浅析钢筋混凝土结构裂缝的结构设计控制原理

李丽娟

中图分类号:TU3文献标识码:A文章编号:1671-7597(2009)0710090-01

近年来大量钢筋混凝土结构裂缝的出现,并非与荷载作用有直接关系,通过大量的调查与实测研究证明这种裂缝是由于变形作用引起,包括温度变形(水泥的水化热、气温变化、环境生产热),收缩变形(塑性收缩、干燥收缩、碳化收缩)及地基不均匀沉降(膨胀)变形。由于这些变形受到约束引起的应力超过混凝土的抗拉强度导致裂缝,统称“变形作用引起的裂缝”。

一、裂缝的直接原因

1.收缩及水化热增加;2.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;3.结构约束应力不断增大,结构形式日趋复杂,对于各种变形作用必然引起较大约束应力;4.外加剂的负效应,严重的增加收缩变形,有的甚至降低耐久性;5.忽略结构约束,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;6.养护方法不当;7.混凝土抗拉性能不足等。

二、钢筋混凝土承受变形应力的特点

(一)“抗与放”设计准则。结构承受的约束作用分内约束(自约束)和外约束两类。在约束状态下,结构首先要求有变形的余地,如结构能满足此要求,不再产生约束应力。如结构没有条件满足此要求,则必然产生约束应力,超过混凝土的抗拉强度,导致开裂。所以,提出了“抗与放”的设计准则,应当在工程设计中,根据结构所处的具体时空条件加以灵活的应用。从结构形式的选择方面(微动、滑动及设缝措施,提供“放”的条件)及材料性能方面(提高抗拉强度、抗拉变形能力及韧性等提供“抗”的条件)采取综合措施,如抗放相结合,以抗为主或以放为主的措施。

(二)约束内力与结构刚度的关系。外荷载作用下结构的内力只与荷载及结构几何尺寸有关,但在变形作用条件下,结构的约束内力不仅与变形作用及结构几何尺寸有关,尚与结构刚度有关,这是约束内力与荷载内力的重要区别。

约束力矩不仅与温差和截面高度有关,而且与梁的抗弯刚度成正比,刚度越大,约束力矩越大,这适宜于裂缝出现及扩展阶段,当然应当考虑钢筋混凝土的抗弯刚度是变化的。当温差不断增加,钢筋混凝土构件进入极限状态时,裂缝充分发展,刚度下降并趋近于零时则力矩也趋近于零。

三、混凝土的某些基本物理力学性质

众所周知,水灰比大,收缩将显著增加,同时抗拉强度降低。养护条件对混凝土的收缩影响很大,养护14天的收缩比养护3天的收缩降低约20%。环境的相对湿度越高,收缩越小,环境温度越高,风速越大,收缩越大。

混凝土的配筋对于收缩值起一定的约束作用,但是与配筋率的高低有关,按目前构造配筋率的情况看来,降低收缩的影响是比较小的。混凝土粗细骨料的含泥量和粉料含量都增加收缩。

四、现浇楼板的裂缝控制在结构设计方面考虑的对策

钢筋混凝土结构的裂缝是不可避免的,但其有害程度是可以控制的,有害与无害的界限由结构使用功能决定的。裂缝控制的主要方法是通过设计、施工、材料等方面综合技术措施将裂缝控制在无害范围内。

1.优化砼配合比,提高砼抗拉性能。无论是现场拌制的小坍落度砼还是泵送砼,都应当在现有配合比的基础上,进一步试验研究高性能砼,优选有利于抗裂性能的砼级配,尽力减小水灰比,减少坍落度,降低砂率,增加骨料粒径,降低含泥量及杂质含量。

选用影响收缩和水化热较小的外加剂和掺合料,例如,目前张家口京北混凝土制造有限公司在商品混凝土研制的原材料中掺用了环城料业的F75(复合矿渣磨细粉),对提高砼的抗裂性能比较有利,在张家口的实际工程中清水河改造工程中(为抗渗抗冻混凝土)及用于民用建筑容辰庄园12#、15#多层及小高层的现浇楼板的施工中效果显著。

2.对于建筑物体形不规则而产生的裂缝,可在L形或Z形的凹角开间的范围内采取负筋长向与短向接通方案,钢筋采用小直径小间距。

3.为防止楼板沿现浇预埋塑料电管方向的楼面裂缝,结构设计方面采用如下措施防治:(1)塑料管要有支架固定,塑料管在管线交叉通过时,采用专门设计塑料接线盒,防止塑料管交叉对混凝土板厚的削弱过多。(2)混凝土的强度不宜大于C30。(3)改善砼养护工艺,减少砼自身收缩。

在砼裂缝控制措施中,养护工艺是很关键的环节。调研中发现,张家口市京北建设有限公司施工的张家口市容辰12#住宅楼工程严格按规范规定的养护时间进行养护,而且设定专人,改善了养护方法,用喷雾器不间断地轮流喷洒砼表面,即不影响下道工序又保证了养护效果,该工程基本上没出现过楼板裂缝,优质工程主体没有出现裂缝为一大亮点,此工程在2007年度被评为“安济杯工程”。

五、结束语

综合技术措施包括:合理选择结构形式,降低结构约束程度,对与水平构件梁、板及墙体等采用中低强度级混凝土,加强构造配筋,如板顶部的受压区连续配筋,板的阳角及阴角配置放射筋,增加梁的腰筋间距200mm。优选有利于抗拉性能的混凝土级配,尽力减小水灰比、减少坍落度、降低砂率增加骨料粒径,降低含泥量及杂质含量。选用影响收缩和水化热较小的外加剂和掺合料。采取保温保湿的养护技术,尽量利用混凝土后期强度(60天)。对于超长结构可采取跳仓浇灌或后浇带方法施工。对于复杂的结构难免出现少量裂缝影响正常使用和耐久性.裂缝分为表面裂缝,浅层裂缝,纵深裂缝(深层裂缝),贯穿裂缝等。少量有害裂缝采用近代化学灌浆技术处理,满足设计使用和耐久性要求,不应因此降低工程质量评定标准。

参考文献:

[1]秦学志、周结东,大体积混凝土施工控制措施初探[J].安徽建筑,2005.2.

[2]吴本华,砖混结构现浇钢筋混凝土屋面板裂缝分析[J].安徽建筑,2008.3.

[3]王郁红,现浇钢筋混凝土楼板裂缝的产生原因及控制措施[J].安徽建筑,2005.4.