建材纖維控制鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)裂縫

蔡潁鵬

（東莞市匯鋒建材實(shí)業(yè)有限公司，廣東 東莞 523000）

0 前言

鋼混結(jié)構(gòu)倘若產(chǎn)生裂縫問題，那么工程項(xiàng)目的整體建設(shè)質(zhì)量必然會(huì)受到影響。因而，綜合分析鋼混結(jié)構(gòu)裂縫建材纖維有效控制，對(duì)于更好地把控裂縫問題，保證項(xiàng)目建設(shè)質(zhì)量來說，有一定的現(xiàn)實(shí)意義和價(jià)值。

1 鋼混結(jié)構(gòu)常見裂縫及其成因

1.1 在沉降裂縫層面

鋼混結(jié)構(gòu)當(dāng)中，缺乏均勻性地基沉降成因相對(duì)較多，多數(shù)是鋼混結(jié)構(gòu)當(dāng)中地基自身承載力缺乏均勻性，還有因建筑物完成修建過后，各個(gè)位置荷載存在較大差異性，但可確定因地基出現(xiàn)不均勻性的沉降現(xiàn)象，促使剪切力、拉應(yīng)力逐漸形成，建筑物自身抗剪強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度難以滿足于建筑物的剪應(yīng)力、拉應(yīng)力，則在建筑物比較脆弱處便會(huì)形成裂縫，便形成沉降裂縫。造成沉降裂縫的主要原因是地基存在不均勻，而且裂縫的形態(tài)會(huì)跟地基的受力情況有密切的關(guān)系，因其受力情況不同而發(fā)生不同形態(tài)的裂縫[1]。沉降裂縫包含剪切裂縫、彎曲裂縫這兩種主要的表現(xiàn)形式，且還會(huì)出現(xiàn)正八字、斜向及水平形式的裂縫。

1.2 在耐久性裂縫層面

鋼混結(jié)構(gòu)當(dāng)中，耐久性質(zhì)裂縫也較為常見，下列為具體成因：受溫濕度變化所影響，類似于干縮性的裂紋，已存在裂縫伴隨著環(huán)境中溫濕度變化所影響，導(dǎo)致混凝土形成裂縫；混凝土構(gòu)件兩面溫濕度差，在低溫或其側(cè)面、還有拐角位置極易出現(xiàn)，促使裂縫形成；受多次凍融及表面空鼓所影響，導(dǎo)致混凝土形成裂縫。

1.3 在溫差裂縫層面

溫差裂縫，為間接性裂縫，因溫差與熱量所致體積發(fā)生熱脹冷縮不協(xié)調(diào)變化，如下是具體成因：在年溫差方面。受四季更替影響，溫度持續(xù)變化，在混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)位移，并超出限定值后，變會(huì)形成溫差裂縫；日照溫差。因局部的拉應(yīng)力超出自身約束作用，從而導(dǎo)致裂縫問題的產(chǎn)生。究其原因是因?yàn)闇囟润E然降低或經(jīng)太陽照射所致；突然降溫。冷空氣入侵后，導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)外表溫度快速降低，且降低速度要比內(nèi)部較快，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)溫度缺乏均勻性，致使裂縫形成；水熱化因素[2]。大體積混凝土建筑物經(jīng)澆筑后，內(nèi)部受水熱化所影響，大量高溫被持續(xù)放出，導(dǎo)致外部溫度低于內(nèi)部，溫差變化相對(duì)較大，持續(xù)出現(xiàn)裂縫。

1.4 在收縮裂縫層面

收縮裂縫，也稱之為龜裂，包含膠凝裂縫、碳化收縮、干燥裂縫這三種類型的裂縫，形狀十分規(guī)律，通常出現(xiàn)于混凝土澆筑后較短時(shí)間段內(nèi)，一般是由干縮所致裂縫，成因并非局限于單方面。若攪拌混凝土?xí)r，因震動(dòng)時(shí)間較長(zhǎng)，密度差異性，促使水泥漿漂浮于上面，骨料因鋼筋與其余物質(zhì)阻擋，無法完全下沉至內(nèi)部，促使產(chǎn)生裂縫。同時(shí)，因混凝土并未做好保護(hù)錯(cuò)，受外部環(huán)境持續(xù)變化所影響，導(dǎo)致混凝土表面水分流失速度較快，難以適應(yīng)外部環(huán)境變化，致使裂縫形成。

1.5 在施工裂縫層面

鋼混結(jié)構(gòu)項(xiàng)目工程建設(shè)期間，施工類型也較為常見，詳細(xì)成因如下：建材裂縫，混凝土原材料的質(zhì)量未達(dá)標(biāo)，缺乏恰當(dāng)?shù)呐浔?，拌合物存在著性能缺陷，促使裂縫形成；澆筑裂縫，混凝土澆筑振搗期間因缺乏規(guī)范化的操作，促使分層、離折、鋼筋移位、夾渣、漏漿等現(xiàn)象出現(xiàn)，促使裂縫形成；模板裂縫，因支模與模板剛度不夠，促使模板變形、脹膜、跑膜、拆模過早，模板缺乏合理化配置，促使裂縫形成；養(yǎng)護(hù)裂縫，混凝土表面未能做好壓抹處理，未能及時(shí)做好覆蓋養(yǎng)護(hù)措施，養(yǎng)護(hù)保溫保溫還不夠充足，蒸氧池內(nèi)突然冷卻引發(fā)裂縫。

2 建材纖維主要抗裂作用原理闡述

建材纖維阻裂原理理論有兩個(gè)層面，分別是美國(guó)和英國(guó)提出的。美國(guó)是基于斷裂力學(xué)所提出的纖維間距理論，認(rèn)為纖維能提升混凝土的強(qiáng)度，對(duì)于混凝土內(nèi)部的裂縫有著重要的阻裂作用。當(dāng)纖維的間距明顯小于特定參數(shù)值時(shí)，那么混凝土的自身抗拉強(qiáng)度會(huì)得到增強(qiáng)；其次，英國(guó)則是提出了復(fù)合材料基礎(chǔ)理論，將纖維當(dāng)成混凝土的一個(gè)強(qiáng)化體系，以混合原理為基礎(chǔ)，對(duì)纖維混凝土抗拉強(qiáng)度實(shí)施推定，最后提出纖維混凝土抗拉強(qiáng)度及纖維實(shí)際摻合量、黏結(jié)力、長(zhǎng)涇、方向等各層面關(guān)聯(lián)性[3]。上述這兩種不同理論，均以不同角度對(duì)復(fù)合材料自身抗拉強(qiáng)度增強(qiáng)原因作出了詮釋，針對(duì)纖維的彈性模量及基體混凝土接近情況相對(duì)有效、合理。經(jīng)試驗(yàn)分析可了解到，混凝土自身抗拉強(qiáng)度增強(qiáng)過后，建材纖維混凝土維持混凝土自身抗壓強(qiáng)度優(yōu)勢(shì)性，對(duì)水泥混凝土變形能力和韌性起到有效改善作用，顯著增強(qiáng)其劈裂抗拉性強(qiáng)度和抗折性強(qiáng)度，彈性模型略降低過后，普通混凝土脆性缺陷得以彌補(bǔ)。較大提升耐久特性指標(biāo)，則抗沖擊性、抗?jié)B性、抗裂性等各性能均成倍增強(qiáng)，顯著改善混凝土抗凍特性，減少強(qiáng)度的損失率約為50%，因增強(qiáng)其抗?jié)B性，防止腐蝕介質(zhì)侵蝕基體，同時(shí)，建材纖維具備較強(qiáng)的抗老化性及抗腐蝕性。單位體積混凝土內(nèi)有大量單絲較短纖維，各個(gè)角落當(dāng)中均有分布，立體式支撐網(wǎng)架就此形成，把混凝土內(nèi)部因溫差、濕度差等所致內(nèi)部應(yīng)力吸收，對(duì)基體內(nèi)部所產(chǎn)生微觀裂紋加以把控，促使混凝土自身耐久性得以增強(qiáng)。建材纖維添加后，并不會(huì)顯著影響其坍落度，少量增加其含氣量，對(duì)抗凍性可起到有著提升作用，建材纖維混凝土以上性能得以提升原因詳細(xì)如下：①泌水減少，混凝土自身工作特性增強(qiáng)。建材纖維混凝土有著優(yōu)良工作特性，摻入纖維過后，混凝土自身泌水特性明顯下降；②相對(duì)比剛纖維，施工攪拌作業(yè)期間，建材纖維對(duì)混凝土基體均勻分布較為有利，結(jié)團(tuán)現(xiàn)象并未產(chǎn)生。大量亂向分布纖維，混凝土內(nèi)會(huì)有三維式支撐系統(tǒng)產(chǎn)生，對(duì)骨料下沉起到阻止作用，混凝土自身均質(zhì)性各種內(nèi)部品質(zhì)得以提高，水分散失明顯減少，對(duì)早期產(chǎn)生塑性開裂現(xiàn)象可起到有效預(yù)防作用；③混凝土體積收縮的變形量得以有效減少；④原始的微缺陷得以減少，對(duì)混凝土自身抗裂性起到有效改善作用；⑤建材纖維降低了混凝土早期的彈性模量，混凝土自身拉應(yīng)力也顯著降低，增強(qiáng)自身變形能力，早期的塑性開裂實(shí)際發(fā)生率得以有效把控；避免萌生出微裂縫，混凝土表面和內(nèi)部應(yīng)力的梯度得以減少，增加應(yīng)力松弛度，減少殘余的拉應(yīng)力；⑥處于裂縫位置上建材纖維有著橋梁作用，受動(dòng)靜荷載影響，纖維對(duì)裂縫擴(kuò)展可起到有效抑制作永，混凝土對(duì)能量吸收層面能力得以增強(qiáng)，混凝土自身韌性逐漸變強(qiáng)，服役期間混凝土結(jié)構(gòu)裂縫寬度減少，自身耐久性則顯著增強(qiáng)；大量試驗(yàn)研究證明了，高溫環(huán)境下，建材纖維會(huì)融化，而后，會(huì)有蒸汽擴(kuò)散壓力通道、人造空隙等逐漸形成，明顯降低其蒸汽壓力，膨脹爆裂基本條件難以形成，混凝土膨脹爆裂實(shí)際發(fā)生率便得到有效控制，火災(zāi)災(zāi)害更加得以把控。從中可了解到，建材纖維的添加使混凝土內(nèi)部的性能發(fā)生細(xì)微的改變，原始的內(nèi)部缺陷得到有效改善，阻裂性能因此增強(qiáng)，待完成硬化，混凝土裂后性改善明顯，顯著增強(qiáng)混凝土自身抗沖擊性、滲透性，整體耐久性相對(duì)較高[4]。

3 具體應(yīng)用期間注意事項(xiàng)

建材纖維混凝土雖現(xiàn)已成功應(yīng)用于部分建筑項(xiàng)目工程當(dāng)中，但具體使用期間仍然有需注意相關(guān)要點(diǎn)：混凝土內(nèi)所用建材纖維，務(wù)必有抗生物、抗酸、抗堿等侵蝕性能，纖維原料實(shí)際純度決定著建材纖維各項(xiàng)基本特性，故不可選定再生材料所生產(chǎn)較差抗腐蝕特性纖維；建材纖維所在表面的幾何特征務(wù)必要對(duì)纖維和混凝土基體有效黏結(jié)起到促進(jìn)作用，通過表面積增強(qiáng)，提升其自身黏結(jié)性；建材纖維自身親水性務(wù)必相對(duì)較強(qiáng)，若相反，則纖維受力過后，極易在混凝土內(nèi)有滑移現(xiàn)象產(chǎn)生；建材纖維自身強(qiáng)度務(wù)必要適中，過低強(qiáng)度，則混凝土內(nèi)纖維阻裂作用將得不到有效發(fā)揮；建材纖維較低摻合量情況下，彈性模量較低合成纖維，其難以將混凝土自身彎拉強(qiáng)度增強(qiáng)，故切勿選定摻合量較低合成纖維替代鋼筋或者鋼纖維用于加強(qiáng)筋；混凝土基體內(nèi)部位保證建材纖維分散均勻，纖維混凝土攪拌操作期間，務(wù)必依照著特定順序及方法妥善落實(shí)下去；纖維長(zhǎng)度務(wù)必和粗集料粒徑互相匹配，較大直徑的粗骨料所選纖維務(wù)必相對(duì)較長(zhǎng)[5]。較長(zhǎng)細(xì)纖維條件下，分散層面問題需予以合理處理；纖維表面積的長(zhǎng)徑比變大情況下，裂縫總體面積會(huì)減少，而直徑較細(xì)合成性質(zhì)纖維，可對(duì)混凝土早期的開裂有著良好阻止作用，但因細(xì)纖維通常為較小摻合量，針對(duì)于硬化處理過后混凝土抗裂性及韌性并沒有較為顯著的改善作用。

4 結(jié)語

從總體上來說，鋼混結(jié)構(gòu)建筑項(xiàng)目工程施工建設(shè)期間，通過選定建材纖維，可更好地改善鋼混結(jié)構(gòu)各項(xiàng)性能，確保其總體耐久性得以有效增強(qiáng)，有效遏制結(jié)構(gòu)裂縫的形成，對(duì)鋼混結(jié)構(gòu)建筑項(xiàng)目工程施工建設(shè)質(zhì)量及效果均可起到良好保障作用，在今后更多此類型項(xiàng)目建設(shè)當(dāng)中均可持續(xù)推廣及應(yīng)用。