文/鄭寧(北京誠盟公路工程監(jiān)理有限公司)
通過對砼構(gòu)件裂縫觀察,對其產(chǎn)生原因進(jìn)行分析,并提出控制及預(yù)防措施。
砼制品在現(xiàn)在工程建設(shè)中占有重要地位,同時,砼制品的裂縫也較為普通,在建設(shè)工程中裂縫幾乎無所不在,盡管我們在施工中采取各種措施,小心謹(jǐn)慎,但裂縫仍然時有出現(xiàn)。
在大體積混凝土施工中,混凝土常常出現(xiàn)溫度裂縫影響結(jié)構(gòu)的整體性和耐久性。在運(yùn)輸過程中,溫度變化對結(jié)構(gòu)的應(yīng)力狀態(tài)具有顯著的影響,我們遇到的主要是施工中溫度裂縫,因此本文僅對施工中裂縫的成因和處理措施做探討。
混凝土中產(chǎn)生裂縫有有多種原因,主要有溫度裂縫,混凝土干縮裂縫,模板變形、基礎(chǔ)不均勻沉降等。
混凝土礫化期間水泥放出大量水化熱,使內(nèi)部溫度不斷上升,在表面引起拉應(yīng)力。后期在溫度降溫過程中,由于受到自身強(qiáng)度的約束,又全在混凝土內(nèi)部出現(xiàn)拉應(yīng)力。氣溫的降低也含在砼表面引起很大的拉應(yīng)力。當(dāng)這些拉應(yīng)力超出砼的抗裂能力時,即會出現(xiàn)裂縫。許多混凝土的內(nèi)部濕度變化很小或變化較慢。促表面濕度可能變化較大或發(fā)生劇烈變化,使表面干縮形變受到內(nèi)部砼的約束,也往往導(dǎo)致裂縫。
根據(jù)溫度應(yīng)力的形成過程可分為以下三個階段
早期:自從澆筑砼開始至水泥放熱基本結(jié)束,一般約30天。該階段水泥放出大量的水化熱砼彈性模量的急劇變化。由于彈性模量變化,這一時期在混凝土內(nèi)形成線條應(yīng)力。
中期:水泥水化熱基本結(jié)束時起至砼冷卻到穩(wěn)定溫度時止,這個時期中,溫度應(yīng)力主要是由于砼的冷卻及外界氣溫變化所引起的,這些應(yīng)力與早期形成的線條應(yīng)力相疊加,在此期間混凝土的彈性模量變化不大。
晚期:混凝土完全冷卻以后的運(yùn)輸時期。溫度應(yīng)力主要是外界氣溫變化所引起的,這些應(yīng)力與前兩種的線條應(yīng)力相迭加。
根據(jù)溫度應(yīng)力引起的原因?yàn)閮深悾?/p>
自生應(yīng)力:邊界上沒有任何約束或完全靜止的結(jié)構(gòu),如果內(nèi)部溫度是非線性分部的,由于結(jié)構(gòu)自身互相結(jié)束而出現(xiàn)溫度應(yīng)力。例如:橋梁墩身結(jié)構(gòu)尺寸相對較大,砼冷卻表面溫度低,內(nèi)部溫度高,在表面出現(xiàn)拉應(yīng)力,在中間出現(xiàn)壓應(yīng)力。
約束應(yīng)力:結(jié)構(gòu)分全部或部分,邊界受到外界約束,不能自由變形而引起的應(yīng)力。如:筑梁頂板混凝土和護(hù)欄砼。
這兩種溫度應(yīng)力往往和砼的干縮所引起的應(yīng)力共同作用,要想根據(jù)已知溫度準(zhǔn)確分析出溫度應(yīng)力,不論大小是一項(xiàng)比較復(fù)雜的工作在大多數(shù)情況下,需要依靠模型或數(shù)值計(jì)算。砼的徐變使溫度應(yīng)力有相當(dāng)大的松弛,計(jì)算溫度應(yīng)力時必須考慮徐變的影響。
為了防止裂縫減少溫度應(yīng)力可以控制溫度和改善制約條件兩個方面考慮。
控制溫度措施如下:
(1)采用改善骨料級配間干硬性砼摻混合料加引氣劑或塑化劑等措施,以減少混凝土中水泥用量。
(2)拌和砼加水或用水將碎石冷卻以降低砼的澆筑溫度。
(3)熱天澆筑砼時,減少澆筑厚度利用澆筑層面散熱。
(4)在砼中埋設(shè)水管通入冷水降溫。
(5)規(guī)定合理的拆模時間氣溫驟降時進(jìn)行表面保溫,以免砼表面發(fā)生急劇溫度梯變。
(6)施工中長期暴露的砼澆筑塊表面或薄壁結(jié)構(gòu)在寒冷季節(jié)采取保溫措施。
改善約束條件的措施是:
(1)合理的分縫分塊
(2)避免基礎(chǔ)過大起伏
(3)合理安排施工工序,避免過大高差和側(cè)面長期暴露。
此外改善砼的性能提高抗裂能力加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)防止表面干縮,特別是保證同質(zhì)量對防止裂縫十分重要。特別應(yīng)注意貫穿裂縫出現(xiàn)后要恢復(fù)砼的整體性是十分困難的,所以施工中以防止貫穿裂縫為主。
在砼施工中為了提高模板的利用率,往往要求新澆砼盡早拆模,當(dāng)砼溫度高于氣溫時因考慮拆模時間,以免引起砼表面早期裂縫。砼早期拆模在砼表面引起很大的拉應(yīng)力。出現(xiàn)“溫度沖擊”現(xiàn)象,在砼澆筑初期,由于水化熱的散發(fā)表面引起相當(dāng)大的拉應(yīng)力,此表面溫也 氣溫 此時拆模表面溫度驟降引起溫度梯變,從而在表面附著一拉應(yīng)力,與水化應(yīng)力選加再加上砼的干縮,表面的拉應(yīng)力達(dá)到很大的數(shù)值,就導(dǎo)致裂縫的危險,如果拆模后在表面覆蓋一輕型保溫材料,如泡沫海綿對防止混凝土表面產(chǎn)生過大的拉應(yīng)力具有顯著的效果。
加筋對大體積砼的溫度應(yīng)力影響很小,因?yàn)榇篌w積砼的含筋率很低,只是對一般鋼筋砼有影響,在溫度不太高及應(yīng)力極低于屈服極限條件下,鋼的各種性能是穩(wěn)定的,而與應(yīng)力狀態(tài)時間及溫度無關(guān)。鋼的線.系數(shù)與混凝土.系數(shù)相差很小,在溫度變化時兩者之間只發(fā)生很小的內(nèi)應(yīng)力,由于鋼的彈性模量為混凝土彈性模量的7—15倍,當(dāng)內(nèi)砼應(yīng)力達(dá)到抗拉驟變而開裂時,鋼筋應(yīng)力不超過100—200kg/cm,因此,在砼中想要利用鋼筋來防止細(xì)小裂縫的出現(xiàn)很困難。但加筋后結(jié)構(gòu)內(nèi)的裂縫一般就變得數(shù)目多間距小,寬度與深度較小了,而且如果鋼筋的直徑細(xì)而間距密時,對提高砼抗裂性的效果較好,砼和鋼筋砼結(jié)構(gòu)表面常常會發(fā)生細(xì)而淺的裂縫,其中大多數(shù)屬于干縮裂縫,雖然這種裂縫一般都較淺,但它對結(jié)構(gòu)強(qiáng)度而耐久性仍有一定的影響。
為了保證砼工程質(zhì)量,防止開裂,提高混凝土的耐久性,正確使用外加劑也是減少開裂的措施之一。例如使用減水防裂劑,筆者在實(shí)踐中總結(jié)出其主要作用為:
(1)管張力使干縮變形,增大之細(xì)孔。可降低毛細(xì)管表面張力,但會使混凝土干縮變形,增大之細(xì)孔??山档兔?xì)管表面張力,但會使砼強(qiáng)度降低,這個表面張力現(xiàn)論早在六十年代就已被國際上所確認(rèn)。
(2)水灰比是影響砼收縮的重要因素,使用減水防裂劑可使砼用水量減少25%。
(3)水泥用量也可使砼收縮率的主要因素,摻加減水防裂劑的砼在保持砼強(qiáng)度條件下,可減少15%的水泥用量,其體積用增加骨料來補(bǔ)充。
(4)減水劑防裂可以改善水泥漿的稠度,減少砼泌水,減少沉縮變形。
(5)提高水泥漿與骨料的粘結(jié)力,提高砼抗裂性。
(6)砼在收縮時,受約束產(chǎn)生應(yīng)力,當(dāng)應(yīng)力大于砼抗拉強(qiáng)度時裂縫就會產(chǎn)生,減水防裂劑可有效的提高混凝土抗拉強(qiáng)度,大幅度提高砼的抗裂性能。
(7)摻外加劑可值砼密實(shí)性好,可有效提高的抗碳化化性減少碳化收縮。
(8)摻減水防裂劑后砼緩凝時間適當(dāng),在有效防止水泥迅速水化熱基礎(chǔ)上,避免因水泥長期不凝而帶來的塑性收縮增加。
(9)摻外加劑砼和易性好,表面易抹平形成微膜,減少水分蒸發(fā)減少干燥收縮。
實(shí)踐證明砼常見裂縫,大多數(shù)是不同深度的表面裂縫,其主要原因是溫度梯度造成寒冷地區(qū)的溫度驟降也管易形成裂縫。因此混凝土的保濕防止表面早期裂縫尤為重要。
從理論上分析,新澆筑中所含水分完全可以滿足水泥水化的要求而有余,但由于蒸發(fā)等原因常引起水分損失,從而推遲或妨礙水泥的水化,表面砼最容易而是直接受到這種影響,因此砼澆筑后的最初幾天是養(yǎng)護(hù)的關(guān)鍵時期,在施工中應(yīng)切實(shí)重視起來。
從溫度應(yīng)力觀點(diǎn)出發(fā),保濕應(yīng)達(dá)到要求
1、防止砼內(nèi)外溫度差及砼表面梯度防止表面裂縫。
2、防止砼超冷應(yīng)盡量設(shè)法使砼的施工期間溫度不低于砼使用期溫度溫度。
3、防止老砼過冷的減少新老砼間的約束
砼早期養(yǎng)護(hù)主要目的在于保持適宜的溫濕條件的達(dá)到兩個方面效果方面使砼會受不和溫濕變形的侵襲,防止有害的砼縮和干縮。一方面使水泥水化作用順利進(jìn)行,以期達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度和抗裂能力。
適宜的溫濕變條件是相互關(guān)聯(lián)的砼的保濕措施常常也有保濕的效果。
以上對砼的施工溫度與裂縫之間的關(guān)系進(jìn)行了理論和時間上的初步探討學(xué)術(shù)界對砼裂縫的成因和計(jì)算方法,有不同的理論,但對具體的預(yù)防和改善措施是不是比較統(tǒng)一的,同時在實(shí)踐中的應(yīng)用效果也是比較好的。具體施工中要靠我們多觀察多比較,出現(xiàn)問題后多分析多總結(jié),結(jié)合多種預(yù)防處理措施砼的裂縫是完全可以避免的。