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淺談混凝土結(jié)構(gòu)裂縫成因和預(yù)防措施
【論文摘要】: 近年來，現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)因其整體性強(qiáng)，抗震性好，以及商品混凝土和高強(qiáng)、高性能混凝土的大量使用，我國現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)得到了廣泛地推廣和應(yīng)用。但是，由于混凝土是一種脆性材料，早期強(qiáng)度低，施工過程中極易出現(xiàn)裂縫缺陷，影響建筑結(jié)構(gòu)的整體性和耐久性，文章分析了混凝土結(jié)構(gòu)裂縫成因和預(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，但是伴隨這類材料的生產(chǎn)研究與應(yīng)用，混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫問題一直受到人們關(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，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，在施工和使用過程中，當(dāng)發(fā)生溫度、濕度變化、地基不均勻沉降時，極易產(chǎn)生裂縫。
2.1 材料質(zhì)量
材料質(zhì)量問題引起的裂縫是較常見的原因。
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：拆模過早或方法不當(dāng)、構(gòu)件堆放、運(yùn)輸、吊裝時的墊塊或吊點(diǎn)位置不當(dāng)、施工超載、張拉預(yù)應(yīng)力值過大等等均可能產(chǎn)生裂縫。而最常見的是鋼筋混凝土梁、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)計荷載時，就可能出現(xiàn)裂縫，肉眼一般不能察覺，而構(gòu)件的極限破壞荷載往往在設(shè)計荷載的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(這類裂縫有的文獻(xiàn)稱之為無害裂縫)。在鋼筋混凝土設(shè)計規(guī)范中，分別不同情況規(guī)定裂縫的最大寬度為0．2mm～0．3mm，對那些寬度超過規(guī)范規(guī)定的裂縫，以及不允許開裂的構(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)計構(gòu)造
結(jié)構(gòu)構(gòu)件斷面突變或開洞、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，就會產(chǎn)生溫度變形，由此產(chǎn)生附加應(yīng)力，當(dāng)這種應(yīng)力超過混凝土的抗拉強(qiáng)度時，就會產(chǎn)生裂縫。在工程中，這類裂縫較多見，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，體積會逐漸減小，稱為干縮。收縮裂縫較普遍，常見于現(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、過早拆模等都可能造成混凝土開裂。施工過程中，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
混凝土徐變造成開裂或裂縫發(fā)展的例子工程中也很常見。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)因徐變會產(chǎn)生較大的應(yīng)力損失，降低了結(jié)構(gòu)的抗裂性能。
3. 混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的預(yù)防措施
通過以上分析，在工程裂縫中有很大一部分是可以通過設(shè)計手段、施工手段來克服的。
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、級配良好、空隙率小、無堿性反應(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)計應(yīng)盡量采有低水灰比、低水泥用量、低用水量。投料計量應(yīng)準(zhǔn)確，攪拌時間應(yīng)保證；禁止任意增加水泥用量。
(2) 混凝土運(yùn)輸過程中，車鼓保持在每分鐘約6轉(zhuǎn)，并到工地后保持?jǐn)嚢柢嚫咚龠\(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裂；控制建筑物的長高比，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，盡量防止受力過于集中。
(4) 限制伸縮縫間距。對體形復(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)計中可以采取調(diào)整基礎(chǔ)的埋置深度，不同的地基計算強(qiáng)度和采用不同的墊層厚度等方法，來調(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，模板變形過大造成開裂；合理掌握拆模時機(jī)，盡可能不要錯過混凝土水化熱峰值，即不要錯過最佳養(yǎng)護(hù)介入時機(jī)。
(2) 合理設(shè)置后澆帶，較長的墻、板、基礎(chǔ)等結(jié)構(gòu)和主樓與裙房之間等高低層錯落處，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)延長養(yǎng)護(hù)時間，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，一般應(yīng)先施工較深的基礎(chǔ)，以防基坑開挖破壞已建基礎(chǔ)的地基礎(chǔ)。當(dāng)建(構(gòu))筑物各部分荷載相差較大時，一般應(yīng)施工重、高部分，后施工輕、低部分。
4. 結(jié)束語
混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的控制是一個綜合性的問題，需要經(jīng)過設(shè)計、監(jiān)理、施工及使用方等多方面的配合。經(jīng)過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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