裂缝控制的重要性

龙源期刊网裂缝控制的重要性作者：张俊杰来源：《科学之友》2009年第01期摘要：针对结构裂缝是建设工程中常见的通病这一现状,结合工程实践和理论研究,对结构裂缝的形成原因及治理措施进行了论述,指出从设计到施工及使用阶段都应采取预测、预防和处理措施,对不同的裂缝采取相对应的措施,及时治理,减少裂缝的出现，做到合理的裂缝控制。关键词：预应力混凝土；钢筋混凝土；裂缝控制；防治中图分类号：TU755.6文献标识码：A文章编号：1000-8136(2009)02-0036-03裂缝控制即裂缝的预测、预防和处理等，裂缝的形成机理及类型是一个比较复杂的问题,也是长期困扰着建筑工程技术人员的技术难题。在建筑工程中会遇到许多裂缝的产生，有直接作用即集中力、均布荷载下产生的正常裂缝。也有在间接作用和材料性能发生变化引起的非正常裂缝，不同成因、不同大小、不同性质、不同用途的裂缝有不同的处理和防治方法，在不同的工程中我们要具体问题具体分析，切实注意裂缝对工程安全的影响，千万不能忽视小裂缝，也不能随意处理本来应该预留的裂缝，做到合理的裂缝控制。根据实际工作经验，笔者总结了以下几种裂缝的控制：1预应力混凝土结构裂缝预应力混凝土结构中裂缝现象很普遍。尽管多数裂缝宽度在0.2mm以下，不会影响结构安全以及建筑物的使用功能，但对预应力结构的重要性而言，出现裂缝易引起业主和监理的担心与不满，甚至引发法律纠纷。裂缝毕竟是不利的，直接影响结构的耐久性，不管何种原因产生的裂缝，都应引起工程建设人员的重视，把裂缝作为主要通病之一进行综合防治，减少和避免裂缝现象的出现。1.1由混凝土本身性质引起的裂缝混凝土是由水泥、砂、石组成的非均质材料，收缩是混凝土的重要特性之一。由于预应力工程在原材料、构件规格、施工工艺等方面的具体情况，使预应力工程中出现收缩裂缝也很普遍，有时甚至很严重。龙源期刊网产生原因（1）在预应力工程中，通常对混凝土强度要求较高，多采用商品混凝土，使混凝土中水泥用量大，坍落度大，出现收缩裂缝的概率增加。在混凝土板上，终凝前期常表现为不规则的干缩裂缝。当混凝土强度有所发展后，收缩裂缝变得有一定的规律，通常是平行板的短边，形成横向凝缩裂缝。（2）在柱、梁、板同时浇筑的工程中，柱梁节点或梁板腋下易出现沉实裂缝，当坍落度过大或模板较粗糙时，这些部位在模板的“模箍”作用下，有时也会出现水平裂缝。1.1.2控制措施（1）控制混凝土组成级配、水灰比和坍落度，在满足浇筑要求的前提下，坍落度应尽量小。（2）柱梁或梁板同时浇筑时，应先浇筑柱、梁，尽量给出混凝土的沉实时间。（3）对厚大构件或坍落度较大的商品混凝土构件，应分层浇筑。混凝土初凝前后应进行二次振捣，终凝前再对表面进行二次抹压。（4）浇筑整板基础、现浇板等裸露面积较大的混凝土构件时，应避免大风或烈日直射的天气，否则应及时对混凝土表面进行覆盖保护。（5）通常情况下，收缩裂缝发生在混凝土凝固的初期，特别是混凝土浇筑后一周左右，实践证明，加强混凝土早期的养护工作，是克服这类裂缝最有效的办法。1.2由于预应力构件截面尺寸较大引起的裂缝1.2.1产生原因（1）截面较大构件在混凝土硬化过程中，其体积收缩量也大，产生轴向拉应力，在结构体系的约束下形成凝缩裂缝。（2）大截面构件凝固过程中，产生的水化热使构件温度升高，若过早拆除其侧模板，构件温度急降，会出现温差应力，同时构件表面水分迅速风干，混凝土收缩加剧，形成冷缩裂缝。（3）经凿除裂缝处表面混凝土，发现多处裂缝发生在箍筋位置处，说明这种裂缝与箍筋存在一定的联系。其一是大梁所选用的箍筋规格较大，如Ф12，箍筋外的混凝土保护层变薄；其二是浇筑混凝土前，梁的箍筋已承受了梁自身上层钢筋的重量和次梁、板搁置的重量，以及施工人员的活荷载，梁的箍筋受压弯曲，一定程度上呈“鼓”形。这两种情况使箍筋特别是梁中龙源期刊网箍筋外的混凝土厚度变薄，形成了相对含砂多、含石少、咬合性差的砂浆层，从而导致裂缝。这种中间宽，两端窄的“枣核”形裂缝，因梁中腰筋小少而粗宽，上下端因主筋的约束而细小或没有。1.2.2控制措施（1）厚大构件的混凝土配合比设计，应考虑减少混凝土体积收缩的措施。力求降低水泥用量，减小水灰比，有条件者可适当掺入改性外加剂。（2）推迟大截面构件模板拆除时间。为减小模板对梁的约束，防止预应力损失，规范规定要在预应力张拉前拆除其侧面模板。大梁侧模拆除应依据执行，并尽可能推迟。（3）应保证箍筋外保护层厚度。对较粗直径的箍筋而言，应保证箍筋外混凝土不少于15mm（最好为17mm）来确定主筋保护层，增加箍筋外混凝土抗裂能力。大梁腰筋设置相对宜粗宜密，规格不宜小于Ф18，间距不宜大于250mm，大梁腰间的S形拉筋宜改用拉撑结合的办法，拉筋一端弯成90°角，待拉紧就位后再弯至135°角，同时将一部分拉筋改为撑筋，保证梁箍筋不外弯，也不向内弯曲，撑筋也可结合小组纹管支架钢筋同时布设。1.3模板支撑体系施工不当引起的裂缝1.3.1产生原因（1）支撑拆除过早。某工程预应力大梁拆底模时，混凝土强度标准值达设计强度的115%，但没有建立预应力，拆模后大梁和板均出现裂缝，并形成较大的板梁连通裂缝。（2）一般情况下，预应力结构跨度大，构件截面尺寸大，施工荷载也大，支撑体系的承载力不足也是一个原因，尤其对支撑直接搭设在地面或回填土上的工程，支撑系统更易变形或下沉。（3）采用早拆模板施工方法时，保留的支撑承载力不足，使结构过早受力。1.3.2控制措施（1）混凝土施工规范规定，侧模宜在预应力张拉前拆除，底模不应在结构构件建立预应力前拆除。预应力建立前，即使构件混凝土达到或超过设计值，仍不可拆除底模，这也是与普通混凝土结构的一点区别，否则，预应力构件即使有承载能力，也易因挠度过大而引起裂缝。在大跨度结构中，构件的主要荷载是自重，其自重弯矩大，自重应力高，提前拆模对结构更不利，更易产生结构裂缝。（2）对预应力工程应单独编制施工方案，其模板和支撑系统必须进行设计计算。若支撑体系直接支撑在回填土上，还须对支撑面进行特殊处理，首先，回填土必须分层分批夯填密龙源期刊网实，最好用压路机碾压数遍，否则支撑应直接置于基础或基底老土层上。其次，在预应力框架大梁宽1.8m~2.0m的范围内，应铺设道渣，设置垫木。（3）做好场地防排水措施。预应力工程施工工期较长（一般在20d以上），阴雨天气出现的机会多，产生的后果严重。因此，大梁排架施工前要有技术保证措施，可在大梁下铺设塑薄膜防水层，并及时排走场内雨水，防止雨水对土层和支撑系统的影响。此外，浇筑混凝土前还要对支撑体系进行全面检查和加固，以确保支撑稳固可靠。（4）预应力工程施工周期长，整体拆模时间较普通结构迟，为提高周转材料的利用率，减少施工投入，常采用主次模板体系分开支设的办法，在符合普通混凝土结构拆模的条件后，可在预应力张拉前拆除非预应力构件的模板及支撑。对预应力大梁，也常采用早拆模板方法施工，根据跨度情况，在适当位置处，保留若干支撑点模板与支撑不拆而拆除其余部位的模板与支撑。采用这种方法施工时，必须对保留支撑进行验算和加固。对保留支撑而言，即使立杆和梁底模没有拆除和松动，整体排架和牵杠的拆除，也会影响保留支撑的刚度和稳定性，降低承载力，故应进行必要的加固。另一方面，次梁板等非预应力构件模板和支撑拆除后，这些构件的自重以及上部施工荷载全部通过结构体系传递到主梁上，主梁荷载明显增大，故必须进行支撑验算和加固，加固时不得松动保留的支撑和模板，并且须做到先加固后拆除。1.4由预应力张拉工艺而引起的裂缝1.4.1产生原因（1）在梁端非预应力区内出现的拉剪裂缝，是由于锚固区局部受压过大，在该区及边缘产生剪、拉应力。（2）在张拉端边梁及板面上出现的裂缝，是由于预应力张拉后，在应力传递或次应力作用下产生的。1.4.2控制措施（1）设计时应尽量减少预应力的偏心程度，非预应力筋能解决问题的，尽量少用预应力，以降低预压总应力，否则应视情况增加承压钢筋网片。（2）张拉结束后，预应力并没有停止工作，甚至仍然继续在增长。因此除了在张拉操作中必须严格按照张拉顺序及张拉力伸长量来控制之外还应在张拉结束后，继续观察具体变化，禁止张拉一结束就进行钢绞线的切割施工作业。禁止立即在梁体上施加荷载。龙源期刊网收缩裂缝混凝土收缩分干缩和自收缩。干缩是混凝土中多余水分蒸发，温度降低，体积缩小而产生的收缩，其收缩量占总收缩量的绝大部分。自收缩为水泥水化作用引起的体积缩小，其收缩量很小。混凝土在硬化期间或硬化后由于混凝土的收缩受到周围结构构件的约束或是养护不当引起的收缩裂缝一般与构件表面垂直。收缩裂缝除和养护有关外，还和振捣混凝土，原材料收缩量等有关。混凝土振捣过度，表面形成水泥浆较多，则收缩量大，容易出现裂缝。采用含泥量较大的粉砂配制的混凝土，也会加大收缩，产生收缩裂缝。2.1.2温度裂缝钢筋混凝土结构随温度变化会产生热胀冷缩变形，除了由于大气温度变化外，还受周围环境的影响和大体积混凝土施工时产生的大量水化热等影响。水泥水化过程产生一定水化热，水化热是水泥熟料中各种矿物在水化反应中产生的，在大体积混凝土中,产生的大量水化热不容易散发，内部温度不断上升，到达较高温度，而混凝土表面散热较快，因而形成内外温差，此时表面受到内部混凝土的约束，将产生很大的拉应力。因早期混凝土抗拉强度较低而产生表面裂缝。2.1.3钢筋锈蚀裂缝在钢筋混凝土结构中，钢筋受到周围混凝土的保护，一般并不锈蚀。当保护层破坏或保护层不足时，钢筋在一定条件下将产生锈蚀。其主要原因有：①混凝土密度不良和构件上产生的裂缝，往往是造成钢筋锈蚀的重要原因，尤其当水泥用量偏小，水灰比不当，振捣不良，在混凝土浇筑中产生露筋、蜂窝麻面等，都会加速钢筋锈蚀；②混凝土碳化和侵蚀性气体、介质侵入造成钢筋锈蚀；③当周围空气的相对湿度、生产环境的变化适合于混凝土碳化的条件时，钢筋便会锈蚀；④为提高混凝土早期强度和防冻，在混凝土内掺加氯盐，若氯盐掺量过大，则会造成钢筋锈蚀。以上各种锈蚀产物膨胀足以使混凝土劈裂。2.1.4施工缝不当引起的裂缝浇灌钢筋混凝土结构时，最好是连续浇灌，但有些工程混凝土量太大，而实际施工受到人力、时间、材料供应、设备能力以及模板、钢筋的安装条件限制，不得不中断浇灌，形成施工缝。规范明确规定，施工缝应设在剪力较小或施工方便的位置。若施工缝随意留置，接头处理不妥当，则影响新旧混凝土黏结，往往形成薄弱部位，再由混凝土收缩和受力变形后呈现裂缝。龙源期刊网防治措施钢筋混凝土结构不可能不出现微观裂缝，而即使出现宏观裂缝，我们也希望将其控制在规范规定的允许范围之内。这就需要从设计到施工及材料选购等各个环节采取有效预防措施。裂缝一旦发生，则应对裂缝的形态、规律性、发生部位和分布区域进行调查、描述，测量其宽度、长度和深度及其稳定性，并对裂缝产生的原因进行分析。然后根据裂缝产生的原因、性质、程度、部位、受力情况及使用要求等，采取相应的有效措施，及时治理。一般有以下几种方法：（1）对承载能力无影响的表面裂缝和大面积细裂缝，防渗水处理时可采用表面修补方法，如表面涂抹砂浆法、表面涂抹环氧胶泥法、表面凿槽嵌补法和表面贴条法等。（2）当裂缝对结构整体性有影响时，或者结构有防渗防水要求时，可采用内部修补法，如水泥灌浆法和化学灌浆法。（3）对结构整体性和承载能力有较大影响的裂缝，采用结构加固方法。有围套加固、钢箍加固、预应力加固、粘结钢板加固和喷浆加固等办法。（4）对结构耐久性有影响的纵向钢筋锈蚀裂缝，应把主筋周围含盐混凝土凿除，用喷砂法清除铁锈，然后用灌浆或加围套方法修补。混凝土结构裂缝是建设工程中常见的通病，其普遍性和复杂性长期困扰着工程技术人员。虽然国内外不少专家和学者经过大