住宅建筑混凝土結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生機(jī)理與控制措施

胡 敏

2008年國家質(zhì)量檢測中心發(fā)布的我國住宅建筑檢測報(bào)告中指出,混凝土梁、板、墻體裂縫是住宅建筑檢測中最為突出的質(zhì)量問題?；炷恋拈_裂往往引起滲漏,造成結(jié)構(gòu)承載力的降低,導(dǎo)致維修成本的增加和使用年限的縮短。為此,筆者通過對住宅建筑工程施工現(xiàn)場的調(diào)查研究,探討關(guān)于住宅建筑混凝土結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生機(jī)理與相應(yīng)的技術(shù)控制措施。

1 混凝土結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生機(jī)理

1.1 溫度應(yīng)力

由于混凝土材料是由水泥砂漿與粗細(xì)骨料混合而成的混合物,其混合物具有水化凝結(jié)硬化過程,特有的水化性質(zhì)使得混凝土結(jié)構(gòu)在施工中產(chǎn)生溫度變化。由于水泥砂漿與骨料的熱膨脹系數(shù)不同,在水化升溫過程中,溫度荷載作用下水泥砂漿與骨料所形成的界面首先產(chǎn)生損傷,并隨著溫度增加而發(fā)展,形成界面裂紋,當(dāng)繼續(xù)增加的溫差達(dá)到某一數(shù)值后,界面裂紋便向水泥砂漿內(nèi)部延伸,在以后的溫度變化過程中界面裂紋與水泥砂漿中的微裂紋繼續(xù)發(fā)展,以致發(fā)展成宏觀裂縫。

1.2 塑性收縮變形

試驗(yàn)研究表明,在塑性階段,混凝土只有極低甚至沒有抗拉強(qiáng)度,即使較低的收縮變形受到約束時(shí),所產(chǎn)生的拉應(yīng)力都足以使混凝土開裂或形成大量的微裂縫?；炷了苄允湛s裂縫產(chǎn)生于表層,所受約束主要是內(nèi)約束,這與混凝土表面快速失水有關(guān)。按照規(guī)定,炎熱氣候環(huán)境下,當(dāng)混凝土表面水分蒸發(fā)速率達(dá)到1 kg/(m2·h)時(shí),就必須采取措施,以防止塑性裂縫的產(chǎn)生。

1.3 干燥收縮變形

干燥收縮是水分在硬化后較長時(shí)間產(chǎn)生的水分蒸發(fā)引起的?；炷恋母稍锸湛s由于集料的干燥收縮很小,因此主要是由于水泥石干燥收縮造成的。水泥石干燥收縮理論有毛細(xì)管張力學(xué)說、表面吸附學(xué)說和夾層水學(xué)說等,不論哪種學(xué)說,都是水分蒸發(fā)引起的?；炷恋乃终舭l(fā)干燥過程是由外向內(nèi)逐步進(jìn)行的。由于混凝土蒸發(fā)干燥非常緩慢,產(chǎn)生干燥收縮裂縫多數(shù)在一個(gè)月以上,有的甚至?xí)跀?shù)月或1年～2年以后產(chǎn)生。

1.4 地基不均勻沉降

當(dāng)建筑物建造在不同的地基上,當(dāng)同一建筑物相鄰部分的基礎(chǔ)形式、寬度和埋深相差較大時(shí),當(dāng)同一建筑物相鄰部分的高度相差較大、荷載相差懸殊、結(jié)構(gòu)形式變化較大時(shí),當(dāng)平面形狀比較復(fù)雜、各部分的連接部位又比較薄弱時(shí),地基將會產(chǎn)生不均勻沉降,使結(jié)構(gòu)體產(chǎn)生由彎曲和剪切引起的附加應(yīng)力,當(dāng)結(jié)構(gòu)體產(chǎn)生的這種附加應(yīng)力超過混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí),混凝土就會出現(xiàn)裂縫。

1.5 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí),有對于某些平面較復(fù)雜的建筑,未充分考慮到建筑物的重心與形心應(yīng)盡量重合,導(dǎo)致結(jié)構(gòu)體產(chǎn)生差異量沉降引發(fā)樓板開裂。2)大體積鋼筋混凝土地面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),如沒有充分考慮到溫度應(yīng)力及收縮變形與結(jié)構(gòu)長度的關(guān)系,將導(dǎo)致地面開裂。3)設(shè)計(jì)時(shí)配置的構(gòu)造鋼筋不足或鋼筋間距偏大,特別是樓板、墻板等薄壁構(gòu)件;埋設(shè)的水電管直徑過大甚至重疊、交叉,造成局部混凝土截面受到較多削弱,從而引起應(yīng)力集中,出現(xiàn)裂縫。

1.6 混凝土結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量

在混凝土結(jié)構(gòu)澆筑、模板安裝、鋼筋連接及安裝過程中,若施工工藝沒有嚴(yán)格按照規(guī)范進(jìn)行,施工質(zhì)量不能滿足要求,將會產(chǎn)生裂縫。裂縫出現(xiàn)的部位和走向,裂縫寬度因產(chǎn)生原因而異。

2 混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的控制措施

2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)裂縫的控制措施

1)應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》關(guān)于結(jié)構(gòu)伸縮縫最大間距的規(guī)定,在未采取切實(shí)可靠的技術(shù)措施作保障時(shí),伸縮縫間距不得超越伸縮縫最大間距的規(guī)定。2)混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的截面尺寸應(yīng)符合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范要求;跨度較大的現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面的確定,應(yīng)考慮到構(gòu)件在正常使用極限狀態(tài)下?lián)隙鹊挠?jì)算值需符合規(guī)范要求。3)合理布置樓板構(gòu)造鋼筋,按《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》的規(guī)定,滿足構(gòu)造鋼筋的最小、最大間距限制要求,并保證構(gòu)造鋼筋有必要的配筋面積。4)對其結(jié)構(gòu)斷面突變的結(jié)構(gòu)構(gòu)件,應(yīng)避免過多的縱向鋼筋突變性截?cái)?在樓板設(shè)計(jì)中采用分離式切斷鋼筋,應(yīng)先考慮配置貫通的溫度收縮鋼筋,再配置分離式負(fù)筋。5)樓板角部鋼筋設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)布置放射筋,預(yù)留洞口等薄弱部位應(yīng)設(shè)置加強(qiáng)筋。

2.2 溫度裂縫的控制措施

1)選擇合適水泥,嚴(yán)格控制水泥用量。可選用低熱水泥,減少水化熱,降低混凝土的溫升值。2)改善骨料級配,采用干硬性混凝土,摻混合料,加引氣劑或塑化劑等措施,以減少混凝土中的水泥用量。3)降低水灰比。4)改善混凝土攪拌工藝,拌和混凝土?xí)r加水或用水將骨料冷卻,以降低混凝土澆筑溫度。5)施工中長期暴露的混凝土澆筑塊表面或薄壁結(jié)構(gòu),在寒冷季節(jié)應(yīng)采取保溫措施。6)高溫季節(jié)澆筑混凝土?xí)r,適當(dāng)減小澆筑厚度,控制混凝土澆筑溫度。7)大體積混凝土合理安排施工工序,分層分塊澆筑,利于及時(shí)散熱,減小約束,或在大體積混凝土內(nèi)部設(shè)置冷卻管道,減小內(nèi)外溫差,加強(qiáng)溫度監(jiān)控,及時(shí)采取措施。8)設(shè)置溫度縫。

2.3 塑性收縮裂縫的控制措施

1)選用干縮性小、早期強(qiáng)度高的硅酸鹽或普通硅酸鹽水泥。2)嚴(yán)格控制水灰比,添加高效減水劑,減少水泥用量和用水量。3)澆筑混凝土前澆水濕潤基層和模板。4)澆筑混凝土后要及時(shí)覆蓋養(yǎng)護(hù)。5)在工程中,除進(jìn)行施工質(zhì)量控制外,適當(dāng)優(yōu)化混凝土配合比可控制混凝土的塑性收縮,從而控制混凝土裂縫的產(chǎn)生。

2.4 干燥收縮裂縫的控制措施

1)選用收縮量較小的水泥,如采用中低熱水泥和粉煤灰水泥。2)控制水灰比,摻適量減水劑。3)施工過程中控制混凝土配合比,用水量不得超過配合比中的用水量。4)加強(qiáng)混凝土的養(yǎng)護(hù)。5)設(shè)置合理的伸縮縫。6)摻加膨脹劑的補(bǔ)償收縮混凝土引入的自應(yīng)力,能夠抵消混凝土干燥收縮時(shí)產(chǎn)生的拉應(yīng)力,可以提高混凝土的抗裂能力。

2.5 地基沉降裂縫的控制措施

1)設(shè)置沉降縫。讓各部分自由沉降,互不影響,避免出現(xiàn)由于不均勻沉降時(shí)產(chǎn)生的內(nèi)力。2)采用端承樁或利用剛度很大的基礎(chǔ)。前者由堅(jiān)硬的基巖或砂卵石層來盡可能避免顯著的沉降差;后者則用基礎(chǔ)本身的剛度來抵抗沉降差。3)在設(shè)計(jì)與施工中采取措施,調(diào)整各部分沉降,減少其差異,降低由沉降差產(chǎn)生的內(nèi)力。4)在施工過程中留出后澆帶作為臨時(shí)沉降縫,等到各部分結(jié)構(gòu)沉降基本穩(wěn)定后再連為整體。

2.6 提高施工質(zhì)量,按規(guī)范科學(xué)施工

1)按建筑工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范要求對結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行施工。2)在混凝土澆筑前,應(yīng)審核施工方案,制定合理工期并對施工人員進(jìn)行詳細(xì)的技術(shù)交底。3)在混凝土澆筑過程中,要嚴(yán)格控制澆筑質(zhì)量,檢查混凝土坍落度,檢查振搗情況,不能漏振、過振。4)對梁柱節(jié)點(diǎn)部位不同強(qiáng)度等級混凝土的澆筑順序和澆筑混凝土的強(qiáng)度等要嚴(yán)格檢查區(qū)分,采取必要的措施,嚴(yán)防低強(qiáng)度等級的混凝土注入高強(qiáng)度等級混凝土部位中。5)對初凝混凝土表面應(yīng)多次搓壓并在終凝之前進(jìn)行再次抹壓。

3 結(jié)語

混凝土結(jié)構(gòu)裂縫問題一直嚴(yán)重困擾著住宅建筑的施工質(zhì)量,在混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工過程中,可以有針對性地采取嚴(yán)格執(zhí)行混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范、加強(qiáng)對原材料與配合比的合理選擇、改善結(jié)構(gòu)應(yīng)力約束條件、規(guī)范科學(xué)施工方法、重視混凝土保溫、保濕養(yǎng)護(hù)等技術(shù)措施控制裂縫,以確保工程質(zhì)量。

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