作者简介:李波(1960—),吉林长春人,吉林广播电视大学副教授,研究方向:土木工程。黄秀霞(1959—
),女,吉林长春人,吉林广播电视大学副教授,研究方向:土木工程。
钢筋混凝土结构裂缝的成因及
防控处理措施的研究
李 波 黄秀霞
(吉林广播电视大学,吉林长春 130022)
摘 要:钢筋混凝土结构裂缝是土木工程中普遍存在的问题之一,特别是最近20年来,商品混凝土得到广泛应用以后,混凝土均质性有了很大改善的同时,裂缝防控难度大大增加了。本文对钢筋混凝土结构裂缝的成因进行了系统分析,并在分析的基础上,提出了钢筋混凝土结构裂缝的防控措施和处理方法。
关键词:钢筋混凝土结构裂缝;成因;危害;防控措施;处理方法
中图分类号:TU5281571 文献标识码:A 文章编号:1008-7508(2009)01-0076-03
随着我国经济的快速发展,土木工程中的钢筋混凝土结构的应用也呈现快速增长。特别是最近
20年,商品混凝土得到广泛应用以后,混凝土均
质性有了很大改善的同时,裂缝防控难度大大增加了,钢筋混凝土结构中的裂缝是土木工程中较为普遍存在的问题,它长期困扰着工程设计和施工人员。加强对钢筋混凝土结构裂缝成因的研究,并提出钢筋混凝土结构裂缝的防控措施和处理方法,具有较大的现实意义和较高的社会经济效益,也是广大科技人员和土木工程技术人员必须面对的重要课题。
一、钢筋混凝土结构裂缝的分类及危害
1、钢筋混凝土结构裂缝的分类。
钢筋混凝土结构裂缝就其开展程度分为表面裂缝、贯穿性裂缝、破坏性裂缝;就其在结构表面形状分为网状裂缝、爆裂状裂缝、不规则短裂缝、纵向裂缝、横向裂缝、斜裂缝等;按其发展情况分为稳定裂缝和不稳定裂缝、能闭合裂缝和不能闭合的裂缝;按其尺寸大小分为微观裂缝和宏观裂缝两类,微观裂缝是混凝土内部固有的一种裂缝,它是不连贯的,一般存在于混凝土结构内部,尺寸较小
裂缝宽度通常情况下不超过0.5mm ,宏观裂缝是指尺寸较大的裂缝,裂缝宽度通常情况下大于0.
5mm ,可存在于混凝土内部,也可存在于混凝土
表面;按时间可分为施工期间形成的裂缝和使用期间产生的裂缝;按其影响因素可分为设计因素裂缝、材料因素裂缝、施工因素裂缝、使用因素裂缝、温度因素裂缝,不均匀变形因素裂缝、钢筋锈蚀裂缝等几大类。
2、常见钢筋混凝土结构裂缝的危害
钢筋混凝土结构是多组分复合材料,在各种条件变化和各种材料变形不一致的情况下,微观裂缝的产生几乎是不可避免的,这种细微裂缝如果不扩
展或在一定范围内扩展的话,它对一般的工业与民用建筑的正常使用是不会造成危害的,有害与无害的界限由结构使用功能决定的。对钢筋混凝土,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,只是裂缝宽度的问题,使其达不到有害程度。但实际使用过程中,钢筋混凝土结构在荷载作用下或是进一步温差和干缩的情况下,细微裂缝会开始开展并相互贯通,从而发展成较大裂缝,对结构造成极大的影响,形成危害。常见危害有:
⑴影响钢筋混凝土结构的承载能力;⑵引起钢筋锈蚀,使保护层崩落;
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Journal of Jilin Radio and TV University No.1,2009(Total No.91)
《吉林广播电视大学学报》 2009年第1期(总第91期)
⑷降低结构刚度,影响建筑物的整体性;
⑸影响钢筋混凝土结构的耐久性能和使用寿命;
⑹影响建筑物的美观;
⑺裂缝大的可能使结构或构件彻底报废、造成工程返工、材料浪费、延迟工期以及较大的经济损失。
二、钢筋混凝土结构裂缝形成的原因
要解决钢筋混凝土结构裂缝问题,必须从裂缝形成的原因入手,裂缝的形式很多,正确判断和分析裂缝成因是采取有效措施控制裂缝形成和发展以及对建筑造成危害的基础。
1、设计方面因素形成的裂缝
⑴设计方案不合理导致裂缝出现。设计中采用预应力、支座位移、反变形法等手段提高钢筋混凝土结构或构件的刚度时,应充分考虑这些方法对结构或构件的不利影响,否则易导致裂缝的出现。
⑵设计中充分考虑材料特性、施工方法等因素导致裂缝出现。设计时应充分考虑混凝土的收缩、变形、混凝土的水灰比、施工顺序等因素,防止裂缝过早出现。
⑶设计中钢筋配置不当易导致裂缝出现。设计时由于简化计算处理不当,使构件在受约束处没有配置钢筋或配置钢筋过少,而导致构件受力后在受约束处产生裂缝。
⑷应力集中导致裂缝出现。结构或构件截面发生突变,在截面变化处出现严重的应力集中而使结构或构件产生裂缝。
⑸设计时对使用环境情况考虑不全导致裂缝出现。设计时应充分考虑使用环境的影响,酸,碱,盐等腐蚀性介质对结构产生影响,考虑不全,极易导致钢筋混凝土产生裂缝。
2、材料方面因素形成的裂缝
⑴水、砂、石、水泥等原材料选用不符合规范要求,从而引起混凝土出现裂缝。如,砂石含泥量过大、水泥受潮或过期、水不洁净和水中有油等情况。
⑵骨料颗粒级配不当或采用不恰当的间断级配,使混凝土的收缩增大,从而引起混凝土出现裂缝,水泥用量大、水灰比小、坍落度过大、砂率过高、石子粒径太大等原因引起混凝土出现裂缝。
⑶钢筋锈蚀引起的裂缝。因为钢筋锈蚀使钢筋有效面积减少,钢筋与混凝土的握力减弱,使结构承载力下降,将引起更多的裂缝。
⑷早强剂、减水剂、掺和料等外加剂选用不当或掺量不合适等原因引起混凝土出现裂缝。
⑸水泥品种、等级选用不当引起混凝土出现裂缝。不同品种水泥的收缩值取决于水泥组分含量及水泥的细度等,产生的水化热越高,混凝土的收缩度变形越大。
3、混凝土收缩形成的裂缝
⑴混凝土塑性收缩引起混凝土出现裂缝。原因是混凝土浇筑后凝结过程中,其表面失水过快及自身产生水化热而出现的。
⑵混凝土化学收缩引起混凝土出现裂缝。主要是因为水泥的水化反应使混凝土的体积出现收缩而引起的裂缝。
⑶混凝土干燥收缩引起混凝土出现裂缝。是由于混凝土硬化过程中表面失水过多而引起的裂缝。
⑷环境温度变化引起混凝土出现裂缝。主要是因为环境温度下降使混凝土受拉而引起的裂缝。
4、施工方面因素形成的裂缝
⑴施工工艺不符合标准引起的裂缝。如没按设计要求和有关规范进行施工,浇筑振捣不密实。
⑵施工现场保护措施不到位引起的裂缝。如混凝土早期脱水引起收缩裂缝;混凝土浇筑后环境温差过大使混凝土产生温度裂缝。
⑶现场模板拆除不当引起的裂缝。如拆模时间过早、拆模顺序不当使混凝土产生拆模裂缝。
⑷现场预应力张拉不当引起的裂缝。如预应力超张拉、偏心等引起混凝土张拉裂缝。
⑸冻胀引起的裂缝。吸水达到饱和状态的混凝土,当外界大气温度低于0℃时,混凝土内游离状态的水冻结为冰,由于水变成冰时体积会膨胀,混凝土会产生应力而发生裂缝。
⑹钢筋保护层偏大。施工浇筑混凝土时为铺设架板,施工人员在钢筋上踩踏致使板面负筋下沉,混凝土保护层偏大,引起开裂。
5、使用方面因素形成的裂缝
⑴建筑物、构筑物基础不均匀沉降,产生的沉降裂缝。
⑵使用荷载超过设计荷载致使混凝土产生受拉开裂。
⑶使用过程中结构形式或受力状态发生改变。如随意拆除承重墙或凿洞等,致使钢筋混凝土结构产生裂缝。
⑷周围环境影响。酸、碱、盐等对结构的侵蚀,引起的裂缝。
⑸偶然因素。如发生地震、火灾、爆炸等引起的裂缝
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李 波 黄秀霞 钢筋混凝土结构裂缝的成因及防控处理措施的研究
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三、钢筋混凝土结构裂缝的防控措施
1.设计方面的防控措施
⑴设计中应尽量避免出现较大应力集中现象的构造,例如截面突变,刻槽、开洞等,若因建筑结构或其他方面原因必须做时,应充分考虑采取措施予以加强。
⑵重视对钢筋的配置,特别是针对不同受力假设采用不同的计算简图时,受力钢筋和构造配筋的确定应予以高度重视,构造配筋对有效控制裂缝的出现和发展十分重要。
⑶重视对结构薄弱部位、易开裂部位的处理,例如深基础与浅基础结合处、高低跨处、高层与底层结合处以及不同结构形式结合处等。
⑷设计中处理好柔性和刚性的关系。结构中所有构件都是约束与被约束的关系。所受约束越强,产生足够变形的余地就越小,就越容易开裂。所以,设计过程中应重视结构中相连构件的约束关系。不能一味的追求柔性或刚性,应灵活运用,达到柔性和刚性并重。
⑸设计人员应对设计中所选用材料的特性、结构的施工程序和施工方案有比较清楚的认识,有的放矢的选择结构方案和所使用的材料。
2、材料方面的防控措施
⑴在选择的水泥、沙子、石子等材料时,应根据结构的要求选择符合规范要求的材料。
⑵选择适宜的外加剂和掺和剂,可以显著的提高混凝土的工作性能、降低水泥用量、降低水化热。
⑶应用补偿收缩混凝土技术。在混凝土中加入一定量的膨胀剂来补偿混凝土的收缩,是解决混凝土由于收缩而产生裂缝的一种有效措施。
3、施工方面的防控措施
⑴确定合理的施工方案。施工方案是否合理不仅关系到整个施工过程,而且与预防控制裂缝有很大关系,重点是确定一次浇筑量、施工缝间距、位置及构造,混凝土运输、振捣以及浇筑时间、浇筑温度等。
⑵加强施工管理确保施工质量。在施工过程中,由于未按规范操作常常会引起混凝土裂缝的产生。因此,施工阶段是预防结构裂缝出现的重要的阶段之一,施工中应着重注意这几方面的问题:一是要确定合适的材料配合比,在满足强度要求的原则下,尽可能的减少水泥用量;二是要确保钢筋的位置正确,对踩踏后的钢筋应及时修正调整,对钢筋上附着的污物和氧化皮进行彻底清除,以免影响钢筋和混凝土之间的粘结力;三是要加强养护,养
护时应注意按时浇水,注意环境温度的变化;四是要注意拆模时间和顺序,要使混凝土强度达到规范要求后方可拆模。否则拆模过早易引起混凝土开裂;五是要加强监督与管理,质量监督部门及工程监理单位必须认真执行国家规范、规程等有关规定,监督和督促各项技术措施的落实,保证钢筋混凝土结构裂缝得到有效防控。
四、钢筋混凝土裂缝的处理措施
对土木工程中出现的钢筋混凝土结构裂缝应及时进行处理,以免裂缝进一步开展,影响结构的安全性、适用性和耐久性,钢筋混凝土结构裂缝处理方法很多,一般主要采用以下几种:
1、表面涂层封闭法。利用混凝土细微裂缝或
网状裂纹的毛细作用,吸收修补胶液,封闭裂缝通道、遮盖裂缝。
2、表面贴补处理法。用土木膜或其他防水片
在裂缝表面加以贴补,以遮盖裂缝。
3、灌浆处理法。利用压力设备将修补浆液压
入混凝土裂缝达到闭合裂缝的目的。
4、填充封堵处理法。用水泥砂浆等修补材料,
对裂缝进行填充封堵,必要时可将裂缝予以事先处理,然后再进行填充封堵。
五、结束语
钢筋混凝土结构裂缝是影响建筑物满足安全性、适用性和耐久性的一个非常重要的方面,建筑物的结构或构件常常由于各种不同的原因导致各种裂缝出现,其有害程度是可以控制的。因此加强钢筋混凝土结构出现裂缝原因的分析是非常重要的,设计、施工、材料等方面因素对钢筋混凝土结构开裂的影响是相互联系、相互制约的,必须全面系统的考虑。从裂缝的分类入手,弄清裂缝出现的原因,对裂缝采取措施加以正确的处理,钢筋混凝土结构裂缝问题将会逐渐得到的解决。
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