鋼筋混凝土構(gòu)件的裂縫探討

于獻華

在實際工程中,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,裂縫不僅對混凝土的使用功能和耐久性產(chǎn)生影響,嚴重時甚至使混凝土構(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)查與實測研究證明,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度導致裂縫,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)計要求,同時振動時間過長,使得水泥漿浮于上層,粗骨料在下沉時,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,而此時混凝土早期強度小于收縮變形應(yīng)力,從而開裂。3)使用收縮率較大的水泥、水泥用量過多、使用過量的細骨料或水灰比過大,也會導致這種裂縫出現(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)護一段時間后,混凝土構(gòu)件表層或側(cè)面出現(xiàn)較細、走向縱橫交錯、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,當這種體積變化受到約束時,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)護期間措施不當,受到風吹日曬影響,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,根據(jù)熱脹冷縮原理產(chǎn)生附加應(yīng)力,當這種應(yīng)力超過混凝土的抗拉或抗壓強度時就會產(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,當施工過早拆除保溫措施或受到寒流侵襲時,導致溫度發(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。當混凝土早期抗拉強度小于拉應(yīng)力時,就會出現(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,水化熱導致混凝土塊體溫度升高。當混凝土塊體內(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時的抗拉強度或極限拉伸應(yīng)變時,就會形成深入裂縫。

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,當構(gòu)筑物的基礎(chǔ)沉降不均勻時,結(jié)構(gòu)構(gòu)件隨基礎(chǔ)受到強迫變形,導致構(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,裂縫會進一步發(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。開挖基槽時盡量不要擾動周邊原狀地質(zhì)結(jié)構(gòu),開挖到結(jié)構(gòu)持力層后,按設(shè)計及規(guī)范要求在基槽內(nèi)布點,按點施工地質(zhì)釬探并做好記錄,檢驗基槽承載力,發(fā)現(xiàn)不符合設(shè)計要求承載荷載時,再次開挖,直至達到設(shè)計承載力,基礎(chǔ)施工前,虛渣和松動巖石清理徹底。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、復合水泥等;粗骨料宜選用表面粗糙、質(zhì)地堅硬、級配良好、空隙率和含砂率小的石子;細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。配制混凝土時,根據(jù)混凝土強度等級、質(zhì)量及混凝土和易性要求確定最合理配合比,嚴格控制水灰比和水泥用量,合理摻加各種外加劑,從而達到減少水泥用量,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)混凝土澆筑時要防止離析現(xiàn)象,振搗要均勻密實,分層澆筑時,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,增強抗裂性。大體積混凝土澆筑時按規(guī)范、設(shè)計和技術(shù)要求,合理的分層、分塊、分縫施工,并保證每個澆筑層上下均有溫度筋,溫度筋宜分布細密,一般用φ 8鋼筋,雙向配筋,間距15 cm。這樣可以增強抵抗溫度應(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行,同時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)加強混凝土早期養(yǎng)護,并適當延長養(yǎng)護時間。人工控制混凝土溫度的措施對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可以減少內(nèi)外溫差,但不可避免地導致混凝土體內(nèi)溫度很高,從受約束而導致貫穿裂縫的角度看,是一個潛在惡化裂縫的條件,因為體內(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,過速冷卻不僅會使混凝土溫度梯度過大,而且早期的過速超冷會影響水泥—膠體體系的水化程度和早期強度,更易產(chǎn)生早期熱裂縫。超冷會使混凝土溫差過大,引起溫差裂縫,澆筑時間盡量安排在夜間,最大限度降低混凝土的初凝溫度。白天施工時要求在砂、石堆場搭設(shè)簡易遮陽裝置,或用濕麻袋覆蓋,必要時向骨料噴冷水?；炷帘盟蜁r,可在水平及垂直泵管上加蓋草袋并噴冷水。5)應(yīng)安排合理的拆模時間及順序,嚴格執(zhí)行混凝土結(jié)構(gòu)工程施工及驗收規(guī)范中規(guī)定的混凝土強度和工程設(shè)計要求。嚴禁混凝土構(gòu)件(尤其是懸挑構(gòu)件)尚未達到規(guī)定的強度就拆除模板,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)不僅會降低建筑物的抗?jié)B能力,影響建筑物的使用功能,而且會引起鋼筋的銹蝕,混凝土的碳化,降低材料的耐久性,影響建筑物的承載能力。在實踐中,應(yīng)根據(jù)裂縫產(chǎn)生的原因及裂縫特點,在施工中相應(yīng)采取正確施工工藝及補救措施,使裂縫對構(gòu)件或結(jié)構(gòu)的危害降到最小,以延長構(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行。

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