一、引言近年来,我国基础建设得到迅猛发展,各地兴建了大量的混凝土建筑。在建筑物的建造和使用过程中,有关因出现裂缝而影响工程质量甚至导致结构垮塌的报道屡见不鲜。钢筋混凝土结构的裂缝问题是一个普遍存在而又难于解决的工程实际问题,文章对钢筋混凝土工程中常见因的变形作用引起的裂缝问题进行了分析,并针对具体情况提出了一些控制措施。混凝土开裂可以说是“常发病”和“多发病”,经常困扰着工程技术人员。其实,如果采取一定的设计和施工措施,很多裂缝是可以克服和控制的。为了进一步加强对混凝土结构裂缝的认识,尽量避免工程中出现危害较大的裂缝,本文尽可能对混凝土、裂缝的种类和产生的原因作较全面的分析,并总结出一系列的控制方法,以方便设计、施工单位参考,达到防范于未然的作用。
二、混凝土结构裂缝种类和成因实际上,混凝土结构裂缝的成因复杂而繁多,甚至多种因素相互影响,但每一条裂缝均有其产生的一种或几种主要原因,比如:温度和湿度的变化,混凝土的脆性和不均匀性,以及结构不合理,原材料不合格(如碱骨料反应),模板变形,基础不均匀沉降等。混凝土结构裂缝的种类,就其产生的原因,大致可划分如下几种:
1、温度裂缝
水泥水化过程中产生大量的热量,每克水泥放出50.2J的热量,如果以水泥用量350~550kg/m3来计算,每m3混凝土将放出17500~27500kJ的热量,从而使混凝土内部温度升高,通常在浇筑温度的基础上升高35℃左右。对大体积混凝土施工时应对其内部温度进行跟踪测定,因为水泥水化热在1~3天可放出热量的50%,由于热量的传递、积存,混凝土内部的最高温度大约发生在浇筑后3~5天,因为混凝土内部和表面的散热条件不同,所以混凝土中心温度低,形成温度梯形,产生温度变形和温度应力。当这种温度应力超过混凝土的内外约束力(包括混凝土抗拉强度)时,就会产生裂缝。这种裂缝一般出现在混泥土浇筑后的3~5天,初期出现的裂缝很细,随着时间的推移而继续扩大,甚至达到贯穿的情况。混凝土内部的温度与混凝土厚度及水泥品种、用量有关。
1.1.宜选用中热硅酸盐水泥或低热矿渣硅酸水泥,充分利用混凝土后期强度,以减少水泥用量。大量试验研究和实践表明,每m3混凝土的水泥用量增减10kg,其水化热将使混凝土的温度相应升高或降低1℃。
1.2掺加粉煤灰和外加剂。在满足强度等设计指标要求的情况下,掺加原状或磨细粉煤灰,可以降低混凝土中水化热,减少绝热条件下的温升,提高混凝土的后期强度及抗裂能力,效果非常显著。试验表明:掺加20%粉煤灰的水泥混凝土,其温升和水化热约为未掺粉煤灰的水泥混凝土的80%。外加剂由于其减水作用和分散作用,在降低用水量和提高强度的同时,还可以降低水化热,推迟放热峰出现的时间,从而减少温度裂缝发生的可能性。
2、沉陷(塑性)收缩裂缝
这种裂缝产生的原因是流动性过大和流动性不足以及不均匀,在凝结硬化前没有沉实或者沉实不够,当混凝土沉陷时受到钢筋、模板移动、基础沉陷所致。裂缝在混凝土浇筑后1~3h出现,裂缝的深度通常达到钢筋上表面。2.1要严格控制混凝土单位用水量在170kg/ m3以下,水灰比在0.6以下,在满足浇筑要求时,尽可减少坍落度。
2.2.混凝土搅拌时间适当,过短、过长都会造成拌合物均匀性变坏而增大沉陷。
2.3.混凝土浇筑时,下料不宜太快,防止堆积或振捣不充分。
2.4.在炎热的夏季和大风天气,为防止水分激烈蒸发,形成内外硬化不均和异常收缩引起裂缝,应采取措施缓凝和覆盖。
2.5.遵循“精料供应”的原则,混凝土中的较大含泥量及其它杂质可以明显地降低混凝土的抗拉性能,有的混凝土骨料中混入有害膨胀物引起混凝土的崩裂。
(1)要严格控制混凝土单位用水量在170kg/ m3以下,水灰比在0.6以下,在满足浇筑要求时,尽可减少坍落度。
(2).混凝土搅拌时间适当,过短、过长都会造成拌合物均匀性变坏而增大沉陷。
(3).混凝土浇筑时,下料不宜太快,防止堆积或振捣不充分。
(4).在炎热的夏季和大风天气,为防止水分激烈蒸发,形成内外硬化不均和异常收缩引起裂缝,应采取措施缓凝和覆盖。
(5).遵循“精料供应”的原则,混凝土中的较大含泥量及其它杂质可以明显地降低混凝土的抗拉性能,有的混凝土骨料中混入有害膨胀物引起混凝土的崩裂。
三、裂缝处理建议建筑物从建成到使用,牵涉到设计、施工、监理、运营管理等各个方面。由上述可知,设计疏漏、施工低劣、监理不力,均可能使混凝土结构出现裂缝。因此,严格按照国家有关规范、技术标准进行设计、施工和监理,是保证结构安全耐用的前提和基础。混凝土裂缝的处理主要有以下方法:(1).表面处理法:包括表面涂抹和表面贴补法表面涂抹适用范围是浆材难以灌入的细而浅的裂缝,深度未达到钢筋表面的发丝裂缝,不漏水的缝,不伸缩的裂缝以及不再活动的裂缝。表面贴补(土工膜或其它防水片)法适用于大面积漏水(蜂窝麻面等或不易确定具体漏水位置、变形缝)的防渗堵漏 (2).填充法用修补材料直接填充裂缝,一般用来修补较宽的裂缝(0.3mm),作业简单,费用低。宽度小于0.3mm,深度较浅的裂缝、或是裂缝中有充填物,用灌浆法很难达到效果的裂缝、以及小规模裂缝的简易处理可采取开V型槽,然后作填充处理。(3).灌浆法 此法应用范围广,从细微裂缝到大裂缝均可适用,处理效果好。(4).结构补强法因超荷载产生的裂缝、裂缝长时间不处理导致的混凝土耐久性降低、火灾造成的裂缝等影响结构强度可采取结构补强法。包括断面补强法、锚固补强法、预应力法等 。
(5)钢构件的具体加固技术
(一)、钢柱的加固
钢柱通常为轴压构件或压弯构件,结合其受力特点,应采用以下加固方法。
1柱子卸荷法
必须在卸荷状态下加固或更换新柱时,采取“托梁换柱”方法。当仅需加固上部柱时,可以利用吊车梁桥架支托起屋盖屋架,使柱子卸荷。当下部柱需要加固或工艺需要截去下柱时,可在吊车梁下面设一永久性托梁,将上部柱荷载(包括吊车梁荷载)分担于邻柱(必须验算邻柱并加固之,也要验算基础)上。采用此法应考虑到用托梁代替下柱后,托梁将产生一定的挠度,迫使原屋架下沉,从而可能损伤与此屋架相连构件的连接节点。为此可预先在托梁上加临时荷载!,使托梁具有预先挠度。采用此法的顺序是先加固邻柱、焊接托梁与邻柱、加临时荷载!、焊接托梁与中柱、卸下临时荷载!、加固或截去下部柱。
2钢柱加固法
(1)补强柱的截面。一般补强柱截面用钢板或型钢,采用焊接或高强螺栓与原柱连接成一个整体。
(2)增设支撑。增设支撑以减小柱自由长度,提高承载能力。在截面尺寸不变的情况下提高了柱的稳定性。
核心提示:钢结构存在严重缺陷和损伤或改变使用条件,经检查验算结构的强度、刚度或稳定性不满足使用要求时,应对钢结构进行加固。(3)改变计算简图,减小柱外荷载或内力。
(4)在钢柱四周外包钢筋混凝土进行加固,可明显提高承载能力。
综上所述,对于混凝土裂缝的控制是一个综合性的问题,需要经过设计、监理、施工及使用方等多方面的配合。随着当今我们对混凝土耐久性研究的不断深入,材料科学的不断发展和建筑技术水平的不断提高,相信混凝土裂缝问题将会逐渐得以圆满地解决。