钢筋混凝土结构裂缝的成因及控制研究.pdf

123钢筋混凝土结构裂缝的成因及控制研究毛文发（福建炬鑫建设工程有限公司，福建 福州 350001）2023 年第 4 期（总第 225 期）散 装 水 泥Bulk Cement作者简介：毛文发（1975-），男，福建福州人，本科，工程师，研究方向：建筑工程施工。摘 要：随着各地城市化建设水平日益提高，建筑工程项目整体规模和数量均呈明显上升趋势。文章结合实际案例从多个方面分析钢筋混凝土结构出现裂缝的原因，并以此为基础研究、总结相应的控制方法，具体包括设计控制、材料控制、温度控制、施工及养护控制等措施。关键词：建筑工程；钢筋混凝土结构；裂缝；成因及控制中图分类号：TU755文献标识码：B文章编号：1007-3922（2023）-04-0123-03钢筋混凝土结构凭借可塑性、整体性较强的优势，广泛应用于建筑工程领域，但是，其也存在缺点，即裂缝通病。若出现裂缝且未及时处理，将严重影响建筑结构的安全稳固性。在注重工程质量的当下，分析建筑工程钢筋混凝土结构裂缝的成因与控制措施确属必要。1 工程概况本次工程为宁德市狮城镇尚品云山名城（三期）7#10#楼、地下室、2#4#配电房工程，整体结构为钢筋混凝土结构，地下室 1 层，地上 27 层，抗震等级7级以上，总建筑面积65 800m2。尚品云山名城（三期）建设规模大，整体造价较高。2 钢筋混凝土结构裂缝成因2.1 设计因素不合理的结构设计带可能导致以下裂缝：（1）扭矩与剪力作用下产生的裂缝。当建筑结构承受较大荷载时，可能导致结构产生某一方向上的裂缝。（2）地基沉降产生的结构裂缝。若结构设计缺乏地基强度的考量，一旦地基出现沉降现象，会导致结构出现由下向上延伸的裂缝，集中于结构刚度薄弱区域，进而影响钢筋混凝土结构的完整性。本工程楼建项目较多，建筑平面存在较多转角，在应力集中的情况下容易形成薄弱部位，此类部位是结构裂缝出现的高发区域，且整体较为隐蔽，不易被发现，因此，设计因素在钢筋混凝土结构裂缝中的影响力更大。2.2 材料因素混凝土材料的优点是易塑性、经济性、安全性较高，缺点是自重大、延展性差、抗拉强度低等。材料因素是引发结构裂缝的主要因素，具体体现在以下几个方面：（1）水泥质量参数不达标，集料粒径过细，整体含泥量超出标准水平等。（2）骨料内含有导致结构再生的有害物质，使整体结构体积发生变化。（3）由于混凝土性能不稳定，容易出现离析分层等现象。2.3 温度因素钢筋混凝土结构的温度裂缝是指内约束裂缝和外约束裂缝，形成原因是内外温差。其中，内约束裂缝主要是因为混凝土内外温差较大，形成裂缝，尤其在冬季，钢筋混凝土表面温度降低，极易在结构 30mm 深度处产生裂缝，但对整体结构不会产生较大影响；外约束裂缝同样由降温导致，但主要因平均降温参数过大导致。在房屋建筑工程的大体积混凝土浇灌作业完成后，结构需经过一段时间的硬化，这一阶段水泥将放出较多的水化热，钢筋混凝土结构内部温度提高，散热缓慢，随着与外界环境温差的逐渐加大，出现拉应力，待其冷却降温时，在荷载等其他力的影响下，拉应力可能会大于结构抗拉强度，进而出现裂缝。2.4 施工及养护因素No.4,2023Serial.No.225124由施工不当引发的钢筋混凝土裂缝也较为常见，本工程建设规模较大，在浇筑、制作、拆模、运输、吊装等过程中，过厚的保护层、已绑扎的上层钢筋质量损伤等，极易造成垂直于受力钢筋的裂缝；或是混凝土振捣不密实、钢筋锈蚀、后期养护不到位等，均会导致结构表面出现收缩裂缝。3 钢筋混凝土结构裂缝控制措施3.1 完善结构设计为有效降低设计因素对钢筋混凝土结构裂缝的影响，可从以下几个方面入手：（1）做好荷载分析。围绕房屋建筑结构中的刚度要求，明确荷载水平，控制结构承重性能与荷载之间的偏差。（2）增加沉降缝设计。工程所在的宁德市为亚热带季风气候，可通过沉降缝设计避免裂缝的形成与扩大。在开展房屋主体结构设计时，应综合考量周围环境，合理预测可能出现裂缝的范围，从而根据应力大小的限制，控制裂缝的影响范围。以本工程中的剪力墙连梁为例，运用 SAP2000 有限元分析软件进行分析，取得主应力轨迹，通过软件分析与计算结果得知，存在一条斜向拉应力贯穿连梁。主应力迹线如图1所示。两端应力较大，极易于连梁与墙肢交界处产生裂缝。为此，设计单位在钢筋混凝土结构设计中合理增加了沉降缝设计，在遵从环境因素、简化设计原则的基础上，针对裂缝的高发区域落实完整的结构设计，并采取构造措施，减小应力影响，同时，科学设计地基处理方案，有效提升地基各项性能，将沉降量控制在合理范围内，有效减少结构裂缝的形成，细小裂缝的延伸空间也十分有限。图 1 主应力迹线3.2 结构施工材料控制为减少结构裂缝，可加大材料控制力度，具体如下：（1）优选混凝土级配，确保其具有良好的抗拉性能。（2）尽可能降低水灰比，减少坍落度，适当加大骨料粒径，杂质含量与含泥量均要控制在合理范围内。（3）立足于工程实际需求选择水化热反应较小且能够有效影响收缩的掺合料与外加剂。（4）科学规划材料运输路线，尽量选择路况平缓、运输距离较短的路线，抵达施工现场后做好质量抽检、妥善分类存储等工作。不同品种的水泥具有不同的水化热反应与收缩量，当其强度等级、活性较高时，其收缩量也较高，收缩周期较长，因此，该工程中几乎没有投入早强、高强水泥，选用的是具有低水化热特性的水泥。同时，分析了砂、石等材料的泥、粉等杂质含量，为降低出现结构裂缝的概率，需对此类杂质进行检查。水灰比与收缩量呈正比关系，与抗拉强度呈反比关系，以 0.6 与 0.4 的水灰比为例，前者收缩比后者增加 40%；以 0.2 与 0.4 的水泥浆量为例，前者比后者的收缩量增加 45%左右，因此，可以适当加入粉煤灰等减水剂，利用其火山灰效应和润滑效应提升泵送混凝土的和易性，减少其收缩量。具体配合比见表 1。3.3 基于应力计算控制温度要素本工程主要分析混凝土浇筑温度、散热温度及水泥水化热反应的温升，其中，水泥水化热作为结构内外温差较大的主要因素，在结构初期升温阶段占中心温度的 65%70%，尤其是环境温度在 15以上、20以下的情况下。此外，由此引发的温升主要集中于龄期 25d，因此，采用的温度应力计算公式为：=E（t）aT（t）S（t）R/（1-v）其中，混凝土温度应力为，单位为 N/cm2；计算龄期的弹性模量为 E（t），单位为 N/cm2；混凝土龄期为t，单位为d；松弛系数为S（t），不同龄期的情况下，松弛系数存在差异；水化热、收缩量温差与气温差的代数和为 T（t）；外约束系数为 R，岩石地基的情况下，系数为 1，可滑动垫层的系数为 0，一般地基系数在 0.250.50 之表 1 混凝土配合比工程部位强度等级水胶比材料用量/（kg/m3）现场坍落度/mm水泥粉煤灰矿粉砂碎石水减水剂底板、中板和侧墙C350.4026080607701 0201604.40160顶板C400.3730070607431 0271604.73150125间；泊松比为 v，数值范围为 0.150.20。松弛系数见表 2。表 2 混凝土松弛系数龄期/d0137152860松弛系数10.6170.570.5020.411 0.3660.288在掌握温度应力且科学控制结构施工材料后，应采取措施控制浇筑温度和内表温差。（1）浇筑温度控制。本工程的控制重点集中在原材料温度与气温方面，立足于温度应力的计算及外部环境的分析，有效将作业阶段的温差控制在 20 25之间。12 20的室外环境，浇筑温度应不大于 20。（2）在控制混凝土内表温差时，应结合实际的外界温度环境，提高对钢筋混凝土结构后期降温的重视程度，做好保温工作，避免结构出现深层裂缝。（3）在水泥水化热阶段，由于钢筋混凝土结构散热缓慢，上升或下降 10时，混凝土会产生 0.01%的线膨胀或收缩，因此，为避免出现温差收缩裂缝，本工程提前埋设了冷却水管，以循环控制浇筑后的混凝土中心温度，降低水泥水化热对中心温度的影响。实际控制中，选用规格半径在 3540cm 之间、材质为镀锌的水管，将其埋设在侧墙，以实现混凝土温度控制。为更好地掌握实时温度，可于不同部位埋设测温孔，实时控制、改善初期阶段结构内部升温较快的问题，将温度从 55降至 45。这一举措有助于缩短温度变化周期，再次对循环水温进行调整，有效实现预期目标，即 3/d 的结构内部降温速度与不高于 15的内部温差。3.4 做好施工控制及结构养护工作3.4.1 施工控制首先，开展浇筑作业时，提前检查混凝土质量，采用均匀力度振捣混凝土，施工现场严禁钢筋踩踏与随意拉扯，控制板面负筋保护层厚度，于支座梁钢筋上放置现浇板负筋，并合理绑扎梁筋，做好负筋固定工作，避免支座下沉产生裂缝。其次，由于预埋线管周围是结构裂缝出现的高发部位，因此，要在施工期间做好裂缝防治工作，本工程中，通过增设抗裂短钢筋的方式进行加强。最后，针对模板使用不当产生的裂缝，应及时采取控制措施。检查变形构件的质量，若是梁、板局部弯曲变形值在 20mm 以下，抹灰阶段纠正其外观即可，如 EC2000 聚合物抗裂砂浆等。针对出现的裂缝，应及时开展灌补修复工作，如灌注树脂胶、碳纤维浸渍胶等。若裂缝在0.2mm 以下，且弯曲变形小于跨度长的 1时，采取化学灌浆修复等技术；若裂缝宽度在 0.3mm以上，则要立刻采用化学灌浆补强修复技术，以保证结构安全稳固性。3.4.2 养护控制本工程采用多种养护方法，具体为：洒水、覆盖毛毡、塑料薄膜铺设、保温养护等方式，控制结构内部温度与水分流失，以降低出现结构收缩裂缝的概率。尤其是保温隔热法，为缩小内外温度差异，减少其水分蒸发量，采用保温材料和定时喷热法对结构表面进行处理。根据实际情况对结构表面、预埋管线附近、结构内部进行施工效果检查，表面存在 3 处正常的收缩裂缝，其余区域均未出现裂缝、裂纹，未出现渗漏现象。由于结构裂缝施工控制措施得力，钢筋混凝土结构施工质量达到规范要求，验收一次合格。4 结语综上所述，结构裂缝的成因多种多样，涉及湿度、温度、荷载等，因此，为有效控制钢筋混凝土结构裂缝，保证其整体安全稳固性，应做好前期结构设计工作，优化拐角等部分的结构设计，同时，全面实施温差控制、施工控制及养护控制等措施，以降低发生结构裂缝的概率，保证工程质量。参考文献：1 胡 志 坚,夏 雷 雷,程 晨,等.钢 筋 混 凝 土构件锈蚀开裂与锈胀力分析 J.哈尔滨工业大学学报,2020,52(03):99-105.2 李 恒,刘 晓 春,屈 晓 明.某 高 层 住 宅 剪 力 墙贯 通 裂 缝 成 因 与 防 治 措 施 研 究 J.施 工 技 术(中 英文),2022,51(15):12-15.