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分析混凝土结构裂缝成因
摘要:本文作者结合多年工作经验,主要针对混凝土裂缝的种类和产生的原因进行简要的分析、总结和探讨,并从理论设计、材料选用及施工控制等方面提出了有针对性的预防措施,可供工程技术同行参考。
关键词:混凝土;裂缝;对策
混凝土是一种由砂石骨料、水泥、水及其他外加材料混合而形成的非均质脆性材料。由于混凝土设计、施工和本身变形、约束等一系列问题,在硬化成型的过程中容易产生裂缝。部分裂缝只是影响结构的外观,为无害裂缝。但是有些裂缝在使用荷载或外界物理、化学因素的作用下,不断产生和扩展,引起混凝土碳化、保护层剥落、钢筋腐蚀,使混凝土的强度和刚度受到削弱,耐久性降低,危害结构的正常使用,必须加以控制。
混凝土结构裂缝产生的原因很复杂,据其产生的具体原因可以概括分类如下:
与结构设计及受力荷载有关的:
超过设计荷载范围或设计未考虑到的作用;地震、台风作用等;构件断面尺寸不足、钢筋用量不足、配置位置不当;结构物的沉降差异;次应力作用;对温度应力和混凝土收缩应力估计不足。
与使用及环境条件有关的:
环境温度、湿度的变化;结构构件各区域温度的变化;冻融、冻胀;内部钢筋锈蚀;火灾或表明遭受高温;酸、碱、盐类的化学作用;冲击、振动影响、使用中短期或长期超载。
与材料性质和配合比有关的:
水泥非正常凝结;水泥非正常膨胀;水泥的水化热;骨料含量过大、骨料级配不良、使用了碱活性骨料或风化岩石、混凝土收缩、混凝土配合比不当;选用的水泥、外加剂、掺合料不当或匹配不当;外加剂、硅灰等掺合料量过大。
与施工有关的:
拌和不均匀,搅拌时间不足或过长,拌和后到浇筑时间间隔过长;泵送时增加了用水量、水泥用量;浇筑顺序有误,浇筑不均匀;捣实不良,塌落度过大、骨料下沉、泌水,混凝土表明强度过低就进行下一道工序;连续浇筑间隔时间过长,接茬处理不当;硬化前遭受扰动或承受荷载;养护措施不当或养护不及时;养护初期遭受急剧干燥或冻害;混凝土表面抹压不及时;大体积混凝土内部温度与表面温度或表面温度与环境温度差异过大。
设计控制。
(1)从我国现行《混凝土结构设计规范》的裂缝最大宽度计算公式可以看出,对受力引起的裂缝控制手段,最重要的是减小钢筋的拉应力或增大配筋面积。而采用直径较小且具有高粘结性能的钢筋也有利于裂缝控制。具有较高抗拉强度的混凝土构件其抗裂性能也较高。钢筋配置间距过大也会增大裂缝最大宽度。
(2)注意构造钢筋的直径和数量的选择,同时注意改进防裂钢筋的构造,对预埋管线、预留孔洞等做好防裂构造措施。
(3)把握好设计中的‘抗’与‘放’的原则。
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。设计不仅要考虑承载力问题,更重要的是考虑变形作用问题施工期间所受的温差和湿差最大,可以采用“先放后抗”的设计原则。根据建筑的平面布置,减少约束度,如岩石基础或老混凝土基础应设置滑动层,任何柔性防水层都可兼作滑动层,合理的设置后浇带。或者是采用“抗放兼施的”以抗为主的措施,采取“跳仓法”。
(4)积极采用补偿收缩混凝土技术。
在常见的混凝土裂缝中,有相当部分都是由于混凝