路桥工程建设中混凝土裂缝的成因及预防
摘要:本文从混凝土裂缝的类型及产生的原因入手,介绍了从原材料选用、配合比设计、施工工艺等方面预防混凝土裂缝产生的方面及预防措施。
关键词:混凝土;裂缝;成因;预防
1 混凝土裂缝的种类及成因
1.1 表面龟裂
混凝土路面表面产生网状,浅而细的发丝裂缝,呈小的六角花纹状,深3mm-10mm.宽0.05mm左右,这类裂缝就是表面龟裂,它的危害较轻,不影响使用功能。
表面龟裂形成原因一是在炎热或大风天气条件下混凝土浇注后.没有及时覆盖,表面游离水分蒸发过快,体积急剧收缩,导致开裂。二是混凝土在拌制过程中水灰比太大,表面游离水分蒸发后,体积收缩较大,导致开裂。三是混凝土表面过度震捣,使水泥砂浆过厚,导致缩裂。四是模板与垫层过于干燥,吸水大。
1.2 温差裂缝
温度裂缝多发生在大体积混凝土表面或温差变化较大地区的混凝土结构中。这种裂缝的特点是裂缝出现在混凝土浇筑后的3-5天.初期出现的裂缝很细,随着时间的发展而继续扩大,甚至达到贯穿的情况,混凝土硬化期间水泥放出大量水化热,内部温度不断上升,水泥水化热在1-3天可放出热量的50%,由于热量的传递、积存,混凝土内部的最高温度大约发生在浇筑后的3-5天,因为混凝土内部和表面的散热条件不同,所以混凝土中心温度低,形成温度梯度,造成温度变形和温度应力。温度应力和温差成正比,温度越大,温度应力也越大。较大的温差造成内部与外部热胀冷缩的程度不同,使混凝土表面产生一定的拉应力(实践证明当混凝土本身温差达到25℃-26℃时,混凝土内便会产生大致在10MPa左右的拉应力)。当混凝土温度上升时(即早期升温时)产生的膨胀变形受到基坑四周砖胎膜和底部垫层混凝土(6=300mm)的约束,形成压应力。由于混凝土的弹性模量小,因此压应力也较小。
1.3 干缩裂缝
混凝土在硬化过程中,仅有一部分水分参加水化作用,而其余水分渐渐蒸发,使混凝土产生干缩变形叫干缩裂缝。
混凝土干缩裂缝通常是在混凝土浇筑后1-6个月内发生,初始裂缝的宽度均在0.03mm以上,1年以后在钢筋混凝土板角部常常会有明显的斜向裂缝,或在中央有明显的横向裂缝。混凝土干缩的主要原因是水泥石的脱水收缩,混凝土中砂石比率较大,不仅不收缩,而且还可以抑制水泥石收缩,从而减小混凝土收缩。水泥石干缩内部主要受制于其中的毛细孔含量和孔径分布,而这些又受制于加水量厂水灰比少和水化深度的影响。在混凝土结构中,混凝土裸露程度及形状尺寸对干缩裂缝也有重要影响。一般情况下混凝土体积越大而裸露面积越小,混凝土干缩越小,反之越大。
1.4 角隅及胀缝周边处产生断裂
在混凝土面板角处沿角隅等分线大致垂直方向产生断裂,在胀缝处特别容易发生,叫做角隅及胀缝周边处产生断裂。
产生原因一是角隅处于纵横交叉处,容易发生板底脱空,产生断裂。二是角隅处传力不好,车辆荷载应力集中,使混凝土长期处于疲劳状态而引起裂缝。三是在施工过程中,由于胀缝处于模板端头,拆模时容易损坏,或胀缝中的杂物未清除干净,导致胀缝两侧混凝土板连接,混凝土膨胀时受挤压产生裂缝。
1.5 冻胀引起的裂缝
大气气温低于零度时,吸水饱和的混凝土出现冰冻,游离的水转变成冰,体积膨胀9%,因而混凝土产生膨胀应力;同时混凝土凝胶孔中的过冷水(结冰温度在-78qC以下)在微观结构中迁移和重分布引起渗透压,使混凝土中膨胀力加大,混凝土强度降低,并导致裂缝出现。尤其是混凝土初凝时受冻最严重,成龄后混凝土强度损失可达30%-50%。冬季施工时对预应力孔道灌浆后若不采取保温措施也可能发生沿管道方向的冻胀裂缝。
温度低于零度和混凝土吸水饱和是发生冻胀破坏的必要条件。当混凝土中骨料空隙多、吸水性强;骨料中含泥土等杂质过多;混凝土水灰比偏大、振捣不密实;养护不力使混凝土早期受冻等,均可能导致混凝土冻胀裂缝。冬季施工时,采用电气加热法、暖棚法、地下蓄热法、蒸汽加热法养护以及在混凝土拌和水中掺入防冻剂(但氯盐不宜使用),可以保证混凝土在低温或负温条件下硬化。
2 混凝土裂缝的预防
2.1 表面龟裂
路面基层施工要严格按规范要求选择合格材料,保证路面基层设计厚度及页面标高,保证压实度达到标准,严格控制施工质量。严格按规范要求养生(至少l0d以上).做好交通管制,禁止行车早期碾压,保证基层不开裂,表面保持平整。面层摊铺前,要进行全面破损检查和修复,着重注意基层裂缝的修复处置。
混凝土面板施工要严格按规范要求选择满足质量指标及稳定性要求的材料,严格控制配合比和坍落度保证混凝土质量,并且振捣要密实,做好施工缝、缩缝、胀缝的处置,防止路表水渗入路基。在保证强度的前提下,尽可能用低标号水泥、水化热小的水泥或者是矿水泥;拌和时水泥温度不得高于50℃、不宜低于10℃,并且要严格控制养生,保证表面的湿度,夏季高温季节应采取薄膜覆盖且封闭严密,要定时注水;适时掌握锯缝,保证切缝的有效性。
2.2 控制温度的措施
降低混凝土的入模温度:施工过程中对碎石进行洒水降温.堆砂场采取遮阳措施,使用散装水泥进行二次倒库,以降低水泥温度。施工过程中对混凝土进行分层浇筑或分块浇筑,每层厚度30-40cm,并形成自然坡度,有利于混凝土的散热。在混凝土内部安装水循环冷却系统,以加速混凝土内部的散热。控制混凝土表面温度:对混凝土进行保温对防止混凝土开裂十分重要,从温度应力的观点出发可以减少混凝土表面的热功散发和降低其表面温度梯度,防止产生表面裂缝,同时可延长散热时间,充分发挥混凝土强度的潜力和材料的松弛特性,使平均总温差对混凝土产生的拉应力小于混凝土抗拉强度,防止产生贯穿性裂纹。经过计算.我们在混凝表面覆盖单层塑料薄膜和双层麻袋作为保温层,该养护方法相当于200cm厚的混凝土等效厚度,并在混凝土终凝后间歇浇洒温水进行养护,从而控制混凝土内外温差在25-30℃之间。
2.3 混凝土干缩裂缝防治措施
严格控制混凝土施工配合比,妥善选用混凝土的材料与配比。严格控制水灰比和水泥用量、选择级配良好和干净的石子、砂子,减小空隙率和砂率以减少收缩量,提高混凝土抗裂强度。
混凝土的二次振捣(混凝土初凝之前再振捣一次还能够提高混凝土的密实度,封闭第一次振捣过程中水分、空气上升在混凝土中形成的微孔,减少混凝土中的孔隙率,提高混凝土的抗裂性。
在混凝土入模前,先将基层和模板浇水湿透,避免过多吸收水分,浇捣过程中应做到既振捣充分又避免过度,条件允许的情况下可以在混凝土初凝之前再振捣一次。
2.4 加强混凝土的测温工作
为及时掌握混凝土内部温升与表面温度的变化值,在承台内埋设若干个测温点,采用L形布置,每个测温点埋设温管2根,一根管底埋置于承台混凝土的中心位置,测量混凝土中心的最高温升.另一根管底距承台上表面100mm,测量混凝土的表面温度,测温管均露出混凝土表面100mm。用100mm的红色水银温度计测温,以方便读数。第1-5d每2h测温1次,第6d后每4h测温1次,测至温度稳定为止。从已有施工经验的测温情况看,混凝土内部温升的高峰值一般在35d内产生,3d内温度可上升到或接近最大温升.内外温差值在200C左右,控制在规范规定范围内,未发现异常现象。
2.5 化学作用引起的裂缝预防措施
混凝土浇筑时,合理支设钢筋保护层垫块,浇筑混凝土过程中加强检查,以保证钢筋相对位置的准确及保护层厚度;振捣密实:表面压实抹光。控制好混凝土原材料的碱含量(定时抽查检测),尽量少用有活性成分的骨料,混凝土使用过程中给予一定的防护。
参考文献
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作者简介:靳仕刚(1974-)天津人,主要从事公路桥梁施工技术研究。