于獻(xiàn)華

在實(shí)際工程中,鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫是一種非常普遍的現(xiàn)象,裂縫不僅對(duì)混凝土的使用功能和耐久性產(chǎn)生影響,嚴(yán)重時(shí)甚至使混凝土構(gòu)件完全喪失其使用功能。近年來大量裂縫的出現(xiàn),并非與荷載作用有直接關(guān)系,通過大量的調(diào)查與實(shí)測(cè)研究證明,這種裂縫多是由于變形作用引起,包括溫度變形(水泥的水化熱、氣溫變化、環(huán)境生產(chǎn)熱)、收縮變形(塑性收縮、干燥收縮、碳化收縮)及地基不均勻沉降變形。由于這些變形受到約束引起的應(yīng)力超過混凝土的抗拉強(qiáng)度導(dǎo)致裂縫,這種裂縫統(tǒng)稱“變形作用引起的裂縫”。目前,裂縫問題引起了人們的廣泛關(guān)注。因此,探討鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的產(chǎn)生原因、預(yù)防措施及其補(bǔ)救措施是很有必要的。

1 鋼筋混凝土產(chǎn)生裂縫的原因

引起裂縫的原因是多方面的,如外荷載作用、濕度溫度的變化、基礎(chǔ)不均勻沉降、混凝土的收縮徐變等,構(gòu)件的配筋不合理及施工方法不當(dāng)也有可能引起混凝土構(gòu)件的開裂,下面就工程中比較常見的裂縫進(jìn)行闡述。

1.1 塑性收縮裂縫

塑性收縮裂縫又稱龜裂,多出現(xiàn)在結(jié)構(gòu)表面,形狀不規(guī)則且長(zhǎng)短不一,這種裂縫大多出現(xiàn)在混凝土澆筑初期。產(chǎn)生這種裂縫的因素主要有如下方面:1)混凝土的坍落度超過設(shè)計(jì)要求,同時(shí)振動(dòng)時(shí)間過長(zhǎng),使得水泥漿浮于上層,粗骨料在下沉?xí)r,受到鋼筋約束,出現(xiàn)不均勻沉降而使混凝土的表層產(chǎn)生裂縫。2)澆筑后混凝土面層沒有及時(shí)遮蓋,受高溫等環(huán)境影響,表面水分揮發(fā)加快,產(chǎn)生急劇收縮,而此時(shí)混凝土早期強(qiáng)度小于收縮變形應(yīng)力,從而開裂。3)使用收縮率較大的水泥、水泥用量過多、使用過量的細(xì)骨料或水灰比過大,也會(huì)導(dǎo)致這種裂縫出現(xiàn)。

1.2 混凝土干縮引起的裂縫

干縮裂縫一般在混凝土露天養(yǎng)護(hù)一段時(shí)間后,混凝土構(gòu)件表層或側(cè)面出現(xiàn)較細(xì)、走向縱橫交錯(cuò)、沒有規(guī)律性的、并隨濕度和溫度變化而逐漸發(fā)展的裂縫。這種裂縫多是混凝土硬化過程中,構(gòu)件內(nèi)部干縮而引起體積變化,當(dāng)這種體積變化受到約束時(shí),就可能產(chǎn)生干縮裂縫。這種裂縫產(chǎn)生因素:混凝土成型后,養(yǎng)護(hù)期間措施不當(dāng),受到風(fēng)吹日曬影響,使得混凝土表面水分散發(fā)加快,上層體積收縮大,而構(gòu)件內(nèi)部濕度變化較小,收縮不明顯,因而表面的收縮變形受到內(nèi)部混凝土或外力的約束,產(chǎn)生拉應(yīng)力,引起混凝土表面裂縫。

1.3 溫度變化引起的裂縫

環(huán)境溫度發(fā)生變化時(shí),根據(jù)熱脹冷縮原理產(chǎn)生附加應(yīng)力,當(dāng)這種應(yīng)力超過混凝土的抗拉或抗壓強(qiáng)度時(shí)就會(huì)產(chǎn)生裂縫。溫度裂縫大多發(fā)生在凝固的中后期,縫寬受溫度變化影響比較明顯。溫度裂縫比較常見,尤其在大體積混凝土澆筑時(shí),當(dāng)施工過早拆除保溫措施或受到寒流侵襲時(shí),導(dǎo)致溫度發(fā)生不均勻變化,表面混凝土受到內(nèi)部混凝土的約束,將產(chǎn)生很大的拉應(yīng)力。當(dāng)混凝土早期抗拉強(qiáng)度小于拉應(yīng)力時(shí),就會(huì)出現(xiàn)裂縫,這種裂縫只在較淺的范圍內(nèi)出現(xiàn);深入和貫穿性的溫度裂縫多是由結(jié)構(gòu)溫差大引起的,大體積混凝土凝結(jié)和硬化過程中,水化熱導(dǎo)致混凝土塊體溫度升高。當(dāng)混凝土塊體內(nèi)部的溫度與外部的溫度相差很大,以致所形成的溫度應(yīng)力或溫度變形超過混凝土當(dāng)時(shí)的抗拉強(qiáng)度或極限拉伸應(yīng)變時(shí),就會(huì)形成深入裂縫。

1.4 結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)不均勻沉降引起的裂縫

建筑荷載最終通過基礎(chǔ)傳給地基,當(dāng)構(gòu)筑物的基礎(chǔ)沉降不均勻時(shí),結(jié)構(gòu)構(gòu)件隨基礎(chǔ)受到強(qiáng)迫變形,導(dǎo)致構(gòu)件與構(gòu)件之間產(chǎn)生斜拉和剪切作用,從而使得結(jié)構(gòu)構(gòu)件開裂,隨著不均勻沉降的發(fā)展,裂縫會(huì)進(jìn)一步發(fā)展。這類裂縫的大小、形狀、方向取決于地基變形的情況,由于地基變形造成的應(yīng)力一般較大,因此裂縫寬度較大,多成45°,并且通常是貫穿性的。

2 預(yù)防裂縫產(chǎn)生的措施

1)根據(jù)地質(zhì)條件,選擇合理的基礎(chǔ)類型和開挖方式,防止基礎(chǔ)產(chǎn)生不均勻沉降。開挖基槽時(shí)盡量不要擾動(dòng)周邊原狀地質(zhì)結(jié)構(gòu),開挖到結(jié)構(gòu)持力層后,按設(shè)計(jì)及規(guī)范要求在基槽內(nèi)布點(diǎn),按點(diǎn)施工地質(zhì)釬探并做好記錄,檢驗(yàn)基槽承載力,發(fā)現(xiàn)不符合設(shè)計(jì)要求承載荷載時(shí),再次開挖,直至達(dá)到設(shè)計(jì)承載力,基礎(chǔ)施工前,虛渣和松動(dòng)巖石清理徹底。2)混凝土盡量選用水化熱較低的水泥,如礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥、粉煤灰水泥、復(fù)合水泥等;粗骨料宜選用表面粗糙、質(zhì)地堅(jiān)硬、級(jí)配良好、空隙率和含砂率小的石子;細(xì)骨料宜選用顆粒較粗、空隙較小、含泥量較低的中砂,以提高混凝土抗裂強(qiáng)度。在條件許可的情況下,可摻入適量的微膨脹劑或膨脹水泥,膨脹料在水化膨脹期(1 d～5 d)可產(chǎn)生一定的預(yù)壓應(yīng)力,從而部分抵消水化后期產(chǎn)生的溫度徐變應(yīng)力,減少混凝土內(nèi)的拉應(yīng)力,提高混凝土的抗裂能力。配制混凝土?xí)r,根據(jù)混凝土強(qiáng)度等級(jí)、質(zhì)量及混凝土和易性要求確定最合理配合比,嚴(yán)格控制水灰比和水泥用量,合理摻加各種外加劑,從而達(dá)到減少水泥用量,降低水化熱產(chǎn)生的熱應(yīng)力的目的,同時(shí)可在基礎(chǔ)內(nèi)部預(yù)埋冷卻水管,澆筑完成后,通入循環(huán)冷卻水,降低混凝土水化熱溫度,減少熱應(yīng)力。3)混凝土澆筑時(shí)要防止離析現(xiàn)象,振搗要均勻密實(shí),分層澆筑時(shí),振搗棒伸入下層混凝土厚度在5 cm～10 cm,從而提高混凝土和易性,增強(qiáng)抗裂性。大體積混凝土澆筑時(shí)按規(guī)范、設(shè)計(jì)和技術(shù)要求,合理的分層、分塊、分縫施工,并保證每個(gè)澆筑層上下均有溫度筋,溫度筋宜分布細(xì)密,一般用φ 8鋼筋,雙向配筋,間距15 cm。這樣可以增強(qiáng)抵抗溫度應(yīng)力的能力。上層鋼筋的綁扎,應(yīng)在澆筑完下層混凝土之后進(jìn)行,同時(shí)大體積混凝土澆筑預(yù)先設(shè)置好必要的伸縮縫、變形縫和沉降縫,以減少溫度裂縫。4)加強(qiáng)混凝土早期養(yǎng)護(hù),并適當(dāng)延長(zhǎng)養(yǎng)護(hù)時(shí)間。人工控制混凝土溫度的措施對(duì)早期因熱原因引起的裂縫作用不明顯。比如表面保溫材料保護(hù)可以減少內(nèi)外溫差,但不可避免地導(dǎo)致混凝土體內(nèi)溫度很高,從受約束而導(dǎo)致貫穿裂縫的角度看,是一個(gè)潛在惡化裂縫的條件,因?yàn)轶w內(nèi)熱量遲早是要散發(fā)掉的。另外人工控制混凝土溫度還需注意的問題是防止過速冷卻和超冷,過速冷卻不僅會(huì)使混凝土溫度梯度過大,而且早期的過速超冷會(huì)影響水泥—膠體體系的水化程度和早期強(qiáng)度,更易產(chǎn)生早期熱裂縫。超冷會(huì)使混凝土溫差過大,引起溫差裂縫,澆筑時(shí)間盡量安排在夜間,最大限度降低混凝土的初凝溫度。白天施工時(shí)要求在砂、石堆場(chǎng)搭設(shè)簡(jiǎn)易遮陽裝置,或用濕麻袋覆蓋,必要時(shí)向骨料噴冷水?；炷帘盟蜁r(shí),可在水平及垂直泵管上加蓋草袋并噴冷水。5)應(yīng)安排合理的拆模時(shí)間及順序,嚴(yán)格執(zhí)行混凝土結(jié)構(gòu)工程施工及驗(yàn)收規(guī)范中規(guī)定的混凝土強(qiáng)度和工程設(shè)計(jì)要求。嚴(yán)禁混凝土構(gòu)件(尤其是懸挑構(gòu)件)尚未達(dá)到規(guī)定的強(qiáng)度就拆除模板,以防裂縫產(chǎn)生。拆模的順序一般應(yīng)按照“先支后拆,后支先拆,先拆非承重部位,后拆承重部位”的原則。

3 結(jié)語

裂縫是混凝土結(jié)構(gòu)中普遍存在的一種現(xiàn)象,它的出現(xiàn)不僅會(huì)降低建筑物的抗?jié)B能力,影響建筑物的使用功能,而且會(huì)引起鋼筋的銹蝕,混凝土的碳化,降低材料的耐久性,影響建筑物的承載能力。在實(shí)踐中,應(yīng)根據(jù)裂縫產(chǎn)生的原因及裂縫特點(diǎn),在施工中相應(yīng)采取正確施工工藝及補(bǔ)救措施,使裂縫對(duì)構(gòu)件或結(jié)構(gòu)的危害降到最小,以延長(zhǎng)構(gòu)筑物的使用壽命,從而使鋼筋混凝土構(gòu)筑物能夠安全可靠地運(yùn)行。

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