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钢筋混凝土结构裂缝产生原因及预防措施探讨 |
| 2008-2-27 11:41:03 进入评论 |
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作者：代鸿明 来源：《云南建设监理》
［摘 要］ 本文从设计和施工两方面阐述了钢筋混凝土裂缝产生的原因、钢筋混凝土裂缝的控制及预防措施等。
［关键词］ 钢筋混凝土裂缝；产生原因；预防措施。
一、概 述
钢筋混凝土的裂缝控制问题是工程建设中很普遍、很重要的问题之一，关于钢筋混凝土裂缝成因、裂缝控制的文献很多，但大多都是从施工工艺、原材料的角度去分析，本人想从设计和施工两方面结合自己的实践经验谈一些心得体会。
近年来，我国混凝土施工工艺产生了巨大的进步，混凝土强度等级日趋提高，结构形式日趋复杂；从过去的干硬性、低动性、现场搅拌混凝土转向集中搅拌、大流动性泵送浇注，泵送混凝土获得广泛应用；多年以来，在工程建设领域，一个相当普遍的质量问题就是钢筋混凝土结构的裂缝问题，且有日趋增多的趋势，它已影响到正常的生活和生产，并困扰着大批工程技术人员和管理人员，是一个迫切需要解决的技术难题。
从理论上来说，钢筋混凝土结构尤其是受弯构件总是带裂缝工作的，在使用荷载不大的情况下，没有裂缝隙或者这类结构性裂缝非常细微，不易为肉眼所察觉。钢筋混凝土结构在外荷载作用下的破坏是从裂缝扩展开始的，正常配筋受弯构件的破坏状态是指受拉区钢筋达到屈服强度，受压区混凝土达到受弯的抗压强度，此状态称为承载力极限状态。这一状态全过程是伴随着荷载的不断增加，裂缝出现，裂缝扩展，受压区塑性不断发展，最后达到完全破坏。此时破坏荷载往往是裂缝出现荷载时的3～5倍，很多大型钢筋混凝土结构，仅仅自重就达到了极限荷载的30%左右,在此条件下钢筋混凝土结构带有轻微裂纹是完全正常的，结构是安全的。
二、钢筋混凝土与素混凝土裂缝控制的区别
任何尚未有荷载作用的混凝土，它的组合材料（包括：水泥、水、砂、石、外加剂及掺合料等成分）相互物理化学作用硬化成为一种多空隙复合材料，由于初始温度收缩应力作用而形成内部许多微观裂缝，这种裂缝在外力作用下不断扩展，成为宏观裂缝，继续扩展导致素混凝土迅速破坏。
但是，对于钢筋混凝土，特别是有充分构造配筋的钢筋混凝土出现一定程度的裂缝，不会迅速导致破坏，只是限制裂缝宽度问题，使其不达到有害程度。因此，构造配筋显得十分重要，可以有效地控制裂缝的出现及分散裂缝(用许多微细无害裂缝取代少量粗大的有害裂缝)。
三、钢筋混凝土裂缝产生的原因
1、 材料质量及选配
水泥、砂、石等材料质量不好或选配不合理是引起裂缝较常见的原因，只有材料的质量关把好了，并选配合理的材料，混凝土质量才会在根本上得到保证。
2、 施工工艺
施工工艺涉及的面很广，不可能一一叙述，一般常涉及到的有：
（1）、水分蒸发、混凝土的干缩通常是导致混凝土结构裂缝的重要原因。
（2）、混凝土是一种人造混合材料，其质量好坏的一个重要标志是成型后混凝土的均匀性和密实程度。因此混凝土的搅拌、运输、浇捣、振实等各道工序中的任何缺陷和疏漏，都可能是混凝土结构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结构开裂。
（4）施工过程中，钢筋表面污染、混凝土保护层太薄或太厚，浇筑中碰撞钢筋使其移位等都可能引起裂缝，
（5）、施工控制不严，超载堆荷，也可能导致混凝土结构出现裂缝。
（6）、高空浇灌混凝土容易引起混凝土结构开裂，如高架桥梁及桥墩。
（7）、环境温度越高，风速越大，收缩越大，避免在极端天气条件下施工，可以减少混凝土结构的开裂情况。
（8）、混凝土养护。养护条件对混凝土的收缩影响很大，特别是早期养护质量与裂缝的关系密切，混凝土尚处于未完全硬化状态时，如干燥过快，则产生收缩裂缝，通常发生在表面上，裂缝不规则，宽度小，另外水泥在水化及硬化过程中，散发大量热量，使混凝土内外部产生温差，超过一定值时，因混凝土的收缩不一致而产生裂缝。
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，使得混凝土结构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。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，譬如现浇桥面板、屋面板及梁上的裂缝，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。混凝土的收缩发展规律是早期快、后期缓慢。因此对于超长、超厚的建筑物或构筑物，通常是掺加微膨胀剂等，这样可基本解决混凝土的早期干缩问题。
6、 结构受荷
结构受荷后产生裂缝的因素很多，在施工中和使用过程中都有可能产生裂缝。例如早期受到震动、拆模过早或使用方法不当、构件堆放、运输、吊装时的垫块或吊点位置不当、施工超载、张拉预应力值过大等均可能产生裂缝。而最常见的是钢筋混凝土梁、板受弯构件等，在使用荷载作用下往往会出现不同程度的裂缝。普通钢筋砼构件在承受了30～40%的设计荷载时，就可能出现裂缝，肉眼一般不易察觉，而构件的极限破坏荷载往往是在设计荷载的 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。在使用过程中，改变原来使用功能、使用不当、增大荷载等均可能会引起出现裂缝。在钢筋混凝土设计规范中，分不同情况规定裂缝的最大宽度为0.2～0.3mm。对那些宽度超过规范规定的裂缝以及不允许出现的裂缝，则应认为有害，需加以认真分析，慎重处理。
7、 徐变
混凝土徐变造成结构开裂或裂缝发展的例子在工程中也很常见。受弯构件的混凝土受压徐变，可以使构件挠度增加而导致裂缝发展。预应力混凝土结构因徐变会产生较大的应力损失，降低了结构的抗裂性能。
8、设计时考虑不够周全
（1）、截面不够、梁的跨度过大、高度偏小。
（2）、由于计算错误导致受力钢筋截面偏小或板太薄、配筋位置不当、节点不合理等。
（3）、结构构件截面突变或因开洞、留槽引起应力集中。
（4）、构造处理不当或各种结构缝设置不当等因素均容易导致混凝土结构开裂。
（5）、结构形式选择不当。超长、超厚及超静定结构对于各种变形有显着约束作用。
（6）、结构混凝土强度选择了过高的强度等级。习惯上认为：“强度等级越高安全度越大，就高不就低，提高强度等级没坏处”。有时迁就施工方便，采用高强混凝土，导致混凝土水化热及收缩增加。
四. 预防措施
通过以上分析，在工程裂缝中有很大一部分是可以通过施工手段、设计手段来克服。
（一）、施工手段
1、原材料的选用
混凝土中的较大含泥量及其它杂质可以明显地降低混凝土的抗拉性能，有的混凝土骨料中混入了有害膨胀物引起混凝土的崩裂，因此要求拌制混凝土必须遵循“精料供应”的原则。
（1）、水泥：应选用水化热较低的水泥，如矿渣水泥、粉煤灰水泥等，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、无碱性反应；有害物质及粘土含量不超过规范规定。
（3）、细骨料：宜用颗粒较粗、空隙较小、含泥量低的中砂。
（4）、外掺加料：宜采用有减水、增塑、缓凝剂等作用的外加剂，以改善混凝土工作性能，降低用水量，减少收缩。
2、配合比的选定
（1）、配合比设计：应采用低水灰比、低用水量，以减少水泥用量。
（2）、应严格按选定的配合比施工，配制混凝土时计量应准确，要严格控制水灰比和水泥用量，搅拌均匀。
3、模板工程
（1）、模板构造要合理，以防止模板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，应保证早龄期砼不损坏或不开裂；但也不能太晚，尽可能不要错过砼水化热峰值，即不要错过最佳养护时机。
4、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；加强混凝土温度的监控，及时采取防护措施。
（2）、加强混凝土的早期养护，并适度延长养护时间，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，在浇水养护有因难时，或者不能保证其充分湿润时，可采用覆盖保湿材料等方法。
5、 施工技术控制
（1）、加强地基的检查与验收工作，基坑开挖后应及时通知监理及设计单位到现场验收，对于较复杂的地基，在基坑开挖后应进行勘察补钻探，当探出有不利的地质情况时，必须先对地基进行加固处理，并经验收合格后，方可进行下一步施工。
（2）、开挖基槽时，要注意不扰动土体的原状结构。
（3）、合理安排施工顺序。当相邻建（构）筑物间距较近时，一般应先施工较深的基础，后施工较浅的基础。当建（构）筑物各部分荷载相差较大时，一般应施工重、高部分，后施工轻、低部分。
（4）、加强施工工艺控制，工序的交接要严格按施工规范和有关操作规程进行，避免人为因素造成混凝土产生裂缝。
（二）、设计手段
1、设计配筋
（1）、混凝土的配筋对于收缩值起一定的约束作用。结构设计中经常忽略构造钢筋的重要性，因而经常出现构造性裂缝。合理的配筋，特别是构造配筋，细一点密一点可以提高混凝土的极限拉伸，可有效避免构造性裂缝的产生。
（2）、受力钢筋的位置要正确，保护层过大或过小都可能导致砼开裂，钢筋间距过大，易引起钢筋之间的砼开裂。
（3）、施工中对钢筋品种、规格、数量的改变、代用，必须考虑对构件抗裂性能的影响。
2、构造设计
（1）、平面选型时在满足使用功能要求的前提下，力求简单，平面复杂的构筑物，容易产生扭曲等附加应力而造成楼板或梁体开裂。
（2）、合理布置构筑物的纵横截面，使截面变化尽可能小。
（3）、控制构筑物有长细比。长细比越小，整体刚度越大，调整不均匀沉降的能力越强。
（4）、合理地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。
（5）、减少地基的不均匀沉降。在基础设计中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。
（6）、适当加强基础的刚度和强度。
（7）、增加构筑物的整体性，提高构筑物的抗剪、抗拉、抗弯、抗扭强度，防止或减少裂缝，即使出现了裂缝，也能阻止其进一步发展。
（8）、正确地设置沉降缝。沉降缝位置和缝宽的选定应合适，构造要合理，可以和其结构缝合并设置。
（9）、限制伸缩缝间距。对体形复杂、地基不均匀沉降值大的构筑物更应严格控制，同样，也可以和其它结构缝合并使用。
五、结语
钢筋混凝土结构裂缝是普遍存在的一种现象，是不可避免的，但其有害程度是可以控制的，有害与无害的界限是由结构使用功能决定的。裂缝控制的主要方法是通过设计、施工、材料等方面综合技术措施将裂缝控制在无害范围内。因此要对混凝土裂缝进行认真研究、区别对待，采用合理的方法进行处理，并在施工中采取各种有效的预防措施来预防裂缝的出现和发展，保证建筑物和构件安全、稳定地工作。
综上所述，钢筋混凝土结构裂缝应针对成因，贯彻预防为主的原则，加强设计、施工及使用等方面的管理，确保结构安全和避免不必要的损失。
参考文献
1、钢筋混凝土结构设计规范.
2、混凝土裂缝抑制措施的研究进展. 鞠丽艳
3、混凝土施工中的裂缝控制. 郭仕万，肖欣，赵和平 |
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