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摘 要 :混凝土的裂缝问题一直是普遍存在而又难于根除的工程实际问题,本文主要分析建筑工程混凝土结构裂缝及产生原因,并在此基础上探讨裂缝控制技术.

关 键 词 :建筑工程;混凝土结构;裂缝

随着社会经济的飞速发展,基础建设投入及建设规模日益提高,不同建设规模、形式和结构的工程质量问题凸显重要.其中钢筋混凝土结构的质量问题,特别是混凝土结构的裂缝问题一直是普遍存在而又难于根除的工程实际问题.目前对于钢筋混凝土结构的裂缝,现行规范允许结构上出现与拉应力方向垂直的裂缝,仅对裂缝的宽度规定了无害和有害的限量.其裂缝程度轻重不一、差别很大,轻则影响房屋正常使用和美观,形成工程质量问题,严重的将造成结构安全隐患,甚至引发生工程质量事故.因此分析混凝土结构裂缝及产生原因,并在此基础上探讨裂缝的控制技术尤为重要.

一、建筑工程混凝土结构裂缝主要类型

混凝土裂缝的分类方法较多,按裂缝出现的时间可分为两个阶段,施工期间的早期裂缝和使用期间的后期裂缝.

1. 施工期产生的裂缝

(1)塑性收缩裂缝

塑性收缩是指混凝土在凝结之前,表面因失水较快而产生的收缩.塑性收缩裂缝一般在干热或大风天气出现,裂缝多呈中间宽、两端细且长短不一,互不连贯状态.较短的裂缝一般长20~30cm,较长的裂缝可达2~3m,宽1~5mm.其产生的主要原因为:混凝土在终凝前几乎没有强度或强度很小,或者混凝土刚刚终凝而强度很小时,受高温或较大风力的影响,混凝土表面失水过快,造成毛细管中产生较大的负压而使混凝土体积急剧收缩,而此时混凝土的强度又无法抵抗其本身收缩,因此产生龟裂.影响混凝土塑性收缩开裂的主要因素有水灰比、混凝土的凝结时间、环境温度、风速、相对湿度等等.


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(2)温度裂缝

温度裂缝多发生在大体积混凝土表面或温差变化较大地区的混凝土结构中.混凝土浇筑后,在硬化期间中,水泥水化产生大量的水化热,由于混凝土的体积较大,大量的水化热聚积在混凝土内部而不易散发,导致内部温度急剧上升,而混凝土表面散热较快,这样就形成内外的较大温差,较大的温差造成内部与外部热胀冷缩的程度不同,使混凝土表面产生一定的拉应力.当拉应力超过混凝土的抗拉强度极限时,混凝土表面就会产生裂缝,这种裂缝多发生在混凝土施工中后期.如果在混凝土的施工中,当温差变化较大,或者是混凝土受到寒潮的袭击等,会导致混凝土表面温度急剧下降,而产生收缩,表面收缩的混凝土受内部混凝土的约束,将产生很大的拉应力而产生裂缝,这种裂缝通常只在混凝土表面较浅的范围内产生.

(3)施工工艺质量引起的裂缝

在钢筋混凝土结构浇筑、构件制作、起模、运输、堆放、拼装及吊装过程中,若施工工艺不合理,施工质量差,都可能产生各种裂缝,特别是细长薄壁结构更容易出现裂缝.裂缝出现的部位和走向、裂缝宽度因产生原因而异,比较且常见的有:(1)钢筋混凝土保护层过厚,或混凝土板绑扎好的上层钢筋被踩踏,使承受负弯矩的钢筋保护层加厚,导致构件的有效高度减小,形成与受力钢筋垂直方向的裂缝.(2)混凝土震捣不密实、不均匀,出现蜂窝、麻面、空洞或过早堆放物料引起的裂缝.(3)混凝土分层或分段浇注时,接头部位处理不好,易在新、旧混凝土和施工缝之间出现裂缝.(4)混凝土早期受冻,使构件表面出现裂纹,现象.(5)施工时模板刚度不足,在浇注混凝土时,因侧向压力的作用使得模板变形,产生与模板变形一致的裂缝.(6)施工时拆模过早,混凝土强度不足,使得构件在自重或施工荷载作用下产生裂缝.

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2. 使用中出现的裂缝

(1)化学反应引起的裂缝

碱骨料反应裂缝和钢筋锈蚀引起的裂缝是钢筋混凝土结构中最常见的由于化学反应而引起的裂缝.混凝土拌和后会产生一些碱性离子,这些离子与某些活性骨料产生化学反应并吸收周围环境中的水而体积增大,造成混凝土酥松、膨胀开裂.这种裂缝一般出现中混凝土结构使用期间,一旦出现很难补救,因此应在施工中采取有效措施进行预防.

(2)地基基础不均引发沉陷裂缝

沉陷裂缝的产生是由于结构地基土质不匀、松软,或回填土不实或浸水而造成不均匀沉降所致;或者因为模板刚度不足,模板支撑间距过大或支撑底部松动等导致,特别是在冬季,模板支撑在冻土上,冻土化冻后产生不均匀沉降,致使混凝土结构产生裂缝.此类裂缝多为深进或贯穿性裂缝,其走向与沉陷情况有关,一般沿与地面垂直或呈30°~45°角方向发展,较大的沉陷裂缝,往往有一定的错位,裂缝宽度往往与沉降量成正比关系.裂缝宽度受温度变化的影响较小.地基变形稳定之后,沉陷裂缝也基本趋于稳定.

(3)纵向锈蚀裂缝

沿主筋位置出的纵向裂缝,是钢筋生锈膨胀而产生.如果不进行处理,将会导致混凝土开裂扩大直至保护层全脱落,进一步加深腐蚀,这种裂缝对结构的安全耐久性影响很大,应认真处理.

二、混凝土结构开裂原因分析

1.原材料质量问题

水泥、砂、石等材料质量问题引起的裂缝较常见,包括水泥过期、土产砂石含泥量大、砂石品质不佳,还有的外加剂作用达不到要求等,就会产生“豆腐渣工程” ,形成混凝土开裂.


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2.施工工艺方面的原因

施工工艺涉及的面很广,一般常涉及到的有:①混凝土是一种人造混合材料,其质量好坏的一个重要标志是成型后混凝土的均匀性和密实程度.因此混凝土的搅拌、运输、浇捣、振实各道工序中的任何缺陷和疏漏,都可能是裂缝产生的直接或间接原因.②模板构造不当,漏水、漏浆、支撑刚度不足、支撑的地基下沉、过早拆模等都可能造成混凝土开裂.③施工过程中,钢筋表面污染、混凝土保护层太小或太大,浇筑中碰撞钢筋使其移位等都可能引起裂缝.④混凝土养护,特别是早期养护质量与裂缝的关系密切,早期表面干燥或早期内外温度差别较大更容易产生裂缝.以上原因切实针对混凝

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土施工过程的各个环节,包括操作人员培训、设备性能保证、各工序操作程序方法、环境影响等因素,以及在极端天气条件下施工等,都会增加混凝土结构的开裂情况.

3.地基变形

在钢筋混凝土结构中,造成开裂主要原因是不均匀沉降.裂缝的大小、形状、方向决定于地基变形的情况,由于地基变形造成的应力相对较大,使得裂缝一般是贯穿性的.

4.温度变形

混凝土具有热胀冷缩的性质,其线膨胀系数一般为1×10-5/℃.当环境温度发生变化时,就会产生温度变形,由此产生附加应力,当这种应力超过混凝土的抗拉强度时,就会产生裂缝.

5.湿度变形

混凝土在空气中结硬时,体积会逐渐减小,一般谓之干缩.收缩裂缝较普遍,常见于现浇墙板式结构、现浇框架结构等,通常是因为养护不良造成.

6.结构受荷原因

结构受荷后产生裂缝的因素很多,施工中和使用中都可能出现裂缝.对那些宽度超过规范规定的裂缝,以及不允许出现裂缝则应认为有害,需加以认真分析,慎重处理.

7.设计构造问题

结构构件断面突变或因开洞、留槽引起应力集中,构造处理不当,现浇主梁在搁次梁处如没有设附加箍筋,或附加吊筋以及各种结构缝设置不当等因素均容易导致混凝土开裂.

三、减少建筑工程结构混凝土裂缝的应对措施

1. 设计方面

在设计上要注意到容易开裂的部位,如深浅基交接处、高低跨处等薄弱环节.设计中尽量避免结构断面突变带来的应力集中.在混凝土中掺用膨胀剂来补偿混凝土的收缩.在结构设计中,要重视对构造筋的配置,注意对构造钢筋的直径、种类、数量的选择.对于大体积混凝土,在设计中考虑采用60 d龄期混凝土强度值作为设计值,以减少混凝土的单方用灰量,并积极采用各类有效的混凝土掺合料.

2. 施工方面

1)原材料的选用.尽量避免采用早强高的水泥,水泥品种尽量选用普通硅酸盐水泥.选用级配优良的砂、石材料,有害物质含量要符合规范要求.

2)积极采用掺合料和混凝土外加剂.

3)正确掌握好混凝土补偿收缩技术的运用方法.应通过现场大量的试验确定膨胀剂的最佳用量.

4)要有良好的施工方案.施工方案要确保钢筋间距的措施.浇筑混凝土的施工缝设置、混凝土的浇筑工艺和根据现场实际施工条件确定养护方法.一次浇筑长度设置在变截面处或受力较小的部位,严格按规范设置水平施工缝和垂直施工缝.混凝土浇筑时要尽量避免炎热天气和昼夜温差大的日子,严格控制混凝土的入模温度.在混凝土振捣时要避免过振和漏振,应提倡采用二次振捣、二次抹面技术,二次振捣以排除泌水和混凝土内部气泡.

5)施工质量.施工阶段是预防裂缝的主要阶段,要注意几个问题:适当地选择好水灰比,在满足强度要求的原则下,尽可能减少水泥用量.钢筋的成型和模板安装位置要准确、牢固,以避免施工中变形.浇筑、振捣操作合理,特别是振捣操作技术,往往不被人们重视.过分振捣对混凝土均匀性有害,振捣不足也不能保证混凝土的密实度,要恰到好处.

3. 养护方面

在混凝土裂缝的防治工作中,对混凝土的早期养护工作尤为重要.养护的目的是使混凝土正常硬化,强度增长,不受或少受外界影响.技术关键是设法使混凝土温度缓慢下降到接近外界气温,从而缩小降温过程中的温差,以减少混凝土温度裂缝的发生.对于一般混凝土的养护方法为喷水养护,以确保在养护期混凝土表面充分湿润.对于厚大体积混凝土,施工时应充分考虑水泥水化热问题.采取必要的降温措施,避免水化热集中出现.尽量晚拆模,拆模后要立即覆盖或及时回填,避开外界气候的影响,养护期应以混凝土强度增长最快的阶段为准,应为7 d~28 d.浇捣成型后,应采取必要的蓄水保温措施,表面覆盖薄膜、湿麻袋等进行养护,以防止由于混凝土内外温差过大而引起的温度裂缝.

参考文献:

[1]钢筋混凝土结构设计规范.中国建筑工业出版社,1999.

[2]赵国藩.钢筋混凝土结构的裂缝控制[M].海洋出版社,1991.

[3]张声.混凝土裂缝的防治与处理技术[J].

作者简介:张晓斌 男,1971年生,山西大同人 ,现供职山西省长治市潞安矿业集团 ,现任职工程师,学历大学.

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