1、稳定裂缝。包括两类:一类是在运动过程中可以自愈合的裂缝,常见于一些新建的防水工程中,这是由于裂缝处水泥颗粒在渗漏过程中与水进一步化合,析出Ca(OH)2晶体且部分Ca(OH)2又与溶解在水中的CO2发生碳化反应形成CaCO3结晶,两者形成的凝胶物质将胶合使裂缝封闭,从而渗漏停止,裂缝达到自愈。另一类是处于稳定运动中的裂缝,如在周期性荷载作用下产生的周期性扩展和闭合的裂缝。
2、不稳定裂缝。这种裂缝将产生不稳定性的扩展,影响结构物的持久使用,应视其扩展部位,采取相应的措施。
就这两种裂缝而言,不稳定裂缝对工程结构安全的危害更大。
2.2 混凝土裂缝的产生原因
如前所述,混凝土裂缝的形式是多种多样的,产生的原因也非常复杂,而非结构性裂缝约占混凝土结构裂缝的80%左右,是混凝土结构中的主要裂缝和常见裂缝,下面将对几种主要的非结构性裂缝的产生原因进行浅要分析。
2.2.1 收缩裂缝的产生原因分析
收缩裂缝是由湿度变化引起的,它占混凝土非结构性裂缝中的主要部分。混凝土是以水泥为主要胶结材料,以天然砂、石为骨料加水拌合,经过浇筑成型、凝结硬化形成的人工石材。在施工中,为保证其和易性,往往加入比水泥水化作用所需的水分多4~5倍的水。多出的这些水分以游离态形式存在,并在硬化过程中逐步蒸发,从而在混凝土内部形成大量毛细孔、空隙甚至孔洞,造成混凝土体积收缩。此外,混凝土硬化过程中水化作用和碳化作用也会引起混凝土体积收缩。根据有关试验测定,混凝土最终收缩量约为0.04%~0.06%。可见,收缩是混凝土固有的物理特性,一般来说,水灰比越大、水泥强度越
高、骨料越少、环境温度越高、表面失水越大,则其收缩值越大,也越易产生收缩裂缝。根据收缩裂缝的形成机理与形成时间的不同,工程中常见的收缩裂缝主要有塑性收缩裂缝、沉降收缩裂缝和干燥收缩裂缝三类,此外,还有自身收缩(化学减缩)裂缝和碳化收缩裂缝。
(1)塑性收缩裂缝
塑性收缩裂缝多产生于新浇混凝土表面,大多产生于混凝土初凝后、终凝前。混凝土表面水分蒸发速度超过其内部初、终凝硬化的速度,会致使混凝土表面收缩,这种收缩受到结构构件和下层配筋约束会使混凝土产生浅层开裂,有时还有收缩与压缩的叠加。裂缝多呈外宽内窄,常见为不规则的多边形或与钢筋方向相互平行,一般自表面开始,有些也可发展成贯穿裂缝。在环境气温高、风速大,气候干燥的情况下易于出现。高性能混凝土特别容易产生这种裂缝。
主要成因分析:①混凝土浇注后未及时覆盖,表面水分蒸发过快,产生急剧的体积收缩,而此时混凝土强度极低,不能抵抗这种变形应力而导致开裂;②水泥用量过多,或使用过量粉砂,或混凝土水灰比过大;③使用有渗透性的柔性模板,模板、垫层过于干燥,吸水大;④振捣不足。
(2)干燥收缩裂缝
这类裂缝一般在混凝土浇注一段时间后出现,裂缝多为表面性的,宽度较细,多在0.05~0.2mm。走向纵横交错,没有规律性。但薄壁混凝土结构中,多沿结构的短方向分布;此外在结构变截面处以及大体积混凝土的平面部位较多见。严重时裂缝会由表及里,由小到大逐步向深部发展,形成贯穿裂缝。
主要成因分析:①混凝土浇注后养护不当,表面水分散失快,体积收缩大,而内部湿度变化小,收缩也小,因而表面收缩变形受内部
混凝土约束出现拉应力,引起混凝土表面开裂;②混凝土连续长度较长,整体收缩大;③混凝土级配中砂石含泥量大,收缩大,抗拉强度低;④混凝土过度振捣,表面形成水泥含量较多的砂浆层,收缩增大。
(3)自身收缩裂缝
在常温下混凝土构件与环境不发生任何水分交换时所产生的收缩裂缝,自收缩裂缝在高水灰比(WC>0.45)的混凝土中较少,但当水灰比小于0.3时则很常见,其收缩量甚至达到总收缩量的50%。
主要成因分析:这与高粘结材料在水泥灰浆基体中产生较多细小的收缩孔有关,是由于持续的水化消耗了毛细孔的水造成自身收缩坍塌所致。
(4)碳化收缩裂缝
这类裂缝在结构表面出现,呈花纹状,无规律性,裂缝一般较浅,深度为1~6mm,裂缝宽度为0.05~0.2mm,多发生在混凝土浇注完成后数月或更长时间。
主要成因分析:混凝土中的氢氧化钙与空气中的二氧化碳作用生成碳酸钙,引起表面体积收缩,受到结构内部未碳化混凝土的约束而导致表面发生龟裂。
2.2.2 温度裂缝的产生原因分析
温度裂缝是由于混凝土内外温差或季节气温变化过大而形成的。表面温度裂缝走向无一定规律性,大面积结构温度裂缝常纵横交错。表面温度裂缝常发生在施工期间,宽度受温度变化影响较明显,冬季较宽,夏季较细。
主要成因分析:表面温度裂缝多由温差较大引起。特别是大体积混凝土基础浇注后,在硬化期间,水泥放出大量水化热,内部温度不
断上升,使混凝土表面和内部温差较大,当温度产生非均匀的降温差时,将导致混凝土表面急剧的温度变化而产生较大的降温收缩,此时表面受到内部混凝土的约束,将产生较大的拉应力,而混凝土早期抗拉强度很低,因而出现裂缝。 2.2.3 沉陷裂缝的产生原因分析
沉陷裂缝多属进深或贯穿性裂缝,走向与基础沉陷情况有关,可能出现在结构的上部或下部,一般与地面垂直。较大的贯穿性沉陷裂缝往往上下或左右有一定的差距,裂缝宽度受温度变化影响小,因荷载大小而异,且与不均匀沉降值成比例。
主要成因分析:①结构、构件下面的地基软硬不均,或者存在松软土,未经夯实和必要的加固处理,混凝土浇注后,地基局部产生不均匀沉降而引起裂缝;②结构各部荷载悬殊,未作必要的加强处理,混凝土浇注后因地基受力不均,产生不均匀下沉,造成结构应力集中而导致裂缝;③模板刚度不足,模板支撑不牢,支撑间距过大或支撑在松软土上,以及过早拆模,也常导致不均匀沉陷裂缝出现;④冬季施工时模板支架支承在冻土层上,若上部结构未达到规定强度,地层化冻下沉,使结构下垂或产生裂缝。 2.2.4 荷载作用裂缝的产生原因分析
结构受载后产生裂缝的因素很多,在施工中和使用中都可能出现裂缝。主要成因分析:①早期受地震,脱模过早或方法不当产生的裂缝:②构件堆放、运输、吊装时的垫块或吊点位置不当产生的裂缝;③施工超载,张拉预应力值过大等均可能产生裂缝。
3 混凝土裂缝的预防措施及处理技术
由于裂缝产生的原因是很多,在混凝土结构中普遍存在且危害较大。因此,要对混凝土裂缝进行认真研究、区别对待,并在施工中采取各种有效的措施来预防裂缝的出现和发展。
下面首先阐述混凝土结构中几种常见裂缝的预防措施。
3.1 混凝土结构裂缝的预防措施
3.1.1 干缩及塑性收缩裂缝的预防措施
塑性收缩裂缝的预防措施:
1)、配制混凝土时,应严格控制水灰比和水泥用量,选择级配良好的石子,减小空隙率和砂率;同时,要振捣密实,以减少收缩量,提高混凝土抗裂度。 2)、浇筑混凝土前,将基层和模板浇水湿润。3)、混凝土浇筑后,对裸露表面应及时用潮湿材料覆盖,认真养护。4)、在气温高、湿度低或风速大的天气施工,混凝土浇筑后,应及早进行喷水养护,使其保持湿润;大面积混凝土宜浇完一段,养护一段。此外,要加强表面的抹压和养护工作。5)、混凝土养护可采用表面喷氯偏乳液养护剂,或覆盖湿草袋、塑料布等方法;当表面发现微细裂缝时,应及时抹压,再覆盖养护。6)、设挡风设施。
干缩收缩裂缝的预防措施:
1)、尽量选用低热或中热水泥(如矿渣水泥、粉煤灰水泥)配制混凝土;或混凝土中掺适量粉煤灰;或利用混凝土的后期强度,降低水泥用量,以减少水化热量。2)、选用良好级配的骨料,并严格控制砂、石子含泥量,降低水灰比,加强振捣,以提高混凝土的密实性和抗拉强度。3)、在混凝土中掺加缓凝剂,减缓浇筑速度,以利于散热,或掺木钙、减水剂,以改善和易性,减少水泥用量。4)、避开炎热天