混凝土結(jié)構(gòu)裂縫主要原因

在結(jié)構(gòu)混凝土施工過(guò)程中,混凝土表面常會(huì)出現(xiàn)各種病害,其中混凝土裂縫是很普遍的結(jié)構(gòu)性病害之一。它不僅影響結(jié)構(gòu)的美觀,也會(huì)降低結(jié)構(gòu)混凝土的強(qiáng)度,影響結(jié)構(gòu)的使用性能和使用壽命,給人們的生活、生產(chǎn)帶來(lái)不便。因此,對(duì)引發(fā)結(jié)構(gòu)混凝土裂縫的成因進(jìn)行分析、歸納及采取預(yù)防措施很有必要。

1裂縫的成因

在施工和使用過(guò)程中,引起建筑混凝土結(jié)構(gòu)開(kāi)裂的原因很多,當(dāng)發(fā)生溫度和濕度變化、結(jié)構(gòu)受荷、地基不均勻沉降、施工方式不當(dāng)時(shí),都非常容易產(chǎn)生裂縫,具體原因有以下幾方面:

(1)設(shè)計(jì)構(gòu)造

在設(shè)計(jì)時(shí)考慮不周,結(jié)構(gòu)構(gòu)件斷面突變或因開(kāi)洞、留槽引起應(yīng)力集中;在構(gòu)造處理不當(dāng)時(shí),現(xiàn)澆主梁在擱次梁處如果沒(méi)有設(shè)置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)致混凝土開(kāi)裂。

(2)地基變形

建筑工程基礎(chǔ)不均勻沉降是造成鋼筋混凝土開(kāi)裂的主要原因:

①房屋建于土質(zhì)差別較大或軟弱土質(zhì)上。

②建筑物基礎(chǔ)深淺不一。

③房屋相鄰部分的高度、荷重、結(jié)構(gòu)剛度差別較大。

④建筑物平面形狀復(fù)雜、立面變化過(guò)大、長(zhǎng)度過(guò)大等原因造成基礎(chǔ)不均勻沉降。裂縫的大小、形狀、方向與地基變形的情況有關(guān),由于地基變形的應(yīng)力相對(duì)較大,使得裂縫一般是貫穿性的,危害較大。

(3)施工方面

施工工藝不當(dāng)是造成鋼筋混凝土開(kāi)裂的另一個(gè)主要原因。由于施工原因造成裂縫出現(xiàn)的因素很多,主要有:

①水泥、砂、石等質(zhì)量不好是引起裂縫較常見(jiàn)的因素。若工程上用了這些不合格的材料就會(huì)導(dǎo)致“豆腐渣工程”,所以說(shuō)只有把好材料的質(zhì)量關(guān),工程質(zhì)量才會(huì)在根本上得到保證;

②混凝土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,都可能使裂縫產(chǎn)生的直接或間接原因;

③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?;炷琉B(yǎng)護(hù),特別是早期養(yǎng)護(hù)質(zhì)量與裂縫關(guān)系密切。早期表面干燥可使其內(nèi)外濕度較大更容易產(chǎn)生裂縫;

④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(guò)早拆模等都有可能造成混凝土開(kāi)裂。施工過(guò)程中,鋼筋表面污染,混凝土保護(hù)層太大或太小,澆灌中碰撞鋼筋使其移位等都可能引起裂縫。

(4)結(jié)構(gòu)受荷

在施工中和使用中由于結(jié)構(gòu)受荷都可能出現(xiàn)裂縫。例如早期受震、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、張拉應(yīng)力值過(guò)大等均可能產(chǎn)生裂縫。而最常見(jiàn)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(jì)荷載,就可能出現(xiàn)裂縫,肉眼一般不能察覺(jué),而構(gòu)件的極限破壞荷載往往都在設(shè)計(jì)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(這類裂縫也稱為無(wú)害裂縫)。在鋼筋混凝土設(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(duì)那些寬度超過(guò)規(guī)范規(guī)定的裂縫,以及不允許開(kāi)裂的構(gòu)件上出現(xiàn)裂縫則是有害的,需加以認(rèn)真分析,慎重處理。

(5)溫濕度變化

當(dāng)溫度變化時(shí),由于材料熱脹冷縮,房屋各部分構(gòu)件將產(chǎn)生各自不同的變形,引起彼此制約而產(chǎn)生應(yīng)力。因屋面混凝土與墻體的線膨脹系數(shù)不一致,屋面變形較大,當(dāng)屋蓋和墻體之間構(gòu)造處理不當(dāng),會(huì)使墻體受拉,當(dāng)其剪力和拉應(yīng)力大于砌體的抗剪抗拉強(qiáng)度時(shí),產(chǎn)生溫差裂縫。普通混凝土在空氣中硬結(jié),濕度發(fā)生變化時(shí),體積會(huì)有所收縮,由此而在構(gòu)件內(nèi)產(chǎn)生拉應(yīng)力,在早期混凝土強(qiáng)度較低時(shí),混凝土收縮值最大。因此,若構(gòu)件早期養(yǎng)護(hù)不良,極易產(chǎn)生收縮裂縫。

2裂縫的控制措施

(1)設(shè)計(jì)方面

①設(shè)計(jì)中的“抗”與“放”。在建筑設(shè)計(jì)中應(yīng)處理好構(gòu)件中“抗”與“放”的關(guān)系。所謂抗就是處于約束狀態(tài)下的結(jié)構(gòu),沒(méi)有足夠的變形余地時(shí),為防止裂縫所采取的有力措施,而所謂放就是結(jié)構(gòu)完全處于自由變形無(wú)約束狀態(tài)下,有足夠變形余地時(shí)所采取的措施。設(shè)計(jì)人員應(yīng)靈活地運(yùn)用抗放結(jié)合、或以抗為主、或以放為主的設(shè)計(jì)原則來(lái)選擇結(jié)構(gòu)方案和使用的材料。

②設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量避免結(jié)構(gòu)斷面突變帶來(lái)的應(yīng)力集中。如因結(jié)構(gòu)或造型方面原因等而不得以時(shí),應(yīng)充分考慮采用加強(qiáng)措施。

③積極采用補(bǔ)償收縮混凝土技術(shù)。在常見(jiàn)的混凝土裂縫中,有相當(dāng)部分都是由于混凝土收縮而造成的。要解決由于收縮而產(chǎn)生的裂縫,可在混凝土中摻用膨脹劑來(lái)補(bǔ)償混凝土的收縮,實(shí)踐證明,效果是很好的。

④重視對(duì)構(gòu)造鋼筋的認(rèn)識(shí)。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,設(shè)計(jì)人員應(yīng)重視對(duì)于構(gòu)造鋼筋的配置,特別是于樓面、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。

⑤對(duì)于大體積混凝土,建議在設(shè)計(jì)中考慮采用60天齡期混凝土強(qiáng)度值作為設(shè)計(jì)值,以減少混凝土單方用灰量,并積極采用各類行之有效的混凝土摻合料。

(2)材料選擇和混凝土配合比設(shè)計(jì)方面

①根據(jù)結(jié)構(gòu)的要求選擇合適的混凝土強(qiáng)度等級(jí)及水泥品種、等級(jí),盡量避免采用早強(qiáng)的水泥。

②選用級(jí)配優(yōu)良的砂、石原料,含泥量應(yīng)符合規(guī)范要求。

③積極采用摻合料和混凝土外加劑。摻合料和外加劑目前已作為混凝土的第五、六大組份,可以明顯地起到降低水泥用量、降低水化熱、改善混凝土的工作性能和降低混凝土成本的作用。

④正確掌握好混凝土補(bǔ)償收縮技術(shù)的運(yùn)用方法。對(duì)膨脹劑應(yīng)充分考慮到不同品種、不同摻量所起到的不同膨脹效果。應(yīng)通過(guò)大量的試驗(yàn)確定膨脹劑的最佳摻量。

⑤模板構(gòu)造要合理,以防止模板間的變形不同而導(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(guò)大造成開(kāi)裂,合理掌握拆模時(shí)機(jī),拆模時(shí)間不能過(guò)早,應(yīng)保證早齡期混凝土不損壞或不開(kāi)裂,但也不能太晚,盡可能不要錯(cuò)過(guò)混凝土水化熱峰值,即不要錯(cuò)過(guò)最佳養(yǎng)護(hù)時(shí)機(jī)。

⑥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。配合比設(shè)計(jì)人員應(yīng)深入施工現(xiàn)場(chǎng),依據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的澆搗工藝、操作水平、構(gòu)件截面等情況,合理選擇好混凝土的設(shè)計(jì)坍落度,針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的砂、石原料質(zhì)量情況及時(shí)調(diào)整施工配合比,協(xié)助現(xiàn)場(chǎng)搞好構(gòu)件的養(yǎng)護(hù)工作。應(yīng)嚴(yán)格按選定的配合比施工,配制混凝土?xí)r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。

(3)現(xiàn)場(chǎng)操作方面

①澆搗工作:澆搗時(shí),振搗棒要快插慢拔,根據(jù)不同的混凝土坍落度正確掌握振搗時(shí)間,避免過(guò)振或漏振,應(yīng)提倡采用二次振搗、二次抹面技術(shù),以排除混凝土內(nèi)部的水分和氣泡。

②混凝土養(yǎng)護(hù):在混凝土裂縫的防治工作中,對(duì)新澆混凝土的早期養(yǎng)護(hù)工作尤為重要,以保證混凝土在早期盡可能少產(chǎn)生收縮。主要是控制好構(gòu)件的濕潤(rùn)養(yǎng)護(hù),對(duì)于大體積混凝土,有條件時(shí)宜采用蓄水或流水養(yǎng)護(hù),養(yǎng)護(hù)時(shí)間為14-28天。

③混凝土的降溫和保溫工作:對(duì)于厚大體積混凝土,施工時(shí)應(yīng)充分考慮水泥水化熱問(wèn)題。采取必要的降溫措施,避免水化熱高峰的集中出現(xiàn)、降低峰值。澆搗成型后,應(yīng)采取必要的蓄水保溫措施,表面覆蓋薄膜、濕麻袋等進(jìn)行養(yǎng)護(hù),以防止由于混凝土內(nèi)外溫差過(guò)大而引起的溫度裂縫。

④避免在雨中或大風(fēng)中澆灌混凝土。

⑤對(duì)于地下結(jié)構(gòu)混凝土,盡早回填土,對(duì)減少裂縫有利。

⑥夏季應(yīng)注意混凝土的澆搗溫度,采用低溫人模、低溫養(yǎng)護(hù),必要時(shí)經(jīng)試驗(yàn)可采用冰塊,以降低混凝土原材料的溫度。

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