建筑工程施工中混凝土裂缝的成因与治理
摘要
关键词
建筑工程;混凝土;裂缝;成因;治理
正文
混凝土裂缝的成因多为内力引起,主要包括收缩应力和温度变形。混凝土在硬化过程中会发生收缩,当收缩应力超过其抗拉强度时,就会出现裂缝。此外,温度变形也会对混凝土产生影响,特别是在大范围温度变化或温度梯度较大的情况下,会导致混凝土产生热应力,从而引发裂缝。
一 、混凝土裂缝概述
混凝土裂缝是指在混凝土结构中出现的裂纹或开裂现象。混凝土作为一种常用的建筑材料,在工程实践中广泛应用于房屋、桥梁、地下工程等各种建筑结构中。然而,由于各种外部和内部因素的作用,混凝土结构往往容易出现裂缝。
混凝土裂缝可以分为结构裂缝和非结构裂缝两类。结构裂缝主要是指由于混凝土结构本身的荷载响应、应力集中等原因所引起的裂缝,如转换结构区域、应力冲击、荷载超载等;非结构裂缝主要是指混凝土表面的龟裂、渗水裂缝、干缩裂缝等,通常不会对结构的强度和稳定性造成重大影响。
混凝土裂缝的形成原因多种多样。常见的因素包括混凝土的收缩、温度变形、荷载作用、结构变形等。混凝土内部收缩引起的裂缝是最常见的情况,包括干缩、水泥凝胶收缩、热收缩等。温度变形引起的裂缝则主要是因为混凝土的线膨胀系数不同而产生的热应力。荷载作用和结构变形也会导致混凝土的应力集中,从而产生裂缝。
对于混凝土裂缝的治理,既可以通过预防措施来减少裂缝的发生,也可以通过修复措施来修补已经出现的裂缝。预防措施主要包括合理设计混凝土结构、选择适当的材料、控制施工过程中的温度和湿度等。修复措施则包括填充裂缝、修补表面等方法,以恢复混凝土的完整性和稳定性。
二 、建筑工程施工中混凝土裂缝类型
(一)按照混凝土裂缝发生位置分类
界面裂缝:界面裂缝是混凝土结构中不同材料的接触界面处出现的裂缝。这种裂缝通常发生在混凝土与钢筋、混凝土与基层等材料交接的位置。界面裂缝的形成原因可能包括材料不匹配、粘结力不足、应力集中等因素。如果界面裂缝未得到及时修复,可能会导致结构的耐久性下降,从而影响结构的安全性和使用寿命。
水泥石裂缝:水泥石裂缝是指混凝土中水泥石部分出现的裂缝。水泥石是混凝土中的胶凝材料,其质量和性能对混凝土结构的强度和稳定性具有重要影响。水泥石裂缝的形成可能源于水泥石内部的收缩应力、干燥收缩、温度变形等因素导致的体积变化。如果水泥石裂缝较大或数量过多,可能会削弱混凝土的整体性能,并增加结构的渗水和开裂风险。
骨料裂缝:骨料裂缝是指混凝土中骨料颗粒之间出现的裂缝。骨料是混凝土中的填料,其选择和质量对混凝土的强度、抗裂性能和耐久性等具有重要影响。骨料裂缝的形成通常与骨料内部的应力集中、颗粒形状和粒径分布不合理等因素有关。如果骨料裂缝较大或数量过多,可能会减弱混凝土的承载能力并增加结构的龟裂和渗水的风险。
(二)按照混凝土裂缝的深度分类
表面裂缝:表面裂缝是发生在混凝土结构外部表面的裂缝,通常在混凝土硬化的过程中形成。它们可以是由于干缩引起的,即混凝土在水分逐渐蒸发的过程中发生体积变化。表面裂缝通常比较浅且较细,不会对混凝土结构的强度和稳定性产生明显影响,但可能会影响其美观度和防水性。
微观裂缝:微观裂缝是发生在混凝土内部或微观层面的裂缝。这些裂缝通常在混凝土的早期龄期形成,可能是由于混凝土的干缩、硬化过程中的温度变化等原因造成的。微观裂缝通常很细小,需要借助显微镜或其他工具才能观察到。尽管微观裂缝对混凝土结构的承载能力和耐久性影响较小,但随着时间的推移,它们可能会扩大并进一步影响结构的性能。
(三)按照混凝土裂缝发生机理分类
温度裂缝:温度裂缝是由于混凝土受到温度变化影响而产生的裂缝。当混凝土受热膨胀或受冷收缩时,会产生内部应力,如果这些应力超过了混凝土的承受能力,就会导致温度裂缝的产生。这类裂缝通常在混凝土结构暴露在高温环境或遭受大幅温度变化时出现。预防温度裂缝的方法包括合理的混凝土配合比设计、温度控制裂缝的设置以及在混凝土表面采取绝热措施等。
构造裂缝:构造裂缝是由于混凝土结构受到荷载作用、变形或不均匀沉降等原因引起的裂缝。这些裂缝可能是在混凝土结构受到超荷载作用时发生,也可能是由于基础沉降引起结构变形而产生。预防构造裂缝的方法包括合理设计和施工、加强结构连接和支撑等。
沉降裂缝:沉降裂缝是由于混凝土结构基础下部发生沉降而引起的裂缝。当基础土壤承受不均匀压力或发生沉降时,会导致混凝土结构发生相应的变形和裂缝。预防沉降裂缝的方法包括进行合理的基础设计、加强基础土壤的承载能力、及时修复基础下部的沉降问题等。
三、建筑工程施工中裂缝的成因分析
(一)原材料质量问题
水泥是混凝土的主要成分之一,如果水泥的质量不达标,其中的掺杂物过多或含有损坏性成分,如硫酸盐等,会影响混凝土的强度和耐久性,增加产生裂缝的风险。砂浆是混凝土中的填充材料,如果砂浆中的砂粒大小不均匀或含有过多的杂质,会导致混凝土在硬化过程中产生内部应力不均,从而引起裂缝。骨料是混凝土中的颗粒状材料,如果骨料中含有过多的细颗粒、粉尘或含磷、含有机物等有害成分,可能会降低混凝土的强度和稳定性,导致裂缝的产生。混凝土中的掺合料,如粉煤灰、矿渣粉等,在适量使用的情况下可以改善混凝土的性能。然而,如果掺合料含量过高或质量不良,可能会影响混凝土的强度和稳定性,引发裂缝。混凝土添加剂如减水剂、增稠剂等可以改善混凝土的流动性、出模性等性能。但如果添加剂质量不良或掺入比例不当,可能会导致混凝土的膨胀或收缩,引发裂缝。
(二)施工工艺使用不当
在混凝土浇筑过程中,如果混凝土的浇筑不均匀或振捣不充分,会导致混凝土中存在空洞或密实性不均匀的现象。这样的问题会使混凝土在硬化过程中产生内部应力不均,增加裂缝的风险。如果在施工中混凝土浇筑层厚度过大或过小,会导致混凝土中产生应力集中的区域,难以承受外部荷载,从而引发裂缝的发生。在混凝土浇筑后,如果过早脱模或脱模过快,混凝土表面可能会因为失去水分过快而产生龟裂。过早脱模可能会导致混凝土表面和内部应力不均匀,加剧裂缝的风险。在一些特定情况下,应根据混凝土结构的伸缩性和变形特性进行预留缝的设置。如果未设置或设置不当,当混凝土结构受到温度、湿度或变形影响时,可能引发裂缝的形成。在混凝土浇筑后,如果在初凝过程中对混凝土表面进行扰动,如踩踏、施工车辆压过等,可能破坏混凝土表面的平整性,导致裂缝的形成。
(三)温度造成裂缝
温度变化对混凝土结构的影响是重要的裂缝成因之一。在日常温度变化下,混凝土会发生热胀冷缩现象。当混凝土受到较高温度的影响时,会产生热胀,当遇到低温时则会发生冷缩。这种温度变化导致混凝土结构产生应力,如果应力超过混凝土的承受能力,就会引发裂缝。气温的季节性变化也可能对混凝土结构造成影响。例如,春秋季节因温差大,混凝土结构所受到的温度影响可能剧烈变化,这种温度变化可能引发混凝土裂缝。日间和夜间温度的差异性也可能导致混凝土结构产生温度应力,尤其是在气候条件变化大的地区。
四、建筑工程施工实例:住宅现浇板裂缝产生的防治过程
(一)工程概况
该案例发生在一座位于城市郊区的住宅项目中,项目包括多幢高层住宅楼,地下停车库是其中一个重要的功能区域。在工程施工过程中,地下停车库的现浇板出现了裂缝现象。
(二)裂缝原因分析
(1)设计问题:
初步调查显示,地下停车库的现浇板设计并未充分考虑到地下空间的荷载特点和温度变化。具体来说,设计中未合理考虑地下停车库的使用情况以及停车车辆的荷载带来的影响,也未充分考虑到地下空间温度变化对混凝土结构的影响。伸缩缝的设置不够合理,无法有效缓解混凝土的收缩和温度变化引起的应力,在承受地下停车库使用荷载和温度变化时,未能很好地分散混凝土内部的应力,从而促使裂缝的产生。
(2)施工工艺问题:
在施工中存在混凝土浇筑不均匀、振捣不充分、养护不当等问题。具体表现为施工人员在现浇板浇筑过程中未能确保混凝土的均匀性,导致部分区域的混凝土浇筑质量不稳定。振捣不充分使得混凝土内部出现空洞和松散现象,影响了混凝土的整体性能。此外,养护过程中的措施不到位,未能有效保持混凝土充分的湿度和温度,加剧了混凝土内部应力的不均衡,使得现浇板易发生裂缝。
(三)裂缝的防治
(1)设计优化:
在设计阶段,首先需要进行全面的使用环境分析,包括停车车辆类型、数量,以及高峰时段的停车密度等信息,以确定地下停车库现浇板的设计荷载。同时,还需要考虑地下空间的温度变化情况,通过温度场分析,确定混凝土结构在不同温度变化条件下的热膨胀和收缩特性。在伸缩缝的设置上,需要综合考虑混凝土结构的几何形状、温度影响程度等因素,采用合理的计算方法和工程实践经验,确定伸缩缝的位置、间距和宽度,确保其能够有效缓解混凝土结构的内部应力,防止裂缝的产生。
(2)材料选择与控制:
选择具有较高抗裂性能和耐久性的混凝土。可以考虑使用高性能混凝土(HPC)或添加合适外加剂(例如纤维增强剂等)的混凝土。高性能混凝土具有较高的强度和耐久性,能够有效提高现浇板的抗裂能力。根据地下停车库现浇板的设计要求和混凝土性能参数,进行合理的配合比设计。这包括水灰比、水胶比、水胶比等参数的确定。通过科学合理的配合比设计,可以控制混凝土的流动性、强度和抗裂性能。在混凝土浇筑完成后,及时进行养护措施,以促进混凝土的强度发展和抗裂性能。养护措施包括保持混凝土的湿润、遮盖湿布或使用专用膜材料覆盖等,以防止混凝土过早干燥和表面龟裂,促进混凝土的早期强度形成。
(3)施工工艺改进:
确保混凝土的均匀浇筑,避免出现堆积和空洞现象。采用科学合理的浇筑方式,如采用搅拌站搅拌混凝土,并通过输送设备均匀输送到浇筑区域,确保混凝土浇筑的均匀性和紧密性。合理设置振捣设备的参数,包括振动频率、振动时间和振动幅度等。通过振捣设备对混凝土进行充分振捣,有效排除混凝土内部的空隙和气泡,提高混凝土的密实性和强度。控制混凝土的浇筑速度和坡度,避免浇筑过快或过慢导致的质量问题。合理控制混凝土的流动性和坡度,确保混凝土在浇筑过程中得到均匀地分布和压实。
(4)质量监控:
进行混凝土强度和抗裂性能的监测,通过现场取样试块进行实验室检测,评估混凝土的抗压强度、抗折强度和收缩性能等指标,确保混凝土的性能符合设计要求。对现浇板施工过程中的裂缝情况进行实时监测和记录,及时发现裂缝的出现并分析裂缝的成因,为及时采取修复措施提供依据。期进行质量检测,对混凝土的各项性能指标进行评定,及时发现和解决存在的质量问题。
总结
总之,混凝土裂缝的成因和治理都是建筑工程中需要重视的问题。通过科学合理的施工管理和质量监控,可以最大限度地减少混凝土裂缝的发生,并保障建筑物的结构完整性和使用寿命。
参考文献:
[1]刘柏军.建筑工程施工中混凝土裂缝的成因与治理[J].冶金丛刊,2017(2).
[2]陈崇江.浅谈建筑工程施工中混凝土裂缝的成因与治理[J].黑龙江科技信息,2013(2).
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