鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)裂縫控制綜述
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摘 要:從材料性質(zhì)、配合比、施工和使用環(huán)境等方面分析了鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫的原因，并提出了鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的控制措施，以保證鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的正常安全使用。
關(guān)鍵詞:鋼筋混凝土結(jié)構(gòu) 裂縫 配合比 材料
中圖分類號(hào): T U 2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A
鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫影響到結(jié)構(gòu)的美觀， 也可能影響結(jié)構(gòu)的正常使用與耐久性。當(dāng)裂縫寬度達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，還可能危及結(jié)構(gòu)的安全。因此，裂縫問題是一個(gè)人們普遍關(guān)心的問題。大量科研和實(shí)踐都證明了混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫是不可避免的。裂縫對于鋼筋混凝土來說是一種可以接受的材料特性，問題是如何使其有害程度控制在允許范圍之內(nèi)。因此，對混凝土的裂縫形式和產(chǎn)生原因進(jìn)行研究是非常必要的，具有較強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義和較高的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。
1 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫的原因
由于混凝土的抗壓強(qiáng)度高，而抗拉強(qiáng)度則低得多， 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)往往是帶裂縫工作的。裂縫就其開裂深度分為表面的、貫穿的；就其在結(jié)構(gòu)物表面形狀可分為網(wǎng)狀裂縫、爆裂狀裂縫、不規(guī)則短裂縫、縱向裂縫、橫向裂縫、斜裂縫等；裂縫按其發(fā)展情況可分為穩(wěn)定的和不穩(wěn)定的、能愈合的和不能愈合的；裂縫按其產(chǎn)生的原因，可分為荷載裂縫和變形裂縫。荷載裂縫是指因動(dòng)、靜荷載的直接作用引起的裂縫。變形裂縫是指因不均勻沉降、溫度變化、濕度變異、膨脹、收縮、徐變等變形因素引起的裂縫。
1.1 與材料性質(zhì)和配合比有關(guān)的原因
水泥的異常凝結(jié)和異常膨脹，其安定性很差，在混凝土澆筑后達(dá)到一定的強(qiáng)度以前，在凝結(jié)硬化階段會(huì)產(chǎn)生小裂縫。水泥水化熱引起的內(nèi)外溫差也可以使混凝土產(chǎn)生裂縫，骨料的含泥量過多及堿骨料反應(yīng)、骨料級(jí)配不良也是形成收縮裂縫的一個(gè)原因。混凝土是一種水硬性材料，其放置在空氣中會(huì)產(chǎn)生干燥收縮，產(chǎn)生裂縫。混凝土配合比不當(dāng)(水泥用量大、用水量大、水膠比大、砂率大等)以及外加劑、硅灰等摻合料摻量過大都會(huì)造成混凝土開裂。外加劑及摻合料種類繁多，只有強(qiáng)度指標(biāo)缺乏對水化熱及收縮變形影響的長期實(shí)驗(yàn)資料(至少一年)，有些試驗(yàn)資料并不嚴(yán)格，有許多外加劑嚴(yán)重的增加收縮變形，有的甚至降低耐久性。
1.2 與施工有關(guān)的原因
施工過程是一個(gè)非常復(fù)雜的過程，其形成裂縫的環(huán)節(jié)也比較多， 混凝土混合材料不均勻、攪拌時(shí)間不足或過長、澆筑速度過快、交接縫、模板外鼓、支撐下沉、初期快速干燥，模板拆除過早、養(yǎng)護(hù)措施不當(dāng)、混凝土硬化前受到振動(dòng)或加載，鋼筋搭接、錨固不良、保護(hù)層厚度不夠等方面都可引起混凝土開裂，因此在施工中必須嚴(yán)格控制各個(gè)環(huán)節(jié)。
1.3 與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及受力荷載有關(guān)的裂縫
結(jié)構(gòu)在不同的荷載作用下承受剪力、拉力及各種荷載組合，對混凝土產(chǎn)生破壞，地基的不均勻沉降等形成不同的裂縫。忽略結(jié)構(gòu)約束，國內(nèi)外結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中都經(jīng)常忽略構(gòu)造鋼筋重要性，因而經(jīng)常出現(xiàn)構(gòu)造性裂縫。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中經(jīng)常忽略結(jié)構(gòu)約束性質(zhì)，不善于利用“抗與放”的設(shè)計(jì)原則，缺乏相應(yīng)的設(shè)計(jì)施工規(guī)范、規(guī)程。結(jié)構(gòu)規(guī)模日趨增大，結(jié)構(gòu)形式日趨復(fù)雜，超長超厚及超靜定結(jié)構(gòu)成為經(jīng)常采用結(jié)構(gòu)形式并采用現(xiàn)澆施工，這種結(jié)構(gòu)形式有顯著約束作用，對于各種變形作用必然引起較大約束應(yīng)力。
1.4 使用及環(huán)境條件
結(jié)構(gòu)構(gòu)件各區(qū)域溫度、濕度差異過大；凍融、凍脹；內(nèi)部鋼筋銹蝕；火災(zāi)或表面遭受高溫；酸、堿、鹽類的化學(xué)作用； 沖劑、振動(dòng)等對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)開裂均有一定影響。因此，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部許多微裂縫可能擴(kuò)展、貫通乃至形成較寬和較長的可見裂縫。裂縫是混凝土材料釋放內(nèi)部過大變形能的結(jié)果，裂縫削減該處截面拉應(yīng)力的峰值，并使結(jié)構(gòu)構(gòu)件內(nèi)儲(chǔ)存的變形能不超過一特定水平。
2 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的控制
設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，一般認(rèn)為在混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)，當(dāng)截面上的實(shí)際拉應(yīng)力超過材料的實(shí)際抗拉強(qiáng)度后便會(huì)出現(xiàn)裂縫，其形態(tài)與主拉應(yīng)力的性質(zhì)有關(guān)。構(gòu)件內(nèi)的非預(yù)應(yīng)力鋼筋構(gòu)造只對裂縫的形態(tài)有明顯影響，對阻止裂縫的出現(xiàn)無明顯作用。在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)可見裂縫后，裂縫截面上原混凝土承受的大部分拉應(yīng)力便轉(zhuǎn)由穿越裂縫截面的鋼筋承擔(dān)，即裂縫截面上的鋼筋存在拉應(yīng)力峰值。所謂配筋能否發(fā)揮作用是指在正常使用狀態(tài)下鋼筋能否有效地限制裂縫開展，在承載能力極限狀態(tài)下最寬裂縫處的鋼筋應(yīng)力能否達(dá)到鋼材抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。
裂縫的位置和形態(tài)近似反映了混凝土內(nèi)拉應(yīng)力的方向和集中部位，與產(chǎn)生拉應(yīng)力的原因之間存在比較確定的對應(yīng)關(guān)系。因此在工程上，可以利用這一特性初步判斷結(jié)構(gòu)上出現(xiàn)裂縫的原因，評判裂縫的危害。設(shè)計(jì)上控制結(jié)構(gòu)裂縫，實(shí)際上就是根據(jù)工程需要及規(guī)程的抗裂控制標(biāo)準(zhǔn)，在保證結(jié)構(gòu)的使用性能、抗震性能、耐久性能與控制構(gòu)件尺寸、結(jié)構(gòu)用鋼量之間進(jìn)行權(quán)衡，以選擇適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)抗裂度。將結(jié)構(gòu)上出現(xiàn)裂縫的寬度與位置控制在可接受的范圍之內(nèi)。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的控制，主要為了控制有害裂縫，減少(小) 可見裂縫，以保證建筑結(jié)構(gòu)的安全性、耐久性和使用功能。對應(yīng)于產(chǎn)生裂縫的不同原因，在設(shè)計(jì)、材料及施工等方面所采取的相應(yīng)措施。
2.1 材料和配合比方面的措施
為了控制混凝土結(jié)構(gòu)的有害裂縫，應(yīng)妥善選定組成材料和配合比，以使所制備的混凝土除符合設(shè)計(jì)和施工所要求的性能外，還應(yīng)具有抵抗開裂所需要的功能。用于有外部侵入氯化物的環(huán)境時(shí)混凝土應(yīng)采取下列措施之一：水膠比應(yīng)控制在0.55 以下；混凝土表面宜采用密實(shí)、防滲措施；必要時(shí)可在混凝土表面涂刷防護(hù)涂料等以阻隔氯鹽對鋼筋混凝土的腐蝕。對因水泥水化熱產(chǎn)生的裂縫的控制措施:盡量采用水化熱低的水泥；優(yōu)化混凝土配合比，提高骨料含量；盡量減少單方混凝土的水泥用量；延長評定混凝土強(qiáng)度等級(jí)的齡期；摻礦物摻合料替代部分水泥。對因凍害產(chǎn)生裂縫的控制措施：采用引氣劑或引氣減水劑；混凝土含氣量宜控制在5% 左右；水膠比不宜大于0.5。
2.2 施工方面的措施
鋼筋混凝土工程施工時(shí)，除滿足通常所要求的混凝土物理力學(xué)性能及耐久性能外，還應(yīng)控制有害裂縫的產(chǎn)生。為此，事先要妥善制訂好能滿足上述要求的施工組織設(shè)計(jì)、相關(guān)的技術(shù)方案和質(zhì)量控制措施，并應(yīng)進(jìn)行技術(shù)交底， 切實(shí)貫徹執(zhí)行。在各道工序各個(gè)環(huán)節(jié)配置具備相應(yīng)技能熟練人員，按這些計(jì)劃進(jìn)行施工。因水泥水化熱產(chǎn)生裂縫的控制措施：在施工技術(shù)方案中，應(yīng)制訂好入?；炷恋臏囟瓤刂?、澆筑后的混凝土溫度控制、養(yǎng)護(hù)及拆除模板后的養(yǎng)護(hù)等措施，并組織實(shí)施。因初期凍害產(chǎn)生裂縫的控制措施:在施工技術(shù)方案中，應(yīng)做好混凝土澆筑后初期避免遭受凍害的養(yǎng)護(hù)措施， 并組織實(shí)施。
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| 原作者： 周建榮 |
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