浅析砼裂缝的成因及防治措施

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浅析砼裂缝的成因及防治措施摘要：通过现场观察，通过查阅有关砼内部应力方面的专著，对砼温度裂缝产生的原因、现场砼温度的控制和预防裂缝的措施进行阐述。关键词：砼温度应力裂缝控制中图分类号：U445文献标识码：A文章编号：Abstract:Thispaperdiscussescausesofconcretetemperaturecracks,controlofconcretetemperatureandpreventionmeasuresofthecracksthroughobservationinpersonandlookintotherelevantboress一、绪论砼在工程建设应用广泛。但砼的裂缝较为普遍，在桥梁工程中几乎无所不有。尽管我们在施工中采取各种措施，但裂缝仍不能避免。究其原因，是对砼应力变化注意和研究不够。特别是在大体积砼中，温度应力及温度控制十分重要。这主要是由于两方面的原因。首先，在施工中砼常常出现温度裂缝，影响到结构的整体性和耐久性。其次，在运转过程中，温度变化对结构的应力状态具有显著的不容忽视的影响。本文对施工中砼裂缝的成因和处理措施做了探讨。二、砼裂缝的成因砼中产生的裂缝有多种原因，主要是温度和湿度的变化，砼的脆性和不均匀性，以及结构不合理，原材料不合格，模板变形，基础不均匀沉降等。砼硬化期间水泥放出大量水化热，内部温度不断上升，在表面引起拉应力。后期在降温过程中，由于受到基础和老砼的约束，又会在砼内部出现拉应力。气温的降低也会使砼的表面引起很大的拉应力。当这些拉应力超过砼的抗裂能力时，即会出现裂缝。许多砼的内部湿度变化很小或变化较慢。但表面湿度可能变化较大或发生剧烈变化。如养护不周。表面干缩形变受到内部砼的约束，也往往导致裂缝。砼是一种脆性材料，抗拉强度是抗压强度1/10左右，短期加荷时的极限拉伸变形只有（0.6-1.0）*104。长期加荷时的极限拉伸变形也只有（1.2-2.0.0）*104。由于原材料不均匀，水灰比不稳定，及运输和浇注过程中的离析现象，在同一块砼中其抗拉强度又是不均匀的，存在着许多抗拉能力很低，易于出现裂缝的薄弱部位。在钢筋砼中，拉应力主要是有钢筋承担,砼只是承受压应力，在素砼内或钢筋砼的边缘部位如果结构内出现了拉应力，则须依靠砼自身承担。一般设计中均要求不出现拉应力或者只出现很小的拉应力。但是在施工中砼由最高温度冷却到运转时期的稳定温度，往往在砼内部引起相当大的拉应力。有时温度应力可超过其他外荷载所引起的应力，掌握温度应力的变化规律对于进行合理的结构设计和施工极为重要。三、砼温度应力分析1、温度应力的分析、温度的控制和防止裂缝的措施，是砼设计与施工中十分重要的课题，通常温度应力的形成过程可分为以下三个阶段：（1）早期：自浇注砼开始至水泥放热基本结束，一般约为30天。这个阶段的两个特征一是水泥放出的大量水化热，二是砼弹性模量的急剧变化。由于弹性模量的变化，这一时期在砼内形成残余应力。 （2）中期：自水泥放热作用基本结束时起至砼冷却到稳定温度时止，这个时期中，温度应力主要是由于砼的冷却及外界气温变化所引起的，这些应力与早期形成的残余应力相叠加，在此期间砼的弹性模量变化不大。（3）晚期：砼完全冷却以后的运转时期。温度应力主要是外界气温变化所引起，这些应力与前两种的残余应力相叠加。2、根据应力引起的原因可分为两类：（1）自生应力：边界上没有任何约束或完全静止的结构，如果内部温度是非线形分布的，由于结构本身互相约束而出现的温度应力。例如，桥梁墩身，结构尺寸相对较大，砼冷却时表面温度低，内部温度高，在表面出现拉应力，在中间出现压应力。（2）约束应力：结构的全部或部分边界受到外界的约束，不能自由变形而引起的应力。如箱梁顶板砼和护拦砼。这两种温度应力往往和砼的干缩所引起的应力共同作用。根据已知的温度分析温度应力是一项比较复杂的工作。只有在比较简单的条件下才能得到理解，在大多数情况下，需要依靠模型试验或数据计算。砼的徐变使温度应力有相当大的松弛，计算温度应力时，必须考虑徐变的影响。干缩应力与温度应力的分析在数学上是相似的，分析温度应力的方法也适用于干缩应力得分析。3、控制温度措施如下：（1）采用改善骨料级配，用于干硬性砼，掺混合料，加引气剂或塑化剂等措施以减少砼中的水泥用量；（2）拌和砼时加水或用水将碎石冷却以降低砼的浇注温度；（3）热天浇注砼时减少浇注厚度，利用浇注层面散热；（4）在砼中埋设水管，通入冷水降温；（5）规定合理的拆摸时间，气温骤降时进行表面保温，以免砼表面发生急剧的温度梯度；（6）施工中长期暴露的砼浇筑块表面或薄壁结构，在寒冷季节采取保温措施；改善约束条件措施是：1)合理分缝分块；2)避免基础过大起伏；3)合理安排施工工序，避免过大的高差和侧面长期暴露；此外，改善砼的性能，提高抗裂能力，加强养护，防止表面干缩，特别是保证混凝土的质量对防止裂缝十分重要。在出现了贯穿裂缝以后，要恢复其结构的整体性能是十分困难的，因此施工中应以预防贯穿性裂缝的发生为主。四、砼应力1温度应力假设砼的弹性模量E为常数，应力增量为Δσ=-（αEΔT）/（1-μ）应力总量为σ=ΣΔσ=-σ/（1-μ）EΔT式中：α――砼线胀系数σ――泊松比E――砼弹性模量，考虑为0.65变化系数 Kp――公式中还应考率砼的松弛系数一般砼表面初期是受拉应力，并且此值经增长后递减，然后在转变为压应力。而砼内部正相反。砼表面由于散热生温较小，膨胀较小，内部膨胀变形受到表面约束，因此内部受压表面受拉。在砼的施工中，为了提高模板的周转率，往往要求新浇注的砼尽早拆摸。当砼温度高于气温时应适当考虑拆摸时间，以免引起砼表面的早期裂缝。新浇砼早期拆模，在表面引起很大的拉应力，出“现温度冲击”现象。砼在浇筑初期，由于水化热的散发，表面引起相当大的拉应力，此时表面温度亦较气温为高，此时拆除模板，表面温度骤降，必然引起温度梯度，从而在表面附加一拉应力，与水化热应力迭加，在加上砼干缩，表面的拉应力达到很大的数值，就有导致裂缝的危险。如果在拆除模板后及时在表面覆盖一轻型保温材料，如泡沫海棉等，对于防止砼表面产生过大的拉应力，具有显著的效果。2干缩应力砼和钢筋砼结构的表面常常会发生细而浅的裂缝，其中大多数属于干缩裂缝。显然这种裂缝一般都较浅，但它对结构的强度和耐久性仍有一定的影响。砼产生收缩的一个重要原因是水分蒸发，即干燥收缩。为保证砼质量，防止收缩开列，提高砼的耐久性，研制一种减缩防裂剂是十分重要的。目前有一种JD-JS防裂减水剂，其主要作用为：（1）砼中存在大量毛细孔道，水蒸发后毛细管中产生毛细管张力，使砼干缩变形。增大毛细孔径可降低毛细管表面张力。而掺用JD-JS外加剂可有效降低毛细管液表面张力，上述表面张力理论早在60年代就已经被国际上所确认。（2）水灰比是影响砼收缩的重要因素，JD-JS可使砼用水量减少25%。(3)水泥用量也是砼收缩率的重要因素，掺加JD-JS的砼在保持砼的条件下可减少15%的水泥用量，其体积用增加骨料用量来补充。（4）外加剂可以改善水泥浆的稠度，减少砼的泌水，减少沉缩变形。（5）提高水泥浆与骨料的粘结力，提高砼的抗裂性能。（6）砼在收缩时受到约束产生拉应力，当拉应力大于砼抗拉强度时裂缝就会产生。JD-JS将有效的提高砼的抗拉强度，可大幅提高砼的抗裂性能。（7）掺加外加剂可使砼密实性好，可有效地提高砼的抗炭化性，减少炭化收缩。（8）掺JD-JS缓凝时间适当，在有效防止水泥迅速水化放热基础上避免因水泥长期不凝带来的塑性收缩增加。（9）掺外加剂砼和易性好，表面易抹平，形成微膜，减少水分蒸发，减少干燥收缩。五、砼裂缝防治措施1、为保证砼工程质量，防止开裂，提高砼的耐久性，正确使用外加剂也是减少开裂的措施。使用减水剂主要作用为：（1）砼中存在大量毛细孔道，水蒸发后毛细管中产生毛细管张力，使砼干缩变形。增大毛细孔径可降低毛细管表面张力，但会使砼强度降低。这个表面张力理论早在六十年代就已被国际上所确认。（2）水灰比是影响砼收缩的重要因素，使用减水防裂可使砼用水量减少25%。 （3）水泥用量也是砼收缩率的重要因素，搀加减水防裂剂的砼在保持砼强度的条件下可减少15%的水泥用量，其体积用增加骨料用量来补充。（4）减水防裂剂可以改善水泥的稠度，减少砼泌水，减少沉缩变形。（5）提高水泥浆与骨料的粘结力，提高砼抗裂性能。（6）砼在收缩时受到约束产生拉应力，当拉应力大于砼抗拉强度时裂缝就会产生，减水防裂剂可有效的提高的砼抗拉强度，大幅提高砼的抗裂性能。（7）掺加外加剂可使砼密实性好，可有效提高砼的抗碳化收缩。（8）掺减水防裂剂后砼缓凝时间适当，在有效防止水泥迅速水化放热基础上，避免因水泥长期不凝而带来的塑性收缩增加。（9）掺外加剂砼和易性好，表面易摸平，形成微膜，减少水分蒸发减少干燥收缩。许多外加剂都有缓凝、增加和易性、改善塑性的功能，我们在工程实践中应多进行这方面的实验对比和研究，比单纯的靠改善外部条件，可能会更加简捷、经济。2、实践证明,砼的常见裂缝，大多数是不同深度的表面裂缝，其主要原因是温度梯度造成，寒冷地区的温度骤降也容易形成裂缝。由此说砼的保温对防止表面早期裂缝尤其重要。从温度应力观点出发保温应达到下述要求：防止砼内外温度差及砼表面梯度，防止表面裂缝。防止砼超冷，应该尽量设法使砼的施工期最低温度不低于砼的使用期的稳定温度。防止老砼过冷，以减少新老砼间的约束。砼的早期养护，主要目的在于保持适宜的温湿条件，以达到两个方面的效果，一方面使砼免受不利温湿度变形的侵袭，防止有害的冷缩和干缩。一方面是水泥水化作用水顺利进行，以期达到设计的强度和抗裂能力。适宜的温湿度条件是相互关联的。砼的保温措施常常也有保湿的效果。从理论上分析，新浇砼中所含水分完全可以满足水泥水化的要求而有余。但由于蒸发等原因常引起水分损失，从而推迟或防碍水泥的水化，表面砼最容易而且直接受到这种不利影响。砼浇注后的最初几天是养护的关键时期，在施工中应切实重视起来。六、结束语以上对砼的温度与裂缝之间的关系进行了初步探讨，虽然学术界对于砼裂缝的成因和计算方法有不同的理论，但对于具体的防治和改善措施意见还是比较统一，同时在实践中的应用效果也是比较好的，具体施工中要靠我们多观察、多比较，出现问题后多分析、多总结，结合多种预防处理措施，砼的裂缝是完全可以避免的。作者简介：李忠男（1972、03、19―）工程师1993年毕业于山西省交通学校质检专业大专毕业；2008年毕业于长安大学城市道路与桥梁专业本科；地址：山西省大同市拥军路甲一号，刊误证明：1、《城市建设理论研究》杂志总第120期130页《浅谈旧桥加固增设横隔板的施工方法》一文作者黎鸿雁应为”程明“ 相应的作者单位应为“山西大呼高速公路建设管理处山西大同市037006”作者简介为“程明男（1972、03、19―）山西大同市人工程师2004年6月毕业于山长沙理工大学土木工程专业大专；2008年1月毕业于长沙理工大学土木工程专业本科；地址：山西省大同育才北街七号长城宾馆院内”特此更正！对于本刊给作者带来的不便本刊深表歉意，请上级评审部门予以配合！2、《城市建设理论研究》杂志总第118期72页《论沥青路面病害防治在设计中需考虑的因素》一文作者李浩单位应为“晋中市交通勘测设计所”作者简介地址应为“晋中市榆次区迎宾西街76号”特此更正！对于本刊给作者带来的不便本刊深表歉意，请上级评审部门予以配合！