淺淡混凝土結(jié)構(gòu)變形裂縫的形成機(jī)理和控制方法

張勇

（重慶建工第七建筑工程有限責(zé)任公司 重慶 400039）

淺淡混凝土結(jié)構(gòu)變形裂縫的形成機(jī)理和控制方法

張勇

（重慶建工第七建筑工程有限責(zé)任公司 重慶 400039）

通過(guò)對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)變形裂縫形成機(jī)理的分析，找出變形裂縫形成的根本原因，提出變形裂縫的控制方法。

混凝土結(jié)構(gòu)；變形裂縫；機(jī)理；控制

自1865年法國(guó)園藝家約琴夫·莫尼埃發(fā)明鋼筋混凝土以來(lái)，鋼筋混凝土經(jīng)過(guò)了一百多年的發(fā)展，目前，廣泛地用于工程建設(shè)中，但其裂縫問(wèn)題一直深深地困撓著每一位工程建設(shè)者。大量的工程實(shí)踐和理論分析表明，裂縫普遍存在于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，只是有些裂縫很細(xì)，用肉眼無(wú)法看見(jiàn)，有些裂縫存在于混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部，從外觀用肉眼也無(wú)法看見(jiàn)。要想徹底消除這種裂縫，根據(jù)混凝土脆性特點(diǎn)和目前的技術(shù)經(jīng)濟(jì)水平還無(wú)法辦到，因此混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范允許了混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的存在。但有些裂縫不斷產(chǎn)生和發(fā)展，從而引起受力鋼筋的銹蝕、保護(hù)層剝落，降低了鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度和耐久性，削弱了結(jié)構(gòu)的承載能力，嚴(yán)重時(shí)甚至發(fā)生結(jié)構(gòu)跨塌事故，必須嚴(yán)格加以控制。因此，作為一位工程建設(shè)者，必須對(duì)混凝土裂縫加以足夠的重視。現(xiàn)通過(guò)分析混凝土裂縫的形成機(jī)理，采用主動(dòng)的方法對(duì)混凝土裂縫的控制發(fā)表一下我的見(jiàn)解。

1 混凝土結(jié)構(gòu)變形裂縫的形成機(jī)理

1.1 混凝土結(jié)構(gòu)在非約束狀態(tài)下的裂縫形成

工程建設(shè)中使用的混凝土，其組成材料為水泥、水、砂、石、外加劑及摻合料等。它們?cè)谖锢砘瘜W(xué)作用下硬化成一種多空隙復(fù)合材料，由于在硬化過(guò)程中的初始溫度應(yīng)力和收縮應(yīng)力作用下，內(nèi)部空隙間的薄壁受力斷裂貫通形成許多微觀裂縫。

1.2 混凝土結(jié)構(gòu)在約束狀態(tài)下的裂縫形成

為保證結(jié)構(gòu)安全，滿足使用要求，混凝土結(jié)構(gòu)多為超靜定結(jié)構(gòu)。在約束狀態(tài)下，受自重和外力、溫度應(yīng)力、收縮應(yīng)力、徐變應(yīng)力等作用時(shí)結(jié)構(gòu)要有變形的余地。當(dāng)結(jié)構(gòu)滿足變形要求時(shí)，其結(jié)構(gòu)內(nèi)部不產(chǎn)生約束應(yīng)力。當(dāng)結(jié)構(gòu)不能滿足變形要求時(shí)，則必然在結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生約束應(yīng)力，當(dāng)約束應(yīng)力超過(guò)混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)，必將導(dǎo)致混凝土的開(kāi)裂。

2 混凝土結(jié)構(gòu)變形裂縫的控制

通過(guò)對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)裂縫形成機(jī)理的分析，混凝土結(jié)構(gòu)裂縫形成的根本原因?yàn)榧s束應(yīng)力作用于混凝土。因此采用“抗”“放”“減”三方面的措施來(lái)控制混凝土結(jié)構(gòu)裂縫。“抗”是指抵抗約束應(yīng)力；“放”是指釋放約束應(yīng)力；“減”是指減少約束應(yīng)力。

2.1 抵抗約束應(yīng)力

2.1.1 設(shè)計(jì)方面

不但要根據(jù)結(jié)構(gòu)受力計(jì)算配置受力鋼筋，而且還要根據(jù)工程部位、受力特點(diǎn)和規(guī)范要求配置構(gòu)造鋼筋，并要引起足夠的重視。對(duì)有充分構(gòu)造配置的鋼筋混凝土出現(xiàn)一定程度的裂縫，其裂縫寬度和深度都遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于規(guī)范，達(dá)不到有害程度，因此構(gòu)造配置十分重要，可以有效控制裂縫的出現(xiàn)和分散裂縫。如斷面較大的梁設(shè)置腰筋；跨度大和厚度大的現(xiàn)澆板上面中心部分配置構(gòu)造鋼筋；主梁在集中應(yīng)力處增加附加橫向鋼筋等。構(gòu)件配筋要合理，配筋率應(yīng)滿足要求，間距要適當(dāng)。采用新材料、新工藝，提高抗拉強(qiáng)度、抗拉變形能力及韌性。

2.1.2 施工方面

嚴(yán)格控制混凝土原材料的質(zhì)量，以保證混凝土質(zhì)量。鋼筋綁扎的規(guī)格、型號(hào)、位置、根數(shù)應(yīng)符合設(shè)計(jì)規(guī)范要求。當(dāng)根據(jù)等面積用小直徑鋼筋代換大直徑鋼筋即細(xì)化加密時(shí)，應(yīng)特別注意其鋼筋的間距?；炷翝仓r(shí)嚴(yán)格控制鋼筋的變形和位移。

2.2 釋放約束應(yīng)力

2.2.1 設(shè)計(jì)方面

根據(jù)結(jié)構(gòu)受力特征和使用要求，支座約束類型采用滑動(dòng)、微動(dòng)等可動(dòng)類型以釋放約束應(yīng)力。合理設(shè)置變形縫和后澆帶。變形縫的寬度應(yīng)符合要求，后澆帶應(yīng)在絕大部分變形已完成，變形處于收斂階段再澆筑混凝土，以釋放約束應(yīng)力。

2.2.2 施工方面

混凝土的澆筑采用二次甚至三次振搗成型施工工藝，尤其掌握好初凝前的振搗，消除溫度應(yīng)力和收縮應(yīng)力局部集中現(xiàn)象，使溫度應(yīng)力和收縮應(yīng)力分布更均勻，并釋放部分溫度應(yīng)力和收縮應(yīng)力。此施工工藝必須掌握好振搗時(shí)間，必須在混凝土初凝前振搗完成，否則將破壞混凝土結(jié)構(gòu)。

2.3 降低約束應(yīng)力

2.3.1 設(shè)計(jì)方面

建筑平面造型在滿足使用要求的前提下，力求簡(jiǎn)單，因?yàn)槠矫鎻?fù)雜的建筑物，容易產(chǎn)生較大的扭曲等附加應(yīng)力，從而造成樓板和墻體的開(kāi)裂。控制建筑物的長(zhǎng)高比，增強(qiáng)整體剛度和調(diào)整不均勻沉降的能力。減少地基的不均勻沉降，在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中采用調(diào)整基礎(chǔ)的埋置深度，不同的地基計(jì)算強(qiáng)度，采用不同的墊層厚度等方法來(lái)調(diào)整地基的不均勻變形。

2.3.2 施工方面

原材料的選用很重要。

水泥：盡量選用水化熱低、強(qiáng)度比較高的水泥，質(zhì)量要求必須滿足有關(guān)規(guī)范和技術(shù)規(guī)程的要求，嚴(yán)禁采用安定性不合格的水泥。

粗骨料：應(yīng)選用表面粗糙潔凈、級(jí)配良好、空隙率小、無(wú)潛在堿—骨料反應(yīng)的骨料，其有害物質(zhì)、含泥量和壓碎指標(biāo)值等應(yīng)滿足相關(guān)規(guī)范和技術(shù)規(guī)程要求。

細(xì)骨料：宜采用天然砂，采用顆粒較粗、空隙率較小的Ⅱ區(qū)砂，所選用砂的有害物質(zhì)含量、含泥量等應(yīng)滿足相關(guān)規(guī)范和技術(shù)規(guī)程要求。

外加劑：應(yīng)根據(jù)混凝土性能要求選用外加劑，外加劑的質(zhì)量必須符合有關(guān)規(guī)范和技術(shù)規(guī)程要求，特別是氯離子等有害物質(zhì)含量較高時(shí)對(duì)鋼筋的銹蝕有較大的影響，應(yīng)嚴(yán)格控制。

拌合水：宜選用飲用水。若選用其他水源時(shí)，應(yīng)按規(guī)定檢測(cè)硫酸根離子和氯離子含量，PH值大小及泥土、油污等有害物質(zhì)含量符合要求才能使用。

嚴(yán)格控制鋼筋保護(hù)層的厚度，鋼筋保護(hù)層的厚度應(yīng)根據(jù)環(huán)境類別按規(guī)范取用，防止鋼筋銹蝕降低鋼筋的有效受力斷面。鋼筋中的Fe元素遇空氣中的氧氣發(fā)生氧化作用變?yōu)镕e2O3時(shí)體積會(huì)膨脹，造成混凝土開(kāi)裂，結(jié)構(gòu)耐久性達(dá)不到要求。模板工程的模板構(gòu)造要合理，防止因模板變形而導(dǎo)致混凝土開(kāi)裂。模板及其支架應(yīng)進(jìn)行專門設(shè)計(jì)計(jì)算并編制施工方案，保證其強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性，防止因模板和支架變形，下繞和失穩(wěn)引起混凝土開(kāi)裂?；炷僚浜媳仍O(shè)計(jì)盡量采用低水泥用量、低用水量，以減少溫度應(yīng)力和收縮應(yīng)力。嚴(yán)格控制投料計(jì)量和攪拌時(shí)間，禁止任意增加水泥用量。加強(qiáng)混凝土的養(yǎng)護(hù)，并延長(zhǎng)養(yǎng)護(hù)時(shí)間，減少混凝土的收縮變形和內(nèi)外溫差變化，特別是大體積混凝土，應(yīng)做好溫度測(cè)控工作，采取有效的降溫措施，保證構(gòu)件內(nèi)外溫度差不超過(guò)規(guī)定。嚴(yán)格控制混凝土的拆模時(shí)間，特別是承受拉彎應(yīng)力的部位，拆模前必須先檢測(cè)混凝土的強(qiáng)度，達(dá)到要求后再進(jìn)行拆除。

加強(qiáng)地基的檢查與驗(yàn)收，遇復(fù)雜或有特殊情況的地基應(yīng)做好補(bǔ)勘工作，盡量使其處理后的承載力和本工程正常地基承載力相同或相近。合理安排施工順序，當(dāng)相鄰建筑物相距較近時(shí)，一般應(yīng)先施工較深的基礎(chǔ)以防止基坑開(kāi)挖破壞已建好的地基基礎(chǔ)，當(dāng)建筑物各部分荷載相差較大時(shí)，一般應(yīng)先施工重、高部分，再施工輕、低部分。

2.3.3 使用方面

使用荷載不得超過(guò)設(shè)計(jì)值，防止因超荷產(chǎn)生裂縫甚至垮塌。盡量避免集中荷載，預(yù)防產(chǎn)生過(guò)大集中應(yīng)力而使混凝土開(kāi)裂。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)分析，為有效控制混凝土裂縫問(wèn)題，應(yīng)從設(shè)計(jì)、施工和使用方面，根據(jù)工程實(shí)際情況綜合采用“抗”、“放”、“減”的技術(shù)措施，就能經(jīng)濟(jì)合理地控制好混凝土裂縫。

[1]GB50010-2002,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2]GB50204-2002,混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范[S].

[3]GB175-1999,硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥[S].

[4]GB8076-2008,混凝土外加劑[S].

[5]GB50119-2003,混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)程[S].

[6]GB50164-92,混凝土質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)[S].

[7]JGJ52-2006,普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)[S].

[8]JGJ63-2006,混凝土拌合用水標(biāo)準(zhǔn)[S].

[9]JGJ55-2000,普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程[S].

Shape-Taking Mechanism and Controlling Methods regarding Concrete Structures'Deformation Cracks

The author firstanalyses'the shape-takingmechanism and controllingmethods regarding concrete structures'deformation cracks,then attempts to find out the rootcauses for the deformation cracksdevelopment,and finally brings forward some deformation crackscontrolmethods.

concrete structures;deformation cracks;mechanism;control

TU 37

A

1671-9107（2011）04-0048-02

10.3969/j.issn.1671-9107.2011.04.048

2011-02-18

張勇（1978-），工程師，一級(jí)注冊(cè)建造師，主要從事項(xiàng)目管理工作。

余詠梅