試述混凝土結(jié)構(gòu)抗裂性設(shè)計(jì)

李振國

【摘?要】隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，混凝土結(jié)構(gòu)的建筑工程越來越復(fù)雜和多樣性，建筑物的質(zhì)量和使用性能在很大程度上受混凝土裂縫的影響，因此，對混凝土裂縫的原因進(jìn)行分析，針對性的提出應(yīng)對改進(jìn)措施，對于加強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)抗裂性的設(shè)計(jì)以及對提升建筑工程質(zhì)量具有重要影響。本文簡單的介紹了混凝土結(jié)構(gòu)抗裂設(shè)計(jì)。

【關(guān)鍵詞】混凝土;結(jié)構(gòu);設(shè)計(jì);抗裂;措施

引言

混凝土的裂縫問題是一個(gè)普遍存在而又難于解決的工程實(shí)際問題，它是長期困擾著建筑工程技術(shù)人員的技術(shù)難題。關(guān)于混凝土強(qiáng)度的微觀研究以及大量工程實(shí)踐所提供的經(jīng)驗(yàn)都說明：結(jié)構(gòu)物的裂縫是不可避免的，裂縫是一種人們應(yīng)該接受的材料特征?；炷亮芽p產(chǎn)生的原因很多，基本上裂縫的發(fā)生與混凝土原材料、設(shè)計(jì)、施工的環(huán)境條件和施工工藝、結(jié)構(gòu)的使用和維護(hù)等密切相關(guān)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是首位，不僅要保證設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)具有足夠的強(qiáng)度和安全儲備，而且要針對不同的結(jié)構(gòu)應(yīng)采取相應(yīng)的抗裂措施。

一、混凝土抗裂性能評估原理

混凝土的非荷載變形開裂，與長期干燥收縮變形密切相關(guān)，因此混凝土的抗干縮開裂性能需要長期的觀察和測試，無法獲得即時(shí)結(jié)果以滿足實(shí)際應(yīng)用的要求。但混凝土早期塑性收縮裂縫與后期混凝土干縮裂縫的產(chǎn)生及其抗拉強(qiáng)度密切相關(guān)。許多研究者認(rèn)為，混凝土結(jié)構(gòu)非荷載變形裂縫的產(chǎn)生在相當(dāng)程度上由早期的微缺陷導(dǎo)致?；炷潦堑湫偷姆蔷|(zhì)材料，本身就存在大量的微缺陷，而由于施工養(yǎng)護(hù)不當(dāng)，早期塑性裂縫的產(chǎn)生將大大增加混凝土中微裂紋的數(shù)量，這些微裂紋提高了混凝土內(nèi)部的應(yīng)力集中系數(shù)，降低了混凝土的抗拉強(qiáng)度。伴隨混凝土后期干燥收縮的發(fā)展，這些微裂紋在內(nèi)外應(yīng)力的作用下，將不斷發(fā)展為更大的裂紋，以至最終形成貫通的毛細(xì)孔和裂縫，由不可視裂縫發(fā)展為可視裂縫。因此，在一定意義上，混凝土的早期塑性收縮及由此產(chǎn)生的塑性微裂縫決定了混凝土后期裂縫的產(chǎn)生和抗裂能力。采用加快混凝土失水速度的方法，考察混凝土塑性收縮開裂情況，可以較客觀反映混凝土的長期抗裂性能。同時(shí)，試驗(yàn)方法簡單易行，試驗(yàn)條件容易穩(wěn)定，相對評價(jià)混凝土長期收縮開裂采用的圓環(huán)試驗(yàn)、開裂試驗(yàn)架等方法，測試周期短，也方便對不同混凝土的抗裂性能進(jìn)行精確評價(jià)。

二、工程建筑抗裂設(shè)計(jì)的安全度

工程建筑抗裂設(shè)計(jì)的安全度應(yīng)從工程的重要性，工程的超長規(guī)模以及經(jīng)濟(jì)條件考慮。據(jù)此，我們可以將工程建筑抗裂設(shè)計(jì)的安全度要求分為三級：低要求，中等要求，高要求。由于使用者對工程建筑的要求越來越高，業(yè)主應(yīng)考慮工程出現(xiàn)裂縫后的影響。做出判斷，選定合適的抗裂設(shè)計(jì)安全度要求。

1.臨時(shí)建筑或不超長的混凝土工程———低要求。對這些工程可以按普通棍凝土要求設(shè)計(jì)，施工，可以用膨脹劑或纖維，如果對防滲有要求時(shí)，則需用適當(dāng)?shù)姆浪畡┗蚺蛎泟?/p>

2.一般的超長結(jié)構(gòu)物———中等要求。對這些工程可用膨脹混凝土或用纖維混凝土，適當(dāng)設(shè)置后澆帶。

3.對重要的構(gòu)筑物或特別超長結(jié)構(gòu)物———高要求。對這類工程可用纖維復(fù)合膨脹混凝土，這樣可以確保工程結(jié)構(gòu)物的安全，不開裂。

三、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)采用的抗裂措施

1.混凝土原材料的選擇。要控制混凝土的開裂，需要從原材料的選擇出發(fā)，原材料選擇的正確與否，直接影響到混凝土的開裂。由于混凝土自身的特性，水灰比過大，水泥用量大，外摻劑保水性差，粗骨料少，用水量大，振搗不良，環(huán)境氣溫高，表面失水大（養(yǎng)護(hù)不良及吸水磚模）等都能導(dǎo)致蝮性收縮表面開裂。例如，超長的地下室結(jié)構(gòu)外墻應(yīng)選用補(bǔ)償收縮混凝土，即在混凝土中摻入U(xiǎn)EA，HEA 等微膨脹劑，以混凝土的膨脹值減去混凝土的最終收縮值的差值不小于混凝土的極限拉伸即可控制裂縫。普通硅酸鹽水泥外摻粉煤灰可有效控制早期和長期收縮開裂。

2.提高結(jié)構(gòu)自身承載力。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，有時(shí)雖然梁板的承載力和撓度均在規(guī)范允許之內(nèi)，但相對承載力較小，撓度較大，這便容易引起因?yàn)閾隙绕蠖a(chǎn)生的結(jié)構(gòu)裂縫。這種情況須加大梁截面或板厚、提高結(jié)構(gòu)配筋率以提高結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度儲備來控制裂縫的產(chǎn)生。長期來講，由于混凝土自身隨時(shí)間的強(qiáng)度劣化和環(huán)境對混凝土的風(fēng)化和侵蝕，混凝土結(jié)構(gòu)的承載力會(huì)逐漸降低;由于承載力的降低會(huì)引起混凝土的開裂。因此，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮到混凝土的劣化，混凝土強(qiáng)度必須有一定安全儲備，才能保證結(jié)構(gòu)有足夠的安全性和耐久性。

3.減小地基的不均勻沉降。因?yàn)榻ㄖ锏鼗牟痪鶆虺两刀鸬慕Y(jié)構(gòu)裂縫的事例不多，位于采空區(qū)的建筑物易發(fā)生。此時(shí)需加強(qiáng)基礎(chǔ)的整體性，以減小地基不均勻沉降對結(jié)構(gòu)的影響，比如獨(dú)立基礎(chǔ)時(shí)設(shè)置拉梁，或采用筏板基礎(chǔ)，或采用箱形基礎(chǔ)。如果地基土本身軟硬不均，除采取上述措施外，還可以采取局部換土或加大基礎(chǔ)底面積的措施。柱下獨(dú)立基礎(chǔ)或樁承臺，當(dāng)設(shè)置拉梁時(shí)，由于各獨(dú)立基礎(chǔ)或樁承臺之間的沉降差，會(huì)造成拉梁兩端的開裂，而且在有些工程中開裂還非常嚴(yán)重。此時(shí)建議在拉梁兩端各設(shè)一道后澆帶，如果地質(zhì)條件較好可設(shè)一道或不設(shè)。

4.地下室墻體裂縫的控制。1）采取“抗裂”的設(shè)計(jì)原則，控制裂縫發(fā)生。在墻板頂部和腰部設(shè)兩道暗梁，并適當(dāng)增設(shè)暗柱，以起到“模箍作用”;適當(dāng)增加墻板鋼筋，尤其是水平構(gòu)造筋的配筋率應(yīng)適量提高。2）墻體與大柱連接處截面尺寸應(yīng)緩慢變化，以避免溫差梯度的突變，以防止收縮應(yīng)力變化產(chǎn)生裂縫。3）進(jìn)行砼配合比的試配試拌，采用水化熱低、收縮性小、早期強(qiáng)度高的硅酸鹽水泥作膠結(jié)料，粗骨料級配好，中粗砂含泥量小，摻早強(qiáng)緩凝型泵送劑，嚴(yán)格控制砼水灰比和攪拌時(shí)間，為墻體施工提供高質(zhì)量的砼拌料。

5.設(shè)置后澆帶。后澆帶是為在現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)施工過程中，克服由于溫度、收縮等而可能產(chǎn)生有害裂縫而設(shè)置的臨時(shí)施工縫。后澆帶通常根據(jù)設(shè)計(jì)要求留設(shè)，并保留一段時(shí)間（若設(shè)計(jì)無要求則至少保留45d）后再澆筑，將結(jié)構(gòu)連成整體。隨著社會(huì)的發(fā)展，超長建筑越來越多，而且很多因?yàn)榻ㄖδ芎兔烙^不讓設(shè)伸縮縫，這便需要結(jié)構(gòu)專業(yè)采取措施來解決混凝土的收縮應(yīng)力和溫度應(yīng)力引起的結(jié)構(gòu)變形和裂縫。一般做法即是設(shè)置后澆帶：每隔30～40m 設(shè)置一道，在45～60d 后澆筑。

6.樓板雙層雙向配筋。超長建筑物、高層建筑的屋面板、不做保溫的屋面板，均會(huì)產(chǎn)生很大的溫度應(yīng)力，勢必會(huì)形成溫度裂縫。加厚板厚且受力鋼筋雙層雙向配筋能有效的解決溫度應(yīng)力對裂縫的影響，但鋼筋間距不宜過大，一般不大于150mm。

7.必要厚度的保護(hù)層?；炷两Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范中指出，當(dāng)混凝土保護(hù)層厚度較大時(shí)，雖然裂縫寬度計(jì)算值也較大，但較大的混凝土保護(hù)層厚度對防止鋼筋銹蝕是有利的。因此，要有必要厚度的保護(hù)層使鋼筋與外界隔絕，避免此種情況的發(fā)生。

8.施加預(yù)應(yīng)力抗裂。預(yù)應(yīng)力能提高混凝土承受荷載時(shí)的抗拉能力，防止或延遲裂縫的出現(xiàn)，并增加結(jié)構(gòu)的剛度，節(jié)省鋼材和水泥。施加預(yù)應(yīng)力可提高構(gòu)件的抗裂度，改善構(gòu)件的受力性能，適用于對對裂縫要求嚴(yán)格的結(jié)構(gòu)。

結(jié)束語

混凝土的裂縫問題是一個(gè)普遍存在而又難于解決的工程實(shí)際問題，混凝土裂縫產(chǎn)生的原因也很多，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中就需要根據(jù)不同的結(jié)構(gòu)形式和不同的結(jié)構(gòu)構(gòu)件預(yù)判可能出現(xiàn)的裂縫，再根據(jù)不同的可能出現(xiàn)的裂縫采取相應(yīng)的預(yù)防措施。只有從設(shè)計(jì)、施工到建筑的使用和維護(hù)的每個(gè)環(huán)節(jié)對混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫問題引起足夠的重視并采取正確的預(yù)防措施，才能更有利于保證建筑物的承載能力、安全性和耐久性。

參考文獻(xiàn)：

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[2] 馮乃謙，顧睛霞，郝挺宇.混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫與對策[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

（作者單位：河北九易莊宸工程設(shè)計(jì)有限公司）