鋼筋混凝土裂縫機(jī)理與控制措施研究

摘 要：鋼筋混凝土施工技術(shù)與措施直接關(guān)系到混凝土結(jié)構(gòu)的使用性能，如何采取更好的方法來(lái)降低混凝土的水化熱，摻和料的用量該如何控制，混凝土原材料的溫度是否可以再降低，這些都有待于在施工實(shí)踐中進(jìn)一步積累經(jīng)驗(yàn)，采取有效措施，使鋼筋混凝土澆筑中出現(xiàn)的開(kāi)裂問(wèn)題能得到更好的解決。本文重點(diǎn)就鋼筋混凝土裂縫機(jī)理與控制措施進(jìn)行了探討和分析。

關(guān)鍵詞：鋼筋混凝土；裂縫成因；機(jī)理分析

雖然鋼筋混凝土裂縫的出現(xiàn)是無(wú)法避免的，但卻可以通過(guò)設(shè)計(jì)中的嚴(yán)格控制、混凝土原料的精確選用、提高施工過(guò)程中的監(jiān)管力度和落實(shí)裂縫出現(xiàn)后的維護(hù)方法來(lái)有效地控制，從而減少鋼筋混凝裂縫現(xiàn)象的發(fā)生，從而達(dá)到鋼筋混凝土裂縫有效控制的目的?；炷亮芽p在建筑中經(jīng)?？梢砸?jiàn)到，而且隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和實(shí)驗(yàn)技術(shù)的完善，特別是有關(guān)大體積混凝土的現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)設(shè)備的出現(xiàn)（如各種實(shí)驗(yàn)顯微鏡、X 光照相設(shè)備、超聲儀器、滲透觀測(cè)儀等），已經(jīng)證實(shí)了大體積混凝土和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中也存在著肉眼不可見(jiàn)的裂縫。

一、混凝土裂縫產(chǎn)生的影響因素分析

混凝土由于截面大，水泥用量大，水泥水化釋放的水化熱會(huì)產(chǎn)生較大的溫度變化，由此形成的溫度應(yīng)力是導(dǎo)致產(chǎn)生裂縫的主要原因。這種裂縫分為兩種：混凝土澆筑初期，水泥水化產(chǎn)生大量水化熱，使混凝土的溫度很快上升。但由于混凝土表面散熱條件較好，熱量可以向大氣中散發(fā)，因而溫度上升較少；而混凝土內(nèi)部由于散熱條件較差，熱量散發(fā)少，因而溫度上升較多，內(nèi)外形成溫度梯度，形成內(nèi)外約束。結(jié)果混凝土內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力，面層產(chǎn)生拉應(yīng)力，當(dāng)該拉應(yīng)力超過(guò)大體積混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí)，大體積混凝土表面就產(chǎn)生裂縫?；炷翝仓髷?shù)日，水泥水化熱基本上已釋放，混凝土從最高溫逐漸降溫，降溫的結(jié)果引起大體積混凝土收縮，再加上由于混凝土中多余水份蒸發(fā)、碳化等引起的體積收縮變形，受到地基和結(jié)構(gòu)邊界條件的約束（外約束），不能自由變形，導(dǎo)致產(chǎn)生溫度應(yīng)力（拉應(yīng)力），當(dāng)該溫度應(yīng)力超過(guò)大體積混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)，則從約束面開(kāi)始向上開(kāi)裂形成溫度裂縫。如果該溫度應(yīng)力足夠大，嚴(yán)重時(shí)可能產(chǎn)生貫穿裂縫。混凝土施工階段產(chǎn)生的溫度裂縫，是其內(nèi)部矛盾發(fā)展的結(jié)果。

二、鋼筋混凝土梁板裂縫成因的分析

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是鋼筋和混凝土構(gòu)成的，是由兩種性質(zhì)不同的材料構(gòu)成的復(fù)合型結(jié)構(gòu)。造成鋼筋混凝土裂縫的原因很多，現(xiàn)大概歸納為以下幾點(diǎn)：混凝土因材料選用而產(chǎn)生的質(zhì)量問(wèn)題或裂縫，一般認(rèn)為是因?yàn)榛炷敛牧献冃问芗s束所引起的內(nèi)應(yīng)力大于材料抗拉強(qiáng)度的緣故。另外材料的選用不當(dāng)，材料中雜質(zhì)含量過(guò)多易造成了早期裂縫的產(chǎn)生，并且這種裂縫容易發(fā)展為貫通縫。大體積混凝土結(jié)構(gòu)中，由于結(jié)構(gòu)截面大，水泥用量多，水泥水化釋放的水化熱能產(chǎn)生很大的溫度變化和收縮作用，是導(dǎo)致大體積混凝土溫度裂縫的主要原因。任何一個(gè)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)均有其計(jì)算模型，當(dāng)計(jì)算模型與實(shí)際工作狀態(tài)的差異較大時(shí)，在外荷載作用下結(jié)構(gòu)就很可能形成裂縫。且設(shè)計(jì)中采用的混凝土等級(jí)過(guò)高，造成用灰量過(guò)大，對(duì)收縮不利，也易造成裂縫。在使用過(guò)程中，改變?cè)瓉?lái)使用功能的舉動(dòng)也會(huì)導(dǎo)致計(jì)算與實(shí)際荷載的不相符，增大結(jié)構(gòu)使用荷載加速裂縫的開(kāi)展。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在受到外部因素影響時(shí)，比如溫度、拉伸力等，會(huì)產(chǎn)生一定的變形，形成收縮裂縫或者膨脹裂縫等。另外，混凝土結(jié)構(gòu)如果存在不均勻沉降的情況，也容易產(chǎn)生裂縫?；A(chǔ)的沉降變形，使結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生附加應(yīng)力，當(dāng)附加應(yīng)力超過(guò)了混凝土結(jié)構(gòu)的抗拉強(qiáng)度時(shí)，就導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)裂縫。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)力較大，故裂縫寬度較大，并且通常是貫穿性的，危害也是非常大的。

三、鋼筋混凝土裂縫控制策略分析

（一）溫度收縮裂縫控制

對(duì)于溫度收縮裂縫控制而言，首先要降低水化熱及其釋放速度減少水泥用量，摻加粉煤灰等礦料，采用低熱水泥，降低水化熱。其次，降低混凝土入模溫度，控制投料時(shí)的原材料溫度，一般采用冷水或冰水來(lái)降低混凝土的溫度。同時(shí)，控制散熱過(guò)程，防止混凝土表面溫度出現(xiàn)驟然變化，改善混凝土熱學(xué)性能，最大限度地提高混凝土抗拉性能，降低混凝土的熱膨脹系數(shù)，防止溫度收縮開(kāi)裂。再者，設(shè)置構(gòu)造鋼筋，控制裂縫寬度，限制其發(fā)展，減少裂縫間距，將裂縫寬度控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。

（二）收縮裂縫控制

塑性收縮裂縫主要分為兩種，即塑性干縮裂縫以及塑性沉降裂縫。就塑性干縮裂縫而言，塑性收縮主要是由于新拌混凝土在凝結(jié)中接觸表面水份，而引起的一種干縮裂縫，其機(jī)理可以運(yùn)用毛細(xì)水拉力來(lái)進(jìn)行闡述，當(dāng)毛細(xì)孔隙水在蒸發(fā)作用下出現(xiàn)減少時(shí)，容易導(dǎo)致彎液面生成拉力，塑性收縮值較高。自生收縮作為一種水泥水化作用下的收縮，依據(jù)常規(guī)干縮測(cè)定方法，其收縮值為干縮值與自生收縮值總和。一般而言，自生收縮需要進(jìn)行測(cè)定，避免與環(huán)境濕度發(fā)生交換。在實(shí)際工程應(yīng)用過(guò)程中，需要具體問(wèn)題具體分析，當(dāng)利用高強(qiáng)混凝土?xí)r，必須要注意自生收縮危害，例如在施工現(xiàn)場(chǎng)，要完善標(biāo)號(hào)較低混凝土自生收縮，及時(shí)進(jìn)行加水養(yǎng)護(hù)，通常情況下其控制策略與防止塑性干縮措施具有一致性。凝結(jié)硬化收縮裂縫控制主要可以從下幾個(gè)方面來(lái)進(jìn)行：第一，在混凝土配制過(guò)程中，使用低收縮量材料，盡可能減少拌和水用量，提高粗骨料含量；第二，降低混凝土干燥速率，有效控制表層水份損失，強(qiáng)化養(yǎng)護(hù)時(shí)，尤其是早期養(yǎng)護(hù)，模板外側(cè)保持濕潤(rùn)，在保證混凝土強(qiáng)度符合標(biāo)準(zhǔn)的前提下松開(kāi)模板，進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。在澆筑混凝土后防止干燥空氣進(jìn)入。

四、結(jié)束語(yǔ)

混凝土收縮開(kāi)裂影響因素復(fù)雜，為了有效預(yù)防開(kāi)裂現(xiàn)象的發(fā)生，盡可能地提高抗裂強(qiáng)度，必須要加強(qiáng)原材料的選用以及配合比設(shè)計(jì)，強(qiáng)化溫度控制，嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)施工要求，加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)管理，結(jié)合后澆帶與構(gòu)造配筋等控制開(kāi)裂策略，從而防止開(kāi)裂。對(duì)體形復(fù)雜、地基不均勻沉降值大的構(gòu)筑物更應(yīng)嚴(yán)格控制，同樣， 也可以和其它結(jié)構(gòu)縫合并使用。

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