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【摘 要】混凝土是现代土建工程中应用最广、用量极大的建筑材料。然而在温度、湿度等的变化影响下,容易产生裂缝,造成巨大的经济损失。通过分析混凝土产生裂缝的各种原因、概括了对混凝土裂缝的控制和养护方法。并比较各国规范(中国规范,美国规范以及欧洲规范)关于混凝土裂缝的验算方法,最后提出研究中的不足点与今后发展方向。
【关键词】 混凝土;裂缝;荷载因素;抗裂性;温度;规范
Concrete crack of become because of with control method
Li Hua-ping,Wang Da-jun,Liu Jiang-nan
(Sichuang shuyu petroleum building install engineering limited liability company Chengdu Sichuang 610017)
【Abstract】The concrete is a modern soil to set up in the engineering application wide, dosage biggest of building material.However in the temperature, degree of humidity...etc. of variety under the influence, easy creation crack, result in huge of economy loss.Pass analysis concrete creation various reason of crack, generalized to control concrete crack with protect a method.Combine comparison norm(China norm, the United States norm and Europe norm) in all countries concerning check of concrete crack calculate method, end put forward shortage within research point and aftertime development direction.
【Key words】Concrete;Crack;The lotus carry a factor;Anti- crack;Temperature;Norm
1. 引言
混凝土是目前用量最大的一种建筑材料,广泛应用于工业与民用建筑、农林与城市建设、水利与海港工程。然而,许多混凝土结构在建设与使用过程中出现了不同程度、不同形式的裂缝。这不仅影响建筑物的外观,更危及建筑物的正常使用和结构的耐久性。因此,裂缝问题倍受人们关注。近年来,随着预拌混凝土的大力推广应用以及结构形式日趋大型化、复杂化,使得这一问题变得更为突出。
2. 混凝土裂缝的种类和成因
混凝土开裂主要是由于混凝土中拉伸应力超过了拉伸强度,或者说是由于拉伸应变达到或者超过了拉伸极限而引起的[1]。
2.1 混凝土裂缝的种类。
混凝土结构物的裂缝可分为微观裂缝和宏观裂缝[2]。微观裂缝是指那些肉眼看不见的裂缝 ,主要有三种:粘着裂缝、水泥石裂缝、骨料裂缝。一般肉眼看得见裂缝称为宏观裂缝,宏观裂缝是微观裂缝扩展而来的。
2.2 混凝土裂缝的成因。大体上说,混凝土结构裂缝产生的原因主要有三种:外荷载、结构次应力、变形应力。
2.2.1 直接由荷载作用引起的裂缝。
作用于截面上的正常荷载作用效应,包括弯矩、剪力、扭矩、轴向拉力等都可能引起混凝土构建开裂,如图1所示[3]:
一般情况下,裂缝总是与主压应力方向相垂直,与主拉应力一致,且首先在荷载效应最大处产生。
2.2.2 结构次应力引起的裂缝。
次应力裂缝的产生归纳起来有两方面原因:一是结构设计模型和实际结构之间的差异;另一个是结构荷载情况和实际荷载情况之间的差异。
2.2.3 变形应力引起的裂缝引起的裂缝。
除了荷载因素外,钢筋混凝土结构或构件的裂缝大多数是由非荷载因素引起的。其中包括温度、收缩裂缝、基础不均匀沉降等等因素引起的裂缝。
2.2.3.1 温度裂缝。
根据温度应力的形成过程可分为以下三个阶段:
(1) 早期:自浇筑混凝土开始至水泥放热基本结束,一般约30天。
(2) 中期:自水泥放热作用基本结束时起至混凝土冷却到稳定温度时止。
(3) 晚期:混凝土完全冷却以后的运转时期。
根据温度应力引起的原因可分为自生应力和约束应力两类。
2.2.3.2 收缩裂缝。
收缩有很多种,包括干燥收缩、塑性收缩、自身收缩、碳化收缩等等[3]。这里主要介绍干燥收缩和塑性收缩。
干燥收缩[4],混凝土中约20%的水分是水泥硬化所必须的,而约80%的水分要蒸发。混凝土硬化后,在干燥的环境下,混凝土内部的水分不断向外散失造成多余水分的蒸发,引起混凝土由外向内的干缩变形裂缝。
塑性收缩。塑性裂缝发生在混凝土塑性阶段,终凝之前,见图2。
2.2.3.3 基础不均匀沉降。
基础不均匀沉降会使超静定结构受迫变形引起裂缝,特别是对地质条件不均匀的地基或强夯地基,发生不均匀沉降的可能性较大。图3为北川县城周边一居民房不均匀沉降造成的裂缝。
3. 混凝土裂缝的控制方法
3.1 针对温度变化的控制。
首先,在墙体中设置伸缩缝。在容易因温度的变化而产生建筑结构裂缝的地方设置伸缩缝,并在必要的情况下设置多设置一些伸缩缝。其次,有针对性地分段施工。对于有利于减少建筑结构裂缝发生的区域可以实行分段施工,减少因温度的变化引起建筑结构裂缝。再次,设置隔热层。在温度变化较大的地方设置隔热层,减少建筑结构冷热不均现象的发生,可以降低因温度的变化引起建筑结构裂缝发生的机率。
3.2 针对地基沉降不均匀的控制。
首先,要对实施建筑的土质进行科学的检测。运用现代的科学技术和施工方法,测量土质的基本情况,结合建筑结构的要求,打下坚实的建筑地基。其次,合理设置沉降缝。合理的沉降缝是预防建筑结构出现裂缝的良好手段。将建筑结构底层设置成若干刚度较好的单元,并将沉降不同的区域拉开一定的距离,实现各个单元自由沉降的格局,减少建筑结构裂缝发生的机率。再次,加强上层建筑的刚性和整体性。合理使用建筑材料,增强建筑的刚性,科学规划,保证建筑的整体性,可以减少建筑结构裂缝的产生。
3.3 混凝土的养护方面。
影响混凝土开裂的因素很多,控制和预防混凝土结构裂缝是一个系统工程,贯穿于混凝土生产和施工的全过程。但是控制混凝土构件的早期水分蒸发,避免由于早期失水引起表面早期裂缝或引起混凝土的内部缺陷,对于预防混凝土构件开裂裂缝至关重要。早期养护能大幅度减小掺外加剂混凝土的早期收缩和后期收缩,对控制混凝土的非荷载裂缝十分有利。
4. 各国规范采用裂缝控制方法[6]
4.1 中国规范GB50010-2002[7]。
我国现行混凝土结构设计规范GB50010-2002[7]采用的裂缝控制验算,应根据构建所处的环境类别确定相应的裂缝控制等级以及最大裂缝宽度的限值,并按照三级裂缝的规定进行受拉边缘应力或正截面裂缝宽度验算。
4.2 美国规范ACI(318-2005)[8]。
美国规范ACI(318-2005)[8]根据预压受拉区(指在恒载和活载作用下弯曲受拉的部分截面)在使用荷载下计算的边缘纤维最大应力 ,将预应力混凝土受弯构件化分为以下三种级别,构件未开裂为U级、构件处于开裂和未开裂状态之间为T级、构件开裂为C级。
4.3 欧洲规范EN1992-1-1(2004)[9]。
欧洲规范EN1992-1-1(2004)[9]基于裂缝控制提出最小钢筋面积和限制应力等系列公式。另外对于满足规定时,裂缝宽度不会超过规定的值,可不对裂缝宽度进行计算而认为满足要求。出的值,钢筋应力应根据相关作用组合下的开裂截面计算。
5. 总结与展望
进一步找出引起混凝土裂缝的其他原因,分析对混凝土开裂的敏感因素,进一步将各因素对混凝土裂缝的影响量化。施工质量的好坏对混凝土裂缝的大小有至关重要的影响,因此应改善施工工艺,提高施工质量,加强监督与管理。
裂缝的成因非常复杂,治理方法也多种多样,应根据其结构特点,系统分析其裂缝产生的原因,宜抗则抗,宜放则放,对症下药,方能即经济又彻底地解决问题。
参考文献
[1] 张晓明. 凝土温度裂缝的成因及预防措施[J]. 北京工业职业技术学院学报, 2006, 5(1): 50-51.
[2] 王育军. 混凝土现浇楼板裂缝的成因和控制[J]. 水利与建筑工程学报, 2007, 5(3): 102-105.
[3] 赵国藩. 高等钢筋混凝土结构学[M]. 北京:机械工业出版社, 2005: 304-305.
[4] 黄振雄. 混凝土裂缝的产生原因与养护方法[J]. 商品储运与养护,2008, 30(3): 62-63.
[5] 鞠丽艳. 混凝土裂缝抑制措施的研究进展[J]. 混凝土, 5: 11-14.
[6] 贡金鑫, 魏巍巍, 胡家顺. 中美欧混凝土结构设计[M]. 北京:中国建筑工业出版社, 2007: 517-538.
[7] GB50010-2002, 混凝土结构设计规范[S]. 2002.
[8] ACI Committee 318, Building Code Requirements for Structural Concrete (ACI 318-05) andCommentary(318R-05) [S], American Concrete Institute, Farmington Hills, Mich., 2005.
[9] European Standard. Design of concrete structures - Part 1-1: General rules and rules for buildings(EN1992-1-1:2004) [S],
[文章编号]1619-2737(2010)04-08-062
【关键词】 混凝土;裂缝;荷载因素;抗裂性;温度;规范
Concrete crack of become because of with control method
Li Hua-ping,Wang Da-jun,Liu Jiang-nan
(Sichuang shuyu petroleum building install engineering limited liability company Chengdu Sichuang 610017)
【Abstract】The concrete is a modern soil to set up in the engineering application wide, dosage biggest of building material.However in the temperature, degree of humidity...etc. of variety under the influence, easy creation crack, result in huge of economy loss.Pass analysis concrete creation various reason of crack, generalized to control concrete crack with protect a method.Combine comparison norm(China norm, the United States norm and Europe norm) in all countries concerning check of concrete crack calculate method, end put forward shortage within research point and aftertime development direction.
【Key words】Concrete;Crack;The lotus carry a factor;Anti- crack;Temperature;Norm
1. 引言
混凝土是目前用量最大的一种建筑材料,广泛应用于工业与民用建筑、农林与城市建设、水利与海港工程。然而,许多混凝土结构在建设与使用过程中出现了不同程度、不同形式的裂缝。这不仅影响建筑物的外观,更危及建筑物的正常使用和结构的耐久性。因此,裂缝问题倍受人们关注。近年来,随着预拌混凝土的大力推广应用以及结构形式日趋大型化、复杂化,使得这一问题变得更为突出。
2. 混凝土裂缝的种类和成因
混凝土开裂主要是由于混凝土中拉伸应力超过了拉伸强度,或者说是由于拉伸应变达到或者超过了拉伸极限而引起的[1]。
2.1 混凝土裂缝的种类。
混凝土结构物的裂缝可分为微观裂缝和宏观裂缝[2]。微观裂缝是指那些肉眼看不见的裂缝 ,主要有三种:粘着裂缝、水泥石裂缝、骨料裂缝。一般肉眼看得见裂缝称为宏观裂缝,宏观裂缝是微观裂缝扩展而来的。
2.2 混凝土裂缝的成因。大体上说,混凝土结构裂缝产生的原因主要有三种:外荷载、结构次应力、变形应力。
2.2.1 直接由荷载作用引起的裂缝。
作用于截面上的正常荷载作用效应,包括弯矩、剪力、扭矩、轴向拉力等都可能引起混凝土构建开裂,如图1所示[3]:
一般情况下,裂缝总是与主压应力方向相垂直,与主拉应力一致,且首先在荷载效应最大处产生。
2.2.2 结构次应力引起的裂缝。
次应力裂缝的产生归纳起来有两方面原因:一是结构设计模型和实际结构之间的差异;另一个是结构荷载情况和实际荷载情况之间的差异。
2.2.3 变形应力引起的裂缝引起的裂缝。
除了荷载因素外,钢筋混凝土结构或构件的裂缝大多数是由非荷载因素引起的。其中包括温度、收缩裂缝、基础不均匀沉降等等因素引起的裂缝。
2.2.3.1 温度裂缝。
根据温度应力的形成过程可分为以下三个阶段:
(1) 早期:自浇筑混凝土开始至水泥放热基本结束,一般约30天。
(2) 中期:自水泥放热作用基本结束时起至混凝土冷却到稳定温度时止。
(3) 晚期:混凝土完全冷却以后的运转时期。
根据温度应力引起的原因可分为自生应力和约束应力两类。
2.2.3.2 收缩裂缝。
收缩有很多种,包括干燥收缩、塑性收缩、自身收缩、碳化收缩等等[3]。这里主要介绍干燥收缩和塑性收缩。
干燥收缩[4],混凝土中约20%的水分是水泥硬化所必须的,而约80%的水分要蒸发。混凝土硬化后,在干燥的环境下,混凝土内部的水分不断向外散失造成多余水分的蒸发,引起混凝土由外向内的干缩变形裂缝。
塑性收缩。塑性裂缝发生在混凝土塑性阶段,终凝之前,见图2。
2.2.3.3 基础不均匀沉降。
基础不均匀沉降会使超静定结构受迫变形引起裂缝,特别是对地质条件不均匀的地基或强夯地基,发生不均匀沉降的可能性较大。图3为北川县城周边一居民房不均匀沉降造成的裂缝。
3. 混凝土裂缝的控制方法
3.1 针对温度变化的控制。
首先,在墙体中设置伸缩缝。在容易因温度的变化而产生建筑结构裂缝的地方设置伸缩缝,并在必要的情况下设置多设置一些伸缩缝。其次,有针对性地分段施工。对于有利于减少建筑结构裂缝发生的区域可以实行分段施工,减少因温度的变化引起建筑结构裂缝。再次,设置隔热层。在温度变化较大的地方设置隔热层,减少建筑结构冷热不均现象的发生,可以降低因温度的变化引起建筑结构裂缝发生的机率。
3.2 针对地基沉降不均匀的控制。
首先,要对实施建筑的土质进行科学的检测。运用现代的科学技术和施工方法,测量土质的基本情况,结合建筑结构的要求,打下坚实的建筑地基。其次,合理设置沉降缝。合理的沉降缝是预防建筑结构出现裂缝的良好手段。将建筑结构底层设置成若干刚度较好的单元,并将沉降不同的区域拉开一定的距离,实现各个单元自由沉降的格局,减少建筑结构裂缝发生的机率。再次,加强上层建筑的刚性和整体性。合理使用建筑材料,增强建筑的刚性,科学规划,保证建筑的整体性,可以减少建筑结构裂缝的产生。
3.3 混凝土的养护方面。
影响混凝土开裂的因素很多,控制和预防混凝土结构裂缝是一个系统工程,贯穿于混凝土生产和施工的全过程。但是控制混凝土构件的早期水分蒸发,避免由于早期失水引起表面早期裂缝或引起混凝土的内部缺陷,对于预防混凝土构件开裂裂缝至关重要。早期养护能大幅度减小掺外加剂混凝土的早期收缩和后期收缩,对控制混凝土的非荷载裂缝十分有利。
4. 各国规范采用裂缝控制方法[6]
4.1 中国规范GB50010-2002[7]。
我国现行混凝土结构设计规范GB50010-2002[7]采用的裂缝控制验算,应根据构建所处的环境类别确定相应的裂缝控制等级以及最大裂缝宽度的限值,并按照三级裂缝的规定进行受拉边缘应力或正截面裂缝宽度验算。
4.2 美国规范ACI(318-2005)[8]。
美国规范ACI(318-2005)[8]根据预压受拉区(指在恒载和活载作用下弯曲受拉的部分截面)在使用荷载下计算的边缘纤维最大应力 ,将预应力混凝土受弯构件化分为以下三种级别,构件未开裂为U级、构件处于开裂和未开裂状态之间为T级、构件开裂为C级。
4.3 欧洲规范EN1992-1-1(2004)[9]。
欧洲规范EN1992-1-1(2004)[9]基于裂缝控制提出最小钢筋面积和限制应力等系列公式。另外对于满足规定时,裂缝宽度不会超过规定的值,可不对裂缝宽度进行计算而认为满足要求。出的值,钢筋应力应根据相关作用组合下的开裂截面计算。
5. 总结与展望
进一步找出引起混凝土裂缝的其他原因,分析对混凝土开裂的敏感因素,进一步将各因素对混凝土裂缝的影响量化。施工质量的好坏对混凝土裂缝的大小有至关重要的影响,因此应改善施工工艺,提高施工质量,加强监督与管理。
裂缝的成因非常复杂,治理方法也多种多样,应根据其结构特点,系统分析其裂缝产生的原因,宜抗则抗,宜放则放,对症下药,方能即经济又彻底地解决问题。
参考文献
[1] 张晓明. 凝土温度裂缝的成因及预防措施[J]. 北京工业职业技术学院学报, 2006, 5(1): 50-51.
[2] 王育军. 混凝土现浇楼板裂缝的成因和控制[J]. 水利与建筑工程学报, 2007, 5(3): 102-105.
[3] 赵国藩. 高等钢筋混凝土结构学[M]. 北京:机械工业出版社, 2005: 304-305.
[4] 黄振雄. 混凝土裂缝的产生原因与养护方法[J]. 商品储运与养护,2008, 30(3): 62-63.
[5] 鞠丽艳. 混凝土裂缝抑制措施的研究进展[J]. 混凝土, 5: 11-14.
[6] 贡金鑫, 魏巍巍, 胡家顺. 中美欧混凝土结构设计[M]. 北京:中国建筑工业出版社, 2007: 517-538.
[7] GB50010-2002, 混凝土结构设计规范[S]. 2002.
[8] ACI Committee 318, Building Code Requirements for Structural Concrete (ACI 318-05) andCommentary(318R-05) [S], American Concrete Institute, Farmington Hills, Mich., 2005.
[9] European Standard. Design of concrete structures - Part 1-1: General rules and rules for buildings(EN1992-1-1:2004) [S],
[文章编号]1619-2737(2010)04-08-062