張東亮

建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫是很普遍的現(xiàn)象,從理論上說(shuō),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(huì)出現(xiàn)各種各樣的裂縫,其中最常見的是鋼筋混凝土構(gòu)件以及磚墻裂縫。鋼筋混凝土梁出現(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。

1 混凝土裂縫的類型和原因

混凝土的裂縫按產(chǎn)生的時(shí)間可分為硬化前裂縫、硬化過程裂縫和完成硬化后裂縫。按裂縫產(chǎn)生的原因?qū)⒒炷练譃閮纱箢?

1)由外荷載引起的裂縫,包括按照常規(guī)計(jì)算的主要應(yīng)力引起的“荷載裂縫”以及由結(jié)構(gòu)本身自重引起的裂縫,通常俗稱為結(jié)構(gòu)性裂縫、受力裂縫。2)由變形變化引起的裂縫,包括溫度、濕度、收縮和膨脹、不均勻沉降等因素引起的裂縫,也稱為非結(jié)構(gòu)性裂縫。

2 鋼筋混凝土常見裂縫原因分析

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,若工程上用了這些不合格的材料就會(huì)產(chǎn)生“豆腐渣工程”。所以說(shuō)只有材料的質(zhì)量關(guān)把好了,工程質(zhì)量才會(huì)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,一般常用到的有:施工過程中,鋼筋表面污染、混凝土保證層太小或太大,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?；炷琉B(yǎng)護(hù),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,使混凝土內(nèi)外部產(chǎn)生溫差,超過一定值時(shí),因混凝土的收縮不一致而產(chǎn)生裂縫。避免在極端天氣條件下施工,可以減少混凝土結(jié)構(gòu)的開裂情況。3)地基變形。在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中,造成開裂的主要原因是不均勻沉降。裂縫的大小、外形、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(duì)較大,使得裂縫一般是貫穿性的。4)溫度變形?；炷辆哂袩崦浝淇s的性質(zhì),其線膨脹系數(shù)一般為1×10-5℃。當(dāng)環(huán)境溫度發(fā)生變化時(shí),就會(huì)產(chǎn)生溫度變形,由此產(chǎn)生附加應(yīng)力,當(dāng)這種應(yīng)力超過混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí),就會(huì)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,大體積混凝土的裂縫等。5)濕度變形?；炷猎诳諝庵薪Y(jié)硬時(shí),體積會(huì)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?；炷恋氖湛s值一般為0.2‰～0.4‰,其發(fā)展規(guī)律是早期快、后期緩慢。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。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讓?dǎo)致混凝土開裂。

3 施工考慮新拌和混凝土溫度及對(duì)裂縫規(guī)范要求

3.1 考慮新拌和混凝土溫度

混凝土拌合物中每種材料對(duì)新拌混凝土溫度的貢獻(xiàn)與每種材料的溫度、比熱和每種材料的質(zhì)量有關(guān)?？梢愿鶕?jù)下式大致推斷出新拌混凝土溫度:

其中,T為新拌混凝土溫度,℃;Ta,Tc,Tw,Twa分別為集料、水泥、拌合水和集料中自由水的溫度,℃;Ma,Mc,Mw,Mwa分別為集料、水泥、拌合水和集料中自由水的質(zhì)量,kg。

3.2 盡可能使用較冷的水源

水可以制冷、液氮或冰進(jìn)行冷卻,通常拌合水溫度降低2.0℃～2.2℃可以使混凝土溫度降低0.5℃。但是,拌合水在整個(gè)拌合物中所占的比例很小,所以若單獨(dú)冷卻水,混凝土溫度降幅一般不超過4.5℃。

3.3 裂縫規(guī)范要求

根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理》之規(guī)定,鋼筋混凝土構(gòu)件的最大裂縫寬度如表1所示。

表1 結(jié)構(gòu)構(gòu)件的裂縫控制等級(jí)及最大裂縫寬度極限 mm

4 預(yù)防措施

1)材料選用。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。粗骨料:宜用表面粗糙、質(zhì)地堅(jiān)硬的石料、級(jí)配良好、空隙率小、無(wú)堿性反應(yīng);有害物質(zhì)及黏土含量不超過規(guī)定。細(xì)骨料:宜用顆粒較粗、空隙較小、含泥量較低的中砂。外摻加料:宜采用減水劑等外加劑,以改善混凝土工作性能,降低用水量,減少收縮。2)配料。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。禁止任意增加水泥用量。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,離析的混凝土必須重新拌勻后,方可澆筑。3)配筋。鋼筋品種、規(guī)格、數(shù)量的改變、代用,必須考慮對(duì)構(gòu)件抗裂性能的影響。鋼筋的位置要正確,保護(hù)層過大或過小都可能導(dǎo)致混凝土開裂,鋼筋間距過大,易引起鋼筋之間的混凝土開裂。4)模板工程。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,模板變形過大造成開裂。合理把握拆模時(shí)機(jī),拆模時(shí)間不能過早,應(yīng)保證早齡期混凝土不損壞或不開裂,但也不能太晚,盡可能不要錯(cuò)過混凝土水化熱峰值,即不要錯(cuò)過最佳養(yǎng)護(hù)介入時(shí)機(jī)。5)混凝土澆筑?；炷翝仓r(shí)應(yīng)防止離析現(xiàn)象,振搗應(yīng)均勻、適度。加強(qiáng)混凝土的早期養(yǎng)護(hù),并適度延長(zhǎng)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(rùn)時(shí),可采用覆蓋保濕材料等方法。6)設(shè)計(jì)構(gòu)造。建筑平面選型時(shí)在滿足使用功能要求的前提下,力求簡(jiǎn)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。合理布置縱橫墻,縱墻開洞應(yīng)盡可能小。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。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(lái)調(diào)整地基的不均勻變形。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。限制伸縮縫間距。對(duì)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,也可以和其他結(jié)構(gòu)縫合并使用。部分窗臺(tái)砌體應(yīng)加強(qiáng)。對(duì)寬大的窗臺(tái)下部宜設(shè)置鋼筋混凝土梁,以適應(yīng)窗臺(tái)的變形,防止窗臺(tái)處產(chǎn)生豎直裂縫。7)施工技術(shù)。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(chǎng)驗(yàn)收,對(duì)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(duì)其加固處理,并經(jīng)驗(yàn)收合格后,方可進(jìn)行下一步施工。開挖基槽時(shí),要注重不擾動(dòng)其原狀結(jié)構(gòu)。合理安排施工順序。

5 裂縫修補(bǔ)方法

裂縫修補(bǔ)的方法,主要有兩大類:抹面堵漏法和注漿堵漏法,具體見表2。

表2 裂縫修補(bǔ)方法

6 預(yù)防裂縫的措施的建議

1)攪拌站應(yīng)加強(qiáng)原材料的質(zhì)量檢驗(yàn)和控制,特別是砂石含水量和含泥量的檢驗(yàn)和控制,尤其是水灰比的控制,以確保混凝土自身質(zhì)量穩(wěn)定;進(jìn)一步優(yōu)化配比,來(lái)提高混凝土的抗裂性;應(yīng)盡量降低成品攪拌混凝土的溫度。2)施工單位應(yīng)重視施工質(zhì)量和質(zhì)量管理,尤其是在混凝土振搗(避免漏振和少振)和養(yǎng)護(hù)工作(注意早期養(yǎng)護(hù)效果),把握好拆模時(shí)間和方式,保證模板的穩(wěn)定性,鋼筋的保護(hù)層尺寸、位置和數(shù)量等;作好施工日志,包括養(yǎng)護(hù)記錄、施工異常處理記錄;對(duì)水灰比嚴(yán)格控制。3)提高混凝土膨脹劑的摻入量。由原設(shè)計(jì)摻入量10%HEA型混凝土膨脹劑增加到12%,以減小混凝土的硬化時(shí)的收縮性。

7 結(jié)語(yǔ)

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)裂縫應(yīng)針對(duì)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治理,確保結(jié)構(gòu)安全和避免不必要的損失;對(duì)修補(bǔ)混凝土裂縫采用經(jīng)濟(jì)、有效的方法,以保證日后正常使用。

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