浅淡混凝土结构变形裂缝的形成机理和控制方法.pdf

4 8 d o i 1 0 3 9 6 9 4 is s n 1 6 7 1 9 1 0 7 2 0 1 1 0 4 0 4 8 重庆建筑 Ar c hit t x l I 浅淡混凝土结构变形裂缝的形成机理和控制方法 S h a p e - Ta k i n g M e c h a n i s m a n d Co n t r o l l i n g M e t h o d s r e g a r d ing Co n c r e t e S t r u c t u r e s De f o r ma t i o n Cr a c k s 张 勇 ( 重 庆 建工 第 七 建筑 工程 有 限责 任 公 司 重 庆 4 0 0 0 3 9 ) 摘要： 通过对混凝土结构变形裂缝形成机理的分析 ， 找出变形裂缝形成的根本原 因， 提 出变形裂缝 的控制方法。 关键词 ： 混凝土结构 ； 变形裂缝 ； 机理 ； 控 制 中图分类号 ： T U3 7文献标识码 ： A文章编号 ： 1 6 7 1 9 1 0 7 ( 2 0 1 1 ) 0 4 0 0 4 8 - 0 2 Abs t r ac t ：T h e a u t h o r fi r s t a n a l y s e s the s ha p e t a k i n g m e c h an i s m an d c o n tr o l l i n g m e tho d s r e g a r d i n g c o n c r e t e s t r u c t u r e s d e f o r ma ti o n c r a c k s , t h e n a t - t e mp t s t o fi n d o u t the r o o t c a u s e s f o r the d e f o r mi o n c r a c k s d e ve l o p me n t， a n d f i n a l l y b r i n g s f o r wa r d s o me d e for m mi o n c r a c k s c o n t r o l me tho d s Ke y wor ds ： c on c r e t e s t r u c t u r e s ； d e f o rm a t i o n c r a c k s ； me c h a n i s m； c o n t r o l 自1 8 6 5 年 法 国 园 艺 家 约琴 夫 莫尼 埃 发 明钢 筋 混 凝 土 以 来， 钢筋混凝土经过 了一百多年 的发展， 目前。 广泛地用于工程 建设 中 但其 裂缝 问题一直深深地 困挠着每一位工程建设者。 大量 的工 程 实践 和 理 论 分 析 表 明 裂缝 普 遍 存 在 于 钢 筋 混 凝 土结构中 只是有些裂缝很细 用肉眼无法看见 有些裂缝存在 于混凝土结构内部 从外观用肉眼也无法看见。要想彻底消除 这种裂缝 根据混凝土脆 性特点和 目前的技术经济水平还无 法办到 因此混凝土结构设计规范 允许了混凝土结构裂缝的 存在。但有些裂缝不断产生和发展，从而引起受力钢筋的锈 蚀 、 保护层剥 落 降低 了钢 筋混凝 土结构 的强度 、 刚度和耐 久 性 削弱 了结构 的承 载 能 力 严 重 时甚 至 发 生结 构 跨 塌 事 故 必 须 严 格 加 以控 制 。 因此 ， 作 为 一位 工程 建 设 者 ， 必 须 对 混 凝 土 裂缝加 以足够的重视。现通过分析混凝土裂缝的形成机理， 采 用 主动 的方 法对 混凝 土 裂 缝 的控 制 发 表一 下我 的 见 解 1混凝土结构变形裂缝的形成机理 1 1 混凝土结构在非约束状态下的裂缝形成 工程建 设中使用 的混凝 土， 其组成 材料 为水 泥 、 水 、 砂 、 石、 外加剂及掺合料等。它们在物理化学作用下硬化成一种多 空隙复合材料由于在硬化过程 中的初始温度应力和收缩应 力作 用 下 内部 空 隙 间 的薄 壁 受 力 断 裂 贯 通 形成 许 多 微 观 裂 缝 。 1 2混凝土结构在约束状态下 的裂缝形成 为 保 证 结构 安全 满 足 使 用 要 求 混凝 土 结 构 多 为 超 静 定 结构。在约束状态下 ， 受 自重和外 力、 温度 应力、 收缩应力、 徐 变应力等作用时结构要有变形的余地 当结构满足变形要求 牧稿 日期 ： 2 0 1 1 - 0 2 1 8 作者简介 ： 张勇( 1 9 7 8 ) ， 工程师， 一级注册建造师， 主要从 事项 目管 理工作。 时 其结构内部不产生约束应力。当结构不能满足变形要求 时 则 必然在结构内部产生约束应力。 当约 束应 力超过混凝土 抗拉强度时 必将导致混凝 土的开裂。 2混凝土结构变形裂缝的控 制 通 过 对 混凝 土 结构 裂 缝 形 成 机理 的 分 析 混凝 土 结 构裂 缝形成的根本原 因为约束应力作用于混凝 土。 因此采用“ 抗” “ 放 减” 三 方面 的措施来控制混凝土结构裂缝。“ 抗 ” 是指抵 抗约束应 力： “ 放 ”是指释放约束应力 ； “ 减 ”是指减少约束应 力 。 2 1抵 抗 约 束 应 力 2 1 1设 计 方面 不但要根据结构受力计 算配置受力钢筋而且还要根据 工程部位 、 受力特点和规范要求配置构造钢筋 ， 并要引起足够 的重视。对 有充 分构造配置的钢筋混凝土 出现一定程度的裂 缝 其裂缝宽度和深度都远远低于规范， 达不到有害程度 ， 因此 构造 配置十分重要 可以有效控制裂缝 的出现和分散裂缝。如 断面较大 的梁设置腰筋 ：跨度 大和厚度大的现浇板上面 中心 部分配置构造 钢筋 ： 主梁在集中应力处增加 附加横向钢筋等。 构件配筋要合理， 配筋率应 满足 要求， 间距要适 当。采用新材 料、 新- 1- 艺 提高抗拉强度 、 抗拉变形能力及韧性。 2 1 2施 工 方面 严 格控 制 混 凝 土 原 材 料 的质 量 ， 以保 证 混凝 土 质 量 。钢 筋 绑扎的规格、 型号、 位置、 根数应符合设计规范要求。当根据等 面积用小直径 钢筋代换 大直径钢筋即细化加密时应特 别注 意其钢筋 的间距。混凝土浇筑时严格控制钢筋 的变形和位移。 2 2释放 约束应力 2 2 1设 计 方面 2 0 1 1 N O 4第 1 O 卷总 第 9 0期 浅 淡 混 凝 土 结构 变 形 裂 缝 的 形成 机 理 和 控 制 方 法 施工技术 4 9 根 据 结 构 受 力 特 征和 使用 要求 支 座 约 束 类 型 采 用 滑 动 、 微 动 等 可 动 类 型 以 释 放 约 束应 力。 合 理 设 置 变 形 缝和 后 浇 带 。 变形缝的宽度应符合要求后 浇带应在绝大部分 变形 已完成 变形处于收敛阶段再 浇筑 混凝土 ， 以释放约束应 力。 2 2 2施 工 方 面 混 凝 土 的 浇筑 采 用 二 次甚 至 三 次振 捣 成 型 施 工 工 艺 尤 其 掌 握 好 初 凝 前 的 振 捣 消 除 温度 应 力 和 收 缩 应 力 局 部 集 中 现 象 使 温 度 应 力和 收 缩 应 力 分布 更均 匀 并 释 放 部 分 温 度 应 力 和 收 缩 应 力 。 此 施工 工 艺 必须 掌 握 好 振 捣 时 间 ， 必须 在 混 凝 土 初凝前振捣完成 否则将破坏混凝土结构。 2 _ 3降低 约 束 应 力 2 3 1设 计 方 面 建 筑 平 面 造 型 在 满 足 使 用 要 求 的前 提 下 ， 力 求 简 单 因 为 平 面 复 杂 的 建 筑 物 容 易产 生较 大 的 扭 曲等 附 加 应 力 ， 从 而 造 成楼板和墙体的开裂。控 制建筑物 的长高 比， 增强整体刚度和 调 整 不 均 匀 沉 降 的 能 力 。减 少地 基 的不 均 匀 沉 降 ， 在 基 础 设 计 中采 用 调 整 基 础 的 埋 置 深 度 不 同 的 地 基 计 算 强 度 ， 采 用 不 同 的垫 层 厚 度 等 方 法 来调 整 地基 的 不均 匀 变形 。 2 _ 3 - 2施 工 方 面 原材料的选用很重要。 水 泥 ： 尽 量 选 用 水 化 热 低 、 强度 比较 高 的水 泥 ， 质 量 要 求 必 须满足有关规范和技术规程的要求 严禁采用安定性不合格 的 水 泥 粗 骨 料 ： 应 选 用 表 面 粗 糙 洁 净 、 级 配 良好 、 空 隙率 小 、 无 潜 在 碱 一 骨 料 反 应 的 骨 料 其 有 害 物质 、 含 泥 量 和 压 碎 指 标 值 等 应 满 足 相 关 规 范 和 技 术 规 程 要 求 细骨料 宜采用天然砂 ， 采用颗粒较粗 、 空隙率较小 的I I 区 砂 所 选 用砂 的 有 害 物 质 含 量 、 含 泥 量 等 应 满 足 相 关 规 范 和 技 术 规 程 要 求 外加 剂 ： 应 根 据 混 凝 土 性 能 要 求 选 用 外 加 剂 外 加 剂 的质 量必须符合有关规范和技术规程要求 特别是氯离子等有害 物 质含量较高时对钢筋的锈蚀有较大的影响， 应严格控制。 拌合水 ： 宜选用饮用水。 若选用其他水源时 ， 应按规定检 测 硫酸根离 子和 氯离 子含量 P H值大小及泥土 、 油污等有害物质 含 量 符 合 要 求 才 能 使 用 。 严 格 控 制 钢 筋 保 护层 的厚 度 钢 筋 保 护 层 的 厚 度 应 根 据 环 境 类 别 按 规 范 取 用 防 止 钢 筋 锈蚀 降低 钢 筋 的 有 效 受 力 断 面 。 钢 筋 中 的F e 元 素遇 空气 中 的 氧 气 发 生 氧 化 作 用 变 为 F e o3 时 体 积 会 膨 胀 造 成 混 凝 土 开 裂 结 构耐 久性 达 不 到要 求。模 板 工 程 的模板构造要合理 防止 因模板变形而导致混凝土开裂。模板 及 其 支 架 应 进 行 专 门 设计 计 算 并 编 制 施工 方 案 保 证其 强度 、 刚度和稳定 性 防止 因模 板和支架 变形 下绕和失稳 引起混凝 土 开 裂 。 混 凝 土 配 合 比 设计 尽 量 采 用 低 水 泥 用 量 、 低 用水 量 ， 以 减 少 温度 应 力和 收缩 应 力。 严 格 控 制 投 料计 量 和 搅 拌 时 间 ， 禁 止任意增 加水泥用量。 加 强混凝土的养护， 并延长养护时间， 减 少 混 凝 土 的 收缩 变形 和 内外 温差 变化 特 别是 大体 积 混 凝 土 应 做 好 温 度 测 控 工 作 采 取 有 效 的 降温 措 施 保 证 构 件 内 外 温 度差不超 过规定 。严格控制混凝土的拆模 时间， 特别是承受拉 弯应力 的部位 拆模前 必须先检测 混凝 土的强度 达到要 求后 再 进 行 拆 除 。 加强地基 的检查与验收 遇复杂或有特殊情况的地基应做 好 补 勘 工 作 尽 量 使 其 处理 后 的承 载 力 和 本 工 程 正 常 地 基 承 载 力相同或相近 。 合理 安排施工顺序， 当相邻建筑物相距较近时 ， 一 般应先施工较深 的基础 以防止基坑开挖破坏 已建好 的地基 基础 当建筑物各部分荷载相差较大时 一般应 先施工重 、 高部 分 ， 再 施 工 轻 、 低部 分。 2 _ 3 _ 3使 用 方 面 使 用 荷 载 不 得 超 过 设 计 值 防止 因 超荷 产 生 裂 缝 甚 至 垮 塌。尽量避免集中荷载 ， 预 防产 生过大集中应力而使混凝土开 裂 3结束语 通 过 分 析 为 有 效 控 制 混 凝 土 裂 缝 问题 ， 应 从 设 计 、 施 工 和 使 用 方 面 根 据 工 程 实 际 情 况综 合采 用 “ 抗 ” 、 “ 放 ” 、 “ 减 ” 的 技 术 措 施 就 能经 济 合 理 地 控 制 好 混 凝 土 裂缝 。 S 】 参 考 文 献 1 】 G B 5 0 0 1 0 2 0 0 2 ， 混凝土结构设计规范【 S 】 【 2 G B 5 0 2 0 4 2 0 0 2 ， 混凝土结构工程施工质量验收规范 S 3 G B1 7 5 1 9 9 9 ， 硅酸盐水泥、 普通硅酸盐水泥 s 】 4 G B 8 0 7 6 2 0 0 8 ， 混凝 土外加剂 S 5 G B 5 0 1 1 9 2 0 0 3 ， 混凝土外加剂应用技术规程 S 6 】 G B 5 0 1 6 4 - 9 2 ， 混凝土质量控制标准 S 】 7 】 J G J 5 2 2 0 0 6 ， 普通 混凝土用砂、 石质量及检验 方法标准 8 】 J G J 6 3 2 0 0 6 ， 混凝土拌合用水标准【 S 9 J GJ 5 5 2 0 0 0 ， 普通 混凝土 配合 比设计规程 S 】 责 任 编辑 ： 余 咏梅