鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫控制
關(guān)鍵詞 : 鋼筋混凝土;施工;裂縫控制;泵送商品混凝土
一、產(chǎn)生裂縫的直接原因
1.收縮及永化熱增加。自從70年代末(l978一1979年)我國(guó)混凝土施工工藝產(chǎn)生了巨大的進(jìn)步－泵送商品混凝土工藝。從過去的干硬性，低動(dòng)性，現(xiàn)場(chǎng)攪拌混凝土轉(zhuǎn)向集中攪拌，轉(zhuǎn)向大流動(dòng)性泵送澆注，水泥用量增加，水灰比增加，砂率增加，骨料粒徑減小，用水量增加等導(dǎo)致收縮及水化熱增加。
2. 混凝土強(qiáng)度等級(jí)日趨提高。建筑結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度等級(jí)日趨提高，但有許多結(jié)構(gòu)不適當(dāng)?shù)剡x擇了過高的強(qiáng)度等級(jí)。習(xí)慣上認(rèn)為:“強(qiáng)度等級(jí)越高安全度越大，就高不就低，提高強(qiáng)度等級(jí)沒壞處。”有時(shí)遷就施工方便，采用高強(qiáng)混凝土，這是一種誤導(dǎo)，導(dǎo)致水泥標(biāo)號(hào)增加，水泥用量增加，水用量增加，細(xì)骨料及粗骨料徑偏小，砂率偏大等都使水化熱及收縮增加。
3.結(jié)構(gòu)約束應(yīng)力不斷增大。結(jié)構(gòu)規(guī)模日趨增大，結(jié)構(gòu)形式日趨復(fù)雜，超長(zhǎng)超厚及超靜定結(jié)構(gòu)成為經(jīng)常采用結(jié)構(gòu)形式并采用現(xiàn)澆施工，這種結(jié)構(gòu)形式有顯著約束作用，對(duì)于各種變形作用必然引起較大約束應(yīng)力。
4.外加劑的負(fù)效應(yīng)。外加劑及摻合料種類繁多，只有強(qiáng)度指標(biāo)缺乏對(duì)水化熱及收縮變形影響的長(zhǎng)期實(shí)驗(yàn)資料(至少一年)，有些試驗(yàn)資料并不嚴(yán)格，有許多外加劑嚴(yán)重的增加收縮變形，有的甚至降低耐久性。
5. 忽略結(jié)構(gòu)約束。國(guó)內(nèi)外結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中都經(jīng)常忽略構(gòu)造鋼筋重要性，因而經(jīng)常出現(xiàn)構(gòu)造性裂縫。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中經(jīng)常忽略結(jié)構(gòu)約束性質(zhì)，不善于利用“抗與放”的設(shè)計(jì)原則，缺乏相應(yīng)的設(shè)計(jì)施工規(guī)范、規(guī)程。
6.養(yǎng)護(hù)方法不當(dāng)。目前在混凝土施工中采用的養(yǎng)護(hù)方法基本沿用過去簡(jiǎn)易的方法，這種方法已遠(yuǎn)不適應(yīng)泵送混凝土的較大溫度收縮變形的要求。
7.混凝土抗拉性能不足。這種裂縫在抗力方面都是由于混凝土抗拉性能不足(抗拉強(qiáng)度和極限拉伸)引起的，這方面的材料級(jí)配研究很少。
綜合上述，國(guó)際公認(rèn)泵送商品混凝土對(duì)混凝土的質(zhì)量(均質(zhì)性)有很大的提高，對(duì)供應(yīng)方式有重要的改進(jìn)，但是對(duì)棍凝土的裂縫控制的難度大大增加了，因此，這類問題不是我國(guó)特有的技術(shù)問題，是國(guó)際上鋼筋混凝土的共性難題。
二、 鋼筋混凝土承受變形應(yīng)力的特點(diǎn)
1.“ 抗 與放 ”設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。結(jié)構(gòu)承受的約束作用分內(nèi)約束(自約束)和外約束兩類。結(jié)構(gòu)的變形如果是完全自由的變形達(dá)到最大值，則內(nèi)應(yīng)力為零，也就不可能產(chǎn)生任何裂縫。如果變形受到約束，在全約束狀態(tài)下則應(yīng)力達(dá)到最大值，而變形為零。在全約束與完全自由狀態(tài)的中間過程，即為彈性約束狀態(tài)，亦即自由變形分解成為約束變形和顯現(xiàn)變形(實(shí)際變形)。實(shí)際變形越大，約束應(yīng)力越小;實(shí)際變形越小，約束應(yīng)力越大，這種約束狀態(tài)與荷載作用下的結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)(虎克定律)有著根本區(qū)別。
在約束狀態(tài)下，結(jié)構(gòu)首先要求有變形的余地，如結(jié)構(gòu)能滿足此要求，不再產(chǎn)生約束應(yīng)力。如結(jié)構(gòu)沒有條件滿足此要求，則必然產(chǎn)生約束應(yīng)力，超過混凝土的抗拉強(qiáng)度，導(dǎo)致開裂。所以，提出了“抗與放”的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，應(yīng)當(dāng)在工程設(shè)計(jì)中，根據(jù)結(jié)構(gòu)所處的具體時(shí)空條件加以靈活的應(yīng)用。從結(jié)構(gòu)形式的選擇方面(微動(dòng)、滑動(dòng)及設(shè)縫措施，提供“放”的條件)及材料性能方面(提高抗拉強(qiáng)度、抗拉變形能力及韌性等提供“抗”的條件)采取綜合措施，如抗放相結(jié)合，以抗為主或以放為主的措施。
2.約束內(nèi)力與結(jié)構(gòu)剛度的關(guān)系。外荷載作用下結(jié)構(gòu)的內(nèi)力只與荷載及結(jié)構(gòu)幾何尺寸有關(guān)，但在變形作用條件下，結(jié)構(gòu)的約束內(nèi)力不僅與變形作用及結(jié)構(gòu)幾何尺寸有關(guān)，尚與結(jié)構(gòu)剛度有關(guān)，這是約束內(nèi)力與荷載內(nèi)力的重要區(qū)別。
約束力矩不僅與溫差和截面高度有關(guān)，而且與梁的抗彎剛度成正比，剛度越大，約束力矩越大，這適宜于裂縫出現(xiàn)及擴(kuò)展階段，當(dāng)然應(yīng)當(dāng)考慮鋼筋混凝土的抗彎剛度是變化的。當(dāng)溫差不斷增加，鋼筋混凝土構(gòu)件進(jìn)人極限狀態(tài)時(shí)，裂縫充分發(fā)展，剛度下降并趨近于零時(shí)則力矩也趨近于零。所以，變形力矩不影響結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)，這一論斷己為實(shí)驗(yàn)證實(shí)。但是裂縫影響使用(滲漏)及耐久性(鋼筋銹蝕)。如果結(jié)構(gòu)的承載力由抗剪、抗沖切作決定，變形作用引起的貫穿性裂縫可能降低承載力。
3.鋼筋混凝土與素混凝土裂縫控制的區(qū)別。任何尚未荷載作用的混凝土，它的組合材料包括水泥、水、砂、石、外加劑及摻合料等成分，相互物理化學(xué)作用硬化成為一種多空隙復(fù)合材料，由于初始溫度收縮應(yīng)力作用而形成內(nèi)部許多微觀裂縫，這種裂縫在外力作用下不斷擴(kuò)展，成為宏觀裂縫，繼續(xù)擴(kuò)展對(duì)素混凝土迅速導(dǎo)致破壞。
但是，對(duì)于鋼筋混凝土，特別是有充分構(gòu)造配筋的鋼筋混凝土出現(xiàn)一定程度的裂縫，不會(huì)迅速導(dǎo)致破壞，只是限制裂縫寬度問題，使其不達(dá)到有害程度。因此，構(gòu)造配筋顯得十分重要，可以有效地控制裂縫的出現(xiàn)及分散裂縫(用許多微細(xì)無(wú)害裂縫取代少量粗大的有害裂縫)。
三、 裂縫控制設(shè)計(jì)原則與措施
鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫是不可避免的，但其有害程度是可以控制的，有害與無(wú)害的界限是由結(jié)構(gòu)使用功能決定的。裂縫控制的主要方法是通過設(shè)計(jì)、施工、材料等方面綜合技術(shù)措施將裂縫控制在無(wú)害范圍內(nèi)。綜合技術(shù)措施包括:合理選擇結(jié)構(gòu)形式，降低結(jié)構(gòu)約束程度，對(duì)與水平構(gòu)件梁、板、墻等采用中低強(qiáng)度級(jí)混凝土，加強(qiáng)構(gòu)造配筋，如板頂部的受壓區(qū)連續(xù)配筋，板的陽(yáng)角及陰角配置放射筋，增加梁的腰筋間距200mm。優(yōu)選有利于抗拉性能的混凝土級(jí)配，盡力減小水灰比、減少坍落度、降低砂率增加骨料粒徑，降低含泥量及雜質(zhì)含量。選用影響收縮和水化熱較小的外加劑和摻合料。采取保溫保濕的養(yǎng)護(hù)技術(shù)，盡量利用混凝土后期強(qiáng)度(60天)。對(duì)于超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)可采取跳倉(cāng)澆灌或后澆帶方法施工。對(duì)于復(fù)雜的結(jié)構(gòu)難免出現(xiàn)少量裂縫影響正常使用和耐久性，裂縫分為表面裂縫，淺層裂縫，縱深裂縫(深層裂縫)，貫穿裂縫等。少量有害裂縫采用近代化學(xué)灌漿技術(shù)處理，滿足設(shè)計(jì)使用和耐久性要求，不應(yīng)因此降低工程質(zhì)量評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)。
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