童 利
(中鐵工程設(shè)計院有限公司武漢分公司,湖北 武漢 430070)
在房屋建設(shè)中,如果現(xiàn)澆混凝土出現(xiàn)了裂縫,那么會造成很多的不安全隱患;并且,隨著時間的推移,裂縫的面積和深度也會越來越大,直接影響混凝土的承載能力,造成結(jié)構(gòu)的承載能力下降,其耐久性能也會降低;如果情況嚴重,會直接造成混凝土結(jié)構(gòu)的倒塌,引發(fā)更多的危險事故。
如果現(xiàn)澆混凝土產(chǎn)生了裂縫,在下雨天或者潮濕的環(huán)境下,水分會進入建筑物的內(nèi)部,造成腐蝕、溶化等情況,導(dǎo)致建筑物的損壞;并且,滲入到建筑內(nèi)部的水分不會輕易被排出來,如果溫度下降到了0℃以下,那么滲進去的水分會因為溫度過低而發(fā)生結(jié)冰、膨脹等現(xiàn)象,進一步造成裂縫的擴大,加劇水的滲漏。
如果出現(xiàn)了裂縫,會造成混凝土內(nèi)部的一部分鋼筋直接暴露在空氣中,受到二氧化硫、二氧化碳等有害物質(zhì)的腐蝕,造成鋼筋的銹化,對建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)造成不利的影響;如果銹蝕的情況嚴重,那么不斷產(chǎn)生的銹跡會積累在鋼筋上,并且不斷鼓脹,達到一定程度的時候,會將混凝土的保護層頂破,然后形成新裂縫,新裂縫又會因為類似的情況產(chǎn)生新銹蝕,如此反復(fù),最終的結(jié)果就是整個混凝土保護層破裂甚至脫落,從而使其失去支撐、固定的作用,最終導(dǎo)致結(jié)構(gòu)崩塌。
在某些情況下,由于施工等原因造成的裂縫是正?,F(xiàn)象,例如在不影響建筑物承重、負荷的情況下,存在小于0.05 mm的裂縫,由于其產(chǎn)生的危害基本上微乎其微,所以不屬于重大的裂縫類型,但是也是屬于收縮裂縫的一種。收縮裂縫就是來自于混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu),因為混凝土在凝固過程中,如果體積發(fā)生變化的過程,就容易產(chǎn)生的內(nèi)部裂縫。一般情況下,在進行混凝土施工的時候,天氣炎熱是造成裂縫的直接原因,例如水泥的水化熱現(xiàn)象、高溫下的斷裂現(xiàn)象等,這些裂縫彼此之間沒有形成交叉重合,是以規(guī)則的條狀的形式出現(xiàn),一般分布在與鋼筋平行的截面位置,但是其產(chǎn)生的危害是非常大的,也會給建筑物帶來直接的不利影響。
在進行混凝土施工的時候,如果表面的構(gòu)件承重、負荷能力過大,很容易產(chǎn)生超載裂縫;如果是由于剪力較大的原因,那么超載裂縫是以上部向下部的方向進行延伸,呈現(xiàn)斜向方式;一般情況下,裂縫所呈現(xiàn)的是垂直的縱向細縫,但是,如果因為內(nèi)部的構(gòu)件位置受到了很大的彎矩壓力,那么裂縫的延伸方向就是相反的。
除了收縮、超載會引起裂縫,材料使用不當也會引起裂縫,例如材料品類、大小、摻量、表面積大小、水泥干縮等方面,都是產(chǎn)生裂縫的主要因素。其中有兩點是至關(guān)重要的影響因素:①骨料是引起水泥石收縮的約束相,要想使混凝土的收縮減少,那么需要加大骨料的最大粒徑、降低砂率、砂的細度模數(shù)等方面,以實現(xiàn)最佳的收縮效果;其中,骨料相關(guān)的吸水率對現(xiàn)澆板的硬度、剛度及可壓縮性都產(chǎn)生了一定的影響,如果骨料對于水泥產(chǎn)生的壓縮系數(shù)小,那么骨料的吸水率大一些,現(xiàn)澆板的收縮也會變大;除此之外,用水量、水泥用量、水灰比、砂率、灰漿比等因素也會造成裂縫的產(chǎn)生;②粉煤灰的表面積較小,粉煤灰摻量的多少會直接影響混凝土的干燥收縮功能,如果摻量增加,那么收縮會減小。
由于材料的種類不同,會產(chǎn)生不同的應(yīng)力,如果外部天氣過于炎熱,那么不同的材料會因為應(yīng)力的不同而產(chǎn)生不同的反應(yīng),如果這種應(yīng)力反應(yīng)超過材料的承重、負荷的最大極限,那么就會造成裂縫的產(chǎn)生;由于在現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)中會使用很多不同類型的材料,而每種材料膨脹現(xiàn)象的環(huán)境要求是不一樣的,因此,即使處于相同的外部環(huán)境,溫度都是一樣的,兩種材料也會因為自身的材質(zhì)問題、溫差問題而產(chǎn)生剪力,當發(fā)生應(yīng)力大于剪力的情況,就會直接造成裂縫的產(chǎn)生。
1)在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中,由于自身預(yù)應(yīng)力、外部環(huán)境等方面的影響,很容易發(fā)生結(jié)構(gòu)斷面突變的情況。一般情況下,如果構(gòu)件應(yīng)力太過集中,那么就會產(chǎn)生裂縫。因此,為了更好地避免裂縫的產(chǎn)生,可以使用梁板結(jié)構(gòu),并且提升梁板構(gòu)件的強度及硬度,以有效減少應(yīng)力突變帶來的不利影響,也可以通過減少樓板開洞形成的細腰現(xiàn)象以減少裂縫的產(chǎn)生。
2)在進行房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計時,需要選擇合適數(shù)量的鋼筋配置,如果存在鋼筋數(shù)量太少或者鋼筋過大、過粗等不符合房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計的情況,那么后期很容易產(chǎn)生現(xiàn)澆混凝土裂縫。因此,在進行鋼筋選擇的時候,需要結(jié)合房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計的需求,并且選擇合適的墻板、樓面等薄壁構(gòu)件的鋼筋配置。
3)在進行初步設(shè)計的過程中,需要考慮到混凝土產(chǎn)生裂縫的原因,很多情況下,混凝土裂縫是因為混凝土的收縮而產(chǎn)生的,因此,為了防止混凝土產(chǎn)生收縮的情況,需要在初步設(shè)計的時候,有計劃性的使用補償收縮的混凝土技術(shù),即摻加合適分量的膨脹劑進行中和,避免出現(xiàn)混凝土收縮情況。
4)在初步設(shè)計的過程中,還需要將混凝土構(gòu)件可能出現(xiàn)的各類收縮變形情況考慮在內(nèi)。首先,在進行初步結(jié)構(gòu)設(shè)計的時候,需要做到科學(xué)、合理,具有可行性,并且從房屋結(jié)構(gòu)的實際情況出發(fā),進行相關(guān)的計算,設(shè)計出一套兼具實用、合理、有效的實施方案,確保施工的順利開展。同時,需要注意的是,在進行房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計的時候,需要確保房屋建筑結(jié)構(gòu)具備足夠的承載力,可以有效應(yīng)對裂縫、變形等情況。其次,需要針對房屋建設(shè)中出現(xiàn)的裂縫情況進行針對性的技術(shù)處理和設(shè)計,例如,對于混凝土結(jié)構(gòu)中經(jīng)常出現(xiàn)的裂縫,可以通過使用“放”與“抗”的原則,進行有效預(yù)防;其中,“抗”原則是非常重要的,可以有效加強混凝土對抗變形、避免裂縫產(chǎn)生等性能,還可以提高其抗拉伸能力,對房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計而言,是至關(guān)重要的。所謂“抗”原則,就是指通過在某些部位的構(gòu)造上增加配筋,以加強混凝土的彈性極限拉伸程度,從而可以進行有效、靈活調(diào)節(jié),應(yīng)對因構(gòu)件變形而導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生的情況。可以通過增加配筋以實現(xiàn)混凝土結(jié)構(gòu)的抗裂性,在房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中占據(jù)著十分重要的位置,很多情況下,為了有效避免房屋建筑結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫,會在梁側(cè)增加一部分縱向的鋼筋,在屋面板角部增設(shè)相應(yīng)的雙向鋼筋網(wǎng),并在磚混結(jié)構(gòu)的樓面板設(shè)置圈梁,以提升房屋建筑結(jié)構(gòu)的抗裂縫能力。需要注意的是,如果增加了配筋的數(shù)量,那么產(chǎn)生收縮裂縫的可能性就會增加,所以,在進行房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計的時候,需要根據(jù)現(xiàn)場的實際情況進行合理的增加,實現(xiàn)其功能最大化,同時又可以有效控制裂縫的產(chǎn)生。
1)選擇符合房屋建筑要求的混凝土、水泥等原材料,包括其品牌、等級、性能等方面都要考慮在內(nèi)。
2)在選擇含砂量配比的時候,需要符合相關(guān)的規(guī)定,選擇品質(zhì)優(yōu)良的砂、石等原材料,并確保在進行配合比設(shè)計的時候,設(shè)計合理的水灰比、砂率等比例,避免混凝土出現(xiàn)離析、泌水、保水性不良等問題。
3)在進行添加摻和料、外加劑的時候,不可進行盲目添加,需要選擇合適的類型數(shù)量,以提高混凝土的性能。
4)由于水泥在施工中的使用量是非常大的,因此隨著水泥用量的增加,那么水泥漿體積也會隨著增加,坍落度也會變大,收縮也會呈現(xiàn)變大的趨勢,所以,在進行配比設(shè)計的時候,需要結(jié)合現(xiàn)場的實際情況,設(shè)計出科學(xué)、合理的混凝土設(shè)計坍落度。
5)需要正確使用混凝土補償收縮技術(shù),根據(jù)需要實現(xiàn)的不同膨脹效果,選擇添加不同種類、性能的膨脹劑,并且控制合理的摻和數(shù)量。
在混凝土結(jié)構(gòu)材料中,存在著非均勻性特征,因此,在拉力作用下,相關(guān)的截面會產(chǎn)生不同類別、大量的不規(guī)則的應(yīng)力集中點,如果這些應(yīng)力集中點積累到一定的高度和強度,那么就會發(fā)生變形的情況,如果變形的情況沒有得到改善,持續(xù)加重,那么最終就會出現(xiàn)裂縫;因此,為了有效避免變形和裂縫的產(chǎn)生,在設(shè)計的過程中,需要選擇合適的配筋數(shù)量,一方面可以實現(xiàn)降低混凝土內(nèi)應(yīng)力的作用,另一方面,如果增加混凝土出現(xiàn)裂縫,可以進一步增加了混凝土的極限拉伸效果。
為了進一步實現(xiàn)對裂縫的有效控制,需要首先了解裂縫帶來的不利影響,因為裂縫會直接降低建筑物的安全性能,加劇水的滲漏現(xiàn)象,增加鋼筋的腐蝕,而混凝土裂縫主要為收縮裂縫、超載裂縫、材料使用不當引起的裂縫、氣候原因所造成的裂縫。因此,為了有效避免裂縫的產(chǎn)生,需要從選材和配合比設(shè)計方面入手,在設(shè)計的過程中,嚴格把控房屋結(jié)構(gòu)的相關(guān)設(shè)計原則,通過合理的配筋、摻加外加劑等方式,預(yù)防混凝土結(jié)構(gòu)變形和產(chǎn)生裂縫的現(xiàn)象,從而確保工程質(zhì)量和施工的順利開展。