浅谈混凝土裂缝的原因和防治措施

浅谈混凝土裂缝的原因和防治措施
王志毅
建筑设计论文,论文发表,论文网,职称论文,建筑设计
1、前言
　　各种混凝土坝以及其他大体积混凝土建筑物的裂缝，主要是温度变化引起的。这种裂缝，特别是其中的深层裂缝和贯穿裂缝，对混凝土坝的整体性、耐久性和防渗能力具有严重的危害。为了确保混凝土大坝的安全和长期正常运行，必须对混凝土坝裂缝产生的原因有一个正确的认识，并在施工期有计划地控制混凝土的浇筑温度、养护方法，防止产生裂缝。
2、混凝土坝裂缝的种类及其产生的原因
2.1混凝土的特点
　　水泥是水硬性胶凝材料，随着工程建设发展的需要，水泥的品种越来越多，常用的品种有：硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥等。硅酸盐水泥的主要矿物成分：硅酸三钙（3Cao.Sio2）、硅酸二钙（2Cao.Sio2）、铝酸三钙（3Cao.Alo3）、铁铝酸四钙（4Cao.Alo3.Fe o3）。水泥遇水后的凝固过程是一种化学放热反应，放出可观的热量，称为水化热。混凝土是以水泥为胶凝材料，与水、砂及石子四种主要材料，按适当比例配合拌制成拌和物，经硬化后所得到的人造石料。混凝土具有较高的抗压强度及耐久性能，但它的抗拉强度很低，容易受温度变化的影响而产生裂缝。
2.2表面裂缝及其产生的原因
　　在混凝土浇筑后的初期，混凝土随着水化热的逐渐释放而升温，产生内外温差，特别是当气温骤降时，内外温差更大，此时由于内部混凝土产生膨胀，外部混凝土产生收缩，互相约束，将使混凝土产生强迫变形，并由此引起表面温度应力，这个应力是拉应力，当它超过混凝土的抗拉极限强度时，就会产生表面裂缝，这种裂缝的特点是方向不规则，深度不深。
2.3深层裂缝和贯穿裂缝及其产生的原因
　　在混凝土凝结硬化过程中，当混凝土逐渐散热降温时，体积将随之收缩，若受到基岩（或老混凝土）的约束，不能自由收缩将产生强迫拉伸变形而产生拉应力。当拉应力超过了混凝土的极限抗拉强度时，就会产生温度裂缝。这种由基础约束产生的温度裂缝，称为基础约束缝。它大体垂直基岩面，由下而上地开展，宽度较大（可达1～3mm），延伸长，切割深（缝深达3～5m以上），当裂缝垂直于坝轴线时称为深层裂缝。当平行于坝轴线时，则称为贯穿裂缝。
2.4干缩裂缝及其产生的原因
　　由于混凝土坝体内湿度变化很小，表面湿度变化较大，如施工中养护不良，表面受到内部的约束，将在混凝土表面产生拉应力，当拉应力超过了混凝土的极限抗拉强度时，就会产生干缩裂缝。干缩裂缝的形态细微，略成网状，仅限于极浅的表层。
3、裂缝对混凝土坝的危害
　　平行于坝轴线的贯穿裂缝，会削弱坝体承受水压荷载的刚度，影响大坝的整体性，恶化其受力状态，严重影响坝体的安全运行。迎水面的深层裂缝与水相通，在运行中使坝基大扬压力分布大为恶化，有压水进入缝内，又会将裂缝进一步被“撕开”，继续向下游发展，同样有很大的危害。
　　混凝土坝表面裂缝容易形成应力集中，成为深层裂缝扩展的诱发因素。与大气、库水和河水相接触的坝面上的表面裂缝，将影响混凝土的抗风化能力和坝体的耐久性。
4、预防混凝土坝裂缝的主要措施
　　做好混凝土温控，防止混凝土发生温度裂缝，保证建筑物的整体性和耐久性。防止裂缝的主要措施有：降低混凝土的水化热温升、降低混凝土的浇筑温度、混凝土人工冷却散热和表面保护等措施。
　　4.1严格控制混凝土基础容许温差、上下层混凝土温差、混凝土内表温差，混凝土施工过程中严格控制相临坝体的高差，浇筑时间不宜间隔太久。
　　4.2根据混凝土温控要求，做好混凝土浇筑分层分块，并据此进行混凝土水平运输、垂直运输及仓面设备的配置。
　　4.3在不影响混凝土强度和耐久性的前提下，应积极采取以下措施来降低水泥用量，减少水化热。
　　4.3.1浇筑低流态混凝土或干硬性混凝土。
　　4.3.2使用外加剂。
　　4.3.3加掺合料等综合措施。在水泥中加掺合料以代替水泥，可以降低混凝土的水化热。
　　4.3.4采用微膨胀低热水泥。
　　4.3.5做好混凝土级配设计的优化，在结构允许的情况下，尽量加大骨料粒径，改善骨料级配。
　　4.3.6采用发热量较低的水泥和减少单位水泥的用量，是降低混凝土水化热的有效措施。
　　4.4合理安排全年混凝土浇筑量，充分利用冬春低温季节浇筑混凝土，特别是大量浇筑基础部位的混凝土，在夏季应考虑在早晚进行混凝土浇筑，中午停止。
　　4.5利用浇筑层顶面散热，削减水泥水化热温升。夏季减少浇筑层厚度，保证正常的间歇时间，在浇筑层顶面集水、浇水或层面喷雾，以加速表面散热。
　　4.6在骨料堆上洒水、喷雾、料堆加高、地垅取料、冷却水拌和、加冰拌和混凝土等措施，必要时可采取骨料预冷及埋设冷却水管进行初期通水，降低混凝土入仓温度和浇筑温度。
　　4.7做好混凝土坝面、层面、侧面的保温和保湿养护。应通过保温设计，选定保温材料，确定保温时间。孔口、廊道等通风部位应及时封堵。寒冷地区特别要重视冬季的混凝土表面保温。
　　4.8混凝土人工冷却。在混凝土内埋设冷却水管，通水冷却，以控制混凝土浇筑块的最高温度以满足基础温差、内外温差和上下层温差要求。
　　4.9混凝土表面保护。在低温季节，通过对混凝土表面保护可以减少混凝土温度内外温差，保持混凝土表面湿度，防止产生裂缝。在高温季节，对混凝土进行表面保护，应防止高温热量向混凝土到灌。对混凝土进行表面保护可防止混凝土超冷，避免产生贯穿裂缝、延缓混凝土的温降速度，以减少新老混凝土上、下层的约束温差。
　　4.10延长对混凝土表面的养护和保温时间
　　《DL／T5114—2001水工混凝土施工规范》规定：“混凝土养护时间不少于28d”，实践经验表明，如果在28d以后停止养护，混凝土还会出现温度裂缝，干缩裂缝，表面养护28d是不够的。应根据工程的实际情况、工程所在区域的气象资料，确定对混凝土表面养护时间，加强养护可提高混凝土的抗裂性。
　　《DL／T5114—2001水工混凝土施工规范》规定：“28 d龄期内的混凝土，应在气候骤降前进行表面保护”，这里给人们一种错觉，似乎28 d龄期以后的混凝土，除了某些特殊情况外，一般不需要进行表面保温了，实际情况并不是这样。在施工中应根据工程所在区域的年平均气温、气温年变幅、最大寒潮期间气温下降情况，及时制定对混凝土表面保温的措施，延长对混凝土表面保温的时间，这样可控制或降低温度应力，避免混凝土坝出现裂缝。
5、结语
　　温差引起的温度应力是混凝土坝裂缝产生的主要原因。在确定允许温差标准后，应根据工程所在区域的水文气象资料、施工条件，进行有关的分析计算后，制定温控措施，严格控制拌和机出机口的混凝土温度，加强混凝土坝表面的养护和保温，做好基础混凝土的温度控制。同时加强混凝土施工的质量控制，提高混凝土的均匀性和抗裂能力，是完全可以控制混凝土坝裂缝的产生。