混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)裂縫的原因探討

倪良瓊

【摘 要】在施工中，或是使用過(guò)程中，都會(huì)出現(xiàn)不同程度的裂縫，且這些裂縫都是不同形式的。在當(dāng)今的建筑行業(yè)中，建筑施工主要以建筑設(shè)計(jì)作為主要依據(jù)，因此，建設(shè)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)將直接影響著建筑物的整體呈現(xiàn)狀態(tài)。本文針對(duì)常見的裂縫問題產(chǎn)生的原因進(jìn)行探討，對(duì)混凝土干縮裂縫和溫差裂縫這兩種主要裂縫形式的控制措施進(jìn)行了詳細(xì)的分析，并列舉了溫差裂縫控制的工程實(shí)例。

【關(guān)鍵詞】混凝土結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)；裂縫；原因

建筑物在建設(shè)和使用過(guò)程中出現(xiàn)不同程度、不同形式的裂縫屬于普遍現(xiàn)象，而建筑物倒塌和結(jié)構(gòu)破壞也是由于裂縫逐漸擴(kuò)大而導(dǎo)致，盡管建筑物結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是基于建筑的承載力強(qiáng)度，但是大多數(shù)工程實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)卻是基于裂縫控制的。大量工程實(shí)踐表明，建筑物的裂縫是不可避免的，在工程中應(yīng)嚴(yán)格控制裂縫，預(yù)防有害裂縫，且許多工程由于采取了控制措施的，取得了較好的效果。在我國(guó)，無(wú)論是工業(yè)建筑還是民用建筑大多數(shù)采用的是混凝土結(jié)構(gòu)，因此針對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)裂縫控制的研究有重要的理論意義和現(xiàn)實(shí)意義。

一、混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)裂縫的危害性

建筑物裂縫這一現(xiàn)象，不僅影響著建筑物的使用性能，還與人們的生命財(cái)產(chǎn)安全息息相關(guān)。因此，在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，必須重點(diǎn)考慮裂縫問題，即使無(wú)法杜絕裂縫的產(chǎn)生，也得依據(jù)實(shí)際情況采取積極有效措施加以控制，使建筑裂縫的危險(xiǎn)系數(shù)降低，保證建筑的質(zhì)量。對(duì)于一個(gè)建筑整體來(lái)說(shuō)，裂縫的形成給建筑結(jié)構(gòu)形成極大的危害，這種危害不可忽視，具體可以從以下兩個(gè)方面分析，首先，建筑裂縫使工程結(jié)構(gòu)的整體強(qiáng)度降低，也就是使建筑強(qiáng)度降低。對(duì)于建筑工程而言，一旦形成建筑裂縫，最直接的影響就是造成鋼筋外露，而外露的鋼筋又加劇了水和空氣侵蝕混凝土內(nèi)部的速度，時(shí)間一長(zhǎng)，混凝土不可避免地變質(zhì)、軟化，最終使工程結(jié)構(gòu)的整體強(qiáng)度大大降低。強(qiáng)度的降低反過(guò)來(lái)又會(huì)導(dǎo)致裂縫的增大，這形成一個(gè)惡性循環(huán)，如果不及時(shí)處理，裂縫就會(huì)對(duì)工程以后的使用埋下隱患，使工程后期的使用性能受影響；其次，建筑裂縫降低建筑物的剛性度。由于裂縫截面處的中軸會(huì)隨著建筑過(guò)程中的裂縫而不斷發(fā)生變化，致使截面處的中軸呈現(xiàn)不同程度的上移狀態(tài)，實(shí)踐證明，裂縫越嚴(yán)重，工程結(jié)構(gòu)的變形程度就越大，給工程結(jié)構(gòu)帶來(lái)的危害也就越大，從而形成了建筑物剛度不足的局面。

二、混凝土裂縫原因

混凝土裂縫分為宏觀和微觀兩類。混凝土微觀裂縫不可為肉眼所看見。一般裂縫范圍小于等于0.05mm 時(shí)可以看作微觀裂縫?；炷恋奈⒂^裂縫主要包括粘著裂縫和水泥石裂縫。其中粘著裂縫是指水泥石與骨料連接表面之間的裂縫，水泥是裂縫是指水泥漿中的裂縫。宏觀裂縫與微觀裂縫并沒有本質(zhì)上的區(qū)別，只是數(shù)量上的界定，一般裂縫范圍大于等于0.05mm時(shí)的可以稱做宏觀裂縫。也就是說(shuō)宏觀裂縫是微觀裂縫擴(kuò)大發(fā)展的結(jié)果?；炷亮芽p按照產(chǎn)生的機(jī)理可分為以下幾類：混凝土的原材料質(zhì)量差：比如水泥安定性不合格所導(dǎo)致的裂縫；建筑物的結(jié)構(gòu)不良：比如各種變形縫設(shè)置不當(dāng)所導(dǎo)致的裂縫；建筑物施工工藝不當(dāng)：比如留置施工縫或施工縫處理不當(dāng)而導(dǎo)致的裂縫；混凝土不同部位的溫差過(guò)大：比如體積大的混凝土容易產(chǎn)生溫度裂縫；混凝土干燥收縮：比如混凝土早期比較干燥的容易干縮而導(dǎo)致裂縫；混凝土結(jié)構(gòu)的內(nèi)部力：比如彎區(qū)的混凝土構(gòu)件內(nèi)部拉伸而導(dǎo)致的裂縫；地基沉降不均勻：比如地基不均勻沉降的差力作用于靜止結(jié)構(gòu)中導(dǎo)致裂縫；化學(xué)作用：比如使用活性的砂石材料引起混凝土堿骨料反應(yīng)，而導(dǎo)致裂縫；處置不當(dāng)：比如將混凝土長(zhǎng)時(shí)間放置在高溫環(huán)境下容易導(dǎo)致開裂。

三、幾種典型混凝土裂縫的控制措施

（一）混凝土早期干燥收縮裂縫的控制措施

混凝土最常見的收縮發(fā)生在第一次干燥之后?？刂聘煽s縮裂縫的具體措施如下：混凝土下料不應(yīng)大快；嚴(yán)格控制混凝土的水灰比，若不能精確把握則寧可水的含量少一些；振搗要密實(shí)，每秒振搗次數(shù)最好是5至15次；并在混凝士澆筑1 -2 小時(shí)后，對(duì)混凝土進(jìn)行二次振搗；混凝土不宜過(guò)快凝固；高溫天氣容易導(dǎo)致混凝土失水，應(yīng)采取適當(dāng)措施延緩凝固時(shí)間；避免過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的混凝土攪拌。

（二） 控制混凝土溫差裂縫的措施

在體積較大的混凝土中，溫差裂縫較為常見。為了控制由于溫差導(dǎo)致的裂縫應(yīng)采取以下措施：確定允許溫差。施工時(shí)應(yīng)注意：一般的大體積混凝土結(jié)構(gòu)的溫差應(yīng)控制在不超過(guò)25℃。溫度陡降的允許值是l0℃。加強(qiáng)溫度監(jiān)測(cè)。在施工過(guò)程中應(yīng)控制實(shí)際溫度差小于允許值，即實(shí)時(shí)采取溫度監(jiān)測(cè)。目前測(cè)量混凝土內(nèi)部溫度的方法有電阻式溫度計(jì)、棒式酒精溫度計(jì)和熱電偶式溫度計(jì)。提高混凝土表面溫度。比如在混凝土結(jié)構(gòu)的表面搭設(shè)保溫棚。延遲拆模時(shí)間，不僅可以提高混凝土的表面溫度，還可以防止溫度陡降。

（三）控制混凝土水化熱溫升值過(guò)高的措施

控制混凝土水化熱溫升，在大體積混凝土防裂控制中有特別重要意義。由于大體積混凝土1 強(qiáng)度大、水泥用量多，而又不可能全部采用低強(qiáng)度的低熱水泥，因此水化熱溫升值較高。降低溫升值值的措施有：加強(qiáng)表面散熱；盡量采用低熱水泥；合理選擇原材料，通過(guò)優(yōu)化配合比，降低水泥用量。比如采用加氣劑、減水劑、塑化劑降低水泥用量；再比如重復(fù)進(jìn)行配合比試驗(yàn)，優(yōu)化配合比等。

四、混凝土裂縫控制工程實(shí)例

河北某市中心環(huán)北線路橋工程是貴陽(yáng)市金陽(yáng)新區(qū)和中心城區(qū)的樞紐工程，全長(zhǎng)約2400m，高架橋?qū)挾?6.5m，下部構(gòu)造為獨(dú)柱承臺(tái)樁基礎(chǔ)，墩柱高度為4 ～ 26m，截面尺寸2.5m×3m，橋體屬于大體積混凝土。墩柱混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C50，水泥用量達(dá)到了500kg/m3。由于這個(gè)工程水泥用量較大會(huì)，容易產(chǎn)生較大的水泥水化熱溫升。墩柱混凝土的澆筑時(shí)間為冬春交替季節(jié)，氣溫較低，混凝土表層溫度下降較快，由于墩柱體積較大內(nèi)部混凝土水化熱不易散出，當(dāng)混凝土內(nèi)外部溫差超過(guò)25℃時(shí)，導(dǎo)致混凝土開裂。通過(guò)計(jì)算，原配合比混凝土最高溫升值：T= 55.5℃，最高溫度：=70.5℃。確定采用添加外加劑減少水泥用量的措旆降低水化熱溫升。通過(guò)減少水泥用量并加如硅灰可以明顯控制混凝土的水化熱。理論上可以降低混凝土的內(nèi)部溫度達(dá)9℃，滿足了施工要求。除此之外，再配合在混凝土結(jié)構(gòu)的表面搭設(shè)保溫棚，延遲7 天拆模時(shí)間。采取以上措施后中心環(huán)北線路橋工程的所有墩柱均未出現(xiàn)因溫差而導(dǎo)致的裂縫。

綜上所述，針對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)裂縫的現(xiàn)象，建筑行業(yè)應(yīng)該審視自己，重視混凝土的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，從地質(zhì)、內(nèi)部結(jié)構(gòu)變形以及施工過(guò)程分析裂縫產(chǎn)生的原因，并在此基礎(chǔ)上合理采取應(yīng)對(duì)措施，完善設(shè)計(jì)的相關(guān)內(nèi)容，使建筑行業(yè)朝著更好的方向發(fā)展。

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