裂缝对混凝土耐久性的影响研究

裂缝对混凝土耐久性的影响研究

杨富然

北京市昌平一建建筑有限责任公司 102200

摘要：

混凝土开裂已成为现代混凝土的常见病害,裂缝往往成为有害介质的快速入侵通道,诱发混凝土耐久性问题,严重影响混凝土质量。然而,已有的耐久性研究通常局限于实验室养护充分的无裂缝试件,已有的寿命预测模型也都建立在完好的试件研究的基础之上。针对这一问题,在总结国内外相关的研究报道成果的基础之上,探讨了裂缝对于混凝土耐久性的影响。

关键词：混凝土; 耐久性; 裂缝;

引言：

多年以来,由于城市建设和工程技术的迅速发展,钢筋混凝土结构在城市中得到了大家的认可。但现浇混凝土结构楼板的裂缝是建筑中比较常见且难以解决的问题之一,而且钢筋混凝土结构中的裂缝会导致结构刚度变小,变形增大,抗裂性差、耐久性减少等。主要对混凝土产生裂缝的原因进行分析,并给出相应的预防措施。

1.混凝土裂缝的成因

(1)荷载作用引起的裂缝

正常设计的钢筋混凝土结构构件在使用荷载作用下,截面上的混疑土拉应力变大多是大于混凝土极限拉伸值的,因此构件在使用时一般是带缝工作的。正常情况下裂缝最先产生在拉应力最大处,且与主拉应力方向大致垂直。

(2)非荷载因素引起的裂缝

1）温度变化引起的裂缝

混凝士具有热胀冷缩的性质,结构构件会随着温度的变化而产生变形,当变形受到约束时就产生裂缝。对于大体积混凝土结构,由于混凝土在硬化过程中产生大量的水化热,导致混凝土温度上升。如果热量不能很快地散发,会造成混凝土内外温差过大,产生温度应力,使整个结构外部受拉,内部受压。混凝土在硬化初期抗拉能力较弱,如果内外温差引起的拉应力超过混凝土此时的抗拉强度,混凝土就会裂缝。

2）混凝土收缩引起的裂缝

混凝土在空气中结硬时体积缩小,即产生收缩变形。由于结构构件不同程度地受到边界约束,从而产生附加应力,使得混凝土可能产生裂缝。这种裂缝产生的原因是混凝土拌合物在浇筑振捣完毕后,其内部的水分一部分泌出流失,一部分被水泥水化所用,另外一部分被蒸发,尤其是在干热、风较大的季节进行施工。混凝土拌合物则更容易出现失水干缩而发生裂缝,这种裂缝出现的时间较早,一般混凝土在初凝前就已经发生,若不加以处理和养护,部分裂缝将达到结构l/3～l/2的深度,局部裂缝将会贯穿整个混凝土结构。在配筋率较高的构件中,也可能由于钢筋对周围混凝土收缩的约束而产生拉力,从而使得构件产生局部裂缝。此外新老混凝土的界面上也很容易产生收缩裂缝。

3）混凝土塑性坍落引起的裂缝

这种裂缝往往发生在采用大流动性混凝土拌合物浇筑的结构构件中。大流动性混凝土拌合物在初凝前,其中的粗骨料处于自由状态,虽然经过振动器械进行了振捣,内部的孔隙也基本排除,但混凝土内部的粗骨料本身在自身重力作用下缓慢下沉(即混凝土塑性坍落)。在粗骨料下沉的过程中,钢筋上面的混凝土被钢筋支护,在钢筋表面沿着钢筋的走向产生裂缝,这种裂缝的深度一般只达到钢筋表面为止。

4）贯通性毛细孔和微细裂缝

在一般大流动性混凝土拌和物浇注的混凝土结构中容易产生贯通性的毛细孔。由于大流动性混凝土单位用水量也要比普通混凝土用水多,在混凝土浇捣完后,一部分水泌掉,一部分水蒸发,一部分在水泥水化时被水泥吸收,那么另外一部分搅拌用水就存在混凝土内部,在一定的时间内,水慢慢挥发,原来水所占的体积就形成了一条毛细孔隙,在混凝土结构外部水压的作用下,这种贯通性的毛细孔就很容易产生渗漏;微细裂缝主要反映在大流动性混凝土内部,由于在振捣时漏振或振捣不够,在混凝土硬化前,尤其是钢筋下方的骨料仍在继续下沉,而钢筋上部的混凝土中的骨料被钢筋所支撑不能下沉,这样在钢筋的下表面就会形成一道微细的水膜,日后它则会形成一条孔隙,在外部水压的作用下水便会从此缝隙渗漏到混凝土结构物内部。

2.裂缝对耐久性的影响

一般的钢筋混凝土构件总是带缝工作的,但在正常环境条件下,受拉裂缝只要不过宽,对使用过程中构件的耐久性就不会产生根大的影响。然后,如果结构长期处在腐蚀性介质(海水或酸、碱化学物质)或干湿交替(例如水位变动区、海水浪溅区及盐雾作用区)的环境下,过宽的裂缝就会加速钢筋的锈蚀,锈蚀产生的铁锈体积要比原来的体积增大3～4倍。如果混凝土的保护层较薄,铁锈的体积膨胀迫使混凝土顺筋胀裂,最终混凝土保护层剥落,致使钢筋加速锈蚀而变细直到构件丧失承载力。

3.就混凝土裂缝这一问题所采取的预防措施

针对混凝土裂缝这一问题,我们应采取过程控制,应该从以下几个方面着手:

（1）提高全员质量意识

随着近年来科技的不断进步,混凝土技术向着科技化、智能化的方向发展,这要求建设管理者应不断加强自身的学习和提升,充分认识裂缝产生的危害,加强对混凝土结构组成、各种材料对混凝土性能的影响、新工艺过程的学习了解。因此,作为管理人员,应对工程的重要部位、关键工序、施工措施进行严格审查,努力实现控制质量目标,有效地避免有害裂缝的产生。

（2）加强设计质量控制

设计质量是决定工程质量的重要因素,因此,质量控制的预控环节是设计质量控制。一些容易开裂的部位要引起设计人员的特别注意,如深基与浅基、房屋门窗洞口处、高低跨处等,同时要注意地基的沉降不均匀、结构等方面的薄弱环节,在设计中应提高重视。在构件截面允许、配筋率不变且浇筑方便的情况下,钢筋直径、间距变小对预防开裂有利。

（3）施工过程质量控制

实际工程中大多数裂缝主要是由于施工质量原因而产生的,这就要求施工人员尽量在施工过程中控制裂缝,在使用过程中就可以避免混凝土开裂的发生。因此,施工过程中的裂缝控制是非常重要的,在施工过程中应注意几个问题:(1)合理选用材料,选择合适的配合比,可以防止裂缝的出现。为了防比混凝土水化热过大,以致产生较大的内外温差,所以应合理选用水灰比,在满足强度要求的前提下,水泥用量可减少。(2)浇筑、振捣方式合理,例如可采用内部振捣、表面振捣、附着式振捣等。同时应控制振捣时间,既不能太长,也不能太短,保证混凝土有良好的密实性。

（4）养护阶段质量控制

养护是混凝土浇筑完毕后必做的程序,其到位与否影响着混凝土强度的好坏,同时其对裂缝的发展也有很大的影响,因此,把好养护关对裂缝的控制有很大的作用。养护的目的是使混凝土尽快达到预定的强度,满足使用要求。使混凝土温度降至外界温度,减小混凝土的内外温差,以便减小温度应力,防比裂缝的产生。混凝土养护有很多种方法,选择合理的养护措施对防比裂缝的产生起到很关键的作用,因此施工人员应制订合适的养护措施,减少裂缝产生的概率。

（5）混凝土裂缝的修补

为了恢复由于裂缝而导致的混凝土建筑出现的问题,需及时对出现的裂缝进行修补。要根据裂缝的大小、粗细选择性地进行修补。如果裂缝比较细小,对建筑不会产生影响就只需要简单的修补,反之则需要进行更为严密的修补,防比出现危险事故。

在《公路养护技术规范》中,也曾经提到对于钢筋混凝土以及它的预应力构件的修补问题,要根据实际情况中裂缝的宽度和大小进行不同程度的修补,主要采取以下措施:(1)当缝隙的宽度在允许范围内时,要进行封闭处理。多数指在裂缝中涂刷水玻璃或者环氧树脂。(2)裂缝的宽度超过限定范围的最大值时,一般需要采取压力灌浆法往缝隙中灌注环氧树脂胶。(3)如果裂缝已经十分严重,那么就需要查明裂缝的出现原因,积极、快速地采取强有力的加固手段,避免安全隐患。

结语：

现浇混凝土结构裂缝虽然是种常见的质量通病,但经过分析研究总结,我们已积累了不少经验。为了尽可能减少结构的裂缝产生,应合理选择材料,提高设计施工质量,避免承受结构荷载以外荷载。只要我们严格按照施工规范、施工规程操作,就能减少混凝土裂缝的产生,从而取得满意的效果。

参考文献

[2]混凝土结构耐久性设计与施工指南.北京:中国建筑工业出版社,2015

[3]高小建,巴恒静.混凝土结构耐久性与裂缝控制中值得探讨的几个问题.混凝土,2021(11):12-13

[13]张德峰,吕志涛.裂缝对预应力混凝土结构耐久性的影响,工业建筑,2020,30(11):12-14

[14]杨小平,刘荣桂,吕志涛.裂缝对预应力混凝土结构耐久性影响的试验研究,江苏大学学报(自然科学版),2017,23(6):90-94