混凝土結(jié)構(gòu)裂縫成因和預(yù)防措施
【關(guān)鍵詞】:混凝土結(jié)構(gòu); 裂縫成因; 預(yù)防措施
1. 前言
混凝土是現(xiàn)代城市建設(shè)中廣泛使用的結(jié)構(gòu)材料,但是伴隨這類(lèi)材料的生產(chǎn)研究與應(yīng)用,混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫問(wèn)題一直受到人們關(guān)注?;炷两Y(jié)構(gòu)的裂縫不僅影響到結(jié)構(gòu)的美觀,也可能影響結(jié)構(gòu)的正常使用與耐久性。當(dāng)裂縫寬度達(dá)到一定數(shù)值時(shí),可能危及結(jié)構(gòu)的安全。大量科研和實(shí)踐都證明了混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫是不可避免的,科學(xué)的要求是將其有害程度控制在允許范圍(國(guó)家有關(guān)規(guī)范)內(nèi)。
2. 混凝土結(jié)構(gòu)裂縫成因
混凝土是一種抗拉能力很低的脆性材料,在施工和使用過(guò)程中,當(dāng)發(fā)生溫度、濕度變化、地基不均勻沉降時(shí),極易產(chǎn)生裂縫。
2.1 材料質(zhì)量
材料質(zhì)量問(wèn)題引起的裂縫是較常見(jiàn)的原因。
2.2 結(jié)構(gòu)受荷
結(jié)構(gòu)受荷后產(chǎn)生裂縫的因素很多,施工中和使用中都可能出現(xiàn)裂縫。如:拆模過(guò)早或方法不當(dāng)、構(gòu)件堆放、運(yùn)輸、吊裝時(shí)的墊塊或吊點(diǎn)位置不當(dāng)、施工超載、張拉預(yù)應(yīng)力值過(guò)大等等均可能產(chǎn)生裂縫。而最常見(jiàn)的是鋼筋混凝土梁、板等受彎構(gòu)件,在使用荷載作用下往往出現(xiàn)不同程度的裂縫。普通鋼筋混凝土構(gòu)件在承受了30%—40%的設(shè)計(jì)荷載時(shí),就可能出現(xiàn)裂縫,肉眼一般不能察覺(jué),而構(gòu)件的極限破壞荷載往往在設(shè)計(jì)荷載的1.5倍以上。所以在一般情況下鋼筋混凝土構(gòu)件是允許帶裂縫工作的(這類(lèi)裂縫有的文獻(xiàn)稱(chēng)之為無(wú)害裂縫)。在鋼筋混凝土設(shè)計(jì)規(guī)范中,分別不同情況規(guī)定裂縫的最大寬度為0.2mm~0.3mm,對(duì)那些寬度超過(guò)規(guī)范規(guī)定的裂縫,以及不允許開(kāi)裂的構(gòu)件上出現(xiàn)裂縫,則應(yīng)認(rèn)為有害,需加以認(rèn)真分析,慎重處理。
2.3 設(shè)計(jì)構(gòu)造
結(jié)構(gòu)構(gòu)件斷面突變或開(kāi)洞、留槽引起應(yīng)力集中;構(gòu)造處理不當(dāng)、現(xiàn)澆主梁在擱次梁處如沒(méi)有設(shè)附加箍筋、或附加吊筋以及各種結(jié)構(gòu)縫設(shè)置不當(dāng)?shù)纫蛩厝菀讓?dǎo)致混凝土開(kāi)裂。
2.4 溫度變形
混凝土是具有熱脹冷縮的性質(zhì),當(dāng)環(huán)境溫度發(fā)生變化時(shí),就會(huì)產(chǎn)生溫度變形,由此產(chǎn)生附加應(yīng)力,當(dāng)這種應(yīng)力超過(guò)混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí),就會(huì)產(chǎn)生裂縫。在工程中,這類(lèi)裂縫較多見(jiàn),譬如現(xiàn)澆屋面板上的裂縫,大體積混凝土的裂縫等。
2.5 濕度變形
混凝土在空氣中結(jié)硬時(shí),體積會(huì)逐漸減小,稱(chēng)為干縮。收縮裂縫較普遍,常見(jiàn)于現(xiàn)澆墻板式結(jié)構(gòu)、現(xiàn)澆框架結(jié)構(gòu)等,通常是因?yàn)轲B(yǎng)護(hù)不良造成。
2.6 地基變形
在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中,造成開(kāi)裂主要原因是不均勻沉降。裂縫的大小、形狀、方向決定于地基變形的情況,由于地基變形造成的應(yīng)力相對(duì)較大,使得裂縫一般是貫穿性的。
2.7 施工工藝
(1) 混凝土是一種人造混合材料,其質(zhì)量好壞的一個(gè)重要標(biāo)志是成型后混凝土的均勻性和密實(shí)程度。因此混凝土的攪拌、運(yùn)輸、澆灌、振實(shí)各道工序中的任何缺陷和疏漏,都可能是裂縫產(chǎn)生的直接或間接成因。(2)水分蒸發(fā)、水泥結(jié)石和混凝土干縮通常是導(dǎo)致混凝土裂縫的重要原因。(3)模板構(gòu)造不當(dāng),漏水、漏漿、支撐剛度不足、支撐的地基下沉、過(guò)早拆模等都可能造成混凝土開(kāi)裂。施工過(guò)程中,鋼筋表面污染,混凝土保護(hù)層太小或太大,澆灌中碰撞鋼筋使其移位等都可能引起裂縫。(4)混凝土養(yǎng)護(hù),特別是早期養(yǎng)護(hù)質(zhì)量與裂縫的關(guān)系密切。早期表面干燥或早期內(nèi)外溫差較大更容易產(chǎn)生裂縫。
2.8 徐變
混凝土徐變?cè)斐砷_(kāi)裂或裂縫發(fā)展的例子工程中也很常見(jiàn)。據(jù)文獻(xiàn)記載受彎構(gòu)件截面混凝土受壓徐變,可以使構(gòu)件變形增加2倍~3倍;預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)因徐變會(huì)產(chǎn)生較大的應(yīng)力損失,降低了結(jié)構(gòu)的抗裂性能。
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3. 混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的預(yù)防措施
通過(guò)以上分析,在工程裂縫中有很大一部分是可以通過(guò)設(shè)計(jì)手段、施工手段來(lái)克服的。
3.1 材料方面措施
(1) 水泥
根據(jù)工程條件不同,盡量選用水化熱較低、強(qiáng)度較高的水泥,嚴(yán)禁使用安定性不合格的水泥。
(2) 粗骨料:適用表面粗糙、級(jí)配良好、空隙率小、無(wú)堿性反應(yīng);有害物質(zhì)及泥土含量和壓碎指標(biāo)值等滿足相關(guān)規(guī)范及技術(shù)規(guī)范規(guī)定。
(3) 細(xì)骨料:一般采用天然砂。宜用顆粒較粗、空隙較小的2區(qū)砂、對(duì)運(yùn)送混凝土宜選用中砂;所選的砂有害物質(zhì)及混凝土含量和堅(jiān)固指標(biāo)等應(yīng)滿足相關(guān)規(guī)范及技術(shù)規(guī)程規(guī)定。
(4) 外摻加料:宜采用減水劑及膨脹劑等外加劑,以改善混凝土工作性能,降低用水量,減少收縮。
3.2 混凝土配料、攪拌、運(yùn)輸及澆筑措施
(1) 配合設(shè)計(jì)應(yīng)盡量采有低水灰比、低水泥用量、低用水量。投料計(jì)量應(yīng)準(zhǔn)確,攪拌時(shí)間應(yīng)保證;禁止任意增加水泥用量。
(2) 混凝土運(yùn)輸過(guò)程中,車(chē)鼓保持在每分鐘約6轉(zhuǎn),并到工地后保持?jǐn)嚢柢?chē)高速運(yùn)轉(zhuǎn)到4至5分鐘,以使混凝土澆筑前充分再次混合均勻。如遇塌落度有所損失,可以摻一定的外加劑以達(dá)到理想效果。
(3) 澆筑分層應(yīng)合理,振搗應(yīng)均勻、適度、不得隨意留置施工縫。
3.3 設(shè)計(jì)方面措施
(1) 建筑平面造型在滿足使用要求的前提下,力求簡(jiǎn)單,平面復(fù)雜的建筑物,容易產(chǎn)生扭曲等附加應(yīng)力而造成墻體及樓板開(kāi)裂;控制建筑物的長(zhǎng)高比,增強(qiáng)整體剛度和調(diào)整不均勻沉降的能力。
(2) 正確設(shè)置變形縫,位置和寬度選擇要適當(dāng),構(gòu)造要合理。
(3) 合理地調(diào)整各部分承重結(jié)構(gòu)的受力情況,使荷載分布均勻,盡量防止受力過(guò)于集中。
(4) 限制伸縮縫間距。對(duì)體形復(fù)雜、地基不均勻沉降值大的建筑物更應(yīng)嚴(yán)格控制,可以和其它結(jié)構(gòu)縫合并使用。
(5) 構(gòu)件配筋要合理,間距要適當(dāng)。斷面較大的梁應(yīng)設(shè)置腰筋。大跨度、較厚的現(xiàn)澆板,上面中心部位宜配置構(gòu)造鋼筋。主梁在集中應(yīng)力處,宜增加附加橫向鋼筋。
(6) 減少地基的不均勻沉降,在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中可以采取調(diào)整基礎(chǔ)的埋置深度,不同的地基計(jì)算強(qiáng)度和采用不同的墊層厚度等方法,來(lái)調(diào)整地基的不均勻變形。
(7) 層層設(shè)置圈梁、構(gòu)造柱,可以增加建筑物的整體性,提高磚石砌體的抗剪、抗拉強(qiáng)度,防止或減少裂縫。
3.4 施工方面措施
(1) 模板工程的模板構(gòu)造要合理,以防止模板各構(gòu)件間的變形不同而導(dǎo)致混凝土裂縫;模板和支架要有足夠的剛度,防止施工荷載作用下,模板變形過(guò)大造成開(kāi)裂;合理掌握拆模時(shí)機(jī),盡可能不要錯(cuò)過(guò)混凝土水化熱峰值,即不要錯(cuò)過(guò)最佳養(yǎng)護(hù)介入時(shí)機(jī)。
(2) 合理設(shè)置后澆帶,較長(zhǎng)的墻、板、基礎(chǔ)等結(jié)構(gòu)和主樓與裙房之間等高低層錯(cuò)落處,均應(yīng)設(shè)置后澆帶。
(3) 加強(qiáng)混凝土的早期養(yǎng)護(hù),并適當(dāng)延長(zhǎng)養(yǎng)護(hù)時(shí)間,以減少混凝土的收縮變形。
(4) 大體積混凝土施工,應(yīng)做好溫度測(cè)控工作,采取有效的保溫措施,保證構(gòu)件內(nèi)外溫差不超過(guò)規(guī)定。
(5) 鋼筋綁扎位置要正確,保護(hù)層厚度要盡量準(zhǔn)確,不要超出規(guī)范規(guī)定;鋼筋表面應(yīng)潔凈,鋼筋代換必須考慮對(duì)構(gòu)件抗裂性能的影響。
(6) 加強(qiáng)地基的檢查與驗(yàn)收,復(fù)雜地基,應(yīng)做補(bǔ)充勘探。異常地基處理必須謹(jǐn)慎,盡可能使其處理后的承載力與本工程正常地基承載力相同或相近。
(7) 合理安排施工順序。當(dāng)相鄰建(構(gòu))筑物間距較近時(shí),一般應(yīng)先施工較深的基礎(chǔ),以防基坑開(kāi)挖破壞已建基礎(chǔ)的地基礎(chǔ)。當(dāng)建(構(gòu))筑物各部分荷載相差較大時(shí),一般應(yīng)施工重、高部分,后施工輕、低部分。
4. 結(jié)束語(yǔ)
混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的控制是一個(gè)綜合性的問(wèn)題,需要經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)、監(jiān)理、施工及使用方等多方面的配合。經(jīng)過(guò)上述綜合措施的控制,能夠避免大體積混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的產(chǎn)生或者使裂縫盡可能將其有害程度控制在允許范圍之內(nèi)。
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