钢筋混凝土结构裂缝的成因与控制措施

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  摘 要:本文通过介绍国内外混凝土结构裂缝研究现状,结合湖北省荆州市吉祥凤凰城住宅小区梁及墙体裂缝的情况,分析了产生裂缝的原因,给出了解决裂缝问题的措施,并提出了个人针对钢筋混凝土结构如何如何避免出现裂缝的一些建议。
  关键词:钢筋混凝土结构;梁及墙体裂缝;措施
  随着城市住宅建设步伐的加快,不少住宅小区相继建成,许多住户陆续搬进新居,他们对住房的质量要求越来越高,尤其对一些现浇钢筋混凝土楼板出现的裂缝情况非常关注,担心这些裂缝最终会引发安全事故,据有关资料统计,在商品住宅的投诉中,由于裂缝问题原因所引起的投诉约占工程质量问题的60%以上。因此,分析现浇钢筋混凝土楼板裂缝的原因及探索裂缝的防治措施具有重要的现实意义,本文主要结合湖北荆州吉祥凤凰城住宅小区来分析产生裂缝的原因及控制措施。
  一、国内外混凝土结构裂缝研究现状
  混凝土裂缝是各类建(构)筑物中普遍存在的一种缺陷,混凝土裂缝的主要成因有下述三种:一是由外荷载(如静、动荷载)的直接作用,即按常规计算的主要应力引起的裂缝;二是由外荷载作用,结构次应力引起的裂缝;三是由变形变化引起的裂缝,即由温度、收缩、不均匀沉降等因素而引起的裂缝。国际上许多的国家都有专门的科研机构从事钢筋混凝土在荷载作用下裂缝的研究工作并且编制了相应的规范,如美国混凝土协会ACI224委员会,英国水泥与混凝土协会C&CA及其规范BSS110,BS8001,德国钢筋混凝土协会及规范DIN104—1972,法国规范CCBA,欧洲混凝土协会CEB,欧洲混凝土协会一国际预应力混凝土(CEB—FIP),前苏联混凝土及钢筋混凝土研究院及穆拉雪夫学派等。我国清华大学、东南大学、大连理工大学、中国建筑科学研究院、冶金部建筑研究总院等都做了大量研究工作并编制出钢筋混凝土规范有关裂缝方面的设计规定,在工程设计中发挥着重要的作用。
  普通钢筋混凝土结构在一般情况下是允许带裂缝工作的,这是其他材料(如钢、木、甚至砖砌体等)结构所不遇的特殊问题,但需要严格控制裂缝的开展,以保证结构的可靠性。国内外规范一般是根据构件的工作环境和荷载作用时間的情况对裂缝加以很制。简介如下:
  (1)我国《混凝土结构设计规范》规定,在设计钢筋混凝土构件时,应根据其使用要求确定控制裂缝的三个等级:
  一级,严格要求不出现裂缝的构件,按荷载效应标准组合计算时,构件受拉边缘混凝土不应产生拉应力;二级,般要求不出现裂缝的构件,按荷载效应标准组合计算时,构件受拉边缘混凝土拉应力不应大于混凝土轴心抗拉强度标准值;按荷载效应标准永久组合计算时构件受拉边缘混凝土不宜产生拉应力,当有可靠经验时可适当放松;三级,允许出现裂缝的构件,按荷载效应标准永久组合并考虑长期作用影响计算时,构件的最大裂缝宽度不应超过规定的最大裂缝宽度。对预应力混凝土构件,根据其工作条件、钢筋种类,分别进行一级或二级或三级裂缝控制验算。钢筋混凝土构件是允许出现裂缝的构件,应按三级裂缝控制要求验算。
  (2)欧洲模式规范CEB—FIP对于腐蚀不敏感的钢筋混凝土构件,允许裂缝宽度按暴露条件分为三等:轻度的0.4mm,中等程度的0.2mm,严重的0.1mm。
  (3)美国ACI224建议的裂缝允许宽度为:干燥空气或有保护膜0.4mm,潮湿、湿空气、土0.3mm、海水飞溅区(干、湿交替)0.15mm、挡水结构0.1mm。允许裂缝宽度规定的差异,一方面是由于规定此值的科学依据还不充分,另一方面是各国规范计算裂缝宽度的公式有很大的出入,有些国家根据研究结果认为,混凝土裂缝宽度的限制值可放宽至0.4-0.5mm。
  二、吉祥凤凰城工程概况
  荆州吉祥凤凰城的一幢6层钢筋混凝土框架结构住宅,于2008年5月建成,业主于10月底拿到钥匙,于2009年4月装修完成,9月份入住。建筑面积约为6028㎡,柱截面尺寸为400mm×500mm;梁截面尺寸:横向框架梁为240mm×650mm,纵向框架梁为240mm×550mm,纵向连系梁为240mm×450mm,现浇楼板板厚为100mm,混凝土强度设计等级均为C30,施工采用商品混凝土。
  (一)梁及墙开裂受损现状
  住进去后不到半年时间业主发现房屋大部分纵向框架梁和纵向连系梁跨中出现多条(约3条)裂缝,裂缝的类型主要为:梁两侧对称垂直裂缝(裂缝延伸至板底,基本同梁高);梁底横向裂缝并向上延伸至板底。梁上每条裂缝基本等宽,裂缝的宽度在0.02-0.40mm间不等,部分开裂梁仅有梁侧裂缝,部分开裂梁梁侧和梁底均有裂缝,同时梁下的墙体出现沿着整个墙分布的斜裂缝,有的地方甚至踢脚处瓷砖也出现了裂缝,本人于2010年5月份重新请工人将墙体进行装修,但不到一个月时间裂缝又出现了,并且1-6层都是在同一部位的墙体出现裂缝。
  (二)裂缝原因分析
  1.材料方面
  混凝土中的水泥、水灰比、砂率、骨料级配、配合比等因素处理不当,都会引发混凝土的收缩裂缝,特别是当混凝土配合比不当、水泥含量高(水化热高、干缩性大)、水泥抗冻性差时更容易引发此类问题。本工程使用的水泥品种为普通硅酸盐水泥,现场钻芯取样检测的混凝土强度达到42MPa,比原设计强度C30高很多,查看其混凝土配合比等资料,发现水泥用量较大,通常水泥用量大易使混凝土收缩较大,混凝土内部产生拉应力,容易引起梁开裂。
  2.施工方面
  施工过程中,钢筋绑扎,混凝土搅拌、浇筑、振捣、养护等质量不合格均可能是建筑物裂缝形成最直接的因素。该工程主体结构是在冬季施工,而且混凝土水泥用量较大,混凝土成型后,初期由于水泥水化作用升温形成混凝土内热外冷,表面限制内部的膨胀产生约束应力;后期又由于混凝土降温内部收缩,外部给予较大限制,容易造成混凝土开裂。
  综上所述,梁裂缝产生的原因并非是承载力不足引起的,而主要是由冬季施工、未按设计要求配置构造腰筋、混凝土用量偏大导致梁截面不足以抵抗混凝土收缩应力引起的;施工后梁实际混凝土保护层厚度与设计要求偏差较大,造成梁底混凝土拉应力增大也是梁底开裂的重要原因。   三、处理的措施
  虽然梁承载力满足要求,但由于构造措施不满足规范要求,且部分裂缝位于梁底和墙面,宽度较大,给使用者心理造成恐惧感,为了确保房屋全部投入使用后,结构的安全性和耐久性,对结构可进行加固处理具体加固方案如下:
  (1)梁底裂缝:将梁底粉刷层凿除,清理干净后采用低压灌浆的方法对裂缝予以封闭处理,用找平材料将梁底混凝土表面凹陷部位填补平整,然后将碳纤维布用浸渍树脂或黏结树脂沿梁底纵向全长粘贴,在粘贴碳纤维布的端部一定范围内设置碳纤维复合材料的U形箍。
  (2)梁侧裂缝:将梁侧粉刷层凿除后对宽度小于0.2mm的裂缝采用环氧树脂浆液进行表面封闭,对宽度大于0.2mm的裂缝采用低压灌浆的方法予以封闭。
  (3)墙体裂缝:主要有表面修补法,适用于对宽度较小,不影响建筑的安全使用的裂缝的处理;局部修复法,将开裂部位凿开,清理干净,并用水湿润,再用水泥砂浆或树脂砂浆等材料将裂缝填实;水泥灌浆法,水泥灌浆法分为压力灌浆和重力灌浆两种;钢筋拉结法,适用于墙体两面开裂的情况,在裂缝的两侧每间隔0.8m左右的地方将墙体凿开,加入钢筋进行拉结,并用水泥砂浆将裂缝填实。
  四、结语
  本工程中梁及墙出现的裂缝问题虽然不大,但它极大地影响了住户的心情,让住户总有那么一点点不放心,因此提出如下防治措施:
  (1)当梁纵向受力钢筋的混凝土保护层厚度大于40mm时,应对保护层采取有效地防裂构造措施(如配置构造钢筋网片)。
  (2)严格控制混凝土的配合比。在满足混凝土强度的情况下,尽量降低水泥用量;粗骨料应优化级配设计,砂子选用中、粗砂,控制砂石含泥量,减少混凝土收缩。
  (3)冬季施工注意加强对混凝土的养护,做好保温措施,减小混凝土的收缩应力。
  (4)严格按图施工,注意钢筋的绑扎质量,并采取措施保证钢筋的保护层厚度,浇筑混凝土时应设跳板,严禁施工人员在钢筋网上踩踏。
  (5)墙体裂缝是在生活现实中难以避免的一种建设工程质量问题,只是有些小的裂缝我们看不见而已。因此,对于已经出现的墙体裂缝,我們也不必慌张,首先要仔细观察,找出裂缝的特点与基本规律,确定裂缝发生的具体原因。对于温差裂缝等一般不影响房屋使用安全的墙体裂缝,用砂浆堵抹即可,对于地基沉降裂缝等可能危及房屋结构安全,对人身造成威胁的墙体裂缝则应作及时有效的加固处理。
  现浇钢筋混凝土结构中裂缝是工程常见的质量通病,只有在结构设计过程中针对各影响因素考虑全面、细致,严格遵守设计规范,才能大大减少现浇钢筋混凝土结构产生裂缝的可能。
  参考文献:
  [1]王铁梦.工程结构裂缝控制[M].北京:中国建筑工业出版社,2008:5
  [2]王兴菊,赵然杭.某工程梁裂缝事故的分析与处理[J].结构工程师,2009,(3)
  [3]先兵.现浇钢筋混凝土楼板裂缝产生的原因及防治措施[J].西部探矿工程,2006(1)
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