砂浆养护即砂浆嵌入缝槽内处理好后两小时以内及时用毛毡、麻袋将聚硫橡胶改性环氧树脂砂浆进行覆盖,待完全初凝后,开始用水养护。

(二)低压注浆法修补裂缝。低压注浆法适用于裂缝宽度为0.2mm~0.3mm的混凝土裂缝修补。修补工序如下:裂缝清理—试漏—配制注浆液—压力注浆—二次注浆—清理表面。当裂缝数量较多时,先要在裂缝位置上贴医用白胶布,再用窄毛刷蘸浆沿裂缝来回涂刷封缝,使裂缝封闭,大约10分钟后,揭去胶布条,露出小缝,粘贴注浆嘴用浆包严。固化后周边可能有裂口,必须反复用浆补上,以避免注浆漏浆。注浆操作一般在粘嘴的第二天进行,若气温高的话,半天就可注浆。操作时先用补缝器吸取注浆液,插入注浆嘴,用手推动补缝器活塞,使浆液通过注浆嘴压入裂缝,当相邻的嘴中流出浆液时,就可拔出补缝器,堵上铝铆钉。一般由上往下注浆,水平缝一般从一端到另一端逐个注浆。为了保证浆液充满,在注浆后约半小时可以对每个注浆嘴再次补浆。

(三)表面覆盖法修补裂缝。这是一种在微细裂缝(一般宽度小于0.2mm)的表面上涂膜,以达到修补混凝土微细裂缝的目的。分涂覆裂缝部分及全部涂覆两种方法,这种方法的缺点是修补工作无法深入到裂缝内部,对延伸裂缝难以追踪其变化。表面覆盖法所用材料视修补目的及建筑物所处环境不同而异,通常采用弹性涂膜防水材料,聚合物水泥膏、聚合物薄膜(粘贴)等。施工时,首先用钢丝刷子将混凝土表面打毛,清除表面附着物,用水冲洗干净后充分干燥,然后用树脂充填混凝土表面的气孔,再用修补材料涂覆表面。

四、防裂的主要措施

(一)合理选择配合比

1.应选用水化热低、凝结时间长的水泥,优先选用矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥。在保证混凝土强度和拌合物的坍落度要求的前提下,提高掺合物料及骨料的含量,降低单方混凝土的水泥用量。

2.粗骨料宜采用连续级配的石子,最大粒径不宜大于40mm,含泥量不大于1%;细骨料宜采用中粗砂,含泥量不大于3%。

3.宜掺用缓凝剂、减水剂等外加剂,以减小水泥水化热,或推迟水化热的峰值期;宜掺入适量的微膨胀剂或使用膨胀水泥,使混凝土得到补偿收缩,降低收缩应力。

4.大体积混凝土配合比的计算和试配除按规定执行外,宜在配合比确定后进行水化热的验算和测定。

(二)施工的综合措施

1.大体积混凝土的浇筑应根据整体连续浇筑的要求,结合结构尺寸的大小、钢筋疏密、混凝土供应条件等具体情况,采用全面分层、分段分层或斜面分层的浇筑方法,也可以配合采用二次振捣,增加混凝土的密实度,提高抗裂能力。为使上下层混凝土在初凝前结合良好,也可在下层混凝土面预留沟槽,以加强上下层混凝土的黏结。

2.为减少大体积混凝土的内外约束,混凝土浇筑前宜在基层设置滑移层。滑移层可采用设置沥青油毡或铺砂石层缓冲的做法。

3.当大体积混凝土平面尺寸过大时,可以适当设置后浇带,以减小外约束力和温度应力,同时也有利于散热及降低混凝土内部的实际温度,为减少分块间后浇带处钢筋的连接约束,应将钢筋的连接设置在后浇带处。

4.暑期施工时应采取有效措施降低混凝土内部的实际温度,如采取拌合水中掺入冰屑、使用冷却水作为拌合用水、砂石采取遮阳措施和喷冷水降温等。在混凝土浇筑后采用冷水养护降温,或采用覆盖材料养护。但要注意水温和混凝土温度之差不宜超过20℃。冬期施工可采用蓄热法,利用保温模板和保温材料防止冷空气侵袭,以达到降低混凝土内外温差的目的。

5.进行温度监测控制,当发现混凝土的内部温度与表面温度、以及表面温度与环境温度之差超过25℃时,应及时加强保温或延缓拆除保温材料,以防止混凝土因过大的温度应力而产生裂缝。□(编辑/穆杨)