鋼筋砼結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生原因分析及預(yù)防

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建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫是很普遍的現(xiàn)象，從理論上說，混凝土結(jié)構(gòu)尤其是受彎構(gòu)件總是帶裂縫工作的，在使用荷載不大的情況下，沒有裂縫隙或這類結(jié)構(gòu)性裂縫隙非常細(xì)微，不易為肉眼所察覺。但在現(xiàn)實(shí)的建筑中，混凝土結(jié)構(gòu)會出現(xiàn)各種各樣的裂縫，其中最常見的要數(shù)鋼筋砼構(gòu)件以及磚墻裂縫。在這里主要討論鋼筋砼梁出現(xiàn)裂縫的原因很復(fù)雜，主要有材料或氣候因素、施工不當(dāng)、設(shè)計(jì)和施工錯(cuò)誤、改變使用功能或使用不合理等，通?？蓺w納為以下幾種：
    一、鋼筋砼常見裂縫原因分析
    1、 材料質(zhì)量
    材料質(zhì)量問題引起的裂縫較常見的原因是水泥、砂、石等質(zhì)量不好，若工程上用了這等不合格的材料就會產(chǎn)生“豆腐渣工程”。所以說只有材料的質(zhì)量關(guān)把好了，工程質(zhì)量才會在根本上得到保證。
    2、 施工工藝
    施工工藝涉及的面很廣，不可能一一敘述，一般常涉用到的有：
    （1）水分蒸發(fā)、水泥結(jié)石的砼干縮通常是導(dǎo)致砼裂縫的重要原因。
    （2）砼是一種人造混合材料，其質(zhì)量好壞的一個(gè)重要標(biāo)志是成型后砼的均勻性和密實(shí)程度。因此砼的攪拌、運(yùn)輸、澆搗、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砼開裂。施工過程中，鋼筋表面污染、砼保證層太小或太大，澆筑中碰撞鋼筋使其移位等都可能引起裂縫，施工控制不嚴(yán)，超載堆荷，也可能導(dǎo)致出現(xiàn)裂縫。
    （4）砼養(yǎng)護(hù)，特別是早期養(yǎng)護(hù)質(zhì)量與裂縫的關(guān)系密切，混凝土尚處于未完全硬化狀態(tài)時(shí)，如干燥過快，則產(chǎn)生收縮裂縫，通常發(fā)生在表面上，裂縫不規(guī)則，寬度小，另外水泥在水化及硬化過程中，散發(fā)大量熱量，使砼內(nèi)外部產(chǎn)生溫差，超過一定值時(shí)，因砼的收縮不一致而產(chǎn)生裂縫。
    （5）避免在極端天氣條件下施工，可以減少砼結(jié)構(gòu)的開裂情況?！?
    3、 地基變形
    在鋼筋砼結(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。
    4、 溫度變形
    砼具有熱脹冷縮的性質(zhì)，其線膨脹系數(shù)一般為1×10-5/0C。當(dāng)環(huán)境溫度發(fā)生變化時(shí)，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)力超過砼的抗拉強(qiáng)度時(shí)，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，大體積砼的裂縫等。
    5、 濕度變形
    砼在空氣中結(jié)硬時(shí)，體積會逐漸減小，一般謂之干縮。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。砼的收縮值一般為0.2~0.4‰，其發(fā)展規(guī)律是早期快、后期緩慢。因此對于超長的建筑物或構(gòu)筑物，通常是摻加微膨脹劑等，這樣可基本解決砼的早期干縮問題。
    6、 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。例如早期受震、拆模過早或方法不當(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)力值過大等均可能產(chǎn)生裂縫。而最常見的是鋼筋砼梁、板受彎構(gòu)件，在使用荷載作用下往往會出現(xiàn)不同程度的裂縫。普通鋼筋砼構(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，肉眼一般不易察覺，而構(gòu)件的極限破壞荷載往往是在設(shè)計(jì)荷載的 1.5倍以上，所以在一般情況下鋼筋砼構(gòu)件是允許帶裂縫工作的。在使用過程中，改變原來使用功能，如將辦公室改為倉庫、屋面加層、使用不當(dāng)、增大荷載等均可能會引起出現(xiàn)裂縫。在鋼筋砼設(shè)計(jì)規(guī)范中，分別不同情況規(guī)定裂縫的最大寬度為0.2～0.3mm。對那些寬度超過規(guī)范規(guī)定的裂縫，以及不允許出現(xiàn)裂縫則應(yīng)認(rèn)為有害，需加以認(rèn)真分析，慎重處理。
    7、 設(shè)計(jì)欠周全。如截面不夠、梁的跨度過大、高度偏小，或者由于計(jì)算錯(cuò)誤，受力鋼筋截面偏小或板太薄、配筋位置不當(dāng)、節(jié)點(diǎn)不合理、結(jié)構(gòu)構(gòu)件斷面突變或因開洞、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)纫蛩鼐菀讓?dǎo)致砼開裂。
    8、 徐變
    砼徐變造成開裂或裂縫發(fā)展的例子工程中也和很常見。據(jù)文獻(xiàn)記載受彎構(gòu)件截面砼受壓徐變，可以使構(gòu)件變形增大2~3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。
    二、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(jì)手段、施工手段來克服。
    1、 材料選用
    （1）水泥：應(yīng)選用水化熱較低的水泥，嚴(yán)禁使用安定性不合格的水泥。
    （2）粗骨料：宜用表面粗糙、質(zhì)地堅(jiān)硬的石料、級配良好、空隙率小、無堿性反應(yīng)；有害物質(zhì)及粘土含量不超過規(guī)定。
    （3）細(xì)骨料：宜用顆粒較粗、空隙較小、含泥量較低的中砂。
    （4）外摻加料：宜采用減水劑等外加劑，以改善砼工作性能，降低用水量，減少收縮。
    2、 配料
    （1）配合比設(shè)計(jì)：應(yīng)采用低水灰比、低用水量，以減少水泥用量。
    （2）禁止任意增加水泥用量。
    （3）配制砼時(shí)計(jì)量應(yīng)準(zhǔn)確，要嚴(yán)格控制水灰比和水泥用量，攪拌均勻，離析的砼必須重新拌勻后，方可澆筑。
    3、 配筋
    鋼筋的配置應(yīng)嚴(yán)格按施工圖施工，尤應(yīng)重視以下各點(diǎn)：
    （1）鋼筋品種、規(guī)格、數(shù)量的改變、代用，必須考慮對構(gòu)件抗裂性能的影響。
    （2）鋼筋的位置要正確，保護(hù)層過大或過小都可能導(dǎo)致砼開裂，鋼筋間距過大，易引起鋼筋之間的砼開裂。
    4、 模板工程
    鋼筋砼結(jié)構(gòu)裂縫的預(yù)防，在模板工程中應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：
    （1）模板構(gòu)造要合理，以防止模板各桿件間的變形不同而導(dǎo)致砼裂縫。
    （2）模板和支架要有足夠的剛度，防止施工荷載（特別是動(dòng)荷載）作用下，模板變形過大造成開裂。
    （3）合理掌握拆模時(shí)機(jī)，拆模時(shí)間過早，應(yīng)保證早齡期砼不損壞或不開裂，但也不能太晚，盡可能不要錯(cuò)過砼水化熱峰值，即不要錯(cuò)過最佳養(yǎng)護(hù)介入時(shí)機(jī)。
    5、 砼澆筑
    （1）砼澆筑時(shí)應(yīng)防止離析現(xiàn)象，振搗應(yīng)均勻、適度。
    （2）加強(qiáng)砼的早期養(yǎng)護(hù)，并適度延長養(yǎng)護(hù)時(shí)間，在氣溫高、濕度低或風(fēng)速大的條件下，更應(yīng)及早進(jìn)行噴水養(yǎng)護(hù)，在澆水養(yǎng)護(hù)有因難時(shí)，或者不能保證其充分濕潤時(shí)，可采用覆蓋保濕材料等方法。
    6、 設(shè)計(jì)構(gòu)造
    （1）建筑平面選型時(shí)在滿足使用功能要求的前提下，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。
    （2）合理布置縱橫墻，縱墻開洞應(yīng)盡可能小。
    （3）控制建筑物有長高比，長高比越小，整體剛度越大，調(diào)整不均勻沉降的能力越強(qiáng)。
    （4）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。
    （5）減少地基的不均勻沉降，除了前述的措施外，在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中可以采取調(diào)整基礎(chǔ)的埋深度，不同的地基計(jì)算強(qiáng)度和采用不同的墊層厚度等方法，來調(diào)整地基的不均勻變形。
    （6）適當(dāng)加強(qiáng)基礎(chǔ)有剛度和強(qiáng)度。
    （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，即使出現(xiàn)了裂縫，也能阻止其進(jìn)一步發(fā)展。
    （8）正確地設(shè)置沉降縫。沉降縫位置和縫寬的選定應(yīng)合適，構(gòu)造要合理，可以和其結(jié)構(gòu)縫合并設(shè)置。
    （9）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，同樣，也可以和其它結(jié)構(gòu)縫合并使用。
    （10）部分窗臺砌體應(yīng)加強(qiáng)。對寬大的窗臺下部宜設(shè)置鋼筋砼梁，以適應(yīng)窗臺的變形，防止窗臺處產(chǎn)生豎直裂縫。
    7、 施工技術(shù)
    （1）加強(qiáng)地基的檢查與驗(yàn)收工作，基坑開挖后應(yīng)及時(shí)通知勘察及設(shè)計(jì)單位到現(xiàn)場驗(yàn)收，對較復(fù)雜的地基，設(shè)計(jì)方在基坑開挖后應(yīng)要求勘察補(bǔ)鉆探，當(dāng)探出有不利的地質(zhì)情況時(shí)，必須先對其加固處理，并經(jīng)驗(yàn)收合格后，方可進(jìn)行下一步施工。
    （2）開挖基槽時(shí)，要注意不擾動(dòng)其原狀結(jié)構(gòu)。
    （3）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。
    綜上分析，鋼筋砼結(jié)構(gòu)裂縫應(yīng)針對成因，貫徹預(yù)防為主的原則，加強(qiáng)設(shè)計(jì)施工及使用等方面的管理，確保結(jié)構(gòu)安全和避免不必要的損失。