淺談混凝土結構裂縫成因和預防措施

淺談混凝土結構裂縫成因和預防措施

　　【論文摘要】: 近年來，現澆混凝土結構因其整體性強，抗震性好，以及商品混凝土和高強、高性能混凝土的大量使用，我國現澆混凝土結構得到了廣泛地推廣和應用。但是，由于混凝土是一種脆性材料，早期強度低，施工過程中極易出現裂縫缺陷，影響建筑結構的整體性和耐久性，文章分析了混凝土結構裂縫成因和預防措施。 
　　 
　　1. 前言 
　　 
　　混凝土是現代城市建設中廣泛使用的結構材料，但是伴隨這類材料的生產研究與應用，混凝土結構的裂縫問題一直受到人們關注。混凝土結構的裂縫不僅影響到結構的美觀，也可能影響結構的正常使用與耐久性。當裂縫寬度達到一定數值時，可能危及結構的安全。大量科研和實踐都證明了混凝土結構出現裂縫是不可避免的，科學的要求是將其有害程度控制在允許范圍(國家有關規范)內。 
　　 
　　2. 混凝土結構裂縫成因 
　　 
　　混凝土是一種抗拉能力很低的脆性材料，在施工和使用過程中，當發生溫度、濕度變化、地基不均勻沉降時，極易產生裂縫。 
　　2.1 材料質量 
　　材料質量問題引起的裂縫是較常見的原因。 
　　2.2 結構受荷 
　　結構受荷后產生裂縫的因素很多，施工中和使用中都可能出現裂縫。如：拆模過早或方法不當、構件堆放、運輸、吊裝時的墊塊或吊點位置不當、施工超載、張拉預應力值過大等等均可能產生裂縫。而最常見的是鋼筋混凝土梁、板等受彎構件，在使用荷載作用下往往出現不同程度的裂縫。普通鋼筋混凝土構件在承受了30％—40％的設計荷載時，就可能出現裂縫，肉眼一般不能察覺，而構件的極限破壞荷載往往在設計荷載的1．5倍以上。所以在一般情況下鋼筋混凝土構件是允許帶裂縫工作的(這類裂縫有的文獻稱之為無害裂縫)。在鋼筋混凝土設計規范中，分別不同情況規定裂縫的最大寬度為0．2mm～0．3mm，對那些寬度超過規范規定的裂縫，以及不允許開裂的構件上出現裂縫，則應認為有害，需加以認真分析，慎重處理。 
　　2.3 設計構造 
　　結構構件斷面突變或開洞、留槽引起應力集中；構造處理不當、現澆主梁在擱次梁處如沒有設附加箍筋、或附加吊筋以及各種結構縫設置不當等因素容易導致混凝土開裂。 
　　2.4 溫度變形 
　　混凝土是具有熱脹冷縮的性質，當環境溫度發生變化時，就會產生溫度變形，由此產生附加應力，當這種應力超過混凝土的抗拉強度時，就會產生裂縫。在工程中，這類裂縫較多見，譬如現澆屋面板上的裂縫，大體積混凝土的裂縫等。 
　　2.5 濕度變形 
　　混凝土在空氣中結硬時，體積會逐漸減小，稱為干縮。收縮裂縫較普遍，常見于現澆墻板式結構、現澆框架結構等，通常是因為養護不良造成。 
　　2.6 地基變形 
　　在鋼筋混凝土結構中，造成開裂主要原因是不均勻沉降。裂縫的大小、形狀、方向決定于地基變形的情況，由于地基變形造成的應力相對較大，使得裂縫一般是貫穿性的。 
　　2.7 施工工藝 
　　(1) 混凝土是一種人造混合材料，其質量好壞的一個重要標志是成型后混凝土的均勻性和密實程度。因此混凝土的攪拌、運輸、澆灌、振實各道工序中的任何缺陷和疏漏，都可能是裂縫產生的直接或間接成因。(2)水分蒸發、水泥結石和混凝土干縮通常是導致混凝土裂縫的重要原因。(3)模板構造不當，漏水、漏漿、支撐剛度不足、支撐的地基下沉、過早拆模等都可能造成混凝土開裂。施工過程中，鋼筋表面污染，混凝土保護層太小或太大，澆灌中碰撞鋼筋使其移位等都可能引起裂縫。(4)混凝土養護，特別是早期養護質量與裂縫的關系密切。早期表面干燥或早期內外溫差較大更容易產生裂縫。
　　2.8 徐變 
　　混凝土徐變造成開裂或裂縫發展的例子工程中也很常見。據文獻記載受彎構件截面混凝土受壓徐變，可以使構件變形增加2倍～3倍；預應力結構因徐變會產生較大的應力損失，降低了結構的抗裂性能。 
　　 
　　3. 混凝土結構裂縫的預防措施 
　　 
　　通過以上分析，在工程裂縫中有很大一部分是可以通過設計手段、施工手段來克服的。 
　　3.1 材料方面措施 
　　(1) 水泥 
　　根據工程條件不同，盡量選用水化熱較低、強度較高的水泥，嚴禁使用安定性不合格的水泥。 
　　(2) 粗骨料：適用表面粗糙、級配良好、空隙率小、無堿性反應；有害物質及泥土含量和壓碎指標值等滿足相關規范及技術規范規定。 
　　(3) 細骨料：一般采用天然砂。宜用顆粒較粗、空隙較小的2區砂、對運送混凝土宜選用中砂；所選的砂有害物質及混凝土含量和堅固指標等應滿足相關規范及技術規程規定。 
　　(4) 外摻加料：宜采用減水劑及膨脹劑等外加劑，以改善混凝土工作性能，降低用水量，減少收縮。 

　　3.2 混凝土配料、攪拌、運輸及澆筑措施 
　　(1) 配合設計應盡量采有低水灰比、低水泥用量、低用水量。投料計量應準確，攪拌時間應保證；禁止任意增加水泥用量。 
　　(2) 混凝土運輸過程中，車鼓保持在每分鐘約6轉，并到工地后保持攪拌車高速運轉到4至5分鐘，以使混凝土澆筑前充分再次混合均勻。如遇塌落度有所損失，可以摻一定的外加劑以達到理想效果。 
　　(3) 澆筑分層應合理，振搗應均勻、適度、不得隨意留置施工縫。 
　　3.3 設計方面措施 
　　(1) 建筑平面造型在滿足使用要求的前提下，力求簡單，平面復雜的建筑物，容易產生扭曲等附加應力而造成墻體及樓板開裂；控制建筑物的長高比，增強整體剛度和調整不均勻沉降的能力。 
　　(2) 正確設置變形縫，位置和寬度選擇要適當，構造要合理。 
　　(3) 合理地調整各部分承重結構的受力情況，使荷載分布均勻，盡量防止受力過于集中。 
　　(4) 限制伸縮縫間距。對體形復雜、地基不均勻沉降值大的建筑物更應嚴格控制，可以和其它結構縫合并使用。 
　　(5) 構件配筋要合理，間距要適當。斷面較大的梁應設置腰筋。大跨度、較厚的現澆板，上面中心部位宜配置構造鋼筋。主梁在集中應力處，宜增加附加橫向鋼筋。 
　　(6) 減少地基的不均勻沉降，在基礎設計中可以采取調整基礎的埋置深度，不同的地基計算強度和采用不同的墊層厚度等方法，來調整地基的不均勻變形。 
　　(7) 層層設置圈梁、構造柱，可以增加建筑物的整體性，提高磚石砌體的抗剪、抗拉強度，防止或減少裂縫。 
　　3.4 施工方面措施 
　　(1) 模板工程的模板構造要合理，以防止模板各構件間的變形不同而導致混凝土裂縫；模板和支架要有足夠的剛度，防止施工荷載作用下，模板變形過大造成開裂；合理掌握拆模時機，盡可能不要錯過混凝土水化熱峰值，即不要錯過最佳養護介入時機。 
　　(2) 合理設置后澆帶，較長的墻、板、基礎等結構和主樓與裙房之間等高低層錯落處，均應設置后澆帶。 
　　(3) 加強混凝土的早期養護，并適當延長養護時間，以減少混凝土的收縮變形。 
　　(4) 大體積混凝土施工，應做好溫度測控工作，采取有效的保溫措施，保證構件內外溫差不超過規定。 
　　(5) 鋼筋綁扎位置要正確，保護層厚度要盡量準確，不要超出規范規定；鋼筋表面應潔凈，鋼筋代換必須考慮對構件抗裂性能的影響。 
　　(6) 加強地基的檢查與驗收，復雜地基，應做補充勘探。異常地基處理必須謹慎，盡可能使其處理后的承載力與本工程正常地基承載力相同或相近。 
　　(7) 合理安排施工順序。當相鄰建(構)筑物間距較近時，一般應先施工較深的基礎，以防基坑開挖破壞已建基礎的地基礎。當建(構)筑物各部分荷載相差較大時，一般應施工重、高部分，后施工輕、低部分。 
　　 
　　4. 結束語 
　　 
　　混凝土結構裂縫的控制是一個綜合性的問題，需要經過設計、監理、施工及使用方等多方面的配合。經過上述綜合措施的控制，能夠避免大體積混凝土結構裂縫的產生或者使裂縫盡可能將其有害程度控制在允許范圍之內。

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