【摘要】通過(guò)分析工程實(shí)例，論述了混凝土微觀裂縫對(duì)混凝土耐久性的影響，強(qiáng)調(diào)了注重混凝土耐久性的重要性。
【關(guān)鍵詞】混凝土微觀裂縫耐久性
長(zhǎng)期以來(lái)，結(jié)構(gòu)工程學(xué)科對(duì)混凝土裂縫研究的重點(diǎn)通常是宏觀裂縫（肉眼看得見(jiàn)，且裂縫寬度大于0.05mm）的產(chǎn)生機(jī)理及預(yù)防補(bǔ)救措施，其工作重點(diǎn)主要集中在研究裂縫的開(kāi)展及發(fā)展變化對(duì)結(jié)構(gòu)的剛度、強(qiáng)度的影響；而混凝土大量的微觀裂縫（肉眼看不見(jiàn)且裂縫寬度小于0.05mm），卻是在混凝土攪拌初期就開(kāi)始存在的，是混凝土內(nèi)部固有的一種裂縫，其對(duì)混凝土耐久性的影響卻沒(méi)有得到重視，造成了由于耐久性不足導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞的事故時(shí)有發(fā)生，其中因混凝土碳化和鋼筋銹蝕需要處理的工程更具有普遍性，造成的經(jīng)濟(jì)損失也是難以估量的。因此，混凝土微觀裂縫對(duì)耐久性的影響已越來(lái)越受到廣泛的關(guān)注和重視。
1 混凝土構(gòu)件微觀裂縫的特點(diǎn)及形成原因
混凝土是以水泥為主要膠結(jié)材料，拌合一定比例的砂、石和水，有時(shí)還加入少量的各種添加劑，經(jīng)過(guò)攪拌、運(yùn)輸、注模、振搗、養(yǎng)護(hù)等工序后，逐漸凝固硬化而成的人工復(fù)合材料。它是一種非勻質(zhì)、非同向的三相混合材料?；炷猎谥谱鬟^(guò)程中和水泥水化凝固過(guò)程中必然產(chǎn)生微觀裂縫。它是材料固有的一種物理性質(zhì)， 混凝土的微觀裂縫主要有三種：①粘著裂縫是指骨料與水泥石的粘接面上的裂縫，主要沿骨料周?chē)霈F(xiàn)；②水泥石裂縫是指水泥漿中的裂縫，出現(xiàn)在骨料與骨料之間；③骨料裂縫是指骨料本身的裂縫。混凝土微觀裂縫的存在、擴(kuò)展、增加，使應(yīng)力- 應(yīng)變曲線(xiàn)向水平線(xiàn)傾斜，應(yīng)力滯后于應(yīng)變，泊松比增加，剛度下降，持久強(qiáng)度降低，徐變?cè)黾印?/FONT>
水泥是混凝土最基本也是最重要的組成部分，組成水泥的熟料的一系列水化反應(yīng)引起混凝土的溫度裂縫；由于水泥水化反應(yīng)引起化學(xué)收縮及水泥漿體的干縮濕脹，引起收縮縫。水泥硬化漿體長(zhǎng)期在空氣中存在，由于碳化收縮引起漿體表面的微細(xì)裂縫，同時(shí)水泥細(xì)度太細(xì)及水泥的安定性不合格也易引起裂縫。不同種類(lèi)的水泥的干縮率由大到小依次為：礦渣硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、中低熱水泥粉、粉煤灰水泥。
混凝土的攪拌、運(yùn)輸、澆注和振搗等施工操作不善，容易在混凝土內(nèi)部產(chǎn)生大空洞和缺陷，精心施工可以減小孔隙率。及時(shí)、充分的養(yǎng)護(hù)，有利于保證水泥的水化作用，減少毛細(xì)孔的孔徑和總孔隙率。
目前，隨著施工機(jī)械現(xiàn)代化和現(xiàn)場(chǎng)文明施工的要求，泵送混凝土越來(lái)越廣泛的應(yīng)用在工程建設(shè)中。泵送混凝土具有較大的流動(dòng)性和粘聚性，坍落度大， 其坍落度由普通混凝土的10 ～90mm增加到110 ～120mm， 而且為了保證混凝土的正常泵送，經(jīng)常摻有緩凝的外加劑，其含砂率由普通混凝土的35%～36%增加到42%～45%，水灰比由0.5 增加到0.7，水泥用量有所增加。這些因素都使結(jié)構(gòu)物的微觀裂縫出現(xiàn)的概率及數(shù)量大大增加。
2 混凝土微觀裂縫對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的主要影響混
凝土結(jié)構(gòu)的耐久性是指結(jié)構(gòu)在其使用過(guò)程中抵抗外界環(huán)境或內(nèi)部自身所產(chǎn)生的侵蝕破壞的能力。影響混凝土耐久性的因素有：混凝土的碳化、化學(xué)侵蝕、堿骨料反應(yīng)、凍融破壞、溫濕度變化、混凝土裂縫等，其中最主要的因素是混凝土本身的質(zhì)量，而提高密實(shí)度以減少混凝土的滲透性，可從根本上提高其抵抗碳化和介質(zhì)入侵的性能。
由于混凝土微觀裂縫的存在，使空氣中的酸性物質(zhì)通過(guò)混凝土的孔隙進(jìn)入內(nèi)部，引起混凝土的碳化和腐蝕以及堿- 骨料反應(yīng)，隨著時(shí)間的推移，導(dǎo)致混凝土發(fā)生脹裂和剝落，進(jìn)而引起鋼筋的銹蝕，而且，碳化的混凝土加劇了收縮變形，導(dǎo)致宏觀裂縫的開(kāi)展和強(qiáng)度的降低，引起結(jié)構(gòu)的破壞。
3 工程實(shí)例
3.1 工程概況
某大型商場(chǎng)，地下一層，層高3.6m，使用功能為汽車(chē)庫(kù)；地上五層，層高均為4.8m，使用功能為商場(chǎng)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限為50 年，現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架- 剪力墻結(jié)構(gòu)，樓板現(xiàn)澆，基礎(chǔ)為柱下十字交叉條形基礎(chǔ)。該工程于2003 年12 月設(shè)計(jì)完成，2004 年5 月開(kāi)工建設(shè)，2005 年8 月主體結(jié)構(gòu)竣工。
2005 年8 月在主體結(jié)構(gòu)驗(yàn)收中發(fā)現(xiàn)，屋頂樓板底部局部混凝土顏色發(fā)白（見(jiàn)圖1），明顯不同于其它樓板，該樓板頂部有大量積水（見(jiàn)圖2）。經(jīng)調(diào)查施工日記及監(jiān)理日記發(fā)現(xiàn)，該樓板于2005 年1 月份澆筑，混凝土強(qiáng)度等級(jí)施工單位由C25 私自改為C30，現(xiàn)場(chǎng)攪拌、泵送混凝土，其配合比見(jiàn)表1。養(yǎng)護(hù)措施為先鋪一層塑料布，再覆蓋二層草袋。
水泥采用黃河牌普通硅酸鹽32.5 號(hào)水泥，砂為水洗砂，石子為粒徑10～20mm 的碎石，外加劑為USP-300B 減水劑， 坍落度為170mm， 水灰比0.40，含砂率40%。
3.2 原因分析
經(jīng)用ZC3-A 型回彈儀依據(jù)《回彈法檢測(cè)混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》（JGJ/T23-2001） 對(duì)樓板強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)，該部位混凝土強(qiáng)度達(dá)到C35，大于設(shè)計(jì)要求。經(jīng)對(duì)主體結(jié)構(gòu)仔細(xì)檢查，未發(fā)現(xiàn)肉眼可以觀測(cè)到的裂縫，通過(guò)查閱有關(guān)設(shè)計(jì)文件、施工資料、監(jiān)理資料，對(duì)其原因分析如下：
?。?）由于混凝土自身的缺陷，水泥膠體在凝固硬化過(guò)程中體積縮小，在界面形成許多裂隙，這些并不連續(xù)的裂隙在受力或收縮、溫度作用下會(huì)相互貫通，外界的水分及二氧化碳因此侵入混凝土內(nèi)部。另外由于混凝土的導(dǎo)熱率低，水泥水化時(shí)放出的熱量散發(fā)不出去，混凝土內(nèi)部溫度高達(dá)60℃，而當(dāng)時(shí)外界溫度為- 5℃～5℃，造成溫度變形及溫度應(yīng)力，引起大量的混凝土微觀裂縫。
混凝土泵送高度小于30m，混凝土坍落度應(yīng)不大于140mm，而實(shí)際坍落度為170mm，水灰比過(guò)大，而且混凝土澆注后該處樓板未進(jìn)行表面抹面壓光，造成大量的混凝土早期裂縫出現(xiàn)。
混凝土的攪拌以及振搗質(zhì)量不規(guī)范，使混凝土振搗不密實(shí)或者發(fā)生離析、沁水現(xiàn)象，多余水分溢出而形成毛細(xì)孔道并在鋼筋或粗骨料下窩水而形成疏松層，伴隨混凝土的沉陷，受到鋼筋阻攔后還會(huì)發(fā)生沿鋼筋的縱向裂縫。
（2）由于樓板表面長(zhǎng)期積水，外界水分等環(huán)境介質(zhì)通過(guò)混凝土自身的微觀裂縫向內(nèi)部滲透。當(dāng)這些有害介質(zhì)與混凝土中氫氧化鈣Ca（OH）2 相遇時(shí)，形成碳酸鈣CaCO3，沉積在混凝土表面和里面，形成了白色的覆蓋層（如圖1）。
3.3 該缺陷對(duì)耐久性的影響
隨著混凝土的硬化，大量的外界水分進(jìn)入混凝土內(nèi)部后充滿(mǎn)了混凝土內(nèi)部的孔隙，并與混凝土中的水泥石發(fā)生化學(xué)反應(yīng)， 引起混凝土的碳化，而且與混凝土骨料中的活性礦物質(zhì)也發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，引起混凝土的堿- 骨料反應(yīng)；同時(shí)隨著環(huán)境溫度的周期性降低和升高，使混凝土內(nèi)部的水凍成冰，冰融成水，反復(fù)循環(huán)，引起混凝土的凍融破壞。隨著時(shí)間的推移，這些反應(yīng)都將引起混凝土產(chǎn)生宏觀裂縫的出現(xiàn)、發(fā)展，進(jìn)而引起鋼筋銹蝕，使結(jié)構(gòu)未達(dá)到設(shè)計(jì)使用年限之前，就發(fā)生承載能力破壞。
3.4 缺陷處理
在該缺陷的原因分析中，許多同志認(rèn)為不需對(duì)該部位構(gòu)件進(jìn)行處理， 原因是該構(gòu)件水灰比、水泥用量、混凝土強(qiáng)度等均滿(mǎn)足現(xiàn)行規(guī)范的要求。但筆者認(rèn)為，雖然該缺陷目前不影響結(jié)構(gòu)的承載力，但其長(zhǎng)期存在會(huì)加快混凝土的碳化且加劇鋼筋銹蝕。為了使結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)合理的使用年限內(nèi)滿(mǎn)足正常使用極限狀態(tài)以及結(jié)構(gòu)耐久性的要求，應(yīng)對(duì)這些有缺陷的部分樓板進(jìn)行處理。通過(guò)理論分析和結(jié)合本工程的實(shí)際情況，處理方法采用裂縫表面封閉法，即通過(guò)密封裂縫表面達(dá)到防止水分、二氧化碳以及其它有害介質(zhì)侵入的目的。具體施工措施為：先清潔需處理的表面，再用丙酮或酒精擦洗，干燥后用毛刷反復(fù)涂刷環(huán)氧樹(shù)脂液，涂層厚度為1mm 左右。
4 結(jié)束語(yǔ)
?。?）混凝土微觀裂縫產(chǎn)生的主要原因是原材料的選擇、施工方案的制定、現(xiàn)場(chǎng)管理的水平以及環(huán)境的影響；混凝土微觀裂縫在施工和使用中是客觀存在的，施工時(shí)應(yīng)采取切實(shí)有效的措施來(lái)減少混凝土微觀裂縫的出現(xiàn)。
（2）混凝土微觀裂縫對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的影響是存在的，耐久性造成的結(jié)構(gòu)破壞是嚴(yán)重的，帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失是巨大的。因此，一旦發(fā)現(xiàn)必須進(jìn)行處理。
?。?） 混凝土微觀裂縫在內(nèi)因和外因的作用下，將繼續(xù)發(fā)展逐漸變?yōu)楹暧^裂縫，降低結(jié)構(gòu)的剛度和強(qiáng)度。
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