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摘要:当代高层建筑已普遍应用了现浇钢筋混凝土结构,然而现浇混凝土结构裂缝在施工中是一个普遍存在而又难于解决的工程实际问题,裂缝重则危及结构安全,轻则影响房屋的正常使用及混凝土的寿命。建筑物的裂缝是不可避免的,有裂缝是绝对的,无裂缝是相对的。所以混凝土结构中的裂缝成为建筑物中的主要控制因素,本文通过对现浇混凝土结构裂缝产生的原因,从不同角度对裂缝进行了分类,并针对具体情况提出了一些预防、处理措施。
关键词:建筑工程;现浇混凝土;结构裂缝;防治措施
引言
随着近几年我国经济的迅速发展,钢筋混凝土结构已经普遍用于工业和民用建筑中。但是伴随着钢筋混凝土材料的生产研究与广泛应用,混凝土结构裂缝问题普遍存在,在工程施工、检查过程中,发现部分工程现浇混凝土楼板及墙、柱、梁面不同程度出现裂缝。裂缝产生原因很多,有外在作用引起的裂缝;有变形引起的裂缝,如温度变化、收缩、膨胀、及地基不均匀沉降;养护环境不当和钢筋碳化引起裂缝等,如不妥善及时进行处理,轻者影响建筑物美观,造成渗漏水,重者降低建筑结构的承载力、稳定性和整体性,甚至还会导致整体倒塌的重大质量事故。因此,鉴别裂缝、分析裂缝、控制裂缝的产生和发展,并对裂缝的产生进行有效的防治,对保证混凝土结构的整体性及正常使用具有重要的意义。
一、现浇混凝土裂缝的类型
现浇混凝土结构施工阶段出现裂缝很常见,尤其在楼板和墙板中更为突出,己成为常见的质量通病,在施工阶段混凝土结构出现裂缝少量是由于支撑不足或施工荷载过大引起的荷载裂缝,荷载裂缝是指因动、静荷载的直接作用引起的裂缝;绝大部分是变形裂缝,变性裂缝是指因不均匀沉降、温度变化、温度变异、膨胀、收缩、徐变等变形因素引起的裂缝。
1、塑性明落度裂缝:在初凝前发生,骨料本身的自重下沉,水向上浮出现泌水;
2、塑性收缩裂缝:由于天气炎热,蒸发量大,水化热高,产生裂缝;
3、干缩裂缝:混凝土因失水干燥,引起体积收缩变形,混凝土受到约束时,产生裂缝;
4、温度裂缝:在混凝土构件产生应力,又受到约束,产生裂缝;
5、水化热裂缝:在大体积混凝土与高强混凝土中,水化热过高,使混凝土内部温度与外界温度偏差过大,产生温差裂缝:
6、收缩、温度裂缝:混凝土在硬化后,内部的游离水会由表面及里面逐渐蒸发失水导致混凝土产生干燥收缩;
7、沉降裂缝:当下沉的固体颗粒遇到水平钢筋或受到侧面模板的摩擦阻力时,就会与周围的混凝土形成沉降差,在混凝土顶部表面形成塑性沉降裂缝;
8、温差膨胀裂缝:混凝土浇筑后,水泥的水化热是混凝土内部温度升高,混凝土表面温度与环境温度之差,出现肉眼可见的温差收缩裂缝(大体积混凝土表面需要及时覆盖保湿、保温养护的主要原因);
9、振捣工艺不当发生的裂缝:振捣不足部位混凝土构造比较疏松,拆模后易出现蜂窝、麻面,过振部位则粗骨料下沉,表面泌水、泌浆易由表及里发生塑性裂缝和干缩裂缝;
10、养护不足引起的裂缝:混凝土浇筑后不及时养护,易产生塑性收缩裂缝和早期干缩裂缝;
11、钢筋锈蚀膨胀导致裂缝:混凝土结构在大气条件下,由表及里逐渐碳化,待碳化透过保护层,钢筋失去了混凝土碱性介质的保护作用,造成了引起锈蚀条件;
12、浇筑工艺不当产生的裂缝:墙体等垂直结构浇筑时,如浇筑速度太快,下层混凝土在硬化初期可能发生沉降,产生横向裂缝。
二、现浇混凝土结构裂缝产生原因分析
1、结构设计方面引起的裂缝
(1)楼板刚度不足:设计按多跨连续板进行配筋计算,侧重于满足结构安全,较少考虑混凝土收缩特性和温度变形等多种因素,其刚度较小对裂缝控制很不利。
(2)楼板构造配筋设计不周:设计在支座处按常规配设负筋,在中部板面不配钢筋,当板面出现温度变形和混凝土收缩,因无构造钢筋约束,板面即出现裂缝。
(3)楼板内布线欠合理:由于水电施工图由各专业设计,实际施工中出现水电管交叉叠放,或由于设计考虑管内容线面积,部分预埋管径≥D25;且设计管线位置在楼板跨中,即在单层双向配筋处,楼板有效截面受到很大程度(15%-40%)削弱,成为楼板最易开裂的部位;当楼板收缩应力大于混凝土极限抗拉强度时,即出现沿管线表面呈直线状的裂缝。
(4)从房屋的空间结构来看,剪力墙刚度大,约束了剪力墙间梁板的水平向自由变形,而梁刚度又较板刚度大,因各类因素引起的水平向收缩变形均集中到剪力墙间刚度最小的板上,造成这块板开裂。
(5)膨胀剂的选用与掺量:设计未明确混凝土的限制膨胀率,只提出膨胀剂的品种和掺量范围,施工时按设计提供掺量进行配比施工,使混凝土的实际限制膨胀率不能达到最佳限制膨胀率。
2、工程施工引起的裂缝
(1)水电预埋管施工时在板内位置欠合理:管位置过高或过低;位置过高时,极易在板面出现因混凝土硬化收缩产生的裂缝,也易在维修裂缝或室内装修时损坏管线;两根管线并行布置时,管线间距过小甚至并拢,更易因管线集中而产生裂缝。
(2)空载养护期不足:从楼面混凝土浇完、收光至施工材料堆放,平均空载养护期仅为一天半,人为因素过早地震动、荷载造成楼板幼龄混凝土内部受损开裂。且施工中用塔吊吊运的钢管、钢筋等周转材料因受剪力墙钢筋影响多堆放在预埋管线部位。
3、塑性收缩裂缝
收缩裂缝是由湿度变化引起的,它占混凝土非结构性裂缝中的主要部分。收缩是混凝土固有的物理特性,一般来说,水灰比越大、水泥强度越高、骨料越少、环境温度越高、表面失水越大,则其收缩值越大,也越易产生收缩裂缝。
(1)混凝土浇注后未及时覆盖,表面水分蒸发过快,产生急剧的体积收缩,而此时混凝土强度极低,不能抵抗这种变形应力而导致开裂; (2)水泥用量过多,或使用过量粉砂,或混凝土水灰比过大;
(3)使用有渗透性的柔性模板,模板、垫层过于干燥,吸水大;振捣不足。
4、温度引起裂缝的原因
表面温度裂缝多由温差较大引起。特别是大体积混凝土基础浇注后,在硬化期间,水泥放出大量水化热,内部温度不断上升,使混凝土表面和内部温差较大,当温度产生非均匀的降温差时,将导致混凝土表面急剧的温度变化而产生较大的降温收缩,此时表面受到内部混凝土的约束,将产生较大的拉应力,而混凝土早期抗拉强度很低,因而出现裂缝。
5、沉陷裂缝的产生原因分析
(1)结构、构件下面的地基软硬不均,或者存在松软土,未经夯实和必要的加固处理,混凝土浇注后,地基局部产生不均匀沉降而引起裂缝;
(2)结构各部荷载悬殊,未作必要的加强处理,混凝土浇注后因地基受力不均,产生不均匀下沉,造成结构应力集中而导致裂缝;
(3)模板刚度不足,模板支撑不牢,支撑间距过大或支撑在松软土上,以及过早拆模,也常导致不均匀沉陷裂缝出现;
(4)冬季施工时模板支架支承在冻土层上,若上部结构未达到规定强度,地层化冻下沉,使结构下垂或产生裂缝。
三、现浇混凝土结构裂缝的防治措施
1、设计方面
(1)采用正确的理论计算力学模型,使计算结果与实际相接近。要进行正确的荷载计算,选择合适的结构构件断面,钢筋的排列既要满足构件产生抗力的需要,又要便于施工。
(2)要考虑施工实际情况,进行合理的构造设计。如在现浇板的设计中,支座上部的钢筋不应在跨中全部切断,跨中上部的贯通钢筋不应小于相应支座钢筋面积的30%。位于板角的地方,往往是各种应力互相迭加的区域,应予以加强。建议在设计中对此类部位除双层双向的钢筋不可少之外,还应增加45°斜向钢筋予以补强。板钢筋应相对细一点、密一点,宜采用连续式配筋,不宜采用分离式配筋,以抵抗结构产生的收缩应力。混凝土现浇板的强度不要过大,以不超过C30为宜。
2、施工方面的措施
(1)必须确保正确的振捣方法。要根据商品混凝土的坍落度,合理控制振捣时间。振捣宜短振、快插、慢拔。因为振捣时间过短,混凝土不易密实;而振捣时间过长,则易形成混凝土的分层,从而造成过大的收缩应力,使混凝土出现裂缝。
(2)浇筑大方量混凝土前应事先制定具有可操作性的施工方案,并在经有关方面批准后实施。施工方案中要明确混凝土的初凝时间、浇筑方向、一次浇筑的方量、施工缝的留设位置以及处理办法等,避免形成冷缝和因新、旧混凝土未完全咬合而形成局部薄弱界面,降低了混凝土的强度。
3、塑性收缩裂缝预防
(1)选用干缩值较小早期强度较高的硅酸盐或普通硅酸盐水泥。严格控制水灰比,掺入高效减水剂来增加混凝土的坍落度和和易性,减少水泥及水的用量。
(2)浇筑混凝土之前,将基层和模板浇水均匀湿透。及时覆盖塑料薄膜或者潮湿的草垫、麻片等,保持混凝土终凝前表面湿润,或者在混凝土表面喷洒养护剂等进行养护;在高温和大风天气要设置遮阳和挡风设施,及时养护。
4、温度裂缝防治措施
尽量选用低热或中热水泥,如矿渣水泥、粉煤灰水泥等。降低水灰比,一般混凝土的水灰比控制在0.6以下。改善骨料级配,掺加粉煤灰或高效减水剂等来减少水泥用量降低水化热。
5、沉陷裂缝预防
(1)对松软土、填土地基在上部结构施工前应进行必要的夯实和加固。保证模板有足够的强度和刚度,且支撑牢固,并使地基受力均匀。
(2)防止混凝土浇筑过程中地基被水浸泡。模板拆除的时间不能太早,且要注意拆模的先后次序,并且在冻土上搭设模板时要注意采取一定的预防措施。
四、结论
混凝土是目前世界上应用最广泛、用量最多的建筑材料,建筑工程中的裂缝问题主要是围绕混凝土这一广泛而特殊的材料展开的。因此加强钢筋混凝土结构出现裂缝原因的分析是非常重要的,设计、施工、材料等方面因素对钢筋混凝土结构开裂的影响是相互联系、相互制约的,必须全面系统的考虑。弄清裂缝出现的原因,再加以正确的处理措施,裂缝是可以得到控制和预防的,这对混凝土特别是泵送混凝土的浇筑质量有着极大的意义。
参考文献:
[1]张海峰.浅析混凝土裂缝产生原因及预防措施[J].今日科苑,2008,(04).
[2]《建筑材料质量控制监理》中国建筑工业出版社。2004
[3]朱申增《现浇钢筋混凝土楼面板裂缝产生的原因及防治措施》2010.6
关键词:建筑工程;现浇混凝土;结构裂缝;防治措施
引言
随着近几年我国经济的迅速发展,钢筋混凝土结构已经普遍用于工业和民用建筑中。但是伴随着钢筋混凝土材料的生产研究与广泛应用,混凝土结构裂缝问题普遍存在,在工程施工、检查过程中,发现部分工程现浇混凝土楼板及墙、柱、梁面不同程度出现裂缝。裂缝产生原因很多,有外在作用引起的裂缝;有变形引起的裂缝,如温度变化、收缩、膨胀、及地基不均匀沉降;养护环境不当和钢筋碳化引起裂缝等,如不妥善及时进行处理,轻者影响建筑物美观,造成渗漏水,重者降低建筑结构的承载力、稳定性和整体性,甚至还会导致整体倒塌的重大质量事故。因此,鉴别裂缝、分析裂缝、控制裂缝的产生和发展,并对裂缝的产生进行有效的防治,对保证混凝土结构的整体性及正常使用具有重要的意义。
一、现浇混凝土裂缝的类型
现浇混凝土结构施工阶段出现裂缝很常见,尤其在楼板和墙板中更为突出,己成为常见的质量通病,在施工阶段混凝土结构出现裂缝少量是由于支撑不足或施工荷载过大引起的荷载裂缝,荷载裂缝是指因动、静荷载的直接作用引起的裂缝;绝大部分是变形裂缝,变性裂缝是指因不均匀沉降、温度变化、温度变异、膨胀、收缩、徐变等变形因素引起的裂缝。
1、塑性明落度裂缝:在初凝前发生,骨料本身的自重下沉,水向上浮出现泌水;
2、塑性收缩裂缝:由于天气炎热,蒸发量大,水化热高,产生裂缝;
3、干缩裂缝:混凝土因失水干燥,引起体积收缩变形,混凝土受到约束时,产生裂缝;
4、温度裂缝:在混凝土构件产生应力,又受到约束,产生裂缝;
5、水化热裂缝:在大体积混凝土与高强混凝土中,水化热过高,使混凝土内部温度与外界温度偏差过大,产生温差裂缝:
6、收缩、温度裂缝:混凝土在硬化后,内部的游离水会由表面及里面逐渐蒸发失水导致混凝土产生干燥收缩;
7、沉降裂缝:当下沉的固体颗粒遇到水平钢筋或受到侧面模板的摩擦阻力时,就会与周围的混凝土形成沉降差,在混凝土顶部表面形成塑性沉降裂缝;
8、温差膨胀裂缝:混凝土浇筑后,水泥的水化热是混凝土内部温度升高,混凝土表面温度与环境温度之差,出现肉眼可见的温差收缩裂缝(大体积混凝土表面需要及时覆盖保湿、保温养护的主要原因);
9、振捣工艺不当发生的裂缝:振捣不足部位混凝土构造比较疏松,拆模后易出现蜂窝、麻面,过振部位则粗骨料下沉,表面泌水、泌浆易由表及里发生塑性裂缝和干缩裂缝;
10、养护不足引起的裂缝:混凝土浇筑后不及时养护,易产生塑性收缩裂缝和早期干缩裂缝;
11、钢筋锈蚀膨胀导致裂缝:混凝土结构在大气条件下,由表及里逐渐碳化,待碳化透过保护层,钢筋失去了混凝土碱性介质的保护作用,造成了引起锈蚀条件;
12、浇筑工艺不当产生的裂缝:墙体等垂直结构浇筑时,如浇筑速度太快,下层混凝土在硬化初期可能发生沉降,产生横向裂缝。
二、现浇混凝土结构裂缝产生原因分析
1、结构设计方面引起的裂缝
(1)楼板刚度不足:设计按多跨连续板进行配筋计算,侧重于满足结构安全,较少考虑混凝土收缩特性和温度变形等多种因素,其刚度较小对裂缝控制很不利。
(2)楼板构造配筋设计不周:设计在支座处按常规配设负筋,在中部板面不配钢筋,当板面出现温度变形和混凝土收缩,因无构造钢筋约束,板面即出现裂缝。
(3)楼板内布线欠合理:由于水电施工图由各专业设计,实际施工中出现水电管交叉叠放,或由于设计考虑管内容线面积,部分预埋管径≥D25;且设计管线位置在楼板跨中,即在单层双向配筋处,楼板有效截面受到很大程度(15%-40%)削弱,成为楼板最易开裂的部位;当楼板收缩应力大于混凝土极限抗拉强度时,即出现沿管线表面呈直线状的裂缝。
(4)从房屋的空间结构来看,剪力墙刚度大,约束了剪力墙间梁板的水平向自由变形,而梁刚度又较板刚度大,因各类因素引起的水平向收缩变形均集中到剪力墙间刚度最小的板上,造成这块板开裂。
(5)膨胀剂的选用与掺量:设计未明确混凝土的限制膨胀率,只提出膨胀剂的品种和掺量范围,施工时按设计提供掺量进行配比施工,使混凝土的实际限制膨胀率不能达到最佳限制膨胀率。
2、工程施工引起的裂缝
(1)水电预埋管施工时在板内位置欠合理:管位置过高或过低;位置过高时,极易在板面出现因混凝土硬化收缩产生的裂缝,也易在维修裂缝或室内装修时损坏管线;两根管线并行布置时,管线间距过小甚至并拢,更易因管线集中而产生裂缝。
(2)空载养护期不足:从楼面混凝土浇完、收光至施工材料堆放,平均空载养护期仅为一天半,人为因素过早地震动、荷载造成楼板幼龄混凝土内部受损开裂。且施工中用塔吊吊运的钢管、钢筋等周转材料因受剪力墙钢筋影响多堆放在预埋管线部位。
3、塑性收缩裂缝
收缩裂缝是由湿度变化引起的,它占混凝土非结构性裂缝中的主要部分。收缩是混凝土固有的物理特性,一般来说,水灰比越大、水泥强度越高、骨料越少、环境温度越高、表面失水越大,则其收缩值越大,也越易产生收缩裂缝。
(1)混凝土浇注后未及时覆盖,表面水分蒸发过快,产生急剧的体积收缩,而此时混凝土强度极低,不能抵抗这种变形应力而导致开裂; (2)水泥用量过多,或使用过量粉砂,或混凝土水灰比过大;
(3)使用有渗透性的柔性模板,模板、垫层过于干燥,吸水大;振捣不足。
4、温度引起裂缝的原因
表面温度裂缝多由温差较大引起。特别是大体积混凝土基础浇注后,在硬化期间,水泥放出大量水化热,内部温度不断上升,使混凝土表面和内部温差较大,当温度产生非均匀的降温差时,将导致混凝土表面急剧的温度变化而产生较大的降温收缩,此时表面受到内部混凝土的约束,将产生较大的拉应力,而混凝土早期抗拉强度很低,因而出现裂缝。
5、沉陷裂缝的产生原因分析
(1)结构、构件下面的地基软硬不均,或者存在松软土,未经夯实和必要的加固处理,混凝土浇注后,地基局部产生不均匀沉降而引起裂缝;
(2)结构各部荷载悬殊,未作必要的加强处理,混凝土浇注后因地基受力不均,产生不均匀下沉,造成结构应力集中而导致裂缝;
(3)模板刚度不足,模板支撑不牢,支撑间距过大或支撑在松软土上,以及过早拆模,也常导致不均匀沉陷裂缝出现;
(4)冬季施工时模板支架支承在冻土层上,若上部结构未达到规定强度,地层化冻下沉,使结构下垂或产生裂缝。
三、现浇混凝土结构裂缝的防治措施
1、设计方面
(1)采用正确的理论计算力学模型,使计算结果与实际相接近。要进行正确的荷载计算,选择合适的结构构件断面,钢筋的排列既要满足构件产生抗力的需要,又要便于施工。
(2)要考虑施工实际情况,进行合理的构造设计。如在现浇板的设计中,支座上部的钢筋不应在跨中全部切断,跨中上部的贯通钢筋不应小于相应支座钢筋面积的30%。位于板角的地方,往往是各种应力互相迭加的区域,应予以加强。建议在设计中对此类部位除双层双向的钢筋不可少之外,还应增加45°斜向钢筋予以补强。板钢筋应相对细一点、密一点,宜采用连续式配筋,不宜采用分离式配筋,以抵抗结构产生的收缩应力。混凝土现浇板的强度不要过大,以不超过C30为宜。
2、施工方面的措施
(1)必须确保正确的振捣方法。要根据商品混凝土的坍落度,合理控制振捣时间。振捣宜短振、快插、慢拔。因为振捣时间过短,混凝土不易密实;而振捣时间过长,则易形成混凝土的分层,从而造成过大的收缩应力,使混凝土出现裂缝。
(2)浇筑大方量混凝土前应事先制定具有可操作性的施工方案,并在经有关方面批准后实施。施工方案中要明确混凝土的初凝时间、浇筑方向、一次浇筑的方量、施工缝的留设位置以及处理办法等,避免形成冷缝和因新、旧混凝土未完全咬合而形成局部薄弱界面,降低了混凝土的强度。
3、塑性收缩裂缝预防
(1)选用干缩值较小早期强度较高的硅酸盐或普通硅酸盐水泥。严格控制水灰比,掺入高效减水剂来增加混凝土的坍落度和和易性,减少水泥及水的用量。
(2)浇筑混凝土之前,将基层和模板浇水均匀湿透。及时覆盖塑料薄膜或者潮湿的草垫、麻片等,保持混凝土终凝前表面湿润,或者在混凝土表面喷洒养护剂等进行养护;在高温和大风天气要设置遮阳和挡风设施,及时养护。
4、温度裂缝防治措施
尽量选用低热或中热水泥,如矿渣水泥、粉煤灰水泥等。降低水灰比,一般混凝土的水灰比控制在0.6以下。改善骨料级配,掺加粉煤灰或高效减水剂等来减少水泥用量降低水化热。
5、沉陷裂缝预防
(1)对松软土、填土地基在上部结构施工前应进行必要的夯实和加固。保证模板有足够的强度和刚度,且支撑牢固,并使地基受力均匀。
(2)防止混凝土浇筑过程中地基被水浸泡。模板拆除的时间不能太早,且要注意拆模的先后次序,并且在冻土上搭设模板时要注意采取一定的预防措施。
四、结论
混凝土是目前世界上应用最广泛、用量最多的建筑材料,建筑工程中的裂缝问题主要是围绕混凝土这一广泛而特殊的材料展开的。因此加强钢筋混凝土结构出现裂缝原因的分析是非常重要的,设计、施工、材料等方面因素对钢筋混凝土结构开裂的影响是相互联系、相互制约的,必须全面系统的考虑。弄清裂缝出现的原因,再加以正确的处理措施,裂缝是可以得到控制和预防的,这对混凝土特别是泵送混凝土的浇筑质量有着极大的意义。
参考文献:
[1]张海峰.浅析混凝土裂缝产生原因及预防措施[J].今日科苑,2008,(04).
[2]《建筑材料质量控制监理》中国建筑工业出版社。2004
[3]朱申增《现浇钢筋混凝土楼面板裂缝产生的原因及防治措施》2010.6