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1、 探析钢筋混凝土结构裂缝产生的原因及预防_工程论文 工程论文 摘要:本文重点分析建筑钢筋混凝土结构裂缝产生的各种原因,并根据多方面的 科学研究和大量工程实践提出控制钢筋混凝土结构裂缝的预防措施。 关键词:钢筋混凝土结构;裂缝;原因分析;预防措施;裂缝处理 1 前言 近年来,随着钢筋混凝土结构的长大化和复杂化,以及商品混凝土的大量推广和混凝土强 度等级的提高,结构裂缝出现机率大大增加,有些已危及结构的安全性和耐久性,有的地下工 程裂渗已影响其使用功能。笔者根据长期的科学研究和大量工程实践,提出钢筋混凝土结构 裂缝原因及控制、预防措施,供工程界参考,不妥之处请指正。 2 结构裂缝产生的原因及预防
2、结构裂缝产生的原因很复杂,根据国内外的调查资料,引起裂缝有两大类原因,一种由外 荷载(如静、动荷载)的直接应力和结构次应力引起的裂缝,其机率约 20%;一种是结构因温度、 膨胀、收缩和不均匀沉降等因素由变形变化引起的裂缝,其机率约 80%。裂缝发生与材料、 设计、施工和维护有关,现作以下分析。 2.1 材料缺陷 在变形裂缝中收缩裂缝占有 80%的比例,从混凝土的性质来说大概有: 2.1.1 干燥收缩 研究表明,水泥加水后变成水泥硬化体,其绝对体积减小。每 l00 克水泥水化后的化学减 缩值为 79l,如混凝土水泥用量为 35kg/3,则形成孔缝体积约 2530l/3 之巨。这是混凝土 抗拉强度
3、低和极限拉伸变形小的根本原因。研究表明,每 lg 水泥浆体可蒸发水约 6l,如混凝 土水泥用量为 350kg/3,当混凝土在干燥条件下, 则蒸发水量达 2ll/3。毛细孔缝中水逸出产 生毛细压力,使混凝土产生“毛细收缩” 。由此引起水泥砂浆的干缩值为 0.1%0.2%;混凝土 的干缩值为 0.04%0.06%。而混凝土的极限拉伸值只有 0.01%0.02%,故易引起干缩裂缝, 干燥收缩裂纹出现在接近 1 年龄期内。 2.1.2 温差收缩 对于强度要求较高的混凝土,水泥用量相对较多,水泥水化是个放热过程,其水化热为 l65250 焦尔/克,随混凝土水泥用量提高,其绝热温升可达 5080。研究表明
4、,当混凝土内 外温差 1 0时,产生的冷缩值 = T/= 10/l10-5=0.1%,如温差为 2030时,其冷缩值为 0.020.03%,而混凝土极限拉伸值只有 0.010.015%,因而冷缩常引起混凝土开裂。 2.1.3 塑性收缩 混凝土初凝之前出现泌水和水份急剧蒸发,引起失水收缩,此时骨料与水泥之间也产生不 均匀的沉缩变形,它发生在混凝土终凝之前的塑性阶段,故称为塑性收缩。其收缩量可达 1% 左右。在混凝土表面上,特别在抹压不及时和养护不良的部位出现龟裂,宽度达 l2,属表面 裂缝。水灰比过大,水泥用量大,外加剂保水性差,粗骨料少,振捣不良,环境温度高,表面失水大 等都能导致混凝土塑性收
5、缩而发生表面开裂现象。 2.1.4 自生收缩 密闭的混凝土内部相对湿度随水泥水化的进展而降低,称为自干燥。高水灰比的普通混 凝土(P)由于毛细孔隙中贮存大量水分,自干燥引起的收缩压力较小,所以自生收缩值较低而 不被注意。但是,低水灰比的高性能混凝土(HP) 则不同,早期强度较高的发展率会使自由水 消耗较快,以至使孔体系中的相对湿度低于 80%。而 HP 结构致密,外界水泥很难渗入补充,在 这种条件下开始产生自干收缩。研究表明,龄期 2 个月水胶比为 0.4 的 HP,自干收缩率为0.01%,水胶比为 0.3 的 HP,自干收缩率为 0.02%。HP 的总收缩中干缩和自收缩几乎相等,水胶 比越小
6、自收缩所占比例越大。由此可知,HP 的收缩性与 P 完全不同,P 以干缩为主,而 HP 以 白干收缩为主。问题的要害是:HP 自收缩过程开始于水化速率处于高潮阶段的头几天,温度 梯度首先引发表面裂缝,随后引发内部微裂缝,若混凝土变形受到约束,则进一步产生收缩裂 缝。这是高标号混凝土容易开裂的主要原因之一。 以上是从水泥混凝土物理化学特性分析其各种收缩现象,早期塑性收缩会导致结构出现 表面裂缝,混凝土进入硬化阶段后,混凝土水化热使结构产生温差收缩和干燥收缩(包括自干 收缩),这是诱发裂缝的主要原因。2.2 设计方面 2.2.1 选用合理的设计模型及适宜的长度或体积。特别考虑温度变化和混凝土收缩对
7、结 构的影响。现行混凝土结构设计规范GB50011-2002 中对此提出了几项具体措施:一是 设置伸缩缝,对不同结构形式、外露环境有不同的要求。二是混凝土浇筑采用后浇带分段施 工。这只能解决混凝土收缩应力问题,不能解决温度缝问题。三是采用专门的预加应力措施, 以此抵消温度、收缩应力的影响。还有其它措施,如加强结构的薄弱环节,以提高其抗裂性能;采 用可靠的滑动措施,以减小约束变形的摩擦阻力等。 2.2.2 适当加强构造配筋,提高配筋率,尽量配置细而密的钢筋,以减少裂缝的宽度。在温 度收缩应力较大的地方配置温度收缩钢筋。但对大体积混凝土,提高配筋率没有太大效果,因 为其配筋率往往很低。 笔者认为,
8、控制裂缝应该防患于未然,首先尽量预防有害裂缝,重点在防。我国混凝土结 构工程向长大化、复杂化发展,混凝土设计强度等级向 4060 发展,设计师多注重结构安全, 而对变形裂缝控制考虑不周,这也是结构裂缝发生增多的原因之一。 2.3 施工管理问题 混凝土配合比设计是否科学合理,水泥与外加剂是否相适应,砂石级配及其含泥量是否符 合规范要求,混凝土坍落度控制是否合理,这些都影响到混凝土的质量及其收缩变形。 混凝土浇筑震捣不均匀密实,施工缝和细部处理马虎,会带来结构开裂的后患;过震则使 浮浆过厚,抹压又不及时,则混凝土表面出现塑性裂缝,十分难看。 边墙拆摸板过早(13d),混凝土水化热正处于高峰,内外温
9、差最大;混凝土易“感冒”开 裂。 混凝土养护十分重要,但许多施工单位忽视这一环节,尤其是墙体和柱梁的保温保湿养护 不到位,容易产生收缩裂缝。某些露天构筑物尽管当地湿度很大,但由于吹风影响,加速了混 凝土水分蒸发速度,亦即增加干缩速度,容易引起早期表面裂缝。这也许是夏季比秋冬季,南 方比北方出现结构裂缝较多的原因。 从已建工程调查中发现,底板养护较好,出现裂缝概率较低,而底板上外墙裂缝概率很高 约占 80%,这与保温保湿养护不足有很大关系。 除上述技术因素外,施工管理不严,赶进度,偷工减料,工人素质差,施工马虎等也是造成结 构裂缝的人为因素。 2.4 对维护缺乏认识 我们发现不少结构是在浇筑完 36 个月,甚至在 l2 年内出现裂缝。除荷载问题外,主 要是环境温度和风速引起的收缩变形所致。有些地下室不及时复土;上部结构不及时做好封 闭;出人口长期敞开,屋面防水层破坏不及时修补等。这些与施工和业主对结构维护缺乏认识 有关。钢筋混凝土结构与其他物件一样都存在“热胀冷缩”的特征,尤其超长结构更为明显, 所以,应重视已浇 1/2 12 下一页尾页 下载此论文：探析钢筋混凝土结构裂缝产生的原因及预防.dx（rd 文档）
