曹勉勵(lì)，余曉琦，王勇（西北核技術(shù)研究所，陜西西安710024）

某工程現(xiàn)澆鋼筋混凝土構(gòu)件裂縫成因及防控

The Crack Analysis and Prevention of Casting Arm ored Concrete in a Certain Construction Object

曹勉勵(lì)，余曉琦，王勇（西北核技術(shù)研究所，陜西西安710024）

某工程的基礎(chǔ)和梁板柱等現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)為大體積混凝土，加上施工期溫度、混凝土養(yǎng)護(hù)及人為擾動(dòng)等因素影響，導(dǎo)致混凝土澆筑完成后出現(xiàn)裂縫。為確保產(chǎn)生裂縫混凝土構(gòu)件的防滲效果和混凝土耐久性，分析了混凝土裂縫產(chǎn)生的原因，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)安全性驗(yàn)算的基礎(chǔ)上，結(jié)合工程實(shí)際采取了有效的處理措施和預(yù)防措施。

大體積混凝土；裂縫；原因；結(jié)構(gòu)安全性驗(yàn)算

1 工程概況

某工程為框架結(jié)構(gòu)，建筑面積為7179.04m2，地上3層，建筑等級(jí)三級(jí)，設(shè)計(jì)使用年限50年，抗震設(shè)防烈度7度，防水等級(jí)三級(jí)，耐火等級(jí)二級(jí)，總高度14.85m，條形基礎(chǔ)、頂板、梁、柱等構(gòu)件均采用商品混凝土澆筑，自然養(yǎng)護(hù)，屬于大體積混凝土。

根據(jù)觀測(cè)，一樓頂板澆筑混凝土36h時(shí)出現(xiàn)了不連續(xù)的細(xì)小裂縫，且東側(cè)明顯多于西側(cè)。拆模后，發(fā)現(xiàn)一樓梁、柱局部存在裂縫，梁、柱最大裂縫寬度分別是0.26mm和0.13mm。梁、柱的裂縫鋼筋表面處裂縫寬度大約只有構(gòu)件混凝土表面裂縫寬度的1/5～1/3，無(wú)貫穿性裂縫。一樓頂板上部裂紋數(shù)量較多，頂板的裂縫寬度均在2mm以內(nèi)，縫寬沿裂縫深度不相等，僅在接近表面的范圍內(nèi)，與模板接觸部位光滑、平整沒(méi)有裂縫，板面層以下結(jié)構(gòu)仍保持完整。

2 裂縫原因分析

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)查驗(yàn)、分析施工技術(shù)資料及圖片，發(fā)現(xiàn)鋼筋綁扎、模板支設(shè)(拆除)、混凝土澆筑等工序均符合相關(guān)規(guī)范要求。該工程使用的商品混凝土由正規(guī)廠家生產(chǎn)、有出廠合格證，塌落度抽測(cè)合格，且振搗設(shè)備選型合理、振點(diǎn)布置均勻、振速控制較好、振搗時(shí)間足夠，基本可以排除是安定性裂縫和沉縮裂縫的可能。

其施工技術(shù)資料顯示，在一樓梁、板、柱的混凝土澆筑僅28h后，工人在頂板上碼放了數(shù)量多、密度大的墻體砌筑用燒結(jié)粘土磚(規(guī)格為240mm×115mm×90mm），東側(cè)(①～⑤軸)頂板放置的數(shù)量最多，造成了東側(cè)一層頂板的細(xì)裂紋明顯多于西側(cè)一層頂板(⑥～⑩軸)，且養(yǎng)護(hù)時(shí)段（2013年9月27日至10月16日）是該地區(qū)濕度較低的季節(jié)，且晝夜溫差大，不利于混凝土的養(yǎng)護(hù)。

上述因素可以總結(jié)為施工現(xiàn)場(chǎng)人為擾動(dòng)和混凝土構(gòu)件表面內(nèi)部溫差較大。依據(jù)擾動(dòng)裂縫和溫度裂縫的成因，可初步判斷頂板、梁、柱構(gòu)件的裂縫，應(yīng)屬于擾動(dòng)裂縫和溫度裂縫。即混凝土在初凝、靜養(yǎng)和強(qiáng)度增長(zhǎng)早期階段，由于人為的擾動(dòng)，使擾動(dòng)源產(chǎn)生劇烈運(yùn)動(dòng)和震動(dòng)，加速了混凝土板內(nèi)溫度、沉縮干縮、安定性三類早期微裂縫的繼續(xù)發(fā)展，最后形成新的裂縫——擾動(dòng)裂縫。混凝土由于溫度差變形引起了較大內(nèi)應(yīng)力，內(nèi)部混凝土受壓，表面混凝土受拉，當(dāng)拉應(yīng)力足夠大時(shí)，引起混凝土回縮、鋼筋不斷伸長(zhǎng)，導(dǎo)致混凝土與鋼筋之間不斷產(chǎn)生相對(duì)滑移而產(chǎn)生裂縫。

3 裂縫寬度安全性驗(yàn)算

首先使用回彈儀對(duì)出現(xiàn)裂縫構(gòu)件的混凝土強(qiáng)度等級(jí)進(jìn)行檢驗(yàn)，結(jié)果顯示均已達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)報(bào)告顯示，同條件養(yǎng)護(hù)7d的混凝土試塊強(qiáng)度達(dá)到了設(shè)計(jì)強(qiáng)度的85%以上。

混凝土構(gòu)件的裂縫最大開展寬度ωmax會(huì)影響結(jié)構(gòu)耐久性和建筑觀感，因此應(yīng)對(duì)它進(jìn)行計(jì)算。將混凝土構(gòu)件實(shí)際產(chǎn)生的最大裂縫寬度與ωmax進(jìn)行比較，是否在《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50010-2010)規(guī)定允許最大裂縫寬度值［ωmax］范圍內(nèi)，以判斷設(shè)計(jì)是否合理，產(chǎn)生裂縫的構(gòu)件是否安全，能否在擬定的環(huán)境中繼續(xù)使用。

3.1 梁

產(chǎn)生裂縫的是頂板中的矩形簡(jiǎn)支梁，截面尺寸為200mm×500mm（b×h），受力鋼筋為（HRB335級(jí)），混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30，保護(hù)層厚度為2.5cm，構(gòu)件計(jì)算長(zhǎng)度l0=5.6m，承受均布荷載，其中包括自重在內(nèi)的永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值gk=12.6kN/m，活荷載qk=9.0kN/m，活荷載的準(zhǔn)永久系數(shù)ψq=0.5。

解：經(jīng)查相關(guān)規(guī)范，允許最大裂縫寬度值［ωmax］=0.3mm。計(jì)算有關(guān)參數(shù)：

受力鋼筋截面面積As=804mm2

鋼筋直徑d=16mm，受彎構(gòu)件аcr= 2.1

實(shí)際產(chǎn)生裂縫最大寬度0.26mm＜0.28mm＜［ωmax］=0.3mm該構(gòu)件是安全的，設(shè)計(jì)合理，滿足使用要求，可以繼續(xù)使用。

3.2 柱

產(chǎn)生裂縫的柱子為矩形偏心受壓柱，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30，截面尺寸400mm×600mm（b×h），計(jì)算長(zhǎng)度l0=5m，受拉和受壓鋼筋對(duì)稱配置，均為4φ20（HRB335級(jí)），混凝土保護(hù)層厚度為3cm，Ns=380kN，Ms=170kN·m。

解：經(jīng)查相關(guān)規(guī)范，允許最大裂縫寬度值［ωmax］=0.2mm。

l0/h=5000/600=8.33＜14，則ηs=1.0

受拉和受壓鋼筋截面面積As=As'=1256mm2

實(shí)際產(chǎn)生裂縫的最大寬度0.12mm＜0.14mm＜［ωmax］=0.2mm

該構(gòu)件是安全的，設(shè)計(jì)合理，滿足使用要求，可以繼續(xù)使用。

4 裂縫處理措施及效果

經(jīng)計(jì)算分析，雖然梁、柱、板產(chǎn)生的裂縫在允許范圍內(nèi)，不影響結(jié)構(gòu)使用安全，但在荷載長(zhǎng)期作用下，由于混凝土的滑移徐變和拉應(yīng)力的松弛，將導(dǎo)致裂縫間受力混凝土不斷退出工作，使裂縫開展寬度增大，混凝土的收縮使裂縫間混凝土的長(zhǎng)度縮短，也可能導(dǎo)致裂縫的進(jìn)一步開展、擴(kuò)大。此外，由于構(gòu)件承受荷載的變化致使鋼筋直徑膨大或縮小，也將引起粘結(jié)強(qiáng)度的降低，導(dǎo)致裂縫寬度的增大、鋼筋銹蝕、混凝土碳化，降低材料耐久性，影響承載能力。因此，必須對(duì)構(gòu)件裂縫進(jìn)行處理。

4.1 處理措施

在產(chǎn)生裂縫的梁、板、柱，各選兩處具有代表性裂縫實(shí)施裂縫寬度監(jiān)測(cè)，測(cè)量?jī)x器采用SWJ-Ⅳ型收斂計(jì)。20d的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明，裂縫沒(méi)有進(jìn)一步發(fā)展和擴(kuò)大，充分證明梁、板、柱產(chǎn)生的裂縫寬度在結(jié)構(gòu)安全范圍內(nèi)，不必進(jìn)行拆除。

以SWJ-Ⅳ型收斂計(jì)20d的測(cè)量數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過(guò)分析和對(duì)比并與設(shè)計(jì)單位溝通后，根據(jù)構(gòu)件裂縫的產(chǎn)生原因和實(shí)際情況，采用粘貼玻璃纖維布法和低壓注漿法進(jìn)行處理。

①粘貼玻璃纖維布法。由于該工程梁、柱所產(chǎn)生裂縫比較穩(wěn)定，屬于對(duì)結(jié)構(gòu)承載力沒(méi)有影響的表面裂縫和深進(jìn)裂縫，采用粘貼玻璃纖維布法（也稱表面修補(bǔ)法），即在裂縫表面涂抹一層環(huán)氧膠泥，同時(shí)為了防止混凝土受各種作用力影響繼續(xù)開裂，再在裂縫表面粘貼玻璃纖維布。

②低壓注漿法。頂板的裂縫最為2mm，屬于對(duì)結(jié)構(gòu)整體性有影響和有防滲要求的混凝土裂縫。利用壓力設(shè)備將膠結(jié)材料壓入混凝土的裂縫中，膠結(jié)材料硬化后與混凝土形成一個(gè)整體，從而起到封堵加固的目的。修補(bǔ)工序具體如下：裂縫清理→粘貼注漿嘴和封閉裂縫→試漏→配制注漿液→壓力注漿→二次注漿→清理表面。

為避免類似問(wèn)題的再次發(fā)生，在后續(xù)樓層施工中采取了以下預(yù)防措施：

①混凝土充分振搗后、在初凝前應(yīng)及時(shí)進(jìn)行收平、壓抹，尤其是商品混凝土；

②已澆筑混凝土強(qiáng)度未達(dá)到1.2N/mm2時(shí)，不得在其上人為踩踏、安裝模板或堆放重物，嚴(yán)禁混凝土澆筑48h內(nèi)就在混凝土板上施加荷載，進(jìn)行下道工序施工；

③在大氣干燥（RH＜50%），有風(fēng)，陽(yáng)光直射，混凝土水膠比≤0.45，日平均氣溫≥20℃，混凝土表面潮濕養(yǎng)護(hù)期限至少為10d；

④支設(shè)模板時(shí)，盡量選用撓度小、不易彎曲的鋼支撐，要使用豎向支撐，也應(yīng)使用橫向支撐；

⑤樓板設(shè)計(jì)的水暖電管線，材料應(yīng)選擇與混凝土線膨脹系數(shù)基本一致的，在經(jīng)費(fèi)許可的條件下，盡量不使用PVC塑料管。

4.2 處理效果

裂縫處理完畢后，使用回彈儀檢測(cè)構(gòu)件的混凝土強(qiáng)度等級(jí)，數(shù)據(jù)顯示均已達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度。并選擇6個(gè)經(jīng)過(guò)處理、具有代表性的裂縫，再使用SWJ-Ⅳ型收斂計(jì)實(shí)施裂縫寬度監(jiān)測(cè)，30d的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明，經(jīng)過(guò)處理后的裂縫沒(méi)有進(jìn)一步發(fā)展和擴(kuò)大。

澆筑第二層柱、梁及頂板混凝土?xí)r，嚴(yán)格執(zhí)行混凝土施工相關(guān)規(guī)范，重視每一個(gè)細(xì)節(jié)，加強(qiáng)預(yù)防裂縫措施，避免早期人為擾動(dòng)，澆筑時(shí)間盡量選在白天溫差不大的時(shí)間段，晚間降溫時(shí)使用草氈、舊氈絮覆蓋保溫保濕。該工程第二層的柱、梁及頂板，在拆模后沒(méi)有發(fā)現(xiàn)裂縫。

5 結(jié)語(yǔ)

混凝土構(gòu)件在初凝、養(yǎng)護(hù)、強(qiáng)度增長(zhǎng)的早期，人為擾動(dòng)和溫度差是形成裂縫的主要因素。為確保鋼筋混凝土的耐久性和結(jié)構(gòu)安全，裂縫一旦發(fā)生應(yīng)找準(zhǔn)裂縫形成原因，并進(jìn)行結(jié)構(gòu)安全性驗(yàn)算，進(jìn)而采取有效的治理措施。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫是普遍現(xiàn)象，尤其在大體積混凝土結(jié)構(gòu)中，不可能完全避免。因此，對(duì)現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)施工加強(qiáng)管理，文明作業(yè)，嚴(yán)格依照《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》，盡量降低和減少出現(xiàn)裂縫的風(fēng)險(xiǎn)尤為重要。

[1] 清華大學(xué).混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2005.

[2] 龍馭球,包世華.結(jié)構(gòu)力學(xué)[M].北京：高等教育出版社,2004.

[3] GB50300-2001,建筑工程施工質(zhì)量驗(yàn)收統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：中國(guó)建工業(yè)出版社,2011,

[4] GB50164-2011,混凝土質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2011.

[5] 林宗元.巖土工程試驗(yàn)檢測(cè)手冊(cè)[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2005.

TU755.7

B

1007-7359(2014)02-0050-02

2014-02-24

曹勉勵(lì)（1978-），女，山東曹縣人，工程師，碩士，研究方向：結(jié)構(gòu)工程。