孫艷紅

當(dāng)前,鋼筋混凝土廣泛應(yīng)用于建筑工程,成為主要建筑材料,鋼筋混凝土構(gòu)件業(yè)已成為結(jié)構(gòu)的主要受力構(gòu)件。雖然鋼筋混凝土充分發(fā)揮了鋼筋和混凝土材料的性能優(yōu)點,但混凝土作為一種非均質(zhì)多相復(fù)合材料,相組成上包括水泥石、骨料和骨料—水泥石界面三部分,在自身變形、收縮和荷載作用下,容易造成同相連續(xù)性或異相粘結(jié)的中斷或破壞,再加上混凝土是典型的脆性材料,抗拉強度低,容易形成裂縫[1]。裂縫的存在影響建筑美觀,削弱構(gòu)件的整體性和承載能力,影響其安全性、適用性和耐久性,造成安全隱患,已成為建筑工程中普遍的質(zhì)量問題,有必要對其形成、開展原因進(jìn)行研究。

1 自身缺陷

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件主要由鋼筋和混凝土兩種性質(zhì)不同的材料組成,共同承受荷載作用,混凝土主要表現(xiàn)出塑性,澆筑成型過程中,自身存在隨機(jī)分布、不同尺寸和類型的微裂縫,伴隨著溫度變形和收縮,在約束和粘結(jié)應(yīng)力的共同作用下,混凝土內(nèi)部產(chǎn)生拉應(yīng)力,并在局部集中,當(dāng)大于混凝土極限抗拉強度時,迫使微裂縫擴(kuò)張成裂縫?？梢哉f混凝土自身的各向異性和受力的非連續(xù)性決定了裂縫與其之間的伴生關(guān)系。

2 設(shè)計原因

建筑工程設(shè)計過程是一項系統(tǒng)工程,應(yīng)充分考慮地質(zhì)條件、使用功能、環(huán)境因素、施工水平等因素,任一環(huán)節(jié)的疏忽都會引起構(gòu)件的質(zhì)量缺陷,帶來災(zāi)難性后果。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件裂縫和設(shè)計密切相關(guān),合理的設(shè)計可以把裂縫控制在允許的范圍之內(nèi),設(shè)計的不合理會加劇裂縫的發(fā)展。如設(shè)計前期勘探不明或過高估計地基承載力引起地基基礎(chǔ)的不均勻沉降;體型設(shè)計不合理;設(shè)計過程中荷載估計過小或漏算、計算模型選取不當(dāng)導(dǎo)致的安全儲備不足;構(gòu)造不合理;重視安全性忽略耐久性驗算;施工順序及施工技術(shù)設(shè)計不合理等均會導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生。

3 施工原因

1)材料因素。當(dāng)前施工用混凝土主要為商用泵送混凝土,為了增強混凝土的流動性,延長混凝土的初凝時間,追求利益最大化,部分廠家會在一定程度上片面改變水泥的質(zhì)量、混凝土骨料的級配、混凝土的配合比、外加劑的摻調(diào)、混凝土坍落度的控制,嚴(yán)重影響混凝土質(zhì)量。

2)施工管理因素。施工管理主要是對施工人員和施工現(xiàn)場的管理,如果管理不當(dāng)或管理不到位,均會嚴(yán)重影響施工質(zhì)量。如偷工減料造成的構(gòu)件尺寸偏小、鋼材用量不足、鋼筋綁扎或焊接不合要求、節(jié)點處理不當(dāng)、踩踏受力鋼筋等,甚至出現(xiàn)施工人員因?qū)I(yè)水平較低無意識改變設(shè)計意圖等。

3)施工工藝因素。施工工藝不良或混亂會嚴(yán)重影響施工質(zhì)量,如混凝土振搗不密實、不均勻?qū)е禄炷了?、沉?過度振搗導(dǎo)致析水、模板變形,混凝土分層或分段澆筑時接頭部位處理不當(dāng),模板剛度不足或模板支撐局部沉降,拆模過早或工藝不當(dāng),后澆帶施工表面處理不當(dāng)?shù)?。同時,新的施工技術(shù)如滑模施工技術(shù)等也會引起表面裂縫的出現(xiàn)。

4)養(yǎng)護(hù)工藝因素。良好的養(yǎng)護(hù)條件和工藝是確保鋼筋混凝土構(gòu)件質(zhì)量的基本措施。混凝土養(yǎng)護(hù)是保證其適宜的溫度、濕度,創(chuàng)造良好的硬化條件。養(yǎng)護(hù)不當(dāng)或不及時都會導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生,特別是在混凝土養(yǎng)護(hù)早期,混凝土還不是硬化體,處于可塑性狀態(tài),強度還沒有完全建立起來,應(yīng)避免附加荷載的作用。

4 環(huán)境因素

1)收縮裂縫。根據(jù)收縮的機(jī)理,收縮分為塑性收縮、自收縮和干燥收縮。塑性收縮主要發(fā)生在混凝土澆筑成型后到終凝前這段時間,此時混凝土處于可塑狀態(tài),強度尚未形成,由于骨料沉降和泌水,混凝土發(fā)生塑性收縮,當(dāng)收縮裂縫大于混凝土的極限拉應(yīng)變,混凝土開裂。自收縮由水泥水化作用引起:a.水泥水化作用下,混凝土自身體積減小,稱為水化收縮;b.水化作用消耗混凝土內(nèi)部孔隙的水分,形成真空,造成負(fù)壓,產(chǎn)生收縮,稱為自身干燥收縮。自收縮主要發(fā)生于混凝土澆筑成型以后到終凝后一周左右的時間。干燥收縮貫穿于混凝土使用的全過程。

2)溫度裂縫。主要由水化熱引起,水泥水化產(chǎn)生水化熱,溫度上升,伴隨著水化放熱的終了,混凝土溫度開始下降,表層混凝土溫度下降較快,產(chǎn)生收縮,內(nèi)部溫度下降較慢,仍處于受熱膨脹狀態(tài),并對外層混凝土的收縮起約束作用,產(chǎn)生自生應(yīng)力,并在局部集中,達(dá)到混凝土的極限抗拉強度,導(dǎo)致混凝土表面開裂。

3)溫變裂縫。由外界溫度變化產(chǎn)生的溫差引起,如暴曬、冰雪覆蓋、室內(nèi)外溫差、冷熱變化等。表現(xiàn)為溫差引起的收縮膨脹,之間互為約束產(chǎn)生自生應(yīng)力,或溫度降低,構(gòu)件體積收縮,在外部約束作用下,產(chǎn)生約束應(yīng)力,均會迫使混凝土開裂,形成裂縫。

4)凍融裂縫。凍融裂縫的產(chǎn)生與混凝土的密實程度和長期受潮密切相關(guān),潮濕環(huán)境融入混凝土中的水分在寒冷氣候作用下結(jié)冰,體積膨脹產(chǎn)生膨脹應(yīng)力,在反復(fù)凍融循環(huán)作用下,生成凍融裂縫。表現(xiàn)為混凝土酥松、表面砂漿剝落、鋼筋裸露、銹蝕。

5)鋼筋銹蝕裂縫。受力鋼筋銹蝕是影響鋼筋混凝土構(gòu)件耐久性的重要因素。正常情況下,鋼筋在混凝土強堿性的作用下形成致密的保護(hù)膜,使鋼筋處于鈍化狀態(tài),此時鋼筋不易發(fā)生銹蝕。但在環(huán)境的長期作用下,混凝土由于碳化和Cl-的侵蝕,破壞鋼筋表面的保護(hù)膜,使鋼筋處于活性或半活性狀態(tài),發(fā)生銹蝕,體積膨脹,對周圍混凝土形成膨脹應(yīng)力,積聚到一定程度,迫使混凝土開裂,進(jìn)一步加劇鋼筋的銹蝕和混凝土的開裂,同時鋼筋銹蝕導(dǎo)致構(gòu)件承載能力下降,影響構(gòu)件的承載能力。

6)化學(xué)反應(yīng)膨脹裂縫。化學(xué)反應(yīng)膨脹裂縫是一類典型的非荷載變形裂縫,具有代表性的是堿骨料反應(yīng)。堿骨料反應(yīng)是混凝土中的堿與骨料中活性粒子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成無膠凝性能的凝膠體,體積膨脹3倍～4倍,產(chǎn)生很大的膨脹內(nèi)應(yīng)力,導(dǎo)致混凝土開裂。

5 預(yù)制構(gòu)件

預(yù)制鋼筋混凝土構(gòu)件在建筑工程中的運用,提升了施工速度,節(jié)約建設(shè)成本。預(yù)制構(gòu)件一般定點制作,質(zhì)量可靠,但在運輸、堆放、吊裝等過程中,若工藝或管理不當(dāng),易受各種動靜荷載、重復(fù)荷載和反復(fù)荷載作用,甚至碰撞,導(dǎo)致保護(hù)層脫落、承載能力下降、變形加劇等,在設(shè)計荷載作用下引起混凝土開裂。

6 構(gòu)造裂縫

構(gòu)造裂縫很大程度上是由于設(shè)計不良和施工因素引起,是裂縫的一種常見形式,如建筑平面設(shè)計不規(guī)則,構(gòu)件拐角處、斷面突變處應(yīng)力集中,導(dǎo)致裂縫;構(gòu)件中線路管線布置、構(gòu)造措施不合理等均會影響構(gòu)件的承載能力。如PVC電線暗管在板中的布置削弱了板的有效截面,同時粘結(jié)力不足,極易導(dǎo)致分布裂縫;結(jié)構(gòu)開口部位和突出部位因收縮應(yīng)力集中易于開裂等。

7 使用功能改變

建筑工程在設(shè)計之初就根據(jù)使用功能、地質(zhì)條件、環(huán)境類別等因素確定體型、結(jié)構(gòu)形式、荷載等。伴隨著建筑工程的使用過程,可能會發(fā)生使用功能的改變,如建筑物用途變更、廠房工藝變化、設(shè)備更新或增添設(shè)備以及改建、擴(kuò)建等。造成結(jié)構(gòu)實際荷載增加、承載方式的改變,發(fā)生構(gòu)件因承載能力不足而產(chǎn)生荷載裂縫,甚至導(dǎo)致安全事故。

8 自然災(zāi)害和偶發(fā)事故

自然載荷和偶發(fā)事故種類多樣,破壞力巨大,如地震、水災(zāi)、風(fēng)災(zāi)、雪災(zāi)、地基塌陷、滑坡、爆炸、撞擊及其他工程事故等。建筑工程按照設(shè)計規(guī)范進(jìn)行設(shè)計,具有一定的抵御自然災(zāi)害的能力,由于當(dāng)前經(jīng)濟(jì)水平、設(shè)計及計算水平的限制:

1)沒有條件對所有自然災(zāi)害和偶發(fā)事故進(jìn)行設(shè)防;2)無法對其破壞作用機(jī)理進(jìn)行全真計算模擬,如地震,根據(jù)《抗震設(shè)計手冊》,設(shè)防烈度等級低于9級,設(shè)計手冊規(guī)定結(jié)構(gòu)設(shè)計大多數(shù)情況以等效地震荷載的形式表示地震作用,僅考慮水平和豎向兩個方向的荷載作用,在重要建筑上考慮動載效應(yīng),這與實際地震作用不符,另外如水災(zāi)作用下引起的地基沉降,風(fēng)災(zāi)、地震的反復(fù)荷載作用,爆炸沖擊荷載等可能導(dǎo)致裂縫,甚至構(gòu)件破壞。

9 結(jié)語

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件裂縫成因復(fù)雜,影響因素繁多。本文從材料自身缺陷、設(shè)計因素、施工因素、使用環(huán)境等8個方面闡述了裂縫的成因,舉出了可能導(dǎo)致裂縫的做法,對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計、施工、質(zhì)量管理及裂縫預(yù)防有一定的指導(dǎo)意義。

[1]張 雄.混凝土結(jié)構(gòu)裂縫防治技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2007.

[2]韓泰芳,耿維恕.鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)裂縫控制指南[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2006.

[3]白寶軍.現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫成因及控制[J].廣東建材,2008(3):28-30.

[4]曾明祥.鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)受力裂縫控制與加固處理方法的對比分析和應(yīng)用[J].中外建筑,2008(6):148-150.

[5]李永生.混凝土裂縫控制[J].山西建筑,2008,34(7):168-169.