混凝土结构中常见裂缝的分析

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  【摘 要】混凝土是一种抗拉能力极低的脆性材料,混凝土结构裂缝是建筑建结构上的通病,这些轻则影响建筑物美观,重则影响到建筑物的结构安全和耐久性, 文章通过对混凝土裂缝形成原因的分析, 并提出相应的预防措施。
  【关键词】混凝土结构;裂缝原因;预防措施
  
  建筑混凝土结构裂缝是极为普遍的现象,其中较多的出现在钢筋混凝土构件。实践证明,建筑混凝土结构裂缝可以通过设计手段、施工措施来克服,笔者就常见的几个问题及引发裂缝的原因进行归纳,并提出相应的预防措施。
   1.常见混凝土裂缝原因分析
  在施工和使用过程中,引起建筑混凝土结构开裂的原因很多,当发生温度和湿度变化、结构受荷、地基不均匀沉降、施工方式不当时,都非常容易产生裂缝,具体原因有以下几方面:
  1.1设计构造
  在设计时考虑不周,结构构件断面突变或因开洞、留槽引起应力集中;在构造处理不当时,现浇主梁在搁次梁处如果没有设置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。
  1.2地基变形
  建筑工程基础不均匀沉降是造成钢筋混凝土开裂的主要原因:
  1.2.1房屋建于土质差别较大或软弱土质上。
  1.2.2建筑物基础深浅不一。
  1.2.3房屋相邻部分的高度、荷重、结构刚度差别较大。
  1.2.4建筑物平面形状复杂、立面变化过大、长度过大等原因造成基础不均匀沉降。裂缝的大小、形状、方向与地基变形的情况有关,由于地基变形的应力相对较大,使得裂缝一般是贯穿性的,危害较大。
  1.3施工方面
  施工工艺不当是造成钢筋混凝土开裂的另一个主要原因。由于施工原因造成裂缝出现的因素很多,主要有:
  1.3.1水泥、砂、石等质量不好是引起裂缝较常见的因素。若工程上用了这些不合格的材料就会导致“豆腐渣工程”,所以说只有把好材料的质量关,工程质量才会在根本上得到保证。
  1.3.2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實程度。因此混凝土的搅拌、运输、浇灌、振实各道工序中的任何缺陷和疏漏,都可能使裂缝产生的直接或间接原因。
  1.3.3水分蒸发、水泥结石和混凝土干缩通常是导致混凝土裂缝的重要原因。混凝土养护,特别是早期养护质量与裂缝关系密切。早期表面干燥可使其内外温度较大更容易产生裂缝。
  1.3.4模板构造不当,漏水、漏浆、支撑刚度不足、支撑的地基下沉、过早拆模等都有可能造成混凝土开裂。施工过程中,钢筋表面污染,混凝土保护层太大或太小,浇灌中碰撞钢筋使其移位等都可能引起裂缝。
  1.4结构受荷
  在施工中和使用中由于结构受荷都可能出现裂缝。例如早期受震、构件堆放、运输、吊装时的垫块或吊点位置不当、施工超载、张拉应力值过大等均可能产生裂缝。而最常见的是钢筋混凝土梁、板等受弯构件,在使用荷载作用下往往出现不同程度的裂缝。普通钢筋混凝土构件在承受了30-40%的设计荷载,就可能出现裂缝,肉眼一般不能察觉,而构件的极限破坏荷载往往都在设计荷载的1.5倍以上。所以在一般情况下钢筋混凝土构件是允许带裂缝工作的(这类裂缝也称为无害裂缝)。在钢筋混凝土设计规范中,分别不同情况规定裂缝的最大宽度为0.2-0.3mm,对那些宽度超过规范规定的裂缝,以及不允许开裂的构件上出现裂缝则是有害的,需加以认真分析,慎重处理。
  1.5温湿度变化
  当温度变化时,由于材料热胀冷缩,房屋各部分构件将产生各自不同的变形,引起彼此制约而产生应力。因屋面混凝土与墙体的线膨胀系数不一致,屋面变形较大,当屋盖和墙体之间构造处理不当,会使墙体受拉,当其剪力和拉应力大于砌体的抗剪抗拉强度时,产生温差裂缝。
  普通混凝土在空气中硬结,湿度发生变化时,体积会有所收缩,由此而在构件内产生拉应力,在早期混凝土强度较低时,混凝土收缩值最大。因此,若构件早期养护不良,极易产生收缩裂缝。
   2.预防措施
  2.1材料选用
  2.1.1水泥
  应选用水化热较低的水泥,严禁使用安全性不合格水泥。
  2.1.2粗骨料
  宜用表面粗糙、质地坚硬的石料;级配良好,孔隙率小,无碱性反应;有害物质及粘土含量不超过规定。
  2.1.3细骨料
  宜用颗粒较粗、孔隙较小,含泥量较低的中砂。
  2.1.4外掺料
  宜采用减水剂等外加剂,以改善混凝土工作性能,降低用水量,减少收缩。
  2.2混凝土的制备
   混凝土的制备就是根据混凝土的配合比,把水泥、砂、石、外加剂、矿物掺和料和水通过搅拌的手段使其成为均质的混凝土。水泥进场时应对其品种、级别、包装或散装仓号、出厂日期等进行检查,并应对其强度、安定性进行复验。
  2.2.1混凝土配合比
  混凝土应根据实际采用的原材料进行配合比设计,并按普通混凝土拌和物性能试验方法等标准进行试验、试配,以满足混凝土强度、耐久性和工作性能(坍落度等)的要求,不得采用经验配合比。严格控制水灰和水泥用量,选择级配良好的石子,减小、空隙率和砂率以减少收缩量,提高混凝土抗裂强度。
  2.2.2混凝土搅拌
  为了拌制出均匀优质的混凝土,除合理地选择搅拌机外,还必须正确地确定搅拌制度,即一次投料量、搅拌时间和投料顺序等。一次投料量,不同类型的搅拌机都有一定的进料容量,搅拌机不宜超载过多,以免混凝土拌和物的均匀性。施工配料就是根据施工配合比以及施工现场搅拌机的型号,确定现场搅拌时原材料的一次投料量。搅拌混凝土时,根据出的各组成材料的一次投料量,按重量投料。投料顺序是影响混凝土质量及搅拌机生产率的重要因素。按照原材料加入搅拌筒内的投料顺序的不同,常用的投料顺序有:一次投料法,二次投料法,两次加水法。
  2.3模板工程
  2.3.1模板构造要合理,以防止模板各杆件间的变形不同而导致混凝土裂缝。
  2.3.2模板和支架要有足够的刚度,防止施工荷载(特别是动荷载)作用下,模板变形过大造成开裂。
  2.3.3合理掌握拆模时间,拆模时间不能过早,应保证早龄期混凝土不损坏或开裂。但也不能太晚,尽可能不要错过混凝土水化热峰值。
  2.3.4在保证合理工期的时候,采用3套模板。这是因为楼板裂缝主要是在初期混凝土强度很低时,受力后产生,而用3套模板后,保证了施工荷载不是由其单独承受,而是4层楼板同时在承担,有效地减少了楼板的压力。这是某房地产经过多年摸索后,一项很好的措施,以该房地产某楼盘为例,6万平方米的住宅,在主体结构完成一年后,仅发现有一个房间出现裂缝,总共只有3条。
  2.4混凝土浇筑
  在混凝土浇筑前,应检查模板的标高、位置、尺寸、强度和刚度是否符合要求;检查钢筋和预埋件的位置、数量和保护层厚度,并将检查结果填入隐蔽工程记录表;清除模板内的杂物和钢筋的油污;对模板的缝隙和孔洞应堵严;对木模板清水湿润,但不得有积水。混凝土的浇筑,应由低处往高处分层浇筑。每层的厚度应根据捣实、结构的配筋情况等因素确定。混凝土浇筑时应防止离析显现,振捣应均匀、适度。
  2.4.1在浇筑竖向结构混凝土前,应先在底部填入与混凝土内砂浆成分相同的水泥砂浆。
  2.4.2浇筑中不得发生离析现象,当浇筑高度超过3m时,应采用串筒、溜管或振动溜管使混凝土下落。
  2.4.3在混凝土浇筑过程中应经常观察模板、支架、钢筋、预埋件、预留孔洞的情况,当发现有变形、移位时,应及时采取措施进行处理。
  2.4.4加强混凝土的早期养护时间。养护的目的是为混凝土硬化创造必要的湿度、温度等条件。常采用的养护方法有:标准养护、热养护、养护,根据具体施工情况采用相应的养护方法。
  2.4.5混凝土浇筑后,必须保证混凝土均匀密实,充满整个模板空间,新旧混凝土结合良好,拆模后,混凝土表面平整光洁。为保证混凝土的整体性,浇筑混凝土应连续进行。当必须间歇时,其间歇时间宜缩短,并应在前层混凝土凝结前将次层混凝土浇筑完毕。混凝土运输、浇筑及间歇的全部时间不应超过混凝土的初凝時间。
  2.5混凝土的捣实
  混凝土的捣实就是使入模的混凝土完成成型与密实的过程,从而保证混凝土结构构件外形正确,表面平整,混凝土的强度和其他性能符合设计的要求。混凝土浇筑入模后应立即进行充分的振捣,使新入模的混凝土充满模板的每一角落,排出气泡,使混凝土拌和物获得最大的密实度和均匀性。混凝土的振捣分为人工振捣和机械振捣。人工振捣是利用捣棍或插钎等用人力对混凝土进行夯、插,使之成型。只有在采用塑性混凝土,而且缺少机械或工程量不大时才采用人工振捣。采用机械振实混凝土,早期强度高,可以加快模板的周转,提高生产率,并能获得高质量的混凝土,应尽可能采用。
  2.6基础的处理
  2.6.1加强地基的检查与验收工作,基坑开挖后及时通知勘察及设计单位到场验收。对较复杂的地基,设计方在基坑开挖后应要求勘察补钻探,当探出有不利地质情况时,必须先对其加固处理,并经验收后,方可进行下一步施工。
  2.6.2开挖基槽时,要注意不扰动其原状结构。合理安排施工顺序。相邻建(构)筑物间距较近时,一般应先施工较深基础,以防止基坑开挖破坏已建基础的地基。
  2.6.3当房屋建于土质差别较大的地基上,或房屋相邻部分的高度、荷重、结构刚度等有显著差别时,应在差异部位设置沉降缝,将其划分成刚度较好、长度变化较小的几个单元,可以减少因基础不均匀沉降引起的应力,避免产生裂缝。
  2.6.4尽量避免用软弱土层做持力层,若无法避免,可调整上部结构刚度,或采用筏式基础,以减少建筑的沉降。如某住宅小区,六层框混,底层沿街营业房,于1999年3月开工,2000年6月竣工,由于主楼为桩基,但营业房不打桩,虽设置了伸缩缝,但由于营业房为主楼基本完工后才开始施工,无形中更加大了竣工后的沉降差,故在竣工约半年后,由于营业房中间部位沉降较大,在营业房与主楼交接处出现“八”字形裂缝。
   3.结论
  裂缝是混凝土结构中普遍存在的一种现象,它的出现不仅会降低建筑物的抗渗能力,影响建筑物的使用功能,而且会引起钢筋的锈蚀,混凝土的碳化,降低材料的耐久性,影响建筑物的承载能力,因此要对混凝土裂缝进行认真、区别对待,采用合理的方法进行处理,并在施工中采取各种有效的预防措施来预防裂缝的出现和,保证建筑物和构件安全、稳定地工作。
  
  【参考文献】
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