住宅建筑混凝土结构裂缝产生机理与控制措施

2010-08-15胡敏

山西建筑 2010年4期

胡敏

2008年国家质量检测中心发布的我国住宅建筑检测报告中指出,混凝土梁、板、墙体裂缝是住宅建筑检测中最为突出的质量问题。混凝土的开裂往往引起渗漏,造成结构承载力的降低,导致维修成本的增加和使用年限的缩短。为此,笔者通过对住宅建筑工程施工现场的调查研究,探讨关于住宅建筑混凝土结构裂缝产生机理与相应的技术控制措施。

1 混凝土结构裂缝产生机理

1.1 温度应力

由于混凝土材料是由水泥砂浆与粗细骨料混合而成的混合物,其混合物具有水化凝结硬化过程,特有的水化性质使得混凝土结构在施工中产生温度变化。由于水泥砂浆与骨料的热膨胀系数不同,在水化升温过程中,温度荷载作用下水泥砂浆与骨料所形成的界面首先产生损伤,并随着温度增加而发展,形成界面裂纹,当继续增加的温差达到某一数值后,界面裂纹便向水泥砂浆内部延伸,在以后的温度变化过程中界面裂纹与水泥砂浆中的微裂纹继续发展,以致发展成宏观裂缝。

1.2 塑性收缩变形

试验研究表明,在塑性阶段,混凝土只有极低甚至没有抗拉强度,即使较低的收缩变形受到约束时,所产生的拉应力都足以使混凝土开裂或形成大量的微裂缝。混凝土塑性收缩裂缝产生于表层,所受约束主要是内约束,这与混凝土表面快速失水有关。按照规定,炎热气候环境下,当混凝土表面水分蒸发速率达到1 kg/(m2·h)时,就必须采取措施,以防止塑性裂缝的产生。

1.3 干燥收缩变形

干燥收缩是水分在硬化后较长时间产生的水分蒸发引起的。混凝土的干燥收缩由于集料的干燥收缩很小,因此主要是由于水泥石干燥收缩造成的。水泥石干燥收缩理论有毛细管张力学说、表面吸附学说和夹层水学说等,不论哪种学说,都是水分蒸发引起的。混凝土的水分蒸发干燥过程是由外向内逐步进行的。由于混凝土蒸发干燥非常缓慢,产生干燥收缩裂缝多数在一个月以上,有的甚至会在数月或1年～2年以后产生。

1.4 地基不均匀沉降

当建筑物建造在不同的地基上,当同一建筑物相邻部分的基础形式、宽度和埋深相差较大时,当同一建筑物相邻部分的高度相差较大、荷载相差悬殊、结构形式变化较大时,当平面形状比较复杂、各部分的连接部位又比较薄弱时,地基将会产生不均匀沉降,使结构体产生由弯曲和剪切引起的附加应力,当结构体产生的这种附加应力超过混凝土的抗拉强度时,混凝土就会出现裂缝。

1.5 结构设计

1)基础设计时,有对于某些平面较复杂的建筑,未充分考虑到建筑物的重心与形心应尽量重合,导致结构体产生差异量沉降引发楼板开裂。2)大体积钢筋混凝土地面结构设计时,如没有充分考虑到温度应力及收缩变形与结构长度的关系,将导致地面开裂。3)设计时配置的构造钢筋不足或钢筋间距偏大,特别是楼板、墙板等薄壁构件;埋设的水电管直径过大甚至重叠、交叉,造成局部混凝土截面受到较多削弱,从而引起应力集中,出现裂缝。

1.6 混凝土结构施工质量

在混凝土结构浇筑、模板安装、钢筋连接及安装过程中,若施工工艺没有严格按照规范进行,施工质量不能满足要求,将会产生裂缝。裂缝出现的部位和走向,裂缝宽度因产生原因而异。

2 混凝土结构裂缝的控制措施

2.1 结构设计裂缝的控制措施

1)应严格执行《混凝土结构设计规范》关于结构伸缩缝最大间距的规定,在未采取切实可靠的技术措施作保障时,伸缩缝间距不得超越伸缩缝最大间距的规定。2)混凝土结构构件的截面尺寸应符合结构设计规范要求;跨度较大的现浇钢筋混凝土结构构件截面的确定,应考虑到构件在正常使用极限状态下挠度的计算值需符合规范要求。3)合理布置楼板构造钢筋,按《混凝土结构设计规范》的规定,满足构造钢筋的最小、最大间距限制要求,并保证构造钢筋有必要的配筋面积。4)对其结构断面突变的结构构件,应避免过多的纵向钢筋突变性截断,在楼板设计中采用分离式切断钢筋,应先考虑配置贯通的温度收缩钢筋,再配置分离式负筋。5)楼板角部钢筋设计时应布置放射筋,预留洞口等薄弱部位应设置加强筋。

2.2 温度裂缝的控制措施

1)选择合适水泥,严格控制水泥用量。可选用低热水泥,减少水化热,降低混凝土的温升值。2)改善骨料级配,采用干硬性混凝土,掺混合料,加引气剂或塑化剂等措施,以减少混凝土中的水泥用量。3)降低水灰比。4)改善混凝土搅拌工艺,拌和混凝土时加水或用水将骨料冷却,以降低混凝土浇筑温度。5)施工中长期暴露的混凝土浇筑块表面或薄壁结构,在寒冷季节应采取保温措施。6)高温季节浇筑混凝土时,适当减小浇筑厚度,控制混凝土浇筑温度。7)大体积混凝土合理安排施工工序,分层分块浇筑,利于及时散热,减小约束,或在大体积混凝土内部设置冷却管道,减小内外温差,加强温度监控,及时采取措施。8)设置温度缝。

2.3 塑性收缩裂缝的控制措施

1)选用干缩性小、早期强度高的硅酸盐或普通硅酸盐水泥。2)严格控制水灰比,添加高效减水剂,减少水泥用量和用水量。3)浇筑混凝土前浇水湿润基层和模板。4)浇筑混凝土后要及时覆盖养护。5)在工程中,除进行施工质量控制外,适当优化混凝土配合比可控制混凝土的塑性收缩,从而控制混凝土裂缝的产生。

2.4 干燥收缩裂缝的控制措施

1)选用收缩量较小的水泥,如采用中低热水泥和粉煤灰水泥。2)控制水灰比,掺适量减水剂。3)施工过程中控制混凝土配合比,用水量不得超过配合比中的用水量。4)加强混凝土的养护。5)设置合理的伸缩缝。6)掺加膨胀剂的补偿收缩混凝土引入的自应力,能够抵消混凝土干燥收缩时产生的拉应力,可以提高混凝土的抗裂能力。

2.5 地基沉降裂缝的控制措施

1)设置沉降缝。让各部分自由沉降,互不影响,避免出现由于不均匀沉降时产生的内力。2)采用端承桩或利用刚度很大的基础。前者由坚硬的基岩或砂卵石层来尽可能避免显著的沉降差;后者则用基础本身的刚度来抵抗沉降差。3)在设计与施工中采取措施,调整各部分沉降,减少其差异,降低由沉降差产生的内力。4)在施工过程中留出后浇带作为临时沉降缝,等到各部分结构沉降基本稳定后再连为整体。

2.6 提高施工质量,按规范科学施工

1)按建筑工程施工质量验收规范要求对结构构件进行施工。2)在混凝土浇筑前,应审核施工方案,制定合理工期并对施工人员进行详细的技术交底。3)在混凝土浇筑过程中,要严格控制浇筑质量,检查混凝土坍落度,检查振捣情况,不能漏振、过振。4)对梁柱节点部位不同强度等级混凝土的浇筑顺序和浇筑混凝土的强度等要严格检查区分,采取必要的措施,严防低强度等级的混凝土注入高强度等级混凝土部位中。5)对初凝混凝土表面应多次搓压并在终凝之前进行再次抹压。