Thursday, April 27, 2023

混凝土裂缝的形成原因?混凝土开裂的原因?混凝土裂缝的防护措施。

混凝土裂缝的形成原因?


混凝土开裂一直是工程中一个不可避免的问题,混凝土裂缝以各种形式存在于建筑物中。随着建筑质量要求的不断提高,人们对于建筑安全意识的广泛关注,处理混凝土裂缝问题已变成了一种势在必行的趋势。混凝土作为建筑材料的重要组成部分,如果可以解决混凝土的开裂问题,延长混凝土建筑的使用寿命,提高混凝土材料的承受能力、耐久性及抗渗能力,对于保护人民的生命和财产安全具有极大意义和社会价值。



1 混凝土裂缝


在建筑工程上,根据混凝土裂缝形成原因、时间、因素、方式或者位置等条件对混凝土裂缝都有着不同的分类,而其中根据裂缝形成的时间可以分为凝结过程中形成的裂缝和浇筑完成后形成的裂缝两大类。


1.1 骨料引发的裂缝


骨料是对用于拌制混凝土的砂、碎石或砾石的总称。骨料在混凝土建筑物中以颗粒状松散性分布的形式起着骨架支撑和填充的作用。作为建筑物中的主要原材料,其粒径大小,强度以及成分比例等都影响着裂缝的形成。其中根据粒径的大小可将骨料分为粗骨料和细骨料。粗骨料也称为石,是指粒径大于4.75mm的骨料。常用的粗骨料有天然岩石或岩石经过破碎筛分而得的碎石以及由自由风化,水流冲击,洗刷,搬动,分选最后堆积而成的卵石。相对来说碎石强度大,能够在混凝土中起到良好的抗裂性,一定程度上增强混凝土建筑的强度。


未加载荷之前就出现的微裂纹是由粗骨料引发的,混凝土在凝结硬化过程中其内部就出现了微裂纹,而微裂纹在承重面受到载荷的作用下不断延伸使得裂缝变大导致混凝土结构破坏。主要表现在粗骨料可以限制混凝土的收缩,使其收缩比水泥砂浆的收缩小得多,从而导致混凝土的内应力增大,造成微裂纹。而粗骨料引发裂缝主要是它的阻挡作用,当混凝土受到载荷微裂纹扩展到粗骨料时,由于粗骨料的强度较大,无法通过,就绕过粗骨料,因此裂缝可能获取更多的能量。


1.2 凝结硬化过程形成的裂缝


在混凝土浇筑初期,混凝土内部由于水泥水化热产生的温度应力导致混凝土出现裂缝。此类裂缝主要分为表面裂缝、深层裂缝以及贯穿裂缝。


1.2.1 表面裂缝


混凝土凝结过程中,水泥水化热的产生使混凝土内部的温度急剧上升,随着温度的提高,混凝土外部的热量需向着大气散发,维持表面恒温。但混凝土内部热量不易向外界散发,内部温度急剧上升,导致混凝土温度梯度的出现。由于混凝土表面失水干缩远强于内部,则混凝土内外产生压应力和拉应力,形成扭转应力,当扭转应力超过混凝土极限抗拉强度时,混凝土就会产生裂缝。虽然混凝土表面裂缝不属于结构裂缝,但在混凝土收缩过程中,由于表面裂缝截面已被削弱,很容易产生应力集中现象,可导致混凝土进一步开裂。该裂缝防护措施有:


(1)使用合理比例的原材料,降低混凝土收缩;


(2)提高施工技术,严格管控施工过程;


(3)对混凝土裂缝进行灌胶凝材料或者灌浆填充。


1.2.2 深层裂缝


深层裂缝是在基础约束范围内的混凝土产生温度梯度后形成的。在混凝土建筑物中危害最大的是由于结构面断开的裂缝。如果无法避免基底结合区的表面裂纹,则应尽量防止裂缝向深部扩展。这样既可以防止温度梯度的形成,也可以很好地控制裂缝发展。


该裂缝的防护措施有:


(1)保温,减少混凝土表面温度散发,防止混凝土内外部形成温度梯度;


(2)加隔层,在基底结合区与混凝土深部之间加隔层,防止裂缝向深部发展;


(3)对已出现的微小裂缝进行灌浆处理。


1.2.3贯穿裂缝


在混凝土浇筑初期,混凝土还处于塑性状态,加热阶段时弹性模量很小,变形引起的应力也很小,所以温度应力一般可以忽略。混凝土浇筑一段时间后,水泥水化热已被释放,混凝土从最高温度逐渐降低冷却,由于冷却,再加上过量水分蒸发在混凝土体积收缩引起的变形,都受到混凝土结构边界条件的约束,发生不自由变形,导致混凝土的整个截面都极容易产生裂缝。


该裂缝的防护措施有:


(1)控制混凝土水化热以及减少地基或者垫层的约束,防止温差过大而引起温度裂缝,最后导致形成贯穿裂缝;


(2)严格控制混凝土用料,加强混凝土早期养护,适当增加养护时间;


(3)保证混凝土施工工艺以及施工材料的质量,提高混凝土基础质量。


1.3 浇筑后期产生的裂缝


浇筑后的裂缝会经历不同的环境,在不同的环境中会形成不同的混凝土裂缝,在循环荷载作用下出现的裂缝,可大致归总为横向裂缝、纵向裂缝、网状裂缝、反射裂缝这四种裂缝形式。


1.3.1 横向裂缝


该裂缝与路的中心线大致垂直,但其宽度却不同。较长的裂缝可以直穿整个路面,较短的裂缝就在路面一部分开裂。半刚性基层的横向裂缝可以分为因温度变化而形成的温缩裂缝和因含水量发生变化而形成的干缩裂缝。


产生的原因主要有:


(1)施工缝处理不恰当,导致不同部位结合不紧密,从而导致横向裂缝;


(2)半刚性基层由于水泥用量、施工质量等因素产生的路面收缩裂缝也是导致横向裂缝的一个原因;浇筑的沥青质量没有达到相关技术标准,导致沥青混凝土面层温度疲劳应力大于混凝土抗拉强度,导致横向裂缝。


该裂缝的防护措施有:


(1)使用性价比高的原材料以及控制配合比;


(2)施工过程中,严格按照制定计划与安排进行;


(3)加强收缩裂缝管控以及加强软基处理;


(4)控制混凝土承受载荷。


1.3.2 纵向裂缝


该裂缝的特征是一条与道路中心线大致平行的裂缝,有时会有一个小的分支缝。根据裂纹宽度和断裂边缘的破坏情况,可将其受到的损伤分为轻、重两级。


裂缝产生的原因:


(1)在冷接缝蔓延前后的场地或处理不符合相关标准,组合不接近或关闭;


(2)纵向沟槽回填土压实质量差而发生沉降;


(3)拓宽道路中新老路面的沉降不同;


因基础不稳定,在行车荷载与水温的作用下,产生塑性变形,或者由于基层材料安定性不好(如钢渣结构层)产生膨胀,导致各种形式的开裂。


该混凝土裂缝的防护措施有:


(1)施工按照规定严格执行;


(2)加强下部以及整体混凝土的强度;


(3)混凝土前后路面铺摊机械化,防止结合不紧密。


1.3.3 网状裂缝


裂缝纵横交错,将路面分成很多小块。裂缝宽在1mm以上,裂缝间距在40mm以下,裂缝面积在1m2以上。它会使路面松垮和凹槽,极大影响路面的安全程度。


网状裂缝产生的原因:


(1)在纵横裂缝出现后,继续延伸,经过冰水侵蚀之后形成;


(2)路面结构中含有强度较低的夹层,受压破碎松动导致稳定性降低,形成网状裂缝;


(3)刚被破坏就形成了网状裂缝,外加混凝土强度较低,受到载荷时裂缝延四周扩散,从而形成网状裂缝。


该裂缝的防护措施有:


(1)避免砂浆、冰水或者各类油对混凝土表面层的污染;


(2)按照各种混凝土验收规范选定合适的原材料和混合料;


(3)路面结构中尽量避免基层中存在脆裂以及松散现象;


(4)在原材料,施工工艺等方面提高基层的强度。


1.3.4反射裂缝


在开裂的沥青混凝土路面或者有接缝的水泥面上铺一层新的沥青混凝土,但一定时间后会在相同位置出现同样的路面状况。这就是国外对于反射裂缝的大致描述。但对于半刚性基层沥青路面来说,反射裂缝特指的是由于半刚性基层在温度变化之下会产生收缩开裂,在载荷作用下,裂缝沿着已经开裂的半刚性基层向外扩展,也就形成了反射裂缝。反射裂缝无论是有怎样不同的描述,它都是在开裂的基础之上,经过温度,含水量,载荷等影响因素之下引发的沥青面层裂缝。


反射裂缝产生的原因:


(1)下部基础施工完,没有及时继续施工,受到空气的影响导致开裂;


(2)路面地面的拉应力超过沥青混凝土极限强度而形成了反射裂缝;


(3)半刚性基层产生的干缩裂缝和低温收缩裂缝在载荷和混凝土温度分布不均匀的反复作用下延伸到面层所形成的反射裂缝;


该裂缝的防护措施有:


(1)在基层铺筑后,严格执行施工要求,尽快竣工;


(2)在面层与下部基础之间设置隔离层或者构件应力夹层;


(3)对旧面板加筑,防止下部基础的反射;


(4)改善半刚性基层产生的干缩以及收缩性质。




2 结语


混凝土开裂一直是工程上不可避免的问题。而混凝土建筑物裂缝形成的因素有很多,本文是根据混凝土凝结时间对裂缝进行分类,将其分为凝结硬化时的表面裂缝、深层裂缝和贯穿裂缝以及凝结硬化后产生的横向裂缝、纵向裂缝、网状裂缝和反射裂缝。这些裂缝的形成都受到人为因素、环境因素以及自身因素不同程度的影响。通过对这些原因的研究提出相应的防护措施,在一定程度上防止混凝土裂缝的形成以及扩散,延长混凝土建筑物的使用寿命,具有较大的社会效益和经济价值。

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