建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出現(xiàn)裂縫的原因及對(duì)策解析

桑凱文 李中政

摘 要：當(dāng)混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫時(shí)，建筑工程的整體強(qiáng)度將會(huì)被直接影響，裂縫會(huì)使混凝土的鋼筋暴露在建筑表面，鋼筋更容易受到水、空氣等外界因素的腐蝕而質(zhì)量下降，工程項(xiàng)目強(qiáng)度也隨之下降。另外，這一危害還會(huì)加重裂縫問(wèn)題，使建筑工程出現(xiàn)惡性循環(huán)，建筑物的耐久性逐漸變低，影響建筑在工程后期的使用性，減少建筑物壽命。本文筆者根據(jù)工作實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出現(xiàn)裂縫的原因及對(duì)策進(jìn)行了分析探討。

關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；裂縫；原因；對(duì)策

1 建筑結(jié)構(gòu)裂縫形成的原因

1.1 水泥水化熱大

影響水泥水化熱高的因素主要有水泥品種及每方混凝土的水泥用量。在一般的建筑工程中水泥水化熱引起混凝土的溫升在20～30℃范圍內(nèi)，由于混凝土結(jié)構(gòu)物多處在自然散熱條件中，其實(shí)際最高溫度多發(fā)生在混凝土澆筑的最初3d內(nèi)。隨著混凝土齡期的增長(zhǎng)，混凝土強(qiáng)度越高，彈性模量也不斷增大，混凝土內(nèi)部降溫收縮的約束也越來(lái)越大，從而導(dǎo)致混凝土內(nèi)部產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力，當(dāng)拉應(yīng)力超過(guò)混凝土極限抗拉強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生溫度裂縫。

1.2 材料質(zhì)量因素

（1）水泥。水泥的技術(shù)要求包括控制凝結(jié)時(shí)間、體積安定性，強(qiáng)度等級(jí)及堿含量等指標(biāo)。水泥含氧化鈣過(guò)多，會(huì)使混凝土構(gòu)件產(chǎn)生膨脹性裂縫，強(qiáng)度不足會(huì)引起混凝土開(kāi)裂；（2）砂石。砂石級(jí)配不良，粒徑太小導(dǎo)致水和水泥用量增加，使混凝土收縮增大；砂石中的有害物質(zhì)如含泥、云母、有機(jī)質(zhì)、硫酸鹽及硫化物等都會(huì)降低骨料與水泥的黏附性，導(dǎo)致開(kāi)裂。

1.3 施工工藝因素

混凝土攪拌、運(yùn)輸?shù)臅r(shí)間超過(guò)規(guī)范要求，會(huì)使水分蒸發(fā)過(guò)多，導(dǎo)致不規(guī)則收縮裂縫產(chǎn)生；模板拆模過(guò)早，混凝土強(qiáng)度不足，構(gòu)件在自重或施工荷載作用下會(huì)產(chǎn)生裂縫；振搗方式不當(dāng)造成混凝土分層離析，或造成混凝土砂漿大量向低處流淌，致使混凝土產(chǎn)生不均勻沉降收縮而在結(jié)構(gòu)厚薄交界處出現(xiàn)裂縫；混凝土初期養(yǎng)護(hù)工作管理不嚴(yán)，造成混凝土早期強(qiáng)度增長(zhǎng)時(shí)失水，收縮量大，使得混凝土與大氣接觸的表面上出現(xiàn)不規(guī)則的收縮裂縫。

1.4 徐變因素

徐變主要發(fā)生在混凝土結(jié)構(gòu)的構(gòu)件中，在其內(nèi)部?jī)?nèi)應(yīng)力的影響下，會(huì)導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)彈性變形，長(zhǎng)時(shí)間作用下，會(huì)產(chǎn)生不同程度的裂縫。徐變現(xiàn)象的產(chǎn)生，會(huì)嚴(yán)重降低建筑的抗裂性能，比如常見(jiàn)的一些受彎構(gòu)件拉區(qū)，徐變現(xiàn)象較為明顯。

2 建筑混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的處理與預(yù)防措施

2.1 降低混凝土散熱量

（1）采用低水化熱的水泥，優(yōu)先選用礦渣、火山灰、粉煤灰、復(fù)合水泥，不宜采用硅酸鹽水泥。在混凝土內(nèi)埋設(shè)冷卻水管，減低溫度；（2）摻粉煤灰。優(yōu)質(zhì)粉煤灰水化熱比水泥小，且需水性小，有減水作用，可降低混凝土的單位用水量和水泥用量，還可減小混凝土的體積收縮，有利于防裂；摻粉煤灰還能抑制堿-骨料反應(yīng)，并防止因此產(chǎn)生的裂縫；（3）優(yōu)選大粒徑粗骨料。集料粒徑越大，表面積就越小，水泥及水的用量需求就越小，盡量采用中粗砂；在砂石堆場(chǎng)上搭設(shè)遮陽(yáng)篷，必要時(shí)可在使用前沖洗骨料，以降低溫度；（4）合理選擇外加劑。減水劑可起到減少水和水泥用量的作用，從而降低混凝土的溫度。

2.2 對(duì)混凝土澆筑的控制

（1）要在建筑材料方面確?；炷恋慕Y(jié)構(gòu)剛度符合要求，以提升建筑結(jié)構(gòu)的剛度，避免混凝土內(nèi)部結(jié)因收縮問(wèn)題引起的不均勻沉降導(dǎo)致建筑開(kāi)裂；（2）在施工前要按照規(guī)定在建筑外墻角的位置放置放射筋，以控制現(xiàn)澆混凝土樓板的裂縫問(wèn)題。一般情況下，需要在每個(gè)外墻角設(shè)置5～8根放射筋，配筋范圍要大于樓板跨度的1/3，放射筋間距為0.1m，以滿(mǎn)足板角應(yīng)力的需要，提升混凝土的抗剪力；（3）混凝土的終凝時(shí)間為12h，在澆筑后的12h內(nèi)施工單位要采取相關(guān)措施對(duì)混凝土進(jìn)行保溫、保濕。常規(guī)情況下，混凝土表面與內(nèi)部的溫度應(yīng)保持在25℃，施工人員應(yīng)采取科學(xué)的材料溫度測(cè)試辦法，并根據(jù)混凝土的材料及施工環(huán)境制定保溫方法，嚴(yán)格控制降溫速率，同時(shí)用薄塑料膜對(duì)混凝土表面進(jìn)行覆蓋，維持混凝土的水分，提高混凝土的質(zhì)量，避免建筑出現(xiàn)裂縫等問(wèn)題。

2.3 溫度應(yīng)力裂縫處理與預(yù)防措施

混凝土的線(xiàn)性膨脹系數(shù)表示為1×10-5/℃。在混凝土內(nèi)外溫差較大的情況下，會(huì)產(chǎn)生壓應(yīng)力繼而產(chǎn)生拉應(yīng)力，當(dāng)拉應(yīng)力大小超過(guò)混凝土的抗壓極限強(qiáng)度時(shí)會(huì)形成所謂的溫度應(yīng)力裂縫。混凝土因收縮而開(kāi)裂主要是因?yàn)榛炷寥彼?，含水量不足。尤其在?nèi)部水分不足外部環(huán)境又特別干燥的情況下裂縫容易會(huì)順著結(jié)構(gòu)慢慢貫通，從而導(dǎo)致混凝土建筑的表面產(chǎn)生表面裂縫。由于溫度發(fā)生冷卻收縮或干燥收縮混凝土?xí)a(chǎn)生溫度應(yīng)力，致使建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫。下面這個(gè)式子便可以說(shuō)明溫度應(yīng)力與構(gòu)件的關(guān)系：amax=0.5tLLyl。構(gòu)件中間的最大溫度便是a：組件之間的摩擦系數(shù)為tLL；l表示構(gòu)件長(zhǎng)度。隨著構(gòu)件的長(zhǎng)度增加溫度應(yīng)力也跟著增加。因此裂縫就比較容易產(chǎn)生。因此，我們也應(yīng)該對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的長(zhǎng)度保持足夠的重視。避免溫度應(yīng)力裂縫的關(guān)鍵點(diǎn)在于怎么保持混凝土水分。因?yàn)榛炷潦湛s而產(chǎn)生的裂縫多出生于施工的過(guò)程之中，因此在混凝土澆筑施工過(guò)程中應(yīng)適當(dāng)注意水分蒸發(fā)，以及水分和石灰的比例在外界因素的影響下發(fā)生的變化。3～4h后澆注的混凝土?xí)驈?qiáng)風(fēng)天氣和炎熱的天氣使表面水分迅速蒸發(fā)，施工人員用在表面覆蓋保濕對(duì)象的方法保濕，如草袋或塑料薄膜等。建設(shè)工程進(jìn)行時(shí)，應(yīng)對(duì)混凝土保濕，盡量避免產(chǎn)生溫度應(yīng)力裂縫，規(guī)避建筑結(jié)構(gòu)表面的開(kāi)裂現(xiàn)象。

2.4 相關(guān)修補(bǔ)方法的應(yīng)用

（1）灌漿法。主要是將瀝青、水泥等材料注入裂縫中，使其在擴(kuò)散過(guò)程中自然固化，恢復(fù)建筑物原有的使用功能；可選擇的灌漿材料包括環(huán)氧樹(shù)脂漿、水玻璃等；（2）預(yù)應(yīng)力法。主要是通過(guò)擰緊螺帽來(lái)達(dá)到減小裂縫或閉合裂縫的目的，比如利用鉆機(jī)打孔，將相應(yīng)長(zhǎng)度的螺桿放入孔內(nèi)擰緊，增強(qiáng)其預(yù)應(yīng)力，控制裂縫；（3）填充法。該方法在運(yùn)用前，要先利用磨光機(jī)、風(fēng)鎬等設(shè)備對(duì)裂縫進(jìn)行擴(kuò)張、打磨處理，再利用瀝青油膏、水泥砂漿等材料分層進(jìn)行抹壓，將裂縫封閉；（4）涂覆法。該方法適用于一些細(xì)小且不影響施工工藝操作的裂縫，主要利用機(jī)械或手工噴涂的方式，將噴涂材料覆蓋在裂縫表面，使其形成一層保護(hù)層。

2.5 采用鋼纖維的控制方式

通過(guò)在鋼筋混凝土梁底部加入鋼纖維的方式控制結(jié)構(gòu)裂縫。一方面，混凝土中的鋼筋可以起到抗裂作用，提高建筑結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，比如鋼筋鋼釬維混凝土梁，當(dāng)鋼筋混凝土梁中摻入了1.0～1.5%的鋼纖維時(shí)，鋼纖維混凝土層的截面高度就會(huì)達(dá)到0.3倍作用，且其彎拉性能幾乎與全截面鋼纖維混凝土梁一致，故在鋼筋混凝土梁中加入鋼纖維可以起到很好的裂縫控制效果。另一方面，鋼纖維依靠粘合力對(duì)混凝土基體會(huì)實(shí)施一個(gè)反向的作用力，這種反向作用力能夠有效緩沖混凝土基體裂縫端的應(yīng)力集中問(wèn)題，并且在荷載作用到達(dá)裂縫端后，使混凝土基體能防止結(jié)構(gòu)構(gòu)件過(guò)早發(fā)生開(kāi)裂，保障混凝土構(gòu)件的正常使用。同時(shí)，鋼釬維能替混凝土分擔(dān)截面的壓力，減小裂縫截面上的鋼筋應(yīng)力并對(duì)其約束，使建筑結(jié)構(gòu)的剛度整體加強(qiáng)，建筑質(zhì)量整體提高。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述， 各式各樣的裂縫出現(xiàn)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)里，并且解決方案的針對(duì)性和范圍也不盡相同。結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)師和工程設(shè)計(jì)師應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的情況對(duì)裂縫產(chǎn)生的原因進(jìn)行觀(guān)察分析。用合理的設(shè)計(jì)、規(guī)范的施工、安全的維護(hù)等措施，來(lái)防止裂縫出現(xiàn)。

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