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1、探析钢筋混凝土结构裂缝产生的原因及预防摘要:本文重点分析建筑钢筋混凝土结构裂缝产生的各种原因,并根据多方面的科学研究和大量工程实践提出控制钢筋混凝土结构裂缝的预防措施。关键词:钢筋混凝土结构;裂缝;原因分析;预防措施;裂缝处理1前言近年来,随着钢筋混凝土结构的长大化和复杂化,以及商品混凝土的大量推广和混凝土强度等级的提高,结构裂缝出现机率大大增加,有些已危及结构的安全性和耐久性,有的地下工程裂渗已影响其使用功能。笔者根据长期的科学研究和大量工程实践,提出钢筋混凝土结构裂缝原因及控制、预防措施,供工程界参考,不妥之处请
2、指正。2结构裂缝产生的原因及预防结构裂缝产生的原因很复杂,根据国内外的调查资料,引起裂缝有两大类原因,一种由外荷载(如静、动荷载)的直接应力和结构次应力引起的裂缝,其机率约20%;一种是结构因温度、膨胀、收缩和不均匀沉降等因素由变形变化引起的裂缝,其机率约80%。裂缝发生与材料、设计、施工和维护有关,现作以下分析。材料缺陷在变形裂缝中收缩裂缝占有80%的比例,从混凝土的性质来说大概有:干燥收缩研究表明,水泥加水后变成水泥硬化体,其绝对体积减小。每l00克水泥水化后的化学减缩值为7～9ml,如混凝土水泥用量为35Okg
3、/m3,则形成孔缝体积约25～30l/m3之巨。这是混凝土抗拉强度低和极限拉伸变形小的根本原因。研究表明,每lOOg水泥浆体可蒸发水约6ml,如混凝土水泥用量为350kg/m3,当混凝土在干燥条件下,则蒸发水量达2ll/m3。毛细孔缝中水逸出产生毛细压力,使混凝土产生“毛细收缩”。由此引起水泥砂浆的干缩值为%～%;混凝土的干缩值为%～%。而混凝土的极限拉伸值只有%～%,故易引起干缩裂缝,干燥收缩裂纹出现在接近1年龄期内。温差收缩对于强度要求较高的混凝土,水泥用量相对较多,水泥水化是个放热过程,其水化热为l65～250
4、焦尔/克,随混凝土水泥用量提高,其绝热温升可达50～80℃。研究表明,当混凝土内外温差10℃时,产生的冷缩值εC=△T/α=10/l10-5=%,如温差为20～30℃时,其冷缩值为～%,而混凝土极限拉伸值只有~%,因而冷缩常引起混凝土开裂。塑性收缩混凝土初凝之前出现泌水和水份急剧蒸发,引起失水收缩,此时骨料与水泥之间也产生不均匀的沉缩变形,它发生在混凝土终凝之前的塑性阶段,故称为塑性收缩。其收缩量可达1%左右。在混凝土表面上,特别在抹压不及时和养护不良的部位出现龟裂,宽度达l～2mm,属表面裂缝。水灰比过大,水泥用量
5、大,外加剂保水性差,粗骨料少,振捣不良,环境温度高,表面失水大等都能导致混凝土塑性收缩而发生表面开裂现象。自生收缩密闭的混凝土内部相对湿度随水泥水化的进展而降低,称为自干燥。高水灰比的普通混凝土(OPC)由于毛细孔隙中贮存大量水分,自干燥引起的收缩压力较小,所以自生收缩值较低而不被注意。但是,低水灰比的高性能混凝土(HPC)则不同,早期强度较高的发展率会使自由水消耗较快,以至使孔体系中的相对湿度低于80%。而HPC结构致密,外界水泥很难渗入补充,在这种条件下开始产生自干收缩。研究表明,龄期2个月水胶比为的HPC,自干
6、收缩率为%,水胶比为的HPC,自干收缩率为%。HPC的总收缩中干缩和自收缩几乎相等,水胶比越小自收缩所占比例越大。由此可知,HPC的收缩性与OPC完全不同,OPC以干缩为主,而HPC以白干收缩为主。问题的要害是:HPC自收缩过程开始于水化速率处于高潮阶段的头几天,温度梯度首先引发表面裂缝,随后引发内部微裂缝,若混凝土变形受到约束,则进一步产生收缩裂缝。这是高标号混凝土容易开裂的主要原因之一。以上是从水泥混凝土物理化学特性分析其各种收缩现象,早期塑性收缩会导致结构出现表面裂缝,混凝土进入硬化阶段后,混凝土水化热使结构产
7、生温差收缩和干燥收缩(包括自干收缩),这是诱发裂缝的主要原因。设计方面选用合理的设计模型及适宜的长度或体积。特别考虑温度变化和混凝土收缩对结构的影响。现行《混凝土结构设计规范》GB50011-20XX中对此提出了几项具体措施:一是设置伸缩缝,对不同结构形式、外露环境有不同的要求。二是混凝土浇筑采用后浇带分段施工。这只能解决混凝土收缩应力问题,不能解决温度缝问题。三是采用专门的预加应力措施,以此抵消温度、收缩应力的影响。还有其它措施,如加强结构的薄弱环节,以提高其抗裂性能;采用可靠的滑动措施,以减小约束变形的摩擦阻力等
8、。适当加强构造配筋,提高配筋率,尽量配置细而密的钢筋,以减少裂缝的宽度。在温度收缩应力较大的地方配置温度收缩钢筋。但对大体积混凝土,提高配筋率没有太大效果,因为其配筋率往往很低。笔者认为,控制裂缝应该防患于未然,首先尽量预防有害裂缝,重点在防。我国混凝土结构工程向长大化、复杂化发展,混凝土设计强度等级向C40～C60发展,设计师多注重结构安全,
