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摘要:建筑结构产生裂缝是很普遍的现象。在工程裂缝中有很大一部分是可以通过设计手段、施工措施来克服的。
关键词:混凝土结构;原因分析;预防措施
建筑结构产生裂缝是很普遍的现象,其中最常见的要数钢筋混凝土构件以及砖墙裂缝。多年的时间证明,在工程裂缝中有很大一部分是可以通过设计手段、施工措施来克服的。
一、钢筋混凝土常见裂缝形式
混凝土是一种抗拉力能力很低的脆性材料,在施工和使用过程中,当发生温度、湿度变化,地基不均匀沉降时,及容易产生裂缝。
1、材料质量
材料质量问题引起的裂缝较常见的原因是水泥、砂、石等质量不好。若工程上用了这等不合格的材料就会导致“豆腐渣工程”,所以说只有材料的质量关把好了,工程质量才会在根本上得到保证。
2、施工工艺
(1)水分蒸发、水泥石结构和混凝土干缩通常是导致混凝土裂缝的主要原因。
(2)混凝土是一种人造混合材料,其质量好坏的一个重点标志是成型后混凝土的均匀性和密室程度。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,都可能是裂缝产生的直接或间接原因。
(3)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,混凝土保护层太小或太大,浇灌中碰撞钢筋使其移位等都可能引起裂缝。
(4)混凝土养护,特别是早期养护质量与裂缝的关系密切。
3、地基变形
在钢筋混凝土结构中,造成开裂主要原因是不均匀沉降。裂缝的大小、形状、方向决定于地基变形的情况,由于地基变形造成的应力相对较大,使得裂缝一般是贯穿性的。
4、温度变形
混凝土具有热胀冷缩的性质,其线膨胀系数一般为1×10-5/℃。当环境温度发生变化时,就会产生温度变形,由此产生附加应力,当这种应力超过混凝土的抗拉强度时,就会产生裂缝。在工程中,这类裂缝较多见,譬如现浇屋面板上的裂缝,大体积混凝土的裂缝等。
5、湿度变形
混凝土在空气中结硬时,体积会逐渐减小,一般谓之干缩。收缩裂缝较普遍,常见于现浇墙板式结构、现浇框架结构等,通常是因为养护不良造成。混凝土的收缩值一般为0.2~0.4‰,其发展规律是早期快,后期缓慢。因此对于超长的建筑物或构筑物,通常是每隔20~40m设置一道后浇带,或采用在混凝土中掺加微膨胀剂等,这样可基本解决混凝土的早期于缩问题。
6、结构受荷
结构受荷后产生裂缝的因素很多,施工中和使用中都可能出现裂缝。例如早期受震、拆模过早或方法不当、构件堆放、运输、吊装时的垫板或吊点位置不当、施工超载、张拉预应力值过大等等均可能产生裂缝。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,肉眼一般不能察觉,而构建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(这类裂缝有的文献称之为无害裂缝)。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0.2~0.3 mm,对那些宽度超过规范规定的裂缝,以及不允许开裂的构建上出现裂缝则应认为有害,需加以认真分析,慎重处理。
7、设计构造
结构构件断面突变或因开动、留槽引起应力集中;构建处理不当、现浇主梁在搁次梁处如没有设附加箍筋、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。
8、徐变
混凝土徐变造成开裂或裂缝发展的例子工程中也很常见。据文献记载受弯构件截面混凝土受压徐变,可以使构件变形增加2~3倍;预应力结构因素因徐变会产生较大的应力损失,降低了结构的抗裂性能。
二、预防措施
1、材料选用
(1)水泥:应选用水化热较低的水泥,严禁使用安定性不合格的水泥。
(2)粗骨料:宜用表面粗糙、质地坚硬的石料。级配良好,空隙率小,无碱性反映;有害物质及粘土含量不超过规定。
(3)细骨科:宜用颗粒较粗、空隙较小、含泥量较低的中砂。
(4)外掺料:宜采用减水剂等外加剂,宜改善混凝土工作性能,降低用水量,减少收缩。
2、配料
(1)配合比设计:应采用低水灰比、低水用量,以减少混凝土的收缩。
(2)配置混凝土时计量应准确,要严格控制水灰比和水泥用量,搅拌要均匀,离析的混凝土必须重新拌匀后,方可浇灌。
3、配筋
钢筋的配置应严格按图施工,尤应重视以下各点:
(1)钢筋品种、规格、数量的变化、代用,必须考虑对构件抗裂性能的影响。
(2)钢筋位置要正确。
4、模板工程
钢筋混凝土结构裂缝的预防,在模板工程中应注意以下各点:
(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)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。
(3)合理掌握拆模时机,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,即不要错过最佳养护介入时机。
5、混凝土浇筑
(1)混凝土浇筑时应防止离析现象,振捣应均匀、适度。
(2)加强混凝土的早期养护,并适当延长养护时间。在气温高、湿度低或风速大的条件下,更应及早进行喷水养护。当浇水养护有困难,或者不能保证其充分湿润时,可采用覆盖保湿材料等方法。
6、设计构造
(1)合理布置纵横墙,纵横墙开洞应尽可能小。
(2)控制建筑物的长高比。长高比越小,整体刚度越大,调整不均匀沉降的能力越强。
(3)合理调整各部分承重结构的受力情况,使荷载分布均匀,尽量防止受力过于集中。
(4)减少地基的不均匀沉降。除了前述的措施外,在基础设计中还可以采取调整基础的埋置深度、不同的地基计算强度和采用不同的垫层厚度等方法,来调整地基的不均匀变形。
(5)层层设置圈梁、构造柱,可以增加建筑物的整体性,提高砖石砌体的抗剪、抗拉强度,防止或减少裂缝。即使出现了裂缝,也能阻止其进一步发展。
(6)正确的设置沉降缝。沉降缝位置和缝宽的选定应合适,构造要合理,可以和其他结构缝合并设置。
(7)部分窗台砌体应加强。对宽大的窗台下部宜设置钢筋混凝土梁,以适应窗台的变形,防止窗台处产生竖直裂缝。
关键词:混凝土结构;原因分析;预防措施
建筑结构产生裂缝是很普遍的现象,其中最常见的要数钢筋混凝土构件以及砖墙裂缝。多年的时间证明,在工程裂缝中有很大一部分是可以通过设计手段、施工措施来克服的。
一、钢筋混凝土常见裂缝形式
混凝土是一种抗拉力能力很低的脆性材料,在施工和使用过程中,当发生温度、湿度变化,地基不均匀沉降时,及容易产生裂缝。
1、材料质量
材料质量问题引起的裂缝较常见的原因是水泥、砂、石等质量不好。若工程上用了这等不合格的材料就会导致“豆腐渣工程”,所以说只有材料的质量关把好了,工程质量才会在根本上得到保证。
2、施工工艺
(1)水分蒸发、水泥石结构和混凝土干缩通常是导致混凝土裂缝的主要原因。
(2)混凝土是一种人造混合材料,其质量好坏的一个重点标志是成型后混凝土的均匀性和密室程度。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,都可能是裂缝产生的直接或间接原因。
(3)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,混凝土保护层太小或太大,浇灌中碰撞钢筋使其移位等都可能引起裂缝。
(4)混凝土养护,特别是早期养护质量与裂缝的关系密切。
3、地基变形
在钢筋混凝土结构中,造成开裂主要原因是不均匀沉降。裂缝的大小、形状、方向决定于地基变形的情况,由于地基变形造成的应力相对较大,使得裂缝一般是贯穿性的。
4、温度变形
混凝土具有热胀冷缩的性质,其线膨胀系数一般为1×10-5/℃。当环境温度发生变化时,就会产生温度变形,由此产生附加应力,当这种应力超过混凝土的抗拉强度时,就会产生裂缝。在工程中,这类裂缝较多见,譬如现浇屋面板上的裂缝,大体积混凝土的裂缝等。
5、湿度变形
混凝土在空气中结硬时,体积会逐渐减小,一般谓之干缩。收缩裂缝较普遍,常见于现浇墙板式结构、现浇框架结构等,通常是因为养护不良造成。混凝土的收缩值一般为0.2~0.4‰,其发展规律是早期快,后期缓慢。因此对于超长的建筑物或构筑物,通常是每隔20~40m设置一道后浇带,或采用在混凝土中掺加微膨胀剂等,这样可基本解决混凝土的早期于缩问题。
6、结构受荷
结构受荷后产生裂缝的因素很多,施工中和使用中都可能出现裂缝。例如早期受震、拆模过早或方法不当、构件堆放、运输、吊装时的垫板或吊点位置不当、施工超载、张拉预应力值过大等等均可能产生裂缝。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,肉眼一般不能察觉,而构建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(这类裂缝有的文献称之为无害裂缝)。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0.2~0.3 mm,对那些宽度超过规范规定的裂缝,以及不允许开裂的构建上出现裂缝则应认为有害,需加以认真分析,慎重处理。
7、设计构造
结构构件断面突变或因开动、留槽引起应力集中;构建处理不当、现浇主梁在搁次梁处如没有设附加箍筋、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。
8、徐变
混凝土徐变造成开裂或裂缝发展的例子工程中也很常见。据文献记载受弯构件截面混凝土受压徐变,可以使构件变形增加2~3倍;预应力结构因素因徐变会产生较大的应力损失,降低了结构的抗裂性能。
二、预防措施
1、材料选用
(1)水泥:应选用水化热较低的水泥,严禁使用安定性不合格的水泥。
(2)粗骨料:宜用表面粗糙、质地坚硬的石料。级配良好,空隙率小,无碱性反映;有害物质及粘土含量不超过规定。
(3)细骨科:宜用颗粒较粗、空隙较小、含泥量较低的中砂。
(4)外掺料:宜采用减水剂等外加剂,宜改善混凝土工作性能,降低用水量,减少收缩。
2、配料
(1)配合比设计:应采用低水灰比、低水用量,以减少混凝土的收缩。
(2)配置混凝土时计量应准确,要严格控制水灰比和水泥用量,搅拌要均匀,离析的混凝土必须重新拌匀后,方可浇灌。
3、配筋
钢筋的配置应严格按图施工,尤应重视以下各点:
(1)钢筋品种、规格、数量的变化、代用,必须考虑对构件抗裂性能的影响。
(2)钢筋位置要正确。
4、模板工程
钢筋混凝土结构裂缝的预防,在模板工程中应注意以下各点:
(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)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。
(3)合理掌握拆模时机,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,即不要错过最佳养护介入时机。
5、混凝土浇筑
(1)混凝土浇筑时应防止离析现象,振捣应均匀、适度。
(2)加强混凝土的早期养护,并适当延长养护时间。在气温高、湿度低或风速大的条件下,更应及早进行喷水养护。当浇水养护有困难,或者不能保证其充分湿润时,可采用覆盖保湿材料等方法。
6、设计构造
(1)合理布置纵横墙,纵横墙开洞应尽可能小。
(2)控制建筑物的长高比。长高比越小,整体刚度越大,调整不均匀沉降的能力越强。
(3)合理调整各部分承重结构的受力情况,使荷载分布均匀,尽量防止受力过于集中。
(4)减少地基的不均匀沉降。除了前述的措施外,在基础设计中还可以采取调整基础的埋置深度、不同的地基计算强度和采用不同的垫层厚度等方法,来调整地基的不均匀变形。
(5)层层设置圈梁、构造柱,可以增加建筑物的整体性,提高砖石砌体的抗剪、抗拉强度,防止或减少裂缝。即使出现了裂缝,也能阻止其进一步发展。
(6)正确的设置沉降缝。沉降缝位置和缝宽的选定应合适,构造要合理,可以和其他结构缝合并设置。
(7)部分窗台砌体应加强。对宽大的窗台下部宜设置钢筋混凝土梁,以适应窗台的变形,防止窗台处产生竖直裂缝。