浅述混凝土结构裂缝和防控措施

摘要:就混凝土结构常见裂缝的类型与成因探讨防治裂缝的技术思路与对策。

Abstract: According to the common crack types and reasons in concrete structure, the preventive steps with technique and countermeasures are discussed.

关键词:混凝土结构裂缝;类型;成因;防治

Key words: concrete structure crack; type; reason; preventive treatment

中图分类号:TU74 文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)06-0190-01

1混凝土结构常见裂缝的类型与成因

1.1 塑性收缩变形裂缝。塑性收缩变形裂缝发生于混凝土呈塑性状态的早期,是成型的混凝土表面水分蒸发速度超过其内部初、终凝硬化的速度,致使混凝土表面收缩,并且这种收缩受到结构构件和下层配筋约束而产生的浅层开裂,有时还是收缩与压缩的叠加。裂缝多呈外宽内窄,常见为不规则的多边形或沿钢筋方向相互平行,长度从几厘米到几米不等,一般自表面开始,但也可发展成贯穿裂缝。增大钢筋直径或加大混凝土坍落度,覆盖养护不及时,振捣不足,或使用有渗透性的柔性模板都会增加或加剧这种裂缝。高性能混凝土特别容易产生这种裂缝。

1.2 自身收缩变形裂缝。这是在常温下混凝土构件和环境并不发生任何水分交换时所产生的收缩裂缝,也是近一二十年来随着高性能混凝土的开发、应用,并采用有效控制水分挥发和温度变化措施后,仍然不能避免裂缝产生才重新引起人们广泛研究的新课题。现发现自收缩及其裂缝在高水灰比(W/C>0.45)的混凝土中视微不足道的,但当W/C

1.3 温度应力变形裂缝。混凝土中水泥的水化热反应及其气候因素是产生温度应力变形裂缝的主因。梁、柱、板、墙等混凝土结构还会因体型差异和不同的体积、表面积比值,而有不同的温度变形和收缩变形,当这些变形产生的张应力超过其对应结构体的极限抗拉能力时,混凝土就会产生温度应力变形裂缝,如常见的楼板收缩变形,一般都超过或大于梁、柱、墙的收缩变形,并且收缩开裂也多广布在沿温差合力较大外墙转角处,结构长期暴露和闲置时更是如此。宽度自发丝状到数毫米,数量较多,有表面、深层和贯穿等几种,且宽度会随温度的变化而变化。大体积混凝土体积越大,结构体外部与深部温差越大,其裂缝也随之增大。

1.4 地基沉陷应力裂缝。

1.5 结构设计不当或考虑不周所致裂缝。

1.6 浇筑施工及养护不当所致裂缝。

1.7 锈蚀裂缝。

1.8 动静荷载应力裂缝。

2防治裂缝的技术思路与对策

2.1 原材料及配合比的优化。

(1)水泥。水泥含量、种类直接与产热量有关。工程中水泥品种和用量是按设计要求选用及通过水灰比和用水量来调节的,当W/C≤0.4后,增加水泥含量常易导致收缩开裂。混凝土的塑性收缩开裂、温度裂缝都可以通过降低水泥用量,或选择粉煤灰水泥、矿渣水泥、复合水泥的方法得到控制;大体积混凝土结构体,尤宜采用低热水泥和粉煤灰水泥。(2)集料。集料的硬度、粒径分布对混凝土特性、应力、应变和开裂均有较大影响。增加粗集料用量是控制与约束混凝土开裂与收缩的有效方法;集料的热膨胀系数、热扩散等对混凝土的热性质也有重要作用;大体积混凝土设计和浇筑时尤要考虑与注意与这些热性质相关的热稳定性和体积稳定性。另外,石子和砂应按规范规定把含泥量控制在2%以内,必要时应对其冲洗;高性能混凝土更应重视集料质量的优选。(3)水。水泥水化时所需用水,一般只占水泥重量的20%。应重视水计量和砂石含水率的测定,并应根据砂石含水率对混凝土用水量进行调整。用水量过大,既会降低混凝土强度又会导致产生收缩裂缝。利用真空吸水设备将初凝前混凝土中多余的水分抽走,是提高混凝土密实度与早期强度、控制裂缝的有效方法。(4)掺和料。掺和料有粉煤灰、硅灰、粒化高炉矿渣粉、钢纤维、聚合物纤维等。其中粉煤灰最为常用,泵送混凝土为适应泵送需要,应选优质粉煤灰,且掺入量一般控制在水泥用量的15%-18%。在脆性混凝土中添加短小钢纤维、聚合物纤维,能显著增大抗裂能力,工程上已有较多应用。(5)外加剂。其种类有减水剂、缓凝剂、泵送剂、膨胀剂、以及复合剂等,它是改善包括减少混凝土开裂、提高密实性及高施工性的有效途径。应注意的是,在混凝土中同时使用几种外加剂时,应考虑到相互间的匹配性。

通常,混凝土水灰比尽量控制在0.5以下,如采用泵送混凝土,水的用量应控制在200kg/m3以内,倘若坍落度还不能满足要求,则可采用高效减水剂来解决。

2.2 改善结构应力约束条件。控制混凝土裂缝,必须兼顾混凝土的收缩值与约束条件。下面列举某些结构受力设计缺陷所致裂缝和可供考虑选择的应对措施:(1)建筑平面布置有突变处的混凝土楼盖,常是裂缝发生的部位,可合理调整建筑物的重心与形心,尽量让其重合,以减少偏心倾斜;(2)对其断面的结构构件,应避免过多的纵向钢筋突变性截断,在楼板设计中采用分离式切断钢筋,应先考虑配贯通的温度收缩钢筋,在配置分离式负筋。(3)楼板钢筋设计时应采用细筋密排,最好采用双层双向钢筋,角部设置放射筋,预留洞口等薄弱部位应设置加强筋;(4)对于水、电预埋管线,特别是多根管线集散处,应避免重叠交叉,楼板内PVC电线套管只允许平行于楼板受力方向或双向板的短边方向埋设,埋在楼板内的PVC电线套管上下部应加铺宽度不小于45mm的钢丝网片作为补强措施;(5)应充分考虑采用补偿混凝土收缩变形技术,如采用混凝土膨胀剂应注意不同品种与剂量所起的膨胀效果;(6)必要时采用“放”的特殊措施,例如,可将端跨设计成简支板的形式,即楼板与梁之间设置施工缝隔离。对于超长结构或大体积混凝土应留社伸缩缝,外墙面适当位置留分隔缝等;(7)设计中有预应力构件,而预应力施加过大或过早,预应力钢筋混凝土端部尤应注意防止出现裂缝。

2.3 按规范科学施工,加强模板与地基监控。地基设计时应对勘查报告所提供的相关资料给出科学的判断。对地表回填土压缩变形、管沟渗漏或地下水位上升引起的湿陷变形、桩基承载力不足、持力层选用不当等尤应予以足够重视与警惕。此外,在高层建筑物施工过程中应及时进行沉降观测,加强过程控制,还应注意避免缘于模板的强度、刚度等的不足而引发的梁、板、墙等的沉陷裂缝。

2.4 重视保温、保湿养护。总之,混凝土结构体裂缝有着强烈的个性,原因复杂多样。从工程技术施工角度讲,加强对原材料与配合比的合理选择、改善结构应力约束、规范科学施工方法以及重视包括保湿养护创新方法在内的应用探讨,是防控混凝土结构体裂缝特别是有害裂缝的根本技术途径。