混凝土裂缝成因及防治方法

关于泵送商品混凝土施工中的裂缝成因及防治方法的讨论姓名：韩玮单位：甘肃铜城工程建设有限公司2目录一、前言······3二、裂缝产生的主要原因及特征······42.1、实验内容······42.2、材料······42.3、试件······52.4、补充······52.5、结果与分析······6三、影响因素和防治措施······63.1、混凝土用主要原材料及配合比的选用······73.2、施工工艺流程改进······8四、混凝土裂缝的补救措施······94.1、表面修补法······94.2、嵌缝法······94.3、结构加固法······104.4、混凝土置换法······10五、结语······10参考文献及规范······113关于泵送商品混凝土施工中的裂缝成因及防治方法的讨论摘要：随着商品混凝土的普及和发展，现浇混凝土必将成为今后的发展方向。在我国许多大城市，如北京、上海、天津、广州、深圳等，商品混凝土搅拌站都在一百个以上，其规模和工艺水平不亚于发达国家。许多中小城市也在推广应用商品混凝土。但是由于各地方施工人员技术水平参差不齐，使得商品混凝土在运用中出现许多不合理，不科学的地方。本文通过实验及科学论证介绍混凝土裂缝产生的机理及有效控制裂缝出现和防治的施工措施。关键词：泵送商品混凝土；裂缝；防治措施一、前言商品混凝土指以集中搅拌、远距离运输的方式向建筑工地供应一定要求的混凝土。它包括混合物搅拌、运输、泵送和浇筑等工艺过程。严格地讲商品混凝土是指混凝土的工艺和产品，而不是混凝土的品种，它应包括大体积流动性混凝土、流态混凝土、高强混凝土、大体积混凝土、防渗抗裂混凝土和高性能混凝土等。随着我国科技水平的发展，现如今泵送商品混凝土的施工方法已逐渐成为主流技术。它不仅能改善混凝土的施工性能，还能极大的缩短施工时间从而降低施工成本，增加工作效率。同时商品混凝土具有能够有效控制混凝土质量、提高抗渗性、改善耐久性等诸多特点。但是，由于泵送混凝土骨料级配的限制和胶凝材料的大量使用，使施工过程中不可避免的产生了大量的水化热且造成温度裂缝。这在一定程度上影响结构的抗渗性和耐久性，应当给予足够的重视。本文中所讨论的泵送商品混凝土均以常见的通过ISO9002国际标准质量认证体系的生产厂家生产的商品混凝土为例，详细阐述了影响商品混凝土性能的诸多因素。其实早在1865年法国科学家莫尼埃取得了混凝土的发明专利后世界各国的科研人员从来没有停止过对他的研究，而裂缝控制也是无数专家学者的课题研究方向。本文旨在通过现今国内外最新的科研技术手段如“刚性纤维应力测试”、“SM98瑞雷波仪测试”以及其他的测试计量技术及4仪器，通过一些全新的方法对本课题进行分析论证。二、裂缝产生的主要原因及特征在混凝土浇筑后由于其硬化过程中，水泥水化产生大量的水化热。使得混凝土的应力出现变化。下面将通过实验计算的得出其应力变化值，即应变曲线。2.1、实验内容试验在60吨万能试验机上进行。在试验装置中添加了四个高强钢杆以增大试件的卸载刚度，并通过在试件两端添加球铰来消除试件的初始偏心率。通过调节连接试件和横梁的四个高强螺栓来保证试件的轴心受拉。试件相对两侧面之间的拉应变值之差不得大于其平均值的15％。当钢纤维掺量很低（为零或0.5％时），在荷载峰值采用低周反复加载曲线的外包络线来获得轴拉应力——应变全曲线.。2.2、材料由四种不同类型的钢纤维用于该试验，这些纤维中三种是带钩的和一种是光滑的。作者将分析刚性纤维在混凝土变形后产生应力对其造成的影响来判断混凝土的应力变化。试验采用三种常见的商品混凝土配合比用于研究，见于表一。在基体强度等级为C30和C35钢纤维混凝土中分别加入了大连建科院生产的DK一5型减水剂和瑞士Sika公司生产的液体减水剂。这些被用来研究钢纤维混凝土的C25,C30,C35混凝土被制成的试件，在标准情况下养护28天。三种试件的平均强度见于表一。水泥采用大连小野田水泥厂生产的32.5级和42.5级普通硅酸盐水泥。细骨料采用细度模数2．6的河砂。粗骨料采用5～20石灰岩碎石。5表一三种常见的商品混凝土配合比2.3、试件用建筑结构胶将轴拉试件粘贴于两端的钢垫板上。22组共110个试件的具体参数。2.4、补充经过28天，普通混凝土和钢纤维混凝土分别被用来做抗拉强度试验。张拉应力——应变曲线由此获得。对于高强度钢纤维混凝土诸如抗拉能力等拉伸特性也由此得到。增强类钢纤维混凝土比增韧类钢纤维混凝土的强度平均提高13%；而由基本开裂至裂缝宽度为0.5mm区间(相应的应变约2000με)的断裂能积分则显示：增韧类钢纤维混凝土比增强类钢纤维混凝土的断裂能平均提高20%.由表3还可以看出，大部分SFRC第一峰值对应的极限拉应变值与素混凝土相当，在100με左右，这说明低含率纤维的掺入对提高混凝土的极限拉应变作用不很明显。而增韧类SFRC第二峰值对应的应变则大大提高，可达1000με，由此可知第二峰值的出现大大提高了材料的韧性。DRAMIX型纤维因为长度是其它三种纤维长度的2倍，其断裂韧性更好，在试验曲线中可以看出在应变达到后，其荷载强度仍然保持较高水平，直到10000με应变时荷载仍可保持其峰值水平的50%左右。水泥强度(ISO)水泥Kg/m3沙的比率u/c沙屈服强度Kg/m3碱水剂Kg/m3压缩强度MpaC2532.54500.440.36667785—24.76C3042.55000.350.33612923DK-533.00C3542.56000.290.31535891Sika34.9762.5、结果与分析由于混凝土的体积较大，大量的水化热聚积在混凝土内部而不易散发，导致内部温度急剧上升，而混凝土表面散热较快，使得混凝土结构内外出现较大的温差，这些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。当拉应力超过混凝土的抗拉强度极限时，混凝土表面就会产生裂缝，这种裂缝多发生在混凝土施工的中后期。温度裂缝的走向通常无一定规律，大面积结构裂缝常纵横交错。梁板类长度尺寸较大的结构，裂缝多平行于短边；深入和贯穿性的温度裂缝一般与短边方向平行或接近平行。裂缝沿着长边分段出现，中间较密。裂缝宽度大小不一，受温度变化影响较为明显，冬宽夏窄。此种裂缝的出现会引起钢筋的锈蚀，混凝土的碳化，降低混凝土的抗冻融、抗疲劳及抗渗能力等。大体积混凝土结构中，除有表面裂缝外，还存在贯通裂缝，贯通裂缝是由于大体积混凝土在强度发展到一定程度，混凝土逐渐降温，这个降温差引起的变形加上混凝土失水引起的体积收缩变形，受到地基和其它结构便捷条件的约束时引起的拉应力，超过混凝土抗拉强度时所可能产生的贯通整个界面的裂缝。这两种裂缝均属于有害裂缝。三、影响因素和防治措施表二标准养护28D-98D的后的混凝土强度变化曲线由上图可以看出混凝土内部的温度与混凝土厚度、水泥品种和用量有关。混凝土结构越厚，水泥用量越大，水化热越高的水泥，其内部温度越高，形成温度应力越大，产生裂缝的可能性越大。尤其是大体积混凝土结构，其结构尺寸越大，温度应力也越7大，因而引起裂缝的危险性也越大，这就是大体积混凝土易产生温度裂缝的主要原因。故防止大体积混凝土出现裂缝最根本的措施就是控制混凝土内部和表面的温度差。3.1、混凝土用主要原材料及配合比的选用(1)水泥：尽量选用低热或中热水泥，减少水泥用量。以降低水泥水化热。粗骨料：应采用连续级配，针片状颗粒含量不宜大于10％。(2)掺合料：混凝土中常用的掺合料为粉煤灰，混凝土中掺入一定数量优质的粉煤灰后，不但能代替部分水泥，而且起到润滑作用，可改善混凝土拌合物的流动性、黏聚性和保水性，从而改善了可泵性。还可以降低水泥的水化热，有利于控制温度裂缝的产生。(3)外加剂：在混凝土中掺加一定量的具有减水、增塑、缓凝等作用的外加剂，能很好地改善混凝土拌合物的流动性、保水性，降低水化热，推迟热峰的出现时间。为防止产生收缩裂缝，还可掺入适宜的膨胀剂。综合以上我们可以得出下图。表三混凝土主要用料及配合比83.2、施工工艺流程改进(1)改变搅拌工艺。采用二次投料的净浆裹石或砂浆裹石工艺，可以有效地防止水分聚集在水泥砂浆和石子的界面上，使硬化后界面过渡层结构致密、黏结力增大，从而提高混凝土强度10％或节约水泥5％以上，并进一步减少水化热和裂缝。(2)严格控制浇筑流程，合理安排施工工序，分层、分块浇筑，以利于散热，减少约束。夏季可采用低温水或冰水搅拌混凝土，或对骨料进场覆盖或设置这样装置避免日光直晒。冬季，应采用蓄热法进行混凝土搅拌，泵管要保温，确保混凝土出机温度不宜低于10℃，入模温度不得低于5℃。加强对大体积混凝土施工中的温度控制。(3)注重混凝土养护。养护主要是保持适当的温度和湿度条件。混凝土浇筑后，及时用湿润的草帘、塑料薄膜等覆盖、包裹，并注意洒水养护，适当延长养护时间，保证混凝土表面缓慢冷却。寒冷季节，混凝土表面应设置相应的保温措施，以防寒潮袭击。竖向结构可采用拆模后涂刷养护液进行养护。表四SM98瑞雷波仪测试效果分析图标题：图为不均质混凝土强度与厚度的测试结果说明：f=αλR,(8)式中,h为深度,f为频率,λR为波长,α为深度—波长转换系数。SM98瑞雷波仪是一种国际上通用的多功能岩土体弹性波速9度测试仪器,具有现场测试快速、轻便、精度高等优点。使用该仪器测得上述方法后混凝土的性能、并通过压实检测。最终由实验室加固处理效果评价，得出砼结构强度测定系数。数据表明以上施工工艺改进均能够有效的解决混凝土水化热造成的温度裂缝，以及其对建筑工程整体结构的应力影响。四、混凝土裂缝的补救措施4.1、表面修补法适用于稳定和结构承载能力没有影响的表面裂缝以及深进裂缝的处理。处理措施是在裂缝的表面涂抹水泥浆、环氧胶泥或在混凝土表面涂刷油漆、沥青等防腐材料，在防护的同时为了防止混凝土受各种作用的影响继续开裂，在裂缝的表面应粘贴玻璃纤维布数道来解决。表五混凝土的强度和流动性的影响因素示意图标题：图为胶凝材料用量对超高强混凝土强度及流动性的影响说明：胶凝材料用量550、600、650kg/m3三种胶凝材料用量对超高强混凝土流动性和抗压强度的影响,掺高效减水剂试验结果如图所示,可以看到混凝土强度得到有效改善。4.2、嵌缝法本方法是最常用的一种方法，通常是沿裂缝凿槽，在槽中嵌填塑性或刚性止水材料，以达到封闭裂缝的目的。常用的塑性材料有聚氯乙烯胶泥、塑料油膏和丁基橡胶等。常用的刚性防水材料为聚合物水泥砂浆。104.3、结构加固法当裂缝影响到混凝土结构的性能时采用此方法。常用方法措施有：在构件的角部外包型钢，加大混凝土结构的截面面积、采用预应力法加固、粘贴钢板加固增设支点加固以及喷射混凝土补强加固。4.4、混凝土置换法此方法是处理严重损坏混凝土的一种有效方法，是先将损坏的混凝土剔除，然后再置换入新的混凝土或其它材料。常用置换材料有：普通混凝土或水泥砂浆、聚合物或改性聚合物混凝土或砂浆。表六混凝土靶板冲击响应的经验公式标题：图为特许增强混凝土侵彻系数随混凝土强度的变化说明：(1a)式中:x为侵彻深度,m;vi为撞击速度,m/s;W/A是弹丸单位投影面的质量,kg/m2。对应侵彻系数Kp的选取有两种修正Petry公式。在修正PetryI得出结论，新置换混凝土能够有效替代原有混凝土并使其强度达到设计要求。五、结语混凝土施工裂缝的存在是建设工程中不可避免的现象。相信随着我国科学技术水平的日益进步以及现场管理科学规范化，使11得在施工中能够应采取更多有效的技术措施和合理的方法来预防裂缝的出现和发展，不断提高混凝土浇筑质量，满足建筑结构安全稳定等要求。使其能够抵抗突发灾害的破坏，有效保护人民群众生命安全以及国家财产不受到损失。参考文献及规范：【1】《混凝土结构设计规范》GB50010。【2】《建筑工程施工质量验收统一标准》GB50300-2001。【3】王玉瑛，《水泥混凝土与温度有关的规定》，中国科学院上海冶金研究所，材料物理与化学(专业)博士论文2009。【4】《混凝土裂缝的预防与处理》，作者不详。【5】《Concretes