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混凝土裂縫的原因及質量控制
來源:admin 時間:2019-10-05 10:29 瀏覽量:
引言

混凝土外觀質量的好壞直接反映了其組成材料的品質、施工工藝水平的高低、施工環境的影響、混凝土結構設計思想等。因此,水工混凝土單元質量評定把混凝土外觀檢查內容列入評定標準中,可見其重要性。裂縫是水工混凝土外觀質量檢查與評定標準的重要內容之一,分為表面裂縫、深層及貫穿裂縫兩個方面。本文探討了水工混凝土裂縫的成因及防治措施。

1 幾種常見裂縫的破壞特征

圖1幾種常見裂縫的破壞特征

(a)鋼筋腐蝕裂縫(b)塑性收縮裂縫(c)硫酸鹽腐蝕裂縫(d)堿骨料反應裂縫

2 水工混凝土裂縫的成因分析

水工混凝土裂縫的成因非常復雜,影響因素眾多,從內因上講,有原材料的質量不合格、混凝土的配合比及其均勻性欠佳、水化熱溫升、自身體積變形及其熱學、力學性能達不到抗裂能力的要求;有結構設計不合理,造成過大的應力集中;分縫分塊不恰當,難以承受外界條件和荷載的影響等。從外因上講,有溫、濕度等環境變化;有基礎、老混凝土的約束;有基礎不均勻沉陷和外荷超載等。當然裂縫的產生往往是以某種因素為主、在多種不利因素綜合作用下的結果。下面將針對主要方面進行分析。

2.1溫度變化

水工混凝土溫度裂縫的主要原因如下:

(1)水泥水化熱的影響。水泥在水化過程中產生大量熱量,這是水工混凝土內部熱量的主要來源?;炷两Y構內部截面和體積龐大,加上混凝土導熱性能差,水化產生的熱量聚集在混凝土結構內部不易散發,使得內部溫度很高,而混凝土表面熱量散失快,因而在混凝土內部與外部形成一個溫度梯度。由于混凝土結構內外溫度不一導致膨脹變形不一,在混凝土結構內部產生壓應力、結構外部產生拉應力,當內外溫差過大,超過20~25℃時,表層混凝土產生的拉應力超過混凝土極限抗拉強度。

(2)外界氣溫變化。當晝夜溫差較大或者氣溫聚降時也可導致混凝土結構內外形成較大溫度梯度,導致混凝土裂縫產生。

(3)基礎約束。由于混凝土大壩基礎大多為彈性模量較大的堅硬巖石,底板受到來自基礎較大的外部約束。新澆底板混凝土水化升溫產生體積膨脹變形,由于受到基礎的約束產生壓力,這時由于早期混凝土彈性模量小,徐變度大,還處于塑性階段,壓應力很快被松馳掉?;炷了饔脺p弱后,溫度下降,由于基礎對混凝土降溫引起的收縮的約束,混凝土內部出現較大的拉應力,當拉應力超過混凝土極限抗拉強度時,底板便會出現裂縫。

2.2干燥收縮

混凝土的干縮濕脹是由于混凝土中水分變化而引起的。當混凝土長期在水中硬化時,會產生微小膨脹;當混凝土在空氣中硬化時,由于水分蒸發,水泥石中的凝膠體逐漸收縮,從而使混凝土產生干縮。這個過程是由表及里逐步發展起來的,因而濕度變化是不均勻的,收縮應力也是不同的,當表面拉應力超過一定值時,引起表面開裂。

2.3鋼筋銹蝕和堿骨料反應

鋼筋銹蝕和堿骨料反應裂縫都是混凝土發生脹裂的結果,但使混凝土中產生脹拉應力的原因不同。

鋼筋的生銹過程實際上是電化學反應過程,其生成物氫氧化鐵的體積大于原鋼筋的體積,一般鐵銹的體積會增大2~4倍。這種效應在鋼筋周圍的混凝土中產生脹拉應力,如果混凝土的保護層比較薄,不足以抵抗這種拉應力時,就會沿著鋼筋形成一條順筋裂縫。順筋裂縫的發生,又進一步促進鋼筋銹蝕加劇,形成惡性循環,最后導致混凝土保護層剝落,甚至鋼筋銹斷,危害極大。

堿骨料化學反應是指混凝土空隙中的堿性溶液與活性骨料化學反應生成堿——硅酸凝膠,該物質溶水后產生膨脹,使混凝土脹裂。堿骨料反應裂縫形貌及分布與鋼筋約束有關,當約束力很小時,常出現地圖狀裂縫;當約束力強時,則出現順筋裂縫。

2.4 構件超載及基礎不均勻沉降

構件在超出設計的均布荷載或集中荷載作用下產生內力彎矩,出現垂直于構件縱軸的裂縫,構件在較大剪力作用下,產生斜裂縫,并從下往上延伸。此外,基礎不均勻沉降使結構變形也會引起裂縫。

2.5混凝土凍融破壞

在水飽和或潮濕狀態下,由于溫度正負變化,混凝土內部孔隙水結凍膨脹,融解松弛,產生疲勞應力,造成混凝土開裂,在反復凍融循環作用下,混凝土中的裂縫相互貫通,使混凝土產生由表及里逐漸剝蝕的破壞現象。

水工混凝土凍融破壞通常發生在水位變化區內,裂縫較長,起皮剝落,隨著凍融次數增加,剝落深度增加。通常破壞過程如下:起初,混凝土表面的水泥微晶體脫落,留下砂粒,呈麻面狀態;繼之是砂粒脫落,露出粗骨料,混凝土表面呈蜂窩狀態;第三步是粗骨料脫落,混凝土表面呈狗洞狀態;第四步鋼筋銹蝕折斷于邊墻、頂板和底板漏水,隔墻穿透,直至建筑物崩塌破壞。

3 水工混凝土裂縫的防治措施

針對上述水工混凝土裂縫的主要原因分析,擬采取以下防治措施:

(1)為控制混凝土的溫度裂縫,施工中采取的溫控措施主要有:選用特種或低熱42.5普通硅酸鹽水泥;摻入粉煤灰、高效減水劑和緩凝劑,減少單位水泥用量以達到減少水化熱的目的;預冷骨料;采用低溫水拌和混凝土;高溫季節混凝土澆筑倉面搭設遮陽棚并進行噴霧降溫,盡可能避免在中午高溫時段澆筑混凝土;對于大體積水工混凝土采用合理的分縫、分塊澆筑措施、加強養護等。

(2)影響混凝土干縮率的主要因素是用水量,施工中應盡量減少單位用水量,降低水灰比,采用較大粒徑的骨料及較好的級配,減少于縮裂縫的產生。加強養護,使水泥充分水化,水泥石中晶體增多,膠體減少,可使干縮減小,且延長養護期,使混凝土的強度增大。在防裂要求較高的工程中,可以采用養護劑,主要目的是減少水分的蒸發,以保證混凝土的正常水化。它是在混凝土表面噴灑養護劑形成薄膜,以防止水分蒸發,在混凝土表面失去水的光澤后立即噴涂。除此之外,合理地設置伸縮縫;改善水泥性能,水泥用量不宜過高;配筋率不宜過高,設置構造鋼筋使收縮裂縫分布均勻,避免發生集中的大裂縫。

(3)由于鋼筋銹蝕是氧化反應,氧化是產生銹蝕的必要條件,因此采取提高混凝土的密實度和抗滲性,適當加大保護層的厚度,在混凝土表面噴涂或涂刷聚合水泥砂漿、瀝青、環氧樹脂等防腐層;采用耐腐蝕鋼筋,合理選用混凝土原材料,避免使用堿骨等措施,均能收到明顯效果。

堿骨料化學反應對結構的耐久性影響很大,為控制堿骨料的化學反應應選擇優質骨料和低含堿量的水泥以及中性拌和水,并應提高混凝土的密實度和采用較低的水灰比。

(4)基礎不均勻沉降解決方法有減輕結構自重、控制施工程序、改善結構形式等。單純提高結構剛度來抵抗不均勻沉降,其結果是結構自重增大,柔韌性變小,適應不均勻沉降能力隨之變弱。在工程實踐中,對持不均勻沉降應采取“抗”(以整體剛性抵抗變形)、“放”(分縫和增強柔韌性來適應變形)兼施,以“抗”為主的方針。

(5)低溫季節施工,要注意抵御寒潮襲擊,表面覆蓋塑料薄膜與麻袋作為保溫材料,其中塑料薄膜除了保溫作用外,對混凝土還具有明顯的保濕效果,只要覆蓋時幅間搭接嚴密,薄膜與混凝土表面可以長時間的保持濕潤狀態,這對混凝土的養護極為有利。
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