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摘 要 ：大体积混凝土开裂后,其性能与原状混凝土性能相差很大,严重影响结构的长期安全和耐久运行.本文分析了混凝土结构裂缝产生的机理和原因,从各个环节提出了预防裂缝的综合措施,以保证混凝土质量,减少裂缝的发生.
关 键 词 ：混凝土；结构裂缝；成因；防治措施
普通混凝土是由砂、水泥、石材用水拌合硬化后形成的人工石材,是多相复合材料.浇筑混凝土时的泌水作用会引起收缩,硬化过程中由于水泥浆水化造成的化学干缩和收缩受到骨料的限制,会在不同层次的界面引起破坏.故裂缝是混凝土结构的一种材料特性,其是绝对性的,没有裂缝是相对的.裂缝初期称为微型裂缝,其对混凝土结构不构成危害,但是在受到温度及外力的作用下,微型裂缝会不断的连通、扩展,最终形成对混凝土结构产生危害的宏观裂缝,也就是我们常说的裂缝.
一、混凝土结构裂缝的成因
大量研究和工程实践经验表明,混凝土结构物的裂缝是不可避免的.以下主要对裂缝的种类及成因进行论述.
产生裂缝的原因很多而且复杂,既有设计因素,又有使用不当和施工质量方面的问题.如何准确地区分裂缝的种类及形成的原因,势必需要全面地掌握相关的判断方法,由现象推测到本质,从产生的根源着手,才能正确而合理地进行解决裂缝问题,处理好现场状况.
1温度裂缝
在混凝土浇筑时,其环境温度急剧变化,但其内部温度仍处于原状态,故热胀冷缩使混凝土产生收缩和膨胀,在其他约束的影响下, 其内部产生温度应力,当温度应力大于混凝土自身抗拉强度时就会产生温度裂缝.温度裂缝一般出现于混凝土浇筑后的5至20天.
2结构平立面严重不规则引起的裂缝.
出于艺术造型及功能需要,加上消费群体对建筑样式及美观的不断追求,产生了各种各样的建筑平、立面,在住宅建筑方面形成了错层、跃层及复式户型,在公共建筑方面,下部大底盘上部急剧收进的样式,多塔楼高低相差悬殊的建筑也层出不穷.对结构而言,这类建筑存在以下缺陷：①竖向刚度和质量突变；②平面质心和刚心严重偏离.从而在水平的风荷载和地震作用下,在平面转角部位、上下刚度或质量突变的楼层楼面因应力集中产生裂缝.
3塑性裂缝
混凝土浇筑后,由于没有及时覆盖,受风吹日晒等环境影响,表面水分蒸发速度过快,体积急剧收缩,而此时混凝土强度较低,从而产生塑性裂缝.一般出现在浇筑后4至6小时.
4冻胀引起的裂缝.
大气气温下降到0℃以下,吸水饱和的混凝土会发生冻胀现象,混凝土中的游离水结冰而体积增大9%,因而混凝土产生膨胀应力；同时混凝土凝胶孔中的过冷水,在微观结构中转移和重分布致使引起渗透压,造成混凝土中膨胀力加大,混凝土强度降低,并导致裂缝出现.冬季施工时预应力孔道灌浆后若不采取保温措施,也可能发生沿管道的冻胀裂缝.
5干缩裂缝
混凝土置于饱和空气中因失水而引起体积收缩而产生变形,其表面产生干缩,而内部混凝土干缩引起约束,使混凝土表面产生拉应力.在这种作用大于混凝土自身抗拉强度时就会产生干缩裂缝.干缩裂缝一般出现于混凝土浇筑后的1至3天.
6材料吊卸引起的裂缝.
因施工速度要求,在楼面混凝土强度规定值未达到标准时,为了满足工期要求,迅速向浇筑完24h左右的楼面堆加上一层施工时所需要的模板、钢筋、施工设备,在大开间楼面大量堆放或者堆放不均匀,引起楼板开裂.
二、混凝土结构裂缝的防治措施
裂缝控制原理是：非线性降温降低与混凝土外约束和收缩所产生的拉应力,提高混凝土相应龄期的抗拉强度和极限拉伸,以确保抗裂安全度要求.控制混凝土裂缝,必须从混凝土产生裂缝的几个主要原因入手,才能有效地将裂缝控制在允许范围内.一般分为设计阶段和施工阶段.设计阶段由设计人员对钢筋的品种、混凝土强度等级、规格等统筹设计,有效进行裂缝控制.施工阶段采取降低水泥水化热、加入外加剂改善混凝土性能、加强混凝土中的配筋率、设置施工缝或变形缝等措施来减少混凝土的收缩,防止混凝土产生有害裂缝.
1严格控制混凝土材料的选用
水泥应先用水化热较低的水泥,安全性不合格的水泥严禁使用.粗骨料宜选用表面粗糙,质地坚硬的石料.空隙率小,级配良好,有害物质及粘土含量不超规定,无碱性反应.细骨料宜用空隙较小,颗粒较粗,含泥量较低的中沙.外掺料宜采用减水剂等外加剂,以降低用水量,改善混凝土工作性能,减小收缩.
2合理设计施工配合比
合理设计配合比是有效控制和预防混凝土裂缝发生的基础.应根据工程所处条件,水灰比、对砂率、水泥用量及掺合料用量等进行优化设计,选择最优方案.
1）选用中低水化热水泥,可使水泥在拌和过程中水化热释放较小,显著减少混凝土升温,充分利用混凝土后期强度,减少每立方米混凝土中水泥用量.
2）砂率的选择.混凝土的干燥收缩随砂率的增大而增大.由于砂率减小使粗骨料含量增大,在相同条件下混凝土的弹性模量较高,收缩量较小,而且由于粗骨料对收缩的约束作用,可减少开裂的可能.施工中尽量选用粒径较大,级配良好的粗骨料,在厚大无筋或少筋的大体积混凝土中,掺总量不超过20%的大石块,减少混凝土的用量,以达到节省水泥和降低水化热的目的.
3）采用混凝土双掺技术,即在混凝土中加入优质粉煤灰,掺入量一般为水泥用量的20%左右,掺入缓凝型减水剂,用量为水泥用量的 1.0%左右.通过采用双掺技术,减少水泥用量,降低水化热并使混凝土在常温下延长初凝时间.
3模板工程要严格按照规格操作
模板构造要合理,防止模板各构件间的变形不同,而导致混凝土裂缝,模板和支架要有足够的刚度,防止施工荷载作用下,模板变形过大而造成开合,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受损坏或造成开裂,但也不能太晚,不要错过混凝土水化热峰值,即不要错过最佳养护时机.
4加强地基的检查与验收
基坑开挖后应及时通知勘察及设计单位到场验收.对较复杂的地基,设计方在基坑开挖后应要求补探,当探出有不利地质情况时,必须先对地基加固处理,并验收合格后,方可进行下一步施工.开挖基槽时,要注意不扰动原状结构.合理安排施工顺序,当相邻建筑物间距较近时,应先施工较深的基础,以防止基坑开挖破坏已建基础的地基.当建筑物各部分荷载相差较大时,一般应先施工重、高部分、后施工轻、低部分.
5严格控制混凝土浇筑工艺
严格撑握水灰比,混凝土极限拉伸值随水灰比增大而降低,并且混凝土强度降低,收缩增大.加强振捣,改善混凝土的密实性.混凝土浇筑时要防止出现离析现象,振捣应均匀适度.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,应及时采用覆盖保温材料等有效方法.
6严格控制钢筋的配置
钢筋的配置要严格按图纸要求施工.钢筋的品种、规格、数量的改变、代用必须考虑对构件抗裂性能的影响,并经过按要求的报批.钢筋配置的位置要正确,符合图纸要求,保护层过大或过小,都可能导致混凝土裂缝、开裂；钢筋间距过大,容易引起钢筋之间的混凝土开裂.
结语
混凝土产生裂缝的主要原因.在工程实践中,应根据裂缝的不同特点采用不同的应对控制措施从源头上将裂缝的出现和危害降低到最小,后期使用中通过合理有效的处理方法将无法避免的裂缝弥补到不影响结构安全和建筑美观、使用的程度,以延长建筑的使用寿命,保证结构安全可靠的正常使用.