論鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫成因及其控制

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 [論文關(guān)鍵詞]結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)中常見的一種作用效應(yīng)，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的裂縫是較難避免的。針對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)的裂縫問題，從設(shè)計(jì)，荷載，原材料，施工等方面對產(chǎn)生裂縫的各種因素進(jìn)行分析，并提出預(yù)控措施。   一、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫概述   改革開放以來，我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)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(gòu)筑物。在這些鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，結(jié)構(gòu)的裂縫問題，是一個相當(dāng)普遍的質(zhì)量問題，嚴(yán)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(shù)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(shí)踐中總結(jié)出的一些預(yù)控措施，能夠供工程技術(shù)人員借鑒參考，達(dá)到防范于未然的作用。   二、裂縫的種類和成因   結(jié)構(gòu)裂縫的成因復(fù)雜而繁多，比如：溫濕度的變化，混凝土的不均勻性，結(jié)構(gòu)不合理，原材料不符合要求，水灰比過大，基礎(chǔ)不均勻沉降和模板變形，養(yǎng)護(hù)不及時(shí)等?；炷两Y(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)在常規(guī)靜、動荷載及次應(yīng)力下產(chǎn)生的裂縫稱荷載裂縫，歸納起來主要有直接應(yīng)力裂縫、次應(yīng)力裂縫兩種。   1．直接應(yīng)力裂縫是指外荷載引起的直接應(yīng)力產(chǎn)生的裂縫   （1）設(shè)計(jì)方面，計(jì)算模型不合理；內(nèi)力與配筋計(jì)算錯誤；設(shè)計(jì)斷面或結(jié)構(gòu)剛度不足等；   （2）施工方面，對設(shè)計(jì)意圖理解不清，改變結(jié)構(gòu)受力模式；預(yù)制構(gòu)件起吊、運(yùn)輸、安裝等不規(guī)范。   2．次應(yīng)力裂縫是指由外荷載引起的次生應(yīng)力產(chǎn)生裂縫   （1）在設(shè)計(jì)外荷載作用下，由于結(jié)構(gòu)物的實(shí)際工作狀態(tài)同常規(guī)計(jì)算有出入，從而在某些部位引起次應(yīng)力導(dǎo)致結(jié)構(gòu)開裂。   （2）結(jié)構(gòu)中的鑿槽、開洞、設(shè)置牛腿等，在常規(guī)計(jì)算中難以用準(zhǔn)確的圖式進(jìn)行模擬計(jì)算，一般根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)置受力鋼筋。研究表明，受力構(gòu)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(yīng)力集中。在這些結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)角處或構(gòu)件形狀突變處容易出現(xiàn)裂縫。實(shí)際工程中，次應(yīng)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(jié)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(yīng)力；外部氣溫驟降也會在混凝土表面引起較大的拉應(yīng)力，當(dāng)這些拉應(yīng)力超出混凝土的抗裂能力時(shí)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(shí)，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(yīng)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(dǎo)致結(jié)構(gòu)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(biāo)、級配不良、雜質(zhì)含量超標(biāo)等而影響混凝土的強(qiáng)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(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫。   （五）施工引起的裂縫   在混凝土結(jié)構(gòu)澆筑、制作、拆模、運(yùn)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(hù)層過厚，或踩塌已綁扎的上層鋼筋，使承受負(fù)彎矩的受力筋保護(hù)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(shí)，出現(xiàn)空洞，導(dǎo)致鋼筋銹蝕或其它荷載裂縫的起源點(diǎn)。   3、混凝土攪拌、運(yùn)輸時(shí)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(hù)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(yù)壓不夠或模板剛度不夠或拆模過早等使結(jié)構(gòu)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(shè)計(jì)、施工、原材料等方面進(jìn)行控制的綜合技術(shù)措施。包括：合理選擇結(jié)構(gòu)形式，加強(qiáng)構(gòu)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(hù)措施等。   （一）設(shè)計(jì)方面的控制措施   1、設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量避免結(jié)構(gòu)斷面突變帶來的應(yīng)力集中。當(dāng)無法回避時(shí)，應(yīng)做局部處理，如轉(zhuǎn)角處做圓角，突變處做成漸變過渡，同時(shí)加強(qiáng)構(gòu)造配筋，轉(zhuǎn)角處增配斜向鋼筋。   2、在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，應(yīng)重視對于構(gòu)造鋼筋的配置，特別是對于現(xiàn)澆箱梁、樓面、墻板等薄壁構(gòu)件更應(yīng)注意構(gòu)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(yù)埋，板內(nèi)不應(yīng)預(yù)埋水管。其它管線預(yù)埋宜與鋼筋成斜交布置，應(yīng)避免管線立體交叉，嚴(yán)禁多層管線交錯疊放，必要時(shí)宜在管線集散處增設(shè)垂直于管線的鋼絲網(wǎng)，增加雙層雙向抗裂構(gòu)造配筋等加強(qiáng)措施。   4、對于大體積混凝土，可考慮采用60天齡期強(qiáng)度值作為設(shè)計(jì)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(qiáng)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(shí)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(qiáng)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(shí)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(jié)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(yùn)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(yán)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(yán)格按配合比要求計(jì)量稱重和控制攪拌時(shí)間，混凝土攪拌均勻，從而保證混凝土質(zhì)量；嚴(yán)格控制混凝土坍落度，對商品混凝土應(yīng)逐車檢查泵車泄料口混凝土坍落度；同時(shí)控制混凝土車運(yùn)輸和停留時(shí)間，避免因運(yùn)輸、停留時(shí)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(shí)，混凝土泵出料口宜采用布料機(jī)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(shí)應(yīng)要求做到振搗密實(shí)，防止出現(xiàn)混凝土漏振和過振現(xiàn)象。保證混凝土密實(shí)，提高混凝土的抗裂性能。   （四）養(yǎng)護(hù)、保護(hù)   早期養(yǎng)護(hù)。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(qiáng)混凝土早期養(yǎng)護(hù)，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(hù)。混凝土澆筑完后，待混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度后方可允許在混凝土表面進(jìn)行施工作業(yè)；嚴(yán)格控制拆模時(shí)間，待混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)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(jié)論與建議   鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的控制是一個綜合性的課題，需要設(shè)計(jì)、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(dāng)今對混凝土耐久性研究的不斷深入，材料科學(xué)的不斷發(fā)展和建筑技術(shù)水平的不斷提高，相信鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)裂縫問題將會逐漸得到解決。   參考文獻(xiàn)：   [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(jié)構(gòu)的裂縫控制等，海洋出版社1991.   [3]富文權(quán)混凝土工程裂縫分析與控制，中國鐵道出版社2002.