钢筋混凝土结构裂缝产生的原因及防治措施分析

摘 要:对钢筋混凝土结构裂缝产生的原因及防治措施进行了详细的分析阐述。

关键词:混凝土结构;裂缝;原因;防治措施

中图分类号:TU

文献标识码:A

文章编号:1672-3198(2010)08-0314-02

1 引言

近几十年来,我们国家的建设事业日新月异、蓬勃发展,生产出了大量的混凝土结构,这些结构在正常使用极少维护的情况下,都保持了良好的工作性能,但也有些结构在正常使用过程中发生了不同情况的裂缝,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。

2 裂缝产生的直接原因

2.1 收缩及水化热增加

自从70年代末(1978～1979年)我国混凝土施工工艺产生了巨大的进步―泵送商品混凝土工艺。从过去的干硬性,低动性,现场搅拌混凝土转向集中搅拌,转向大流动性泵送浇注,水泥用量增加,水灰比增加,砂率增加,骨料粒径减小,用水量增加等导致收缩及水化热增加。

2.2 混凝土强度等级日趋提高

建筑结构混凝土强度等级日趋提高,但有许多结构不适当的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,这是一种误导,导致水泥标号增加,水泥用量增加,水用量增加,细骨料及粗骨料径偏小,砂率偏大等都使水化热及收缩增加。

2.3 结构约束应力不断增大

结构规模日趋增大,结构形式日趋复杂,超长超厚及超静定结构成为经常采用结构形式并采用现浇施工,这种结构形式有显著约束作用,对于各种变形作用必然引起较大约束应力。

2.4 外加剂的负效应

外加剂及掺合料种类繁多,只有强度指标缺乏对水化热及收缩变形影响的长期实验资料(至少一年),有些试验资料并不严格,有许多外加剂严重的增加收缩变形,有的甚至降低耐久性。

2.5 忽略结构约束

国内外结构设计中都经常忽略构造钢筋重要性,因而经常出现构造性裂缝。结构设计中经常忽略结构约束性质,不善于利用“抗与放”的设计原则,缺乏相应的设计施工规范、规程。

2.6 养护方法不当

目前在混凝土施工中采用的养护方法基本沿用过去简易的方法,这种方法已远不适应泵送混凝土的较大温度收缩变形的要求。

2.7 混凝土抗拉性能不足

这种裂缝在抗力方面都是由于混凝土抗拉性能不足(抗拉强度和极限拉伸)引起的,这方面的材料级配研究很少。

综合上述,国际公认泵送商品混凝土对混凝土的质量(均质性)有很大的提高,对供应方式有重要的改进,但是对混凝土的裂缝控制的难度大大增加了,因此,这类问题不是我国特有的技术问题,是国际上钢筋混凝土的共性难题。

3 裂缝产生的影响因素

3.1 水泥的影响

水泥的安定性、强度和含碱量的高低等会导致混凝土的裂缝产生。(1)安定性不合格,水泥中游离的氧化钙含量超标,造成混凝土抗拉强度的下降。(2)水泥的强度不够,水泥受潮或超期,使混凝土强度达不到设计值,从而导致混凝土开裂。(3)当水泥含碱量较高(如超过0.6%),同时使用含碱活性的骨料,在混凝土拌和中产生碱离子,造成混凝土酥松、膨胀开裂。

3.2 砂、石骨料的影响

(1)砂石的粒径、级配、杂质含量。

(2)砂石粒径太小、级配不良、空隙率大,将导致水泥和拌和水用量加大,影响混凝土的强度,使混凝土收缩加大。砂石中云母的含量较高,将削弱水泥与骨料的粘结力,降低混凝土强度。砂石中含泥量高,造成水泥和拌和水用量加大,降低了混凝土强度和抗冻性、抗渗性。

3.3 外加剂、掺和料的影响

混凝土外加剂、掺和料选择不当或掺量不当,会严重增加混凝土收缩。其次,外加剂、掺和料的氯化物等杂质含量较高,可引起钢筋表面氧化膜破坏,钢筋中铁离子与侵入的氧气和水分发生锈蚀反应。

3.4 混凝土配合比设计的影响

配合比设计不当直接影响砼的抗拉强度,是造成砼开裂不可忽视的原因。配合比不当指水泥用量过大,水灰比大,含砂率不适当,骨料种类不佳,选用外加剂不当等,这几个因素是互相关联的。有关试验资料显示:用水量不变时,水泥用量每增加10%,混凝土收缩增加5%;水泥用量不变时,用水量每增加10%,混凝土强度降低20%,混凝土与钢筋的粘结力降低10%。

3.5施工方面的影响

3.5.1 施工条件的影响

施工现场,骨料一般露天堆放,夏季高温时,运达工地的水泥、砂、石常是滚烫的,搅拌后有时还要经长距离运输才能到达浇筑点,这样浇筑的混凝土构件常因内外温差过大而在凝结硬化早期出现温度裂缝。再者,在高空浇注混凝土,风速过大、烈日暴晒,混凝土收缩值增大,可导致裂缝的产生。或运输时漏浆改变了浆骨比、运距较远而受烈日照射或雨淋改变了水灰比。

3.5.2 施工质量的影响

(1)混凝土振捣不密实、不均匀,出现蜂窝、麻面、空洞,导致钢筋锈蚀或其它荷载裂缝的起源点。(2)混凝土保护层过厚,或乱踩已绑扎的上层钢筋,使承受负弯矩的受力筋保护层加厚,导致构件的有效高度减小,形成与受力钢筋垂直方向的裂缝,(3)混凝土浇筑过快,混凝土流动性较低,在硬化前因混凝土沉实不足,硬化后沉实过大,容易在浇筑数小时后发生裂缝,既塑性收缩裂缝。(4)温度控制设计不合理,浇筑温度过高,通水冷却不及时,对水化热计算不准,新浇混凝土气温骤降又无保温措施或保温效果太差,引起混凝土内部温度过高或内外温差过大,从而产生温度裂缝。(5)混凝土初期养护时急剧干燥,使得混凝土与大气接触的表面上出现不规则的收缩裂缝。

3.5.3 养护条件的影响

养护条件对裂缝的出现有着关键的影响。在标准养护条件下,砼硬化正常,不会开裂,但只适用于试块或是工厂的预制件生产,现场施工中不可能拥有这种条件。但是必须注意到,现场砼养护越接近标准条件,砼开裂可能性就越小。

4 混凝土裂缝的防治措施

4.1 合理设计

(1)适当地加强构造配筋,合理地选用钢筋直径和间距。选用直径细而间距密的配筋方案,能较好的提高混凝土的抗裂性。(2)确定裂缝的控制宽度。确定各种混凝土的允许裂缝宽度后,根据其裂缝宽度要求进行设计,也是控制混凝土裂缝的有效措施之一。(3)在建筑设计中应处理好构件中‘抗’与‘放’的关系。所谓‘抗’就是处于约束状态下的结构,没有足够的变形余地时,为防止裂缝所采取的有力措施,而所谓‘放’就是结构完全处于自由变形无约束状态下,有足够变形余地时所采取的措施。

4.2 优先原材料

(1)根据结构的要求选择合适的混凝土强度等级及水泥品种、等级,尽量避免采用早强高的水泥。(2)减少水泥的用量,将水泥用量尽量控制在450kg/m3以下,以减少水化热量。(3)用级配优良的砂、石原材料,含泥量应符合规范要求。

4.3 改进组成设计

(1)应采用低水灰比、低用水量,以减少水泥用量。(2)利用混凝土的后期强度,降低水泥用量。③配合比设计人员应深入施工现场,依据施工现场的浇捣工艺、操作水平、构件截面等情况,合理选择好混凝土的设计坍落度,针对现场的砂、石原材料质量情况及时调整施工配合比,协助现场搞好构件的养护工作。

4.4 现场操作方面

(1)浇捣工作:浇捣时,振捣捧要快插慢拔,根据不同的混凝土坍落度正确掌握振捣时间,避免过振或漏振,应提倡采用二次振捣、二次抹面技术,以排除泌水、混凝土内部的水分和气泡。(2)混凝土养护:控制好构件的湿润养护,对于大体积混凝土,有条件时宜采用蓄水或流水养护。养护时间为14-28天。(3)混凝土的降温和保温工作:采取必要的降温措施,避免水化热高峰的集中出现、降低峰值。浇捣成型后,应采取必要的蓄水保温措施,表面覆盖薄膜、湿麻袋等进行养护,以防止由于混凝土内外温差过大而引起的温度裂缝。(4)避免在雨中或大风中浇灌混凝土。(5)对于地下结构混凝土,尽早回填土,对减少裂缝有利。(6)夏季应注意混凝土的浇捣温度,采用低温人模、低温养护,必要时经试验可采用冰块,以降低混凝土原材料的温度。