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商品混凝土現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)裂縫原因分析及預(yù)防措施
發(fā)布時(shí)間：
2023-01-04 16:17
商品混凝土現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)裂縫原因分析及預(yù)防措施
文章來源：沈陽盛鑫源 更新時(shí)間：2015-05-05
近幾年來，商品混凝土現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)的裂縫問題越來越突出，有的甚至影響到結(jié)構(gòu)安全和正常使用，這在住宅工程中尤為突出。因此，如何采取措施，最大限度地減少或消除商品混凝土裂縫的產(chǎn)生，已成為工程技術(shù)人員急需解決的難題之一。
本人依據(jù)幾年來的施工管理經(jīng)驗(yàn)和學(xué)到的理論知識(shí)，并結(jié)合曾施工過的某新村住宅樓、徐莊礦鍋爐房、湖州嘉欣金世紀(jì)廣場商務(wù)樓等工程的實(shí)踐，就商品混凝土現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生的原因及預(yù)防，作如下闡述。
一、商品混凝土現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫的原因
商品混凝土是由水泥、骨料、水和各種外加劑及摻合料組成的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，俗稱人工石，其內(nèi)部是非致密、非均勻的，具有較高的抗壓強(qiáng)度、良好的耐久性及抗拉強(qiáng)度低、抗變形能力差、易開裂等特性?；炷廉a(chǎn)生裂縫其原因多方面的，如荷載、溫度、收縮、腐蝕、結(jié)構(gòu)變形等，且大多不是單方面作用的結(jié)果，而是多種因素相互交織影響、共同作用的結(jié)果。但究其根本原因，不外乎是設(shè)計(jì)、材料、施工及使用四個(gè)方面。下面就四方面的原因分別作出闡述：
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1、計(jì)算有誤，構(gòu)件截面尺寸設(shè)計(jì)不合理，斷面配筋不足，鋼筋排列順序不當(dāng)
這是造成構(gòu)件的承載力和剛度不足、變形過大而產(chǎn)生裂縫的原因。由此造成的垂直裂縫，通常出現(xiàn)在梁、板結(jié)構(gòu)彎矩最大的地方，對(duì)柱裂縫則出現(xiàn)在中部，而斜裂縫則通常發(fā)生在剪力最大的部位。一般來說支座附近較多，由下部開始，多數(shù)沿45°角向跨中上方延伸。
2、梁柱的節(jié)點(diǎn)構(gòu)造不合理，板的厚度過小
例如在徐莊礦鍋爐房工程梁板澆筑中，板的厚度只有9cm，而在設(shè)備區(qū)域附近，安裝的預(yù)埋管道卻十分密集，彼此間還相互交叉，造成預(yù)埋管道的混凝土保護(hù)層厚度不足而沿管道混凝土發(fā)生開裂。再如在湖州嘉欣金世紀(jì)廣場商務(wù)樓工程大跨度梁柱結(jié)點(diǎn)的澆筑中，為考慮抗震，梁柱的鋼筋相互彎折錨固，造成某個(gè)側(cè)面的鋼筋過分密集且鋼筋很粗，鋼筋間缺少足夠的混凝土包裹而沿著鋼筋混凝土發(fā)生開裂。
3、構(gòu)件的構(gòu)造筋配置不足
在設(shè)計(jì)中，往往只對(duì)正常使用的荷載情況進(jìn)行驗(yàn)算，未考慮構(gòu)件澆筑過程中產(chǎn)生的各種變形因素，而這種變形恰恰對(duì)構(gòu)件的影響很大。商品混凝土因?yàn)樘涠却?，引起的變形也大，再加上變形的存在，其出現(xiàn)裂縫的幾率自然要比普通混凝土大。例如在某新村住宅樓現(xiàn)澆板中，板跨中的上部鋼筋未部分拉通，且板角未留置放射鋼筋，以致造成裂縫的產(chǎn)生。這種裂縫，一般來說板面多于板底，尤以板角居多，裂縫無規(guī)律性，多由混凝土在硬化過程中的收縮變形和缺少相應(yīng)部位的構(gòu)造鋼筋約束所產(chǎn)生。
4、結(jié)構(gòu)沉降產(chǎn)生裂縫
這類裂縫通常是因基礎(chǔ)的剛度不足，或者地基的壓縮變形不一致而發(fā)生不均勻沉降，使上部結(jié)構(gòu)發(fā)生較大變形，這種變形所形成的拉應(yīng)力超過了結(jié)構(gòu)的抗力，從而引起裂縫。
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混凝土收縮是其自身的特性。有關(guān)資料表明，混凝土的拌和水中只有約20%的水，是水泥水化所必須的，其余80%的水分都要被蒸發(fā)。而這多余水分的蒸發(fā)就是引起混凝土收縮的主要原因。當(dāng)收縮產(chǎn)生的拉應(yīng)力超過混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí)，混凝土就會(huì)出現(xiàn)裂縫，這類裂縫通常顯示規(guī)律性。而商品混凝土由于需要泵送，收縮性更大，且越是高標(biāo)號(hào)的混凝土，其收縮性就越大。
1、水泥漿的含量高
為減少泵送對(duì)機(jī)械設(shè)備的磨損，商品混凝土供應(yīng)單位所用的水泥，比一般混凝土用的水泥多，相應(yīng)的砂率也大，這必然導(dǎo)致商品混凝土比普通混凝土的收縮性大，出現(xiàn)裂縫的幾率也比普通混凝土要大得多。
2、坍落度大
一般商品混凝土的坍落度在100mm～180mm之間，有的甚至達(dá)到250mm，而普通混凝土的坍落度多在70mm～90mm之間。商品混凝土攪拌站為保證泵送的順利，施工單位為提高施工效率，加上施工人員為便于施工，都希望混凝土的坍落度保持在150mm～180 mm之間。為達(dá)到大坍落度要求，必然要求增加較多的水泥用量、拌和水用量和外力a劑用量。由于這三種因素的共同影響，造成商品混凝土的收縮值比普通混凝土要大得多，極易導(dǎo)致商品混凝土裂縫的產(chǎn)生。
3、水化熱的影響
為了提高施工效率，商品混凝土中的水泥用量往往比普通混凝土要大，而且又因加了外加劑，造成初期的水化速度快，產(chǎn)生的水化熱也較多，從而降溫時(shí)因自身約束引起的溫度應(yīng)力也比普通混凝土要大得多。當(dāng)混凝土抗拉強(qiáng)度不足以抵抗該溫度應(yīng)力時(shí)，便開始產(chǎn)生裂縫。這在大體積混凝土中尤為顯著，極易造成積聚于內(nèi)部的水化熱不易散發(fā)的情況，形成與表面溫差較大的梯度而產(chǎn)生結(jié)構(gòu)的淺表裂縫。
4、骨料粒徑的影響
為滿足泵送的要求，商品混凝土都采用粒徑較小的骨料，減少粗骨料的用量。粗骨料的粒徑往往受本地的骨料種類、泵送管道的直徑、鋼筋的最小間距、板厚及設(shè)計(jì)所需的流動(dòng)度這五種條件的約束，而普通混凝土粗骨料的粒徑僅受到鋼筋最小間距和板厚這兩種條件的約束。因此，商品混凝土粗骨料的粒徑相對(duì)較小，直接導(dǎo)致單位水泥用量和拌和水用量比普通混凝土多。另外，因受大用水量和富漿量的影響，也會(huì)導(dǎo)致混凝土單位粗骨料用量的減少。在混凝土的組成材料中，由于粗骨料是制約水泥石收縮的主要成分，因此粒徑較小的粗骨料和較少的粗骨料用量對(duì)制約混凝土收縮是不利的，使得混凝土的抗拉強(qiáng)度降低，易出現(xiàn)裂縫。
5、粗細(xì)骨料含泥量的影響
骨料的含泥量越高，混凝土的收縮性就越大，也越容易造成開裂。因?yàn)槟嗟某霈F(xiàn)弱化了骨料與水泥石之間的粘結(jié)面，降低了界面的粘結(jié)強(qiáng)度，也就降低了混凝土的抗拉強(qiáng)度，導(dǎo)致商品混凝土出現(xiàn)裂縫、特別是硬化過程中的早期裂縫。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，骨料的含泥量增加1%，混凝土的強(qiáng)度就會(huì)降低5%。因此，應(yīng)限制骨料的含泥量。
6、外加劑的影響
為保持良好的工作性能和可泵性，在商品混凝土生產(chǎn)過程中都會(huì)使用外加劑，其中大多是兼有減水、泵送、緩凝等綜合作用的高效復(fù)合外加劑。由于國內(nèi)缺乏外加劑對(duì)混凝土影響的系統(tǒng)理論研究，所以外加劑加入如不能科學(xué)控制，就會(huì)在一些部位形成薄弱區(qū)域，并在外力的作用下產(chǎn)生裂縫。
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1、混凝土終凝前未仔細(xì)收光
商品混凝土由于坍落度大，水泥漿含量高，在終凝前因表面收縮極易出現(xiàn)收縮裂縫，對(duì)于摻加了活性摻和料的混凝土就尤為顯著。如果在終凝前未仔細(xì)收光，則收縮裂縫不會(huì)自行閉和，導(dǎo)致混凝土非結(jié)構(gòu)性淺表裂縫的產(chǎn)生。
2、現(xiàn)場擅自加水
施工人員為提高混凝土的施工速度，未經(jīng)有關(guān)方面認(rèn)可，就擅自向混凝土中加水?，F(xiàn)場加水不但增加了混凝土硬化過程中的泌水通道，降低了混凝土的強(qiáng)度，更嚴(yán)重的，將導(dǎo)致混凝土局部形成了軟弱層，增加了混凝土出現(xiàn)裂縫的可能性。
3、結(jié)構(gòu)構(gòu)件養(yǎng)護(hù)不到位
養(yǎng)護(hù)問題可以說一直是商品混凝土的關(guān)鍵問題，很多裂縫的產(chǎn)生都與商品混凝土養(yǎng)護(hù)未到位有關(guān)。隨著泵送混凝土的普遍使用，外加劑和活性摻合料的加入，養(yǎng)護(hù)問題顯得越加重要?；炷翝仓?，若表面在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)未覆蓋或者澆水不及時(shí)，表面水分迅速蒸發(fā)，很容易產(chǎn)生收縮裂縫，特別是在氣溫高、濕度小、風(fēng)速大的情況下，收縮更易發(fā)生?，F(xiàn)在有不少施工現(xiàn)場，對(duì)混凝土的養(yǎng)護(hù)往往采取終凝后才澆水養(yǎng)護(hù)，表面也未覆蓋，澆水不及時(shí)、不定時(shí)且時(shí)間短，這與國家規(guī)范規(guī)定的養(yǎng)護(hù)要求相差很遠(yuǎn)。國家規(guī)范規(guī)定對(duì)采用硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥或礦渣水泥拌制的混凝土，其養(yǎng)護(hù)時(shí)間不得少于7天，對(duì)摻有緩凝型外加劑或有抗?jié)B要求的混凝土，其養(yǎng)護(hù)時(shí)間不得少于14天。類似以上這種不良的養(yǎng)護(hù)狀況，極易造成商品混凝土的早期開裂。
4、模板支撐拆除過早和結(jié)構(gòu)受荷載過早
商品混凝土由于其使用的特殊性，如為保證具有一定的坍落度要求以及運(yùn)輸、停置、施工所需要的時(shí)間，往往要加入具有緩凝作用的外加劑和粉煤灰以滿足施工要求，因此商品混凝土具有比普通混凝土初凝時(shí)間長、早期強(qiáng)度低等特點(diǎn)?，F(xiàn)在有一些施工單位為了趕進(jìn)度，或?yàn)榱四０宓闹苻D(zhuǎn)而擅自提前拆除模板支撐，并在結(jié)構(gòu)上放置過多的堆載，而此時(shí)混凝土并未達(dá)到規(guī)范要求的拆模強(qiáng)度，使結(jié)構(gòu)受荷載過早而出現(xiàn)裂縫。
（四）使用過程中的原因
混凝土構(gòu)件不正確的使用也會(huì)引起各種裂縫的產(chǎn)生。如在有關(guān)構(gòu)件上堆放過多的荷載，或者是局部改變了承重體系，超過了結(jié)構(gòu)的承載力而引起裂縫。這在住宅的裝修過程中表現(xiàn)尤為突出，如在樓板上砌筑承重分隔墻，在樓板上隨處開洞等。又如結(jié)構(gòu)長期處于高溫，會(huì)引起水泥與骨料間的粘結(jié)力減弱，水泥石也因脫水而內(nèi)部產(chǎn)生空隙，使粘結(jié)力與彈性模量降低，這也增加了混凝土出現(xiàn)開裂的可能性。另外，混凝土結(jié)構(gòu)在酸、堿、鹽的長期侵蝕下，也會(huì)產(chǎn)生裂縫。
二、商品混凝土裂縫的預(yù)防措施
根據(jù)以上對(duì)商品混凝土出現(xiàn)裂縫原因的分析，結(jié)合現(xiàn)場施工的情況，為避免商品混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的產(chǎn)生，建議采取如下預(yù)防措施。
?。ㄒ唬┰O(shè)計(jì)方面的措施
1、采用正確的理論計(jì)算力學(xué)模型，使計(jì)算結(jié)果與實(shí)際相接近。要進(jìn)行正確的荷載計(jì)算，選擇合適的結(jié)構(gòu)構(gòu)件斷面，鋼筋的排列既要滿足構(gòu)件產(chǎn)生抗力的需要，又要便于施工。
2、進(jìn)行正確的節(jié)點(diǎn)構(gòu)造設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)中不能只顧抗力要求而忽視構(gòu)造的要求。
3、要考慮施工實(shí)際情況，進(jìn)行合理的構(gòu)造設(shè)計(jì)。如在現(xiàn)澆板的設(shè)計(jì)中，支座上部的鋼筋不應(yīng)在跨中全部切斷，跨中上部的貫通鋼筋不應(yīng)小于相應(yīng)支座鋼筋面積的30%。位于板角的地方，往往是各種應(yīng)力互相迭加的區(qū)域，應(yīng)予以加強(qiáng)。建議在設(shè)計(jì)中對(duì)此類部位除雙層雙向的鋼筋不可少之外，還應(yīng)增加45°斜向鋼筋予以補(bǔ)強(qiáng)。板鋼筋應(yīng)相對(duì)細(xì)一點(diǎn)、密一點(diǎn)，宜采用連續(xù)式配筋，不宜采用分離式配筋，以抵抗結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的收縮應(yīng)力?；炷连F(xiàn)澆板的強(qiáng)度不要過大，以不超過C30為宜。
4、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中不應(yīng)只考慮地基的承載力而忽視地基的變形，要采用合理的基礎(chǔ)構(gòu)造形式，調(diào)整基礎(chǔ)各部位的剛度。要根據(jù)工程實(shí)際情況，采用"放"、"抗"及"調(diào)"的形式進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，避免應(yīng)基礎(chǔ)的不均勻沉降而引起上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫。
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因?yàn)榛炷潦且环N收縮性的材料，當(dāng)產(chǎn)生的收縮應(yīng)力超過混凝土自身的抗拉強(qiáng)度時(shí)，結(jié)構(gòu)便會(huì)產(chǎn)生裂縫。對(duì)此商品混凝土攪拌站應(yīng)采取以下措施：
1、盡量減少收縮量大、需水量多的水泥使用，建議采用需水量小，與混凝土外加劑適應(yīng)性好的水泥。要根據(jù)工程的實(shí)際情況，采用合適品種的水泥。在滿足條件的情況下，要盡量減少水泥的用量，根據(jù)我們的經(jīng)驗(yàn)，商品混凝土的水泥用量不宜超過550kg/m3。
2、在滿足可泵性及和易性的條件下，要盡可能減少混凝土的水灰比，減小坍落度。建議在一般情況下，商品混凝土的坍落度控制在l20mm-l60mm之間，以降低其收縮應(yīng)力。
3、盡可能采用水化熱值低的水泥，如礦渣硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥等，以降低混凝土硬化時(shí)的收縮應(yīng)力。
4、宜優(yōu)先采用連續(xù)級(jí)配的粗骨料配制混凝土，因?yàn)榇思?jí)配的混凝土具有較好的和易性、較少的用水量以及較高的抗壓強(qiáng)度。根據(jù)工程需要，應(yīng)采用合適的骨料粒徑，盡可能選用粒徑較大、級(jí)配良好的石子。因?yàn)樵龃蠊橇狭娇蓽p少用水量，從而減少水化熱，最終降低混凝土的收縮應(yīng)力。根據(jù)有關(guān)資料，采用5mm-40mm石子比采用5mm～25mm的石子，每立方米混凝土可減少用水量15kg左右，在相同水灰比的情況下，水泥的用量可減少20kg左右。另外，粗骨料顆粒的形狀對(duì)混凝土的和易性和用水量也有較大的影響，粗骨料中的針、片狀顆粒的含量不應(yīng)超過15%。細(xì)骨料也應(yīng)以中、粗砂為宜，細(xì)度模數(shù)應(yīng)在2.5～3.2之間。
5、嚴(yán)格控制骨料的含泥量，建議商品混凝土所用粗骨料的含泥量控制在小于1%，砂的含泥量控制在小于2%，以降低混凝土的收縮，提高混凝土的抗拉強(qiáng)度。
6、對(duì)外加劑應(yīng)先進(jìn)行有關(guān)指標(biāo)的復(fù)試，合格后再使用。配制過程中的摻量更要嚴(yán)格控制，以免發(fā)生混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫。
7、活性摻合料的摻量也應(yīng)嚴(yán)格控制。對(duì)早期抗裂性較高的工程，更應(yīng)嚴(yán)格控制。
8、對(duì)重要工程使用的混凝土，應(yīng)對(duì)粗、細(xì)骨料進(jìn)行堿活性檢驗(yàn)。當(dāng)判定骨料有潛在的危害時(shí)，應(yīng)采用含堿量小于0.6%的水泥或者能抑制堿與骨料反應(yīng)的摻合料。
9、改善混凝土構(gòu)件的邊界約束和構(gòu)造設(shè)計(jì)，這對(duì)大體積混凝土尤為重要。如設(shè)置滑動(dòng)層、設(shè)置緩沖層、合理分段施工等，以避免貫穿裂縫的產(chǎn)生。
10、合理控制澆筑混凝土的時(shí)間，避免在氣溫高、濕度小、風(fēng)速大的情況下澆筑混凝土。
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1、必須確保正確的振搗方法。要根據(jù)商品混凝土的坍落度，合理控制振搗時(shí)間。振搗宜短振、快插、慢拔。因?yàn)檎駬v時(shí)間過短，混凝土不易密實(shí)；而振搗時(shí)間過長，則易形成混凝土的分層，從而造成過大的收縮應(yīng)力，使混凝土出現(xiàn)裂縫。
2、混凝土的布料宜采用布料杵進(jìn)行，嚴(yán)禁采用振動(dòng)棒趕料。要確保混凝土攤鋪均勻，保證混凝土的致密性和均勻性，避免薄弱界面的產(chǎn)生，防止發(fā)生裂縫。針對(duì)柱梁板連續(xù)澆筑的情況，應(yīng)在柱混凝土澆完后停歇1～2小時(shí)再澆筑梁板混凝土，避免沉縮裂縫的產(chǎn)生。
3、澆筑大方量混凝土前應(yīng)事先制定具有可操作性的施工方案，并在經(jīng)有關(guān)方面批準(zhǔn)后實(shí)施。施工方案中要明確混凝土的初凝時(shí)間、澆筑方向、一次澆筑的方量、施工縫的留設(shè)位置以及處理辦法等，避免形成冷縫和因新、舊混凝土未完全咬合而形成局部薄弱界面，降低了混凝土的強(qiáng)度。
4、為消除商品混凝土的淺表收縮裂縫，應(yīng)在混凝土表面終凝前的收水時(shí)，進(jìn)行兩次或三次壓實(shí)收光，對(duì)摻加活性摻和料的混凝土更應(yīng)增加收光次數(shù)，嚴(yán)禁在表面撒純水泥進(jìn)行壓實(shí)收光，以免收縮裂縫的產(chǎn)生。
5、嚴(yán)禁現(xiàn)場加水。要加強(qiáng)現(xiàn)場的管理力度，減少施工人員的主觀隨意性，確保按規(guī)范施工。
6、根據(jù)所用商品混凝土的類型采取合理的養(yǎng)護(hù)措施。要注意對(duì)混凝土表面的覆蓋，防止水分的大量蒸發(fā)，保持表面濕潤，降低混凝土表面的溫度、濕度梯度，同時(shí)也應(yīng)保持混凝土澆水養(yǎng)護(hù)的時(shí)間，嚴(yán)格按規(guī)范進(jìn)行操作。
7、根據(jù)規(guī)范要求，要制作構(gòu)件的同條件養(yǎng)護(hù)拆模試塊，以確保強(qiáng)度達(dá)到規(guī)范要求后再進(jìn)行模板支撐的拆除工作。同時(shí)在施工中，要嚴(yán)格控制現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)的施工荷載，荷載要有序、均布，避免某處因有過多的荷載而造成結(jié)構(gòu)的"內(nèi)傷"。
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應(yīng)按設(shè)計(jì)要求正確使用結(jié)構(gòu)，嚴(yán)禁在結(jié)構(gòu)上堆放過多的荷載或局部改變承重結(jié)構(gòu)的受力體系及傳力途徑。同時(shí)，要采取措施避免結(jié)構(gòu)長期處在高溫和高腐蝕性等不利的環(huán)境中。
結(jié)束語
商品混凝土出現(xiàn)裂縫的原因是非常復(fù)雜的，不會(huì)由單一因素引起，而是多種因素共同作用的結(jié)果。只要沿著上述所列出的原因去分析，并根據(jù)實(shí)際情況，在設(shè)計(jì)、材料、施工、使用這四個(gè)環(huán)節(jié)層層把關(guān)，采取相應(yīng)的預(yù)防措施，那么商品混凝土裂縫的產(chǎn)生，一定會(huì)明顯減少乃至消除。
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