論鋼筋混凝土結構的裂縫成因及其控制

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 [論文關鍵詞]結構結構裂縫裂縫控制荷載施工溫度變化

  [論文摘要]裂縫是鋼筋混凝土結構中常見的一種作用效應，鋼筋混凝土結構中的裂縫是較難避免的。針對鋼筋混凝土結構中出現(xiàn)的裂縫問題，從設計，荷載，原材料，施工等方面對產(chǎn)生裂縫的各種因素進行分析，并提出預控措施。   一、鋼筋混凝土結構的裂縫概述   改革開放以來，我國基礎設施建設得到了飛速發(fā)展，建造了大量各類鋼筋混凝土建筑物和構筑物。在這些鋼筋混凝土結構中，結構的裂縫問題，是一個相當普遍的質(zhì)量問題，嚴重的已影響到工程的使用和安全，是一個需要探討和解決的技術難題。近年來，盡管裂縫問題引起了業(yè)界重視，但仍未得到很好解決。   希望通過本文對裂縫產(chǎn)生原因的分析，并從實踐中總結出的一些預控措施，能夠供工程技術人員借鑒參考，達到防范于未然的作用。   二、裂縫的種類和成因   結構裂縫的成因復雜而繁多，比如：溫濕度的變化，混凝土的不均勻性，結構不合理，原材料不符合要求，水灰比過大，基礎不均勻沉降和模板變形，養(yǎng)護不及時等?；炷两Y構裂縫的種類，就其產(chǎn)生的原因，大致可劃分如下幾類：   （一）荷載引起的裂縫   鋼筋混凝土結構在常規(guī)靜、動荷載及次應力下產(chǎn)生的裂縫稱荷載裂縫，歸納起來主要有直接應力裂縫、次應力裂縫兩種。   1．直接應力裂縫是指外荷載引起的直接應力產(chǎn)生的裂縫   （1）設計方面，計算模型不合理；內(nèi)力與配筋計算錯誤；設計斷面或結構剛度不足等；   （2）施工方面，對設計意圖理解不清，改變結構受力模式；預制構件起吊、運輸、安裝等不規(guī)范。   2．次應力裂縫是指由外荷載引起的次生應力產(chǎn)生裂縫   （1）在設計外荷載作用下，由于結構物的實際工作狀態(tài)同常規(guī)計算有出入，從而在某些部位引起次應力導致結構開裂。   （2）結構中的鑿槽、開洞、設置牛腿等，在常規(guī)計算中難以用準確的圖式進行模擬計算，一般根據(jù)經(jīng)驗設置受力鋼筋。研究表明，受力構件挖孔后，力流將產(chǎn)生繞射現(xiàn)象，在孔洞附近密集，產(chǎn)生大的應力集中。在這些結構的轉(zhuǎn)角處或構件形狀突變處容易出現(xiàn)裂縫。實際工程中，次應力裂縫是產(chǎn)生荷載裂縫的最常見原因。   （二）溫度變化和混凝土收縮引起的裂縫   混凝土在凝結硬化過程中，由于水泥釋放大量的水化熱，在表面和內(nèi)部先后出現(xiàn)較大的溫差變化而引起拉應力；外部氣溫驟降也會在混凝土表面引起較大的拉應力，當這些拉應力超出混凝土的抗裂能力時即會出現(xiàn)裂縫。   （三）凍脹引起的裂縫   溫度低于零度和混凝土吸水飽和是發(fā)生凍脹破壞的必要條件。大氣氣溫低于零度時，吸水飽和的混凝土出現(xiàn)冰凍，游離的水轉(zhuǎn)變成冰，體積膨脹，因而混凝土產(chǎn)生膨脹應力，使混凝土出現(xiàn)裂縫。   （四）材料質(zhì)量引起的裂縫   混凝土主要由水泥、骨料、拌和水及外加劑組成。配置混凝土所采用材料質(zhì)量不合格，可導致結構出現(xiàn)裂縫。   水泥安定性不良，過期受潮，含堿量較高；骨料粒徑超標、級配不良、雜質(zhì)含量超標等而影響混凝土的強度，使混凝土收縮加大；采用氯化物等雜質(zhì)含量較高的拌和水及含堿的外加劑等均可能影響結構出現(xiàn)裂縫。   （五）施工引起的裂縫   在混凝土結構澆筑、制作、拆模、運輸、吊裝等過程中，若施工不規(guī)范，工藝不合理，則容易產(chǎn)生各種裂縫。比較常見的有：   1、混凝土保護層過厚，或踩塌已綁扎的上層鋼筋，使承受負彎矩的受力筋保護層加厚，而形成與受力鋼筋垂直方向的裂縫。   2、混凝土振搗不密實，出現(xiàn)空洞，導致鋼筋銹蝕或其它荷載裂縫的起源點。   3、混凝土攪拌、運輸時間過長，使水分蒸發(fā)過多，引起塌落度過低，或加大水灰比，出現(xiàn)不規(guī)則的收縮裂縫。   4、混凝土初期養(yǎng)護不到位，使得混凝土表面出現(xiàn)不規(guī)則的收縮裂縫。   5、支架預壓不夠或模板剛度不夠或拆模過早等使結構產(chǎn)生裂縫。   三、裂縫的控制措施   裂縫控制的主要措施是通過對設計、施工、原材料等方面進行控制的綜合技術措施。包括：合理選擇結構形式，加強構造配筋，減小水灰比、降低砂率，增加骨料粒徑，選用適宜的外加劑和摻合料，采取保溫保濕的養(yǎng)護措施等。   （一）設計方面的控制措施   1、設計中應盡量避免結構斷面突變帶來的應力集中。當無法回避時，應做局部處理，如轉(zhuǎn)角處做圓角，突變處做成漸變過渡，同時加強構造配筋，轉(zhuǎn)角處增配斜向鋼筋。   2、在結構設計中，應重視對于構造鋼筋的配置，特別是對于現(xiàn)澆箱梁、樓面、墻板等薄壁構件更應注意構造鋼筋的直徑和數(shù)量的選擇。   3、控制混凝土板內(nèi)管線的預埋，板內(nèi)不應預埋水管。其它管線預埋宜與鋼筋成斜交布置，應避免管線立體交叉，嚴禁多層管線交錯疊放，必要時宜在管線集散處增設垂直于管線的鋼絲網(wǎng)，增加雙層雙向抗裂構造配筋等加強措施。   4、對于大體積混凝土，可考慮采用60天齡期強度值作為設計值，以減少混凝土單方用灰量，并積極采用混凝土摻合料。   （二）原材料及配比的控制   1．水泥品種的選用和水泥用量的控制   選擇低水化熱水泥和在保證混凝土強度的前提下盡量減少水泥用量是有效降低水化熱，減少混凝土內(nèi)外溫差而出現(xiàn)裂縫的有效途徑。比如選擇礦渣硅酸鹽、普通硅酸鹽等低水化熱水泥。   2．摻合料和外加劑   粉煤灰具有減水、潤滑作用，能改善混凝土的粘聚性和流動性，減少水泥用量降低水化熱，減少混凝土收縮。大量研究實踐表明在泵送混凝土中摻入適量高等級的粉煤灰能替代部分水泥。選用具有減水、增強和緩凝的外加劑，可提高混凝土的流動性、粘聚性及泵送性能。實踐表明采用高效減水劑能提高混凝土的泵送性能，降低用水量和水泥用量，降低水化熱，減少溫度裂縫。   3．骨料的選擇   增大粗骨料的比例并保證粗骨料有良好的級配，減少骨料的孔隙率，可以減少膠結材料數(shù)量，降低水化熱，提高混凝土的抗裂性能，以保證板面混凝土的整體性，防止裂縫出現(xiàn)。   4．水灰比的控制   由于商品混凝土生產(chǎn)廠家為便于混凝土的運輸和泵送，往往會增大用水量，造成混凝土水灰比和坍落度過大，引起混凝土表面浮漿過厚，產(chǎn)生干縮裂縫和沉陷裂縫，因此嚴格控制混凝土的水灰比是解決混凝土裂縫最有效途徑之一。   （三）施工過程工藝控制   嚴格按配合比要求計量稱重和控制攪拌時間，混凝土攪拌均勻，從而保證混凝土質(zhì)量；嚴格控制混凝土坍落度，對商品混凝土應逐車檢查泵車泄料口混凝土坍落度；同時控制混凝土車運輸和停留時間，避免因運輸、停留時間過長，減少水分損失；對較大跨度的橋梁箱梁和高層建筑板面混凝土施工時，混凝土泵出料口宜采用布料機施工作業(yè)，使作業(yè)面布料均勻，避免混凝土不均的離析現(xiàn)象；施工時應要求做到振搗密實，防止出現(xiàn)混凝土漏振和過振現(xiàn)象。保證混凝土密實，提高混凝土的抗裂性能。   （四）養(yǎng)護、保護   早期養(yǎng)護。剛澆筑后的混凝土尚處于凝固硬化階段，水化速度較快，須采取覆蓋保濕措施防止混凝土表面脫水而產(chǎn)生干縮裂縫。因此加強混凝土早期養(yǎng)護，尤其在7d內(nèi)始終保持混凝土濕潤狀態(tài)是防止裂縫出現(xiàn)的重要環(huán)節(jié)；成品保護。混凝土澆筑完后，待混凝土達到一定強度后方可允許在混凝土表面進行施工作業(yè)；嚴格控制拆模時間，待混凝土強度達到設計和規(guī)范要求后方可拆模，避免因拆模過早而產(chǎn)生裂縫。   四、結論與建議   鋼筋混凝土結構裂縫的控制是一個綜合性的課題，需要設計、監(jiān)理、施工及使用方等各方的重視和多方面的努力。隨著當今對混凝土耐久性研究的不斷深入，材料科學的不斷發(fā)展和建筑技術水平的不斷提高，相信鋼筋混凝土結構裂縫問題將會逐漸得到解決。   參考文獻：   [1]王鐵夢建筑物的裂縫控制，上?？萍汲霭嫔?987.   [2]趙國藩鋼筋混凝土結構的裂縫控制等，海洋出版社1991.   [3]富文權混凝土工程裂縫分析與控制，中國鐵道出版社2002.