3.5 混凝土應力裂縫
3.5.1 混凝土溫度應力裂縫
在混凝土硬化過程中,混凝土構筑物可能要承受各種溫度和濕度及其它原因引起變形而產生應力裂縫,因為混凝土在內、外約束應力作用的情況下,混凝土構件的自約束應力是由于非線性的不均勻變形引起,它產生了局部裂縫,而混凝土構件(結構)在外部的約束應力由于結構與結構的相互約束,這種約束變形可能使混凝土構件(結構)產生貫穿性斷裂和局部裂縫。
根據王鐵夢教授的理論,在混凝土尤其是大體積混凝土澆搗完后,水泥已經開始水化,其混凝土內部的最高溫度峰值可按以下經驗公式計算,即:
T0=T+C·α
式中 T0——混凝土內部峰值溫度(C°);
T——混凝土澆灌入模時的溫度(C°);
C——每立方米混凝土水泥用量(kg/m3);
α——經驗系數;當采用礦渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥時;α=0.1;當采用普通水泥時α=0.105。
當混凝土內部溫度應力大于混凝土的拉應力時,混凝土結構將會出現裂縫,故在“混凝土結構工程施工及驗收規范《GB50204——92》”中第4.5.3條明確規定,“對大體積混凝土的養護,應根據氣候條件采取控溫措施,并按需要測定澆筑后的混凝土表面和內部溫度,將溫差控制在設計要求的范圍內;當設計無具體要求時,溫差不宜超過25C°”。而在大體積混凝土施工中,往往設計上無明確的規定,只能靠施工的經驗進行控制。
因為混凝土拌合物內的水泥在水化時,要產生大量的水化熱,當混凝土內外溫差超過一定的限度,混凝土的拉應力小于混凝土的熱漲應力時,便會產生溫度應力裂縫。這種裂縫主要出現在大體積混凝土或在冬期施工的混凝土。
例如:我們在寶鋼某大型設備基礎的混凝土施工中,混凝土強度設計為C30級,每立方米混凝土的水泥用量為360kg/m3,當時的氣溫為33C°,為了了解混凝土內部升溫峰值,我們采取了電熱偶測溫和測溫孔的辦法測定混凝土內部的溫度與混凝土表面的溫度,以計算混凝土內外溫差,經實測的溫度和計算的溫度看,兩者相差不大。兩者的溫度結果為:
(1)實際測試的溫度峰值為71.3C°;
(2)計算溫度為:T0=34.5+(360×0.1)=70.5C°;
從兩者的溫度情況看,溫度相差僅為0.8C°。說明計算的溫度與實測的溫度相差不大,完全可以以計算的溫度對混凝土進行保溫措施。當時該工程混凝土溫度最高時所測混凝土外表面溫度為44C°,內外溫差為27.3C°,大于規范規定的25C°要求,故立即采取混凝土表面的保溫措施,提高混凝土表面溫度,縮小內外溫差,使混凝土沒有因溫度應力出現裂縫,保證了混凝土基礎的質量。在混凝土出現溫度應力裂縫的情況時,一般往往會發生在混凝土結構物的變截面和混凝土斷面較小的部位,為此,在施工大體積混凝土或者較厚的混凝土墻版時,施工單位要予以注意。
3.5.2混凝土自應力裂縫
在混凝土硬化后,即使在混凝土上方沒有任何荷重的作用,也因其自身的收縮而產生裂縫。尤其是在夏季的混凝土施工,更容易發生該方面的裂縫。這種裂縫往往是在混凝土墻板上容易產生,它的形式一般為上下貫通的裂縫,在整個混凝土墻壁上呈現出有規律性的裂縫,一般在1.8~2.2m一道。如我們在上海市某研究所大樓地下室的墻板的混凝土施工中,混凝土的養護到7天后,澆灌地下室混凝土頂板,施工完后,發現地下室墻壁呈現規律性的裂縫,裂縫寬度為0.15mm左右,長度為整個墻壁的高度。經請部分專家分析,該種裂縫是混凝土的自應力引起的,原因是混凝土在水泥水化熱達到一定的溫度的時候,混凝土的膨脹應力開始消失而此時的混凝土開始產生收縮。這種收縮是均勻的收縮,所以在此種條件下,混凝土墻板的裂縫呈現出有規律性的裂縫。但是,若墻板與地下室承重相聯結蹬地方,往往會在柱與墻的交點處裂縫以及在墻板的變截面發生裂縫。
3.6 荷載變形裂縫
這種裂縫一般可分為兩種情況造成:一是在混凝土結構還未達到設計要求的強度時,被車輛或重物的碾壓或撞、砸而造成的變形縫;二是即使混凝土已經達到了設計強度,而在混凝土墻壁或薄壁結構物上撞擊或超荷載堆放而造成的裂縫。后者出現的裂縫一般較為明顯,屬于貫穿性的裂縫。
3.7混凝土結構的漏水現象
混凝土的漏水現象往往會發生在以下幾個方面:
(1)蜂窩麻面滲水現象
蜂窩麻面直接與混凝土施工有關。這些蜂窩麻面的出現原因主要是在施工時漏振或者振動時間不足而發生的,這種蜂窩麻面在混凝土結構中有的是獨立一批片存在、有的則呈連貫性的。所以,在發生滲、漏時它不是點滲、漏,而是成片滲、漏的現象。
(2)伸縮縫、沉降縫滲、漏
在大體積混凝土和混凝土結構物比較長、結構物高低相差較大的工程中,因工藝的要求一般都設有伸縮縫和沉降縫,以保證混凝土結構在部分變形時而不影響其它整體變形的需要。這些部位往往在施工時因某些原因使伸縮縫和沉降縫不能完全保證其質量,造成這些部位的滲、漏,它在處理時往往要比其它部位的滲、漏要難處理得多。
(3)新舊混凝土接茬(縫)的滲、漏
在原有的混凝土結構物上繼續澆灌混凝土時,原來的混凝土基礎表面沒有進行鑿毛處理或鑿毛后未清理干凈,或者是未用水沖洗,就在原混凝土基礎上澆灌混凝土拌合物。這樣就會造成新舊混凝土的接茬(縫)之間形成一道摻、漏的縫隙。這種滲水現象在實際工程施工中會經常出現,尤其是在混凝土塌落度較小時(一般在50mm以下),接茬(縫)又未鋪設水泥砂漿則更容易發生。這種縫隙在混凝土施工時特別要加以注意,引起重視。