钢筋混凝土裂缝机理与控制策略

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  • 更新时间2018-05-21
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  摘要:文章介绍钢筋混凝土产生裂缝的机理以及影响其裂缝产生的几点影响因素,分析钢筋混凝土产生裂缝的具体原因,并从混凝土的设计和施工等方面提出对混凝土裂缝问题进行有效控制的几点措施,供同行参考。


  关键词:钢筋混凝土;裂缝;机理;控制措施


  1引言


  钢筋混凝土由于其具有价格低廉、用途广泛、结实可靠等优点目前在建筑行业中受到广泛的应用,成为目前建筑业的主要建筑材料。但是在钢筋混凝土的现场施工中,其容易受到复杂的施工环境中各种因素的影响,加之其内部和外部各种影响因素的综合作用下而出现裂缝,这些裂缝问题既会影响建筑物的美观,也会降低钢筋混凝土结构的强度和性能,对建筑物整体的使用寿命和质量有着重要的影响,甚至会引發较为严重的坍塌等安全事故。虽然在施工中钢筋混凝土出现裂缝的现象不可避免,但是可以设计、原料选用、施工以及后期维护中进行有效控制。


  2产生钢筋混凝土裂缝的影响因素


  根据混凝土的特点及其产生裂缝的原理可知,其由于原材料中使用大量的水泥,水泥在与水进行水化反应时会产生大量的热量,因而导致混凝土内部的温度发生变化,这是混凝土产生裂缝的最主要的原因之一。在不同的混凝土浇筑时期,温度的变化不同,且对裂缝产生的影响也不同,主要表现在:在混凝土浇筑初期,此时的混凝土表面散热条件良好,水化反应产生的热量会及时散发至大气中,因此混凝土表面的温升现象不明显,但是其内部由于散热效果较差,热量不断积聚而增加混凝土内部的温度,这样就会导致内部温度显著高于混凝土表面温度,因此形成内外约束,此时在混凝土表面形成拉应力,而且在内部产生压应力,当后者超过混凝土的抗拉强度时,就会在混凝土表面上产生裂缝。此外,在混凝土浇筑完成并水化热基本释放完成之后,混凝土则会开始降温,此时又会导致混凝土出现体积收缩的现象,而且随着混凝土中水分的不断挥发,同样会引起混凝土体积的收缩变形,如果此收缩变形的温度应力超出混凝土本身的抗拉强度时,则会从约束面上形成温度裂缝,而且在此应力足够大时还会产生贯穿裂缝。


  3钢筋混凝土结构裂缝的机理


  3.1混凝土出现裂缝的机理


  要研究钢筋混凝土结构裂缝的产生机理,首先要分析其组成成分,钢筋混凝土主要由水泥、砂、石子和水为主要原材料,这些原材料按照一定的比例进行配制,但是在混凝土浇筑后的凝固过程中,随着表面水分的快速蒸发而发生收缩,但是内部却具有较为缓慢的水分挥发速度,所以内部会对表面产生约束力,即拉应力,此时就会产生不规则的裂缝。此外,在混凝土施工以及后续工程施工的过程中,难免会对钢筋混凝土产生外力作用,在这个外力作用下会导致混凝土出现不同程度的变形,如果这个外力超出一定范围,造成变形程度的增加,加之混凝土结构内部的能量不断积聚,一旦其超出混凝土所能承受的极限,就会在混凝土内部结构中产生裂缝。


  3.2混凝土出现裂缝的主要原因


  由混凝土产生裂缝的机理可以看出,导致其出现裂缝的原因有以下几种:一是混凝土的原材料质量问题。在混凝土凝固以及施工的过程中会受到各种外力作用,如果其自身质量较差,导致其抗拉强度较低,使混凝土不具备规定的承载能力和强度要求,就容易产生裂缝问题。且影响混凝土原材料质量的因素主要有泥沙等杂质的影响,添加剂的影响,以及混凝土原材料配比的影响等。二是混凝土的施工工艺问题。施工工艺不合理容易导致混凝土内部结构出现裂缝,主要是由于在实际施工中难以达到设计上要求的轴心受压的要求,或者在施工中未严格按照规范进行操作,出现模板搭建不当或拆除过早,保温保湿不足等问题,都会使混凝土出现内部结构裂缝的问题。三是混凝土温度的问题。混凝土在原材料配置的过程中,水泥的水化反应会放出大量的热,如果处于温度较高的施工环境中,并且没有及时有效的散热措施,混凝土内部产生大量的热很难传导出去就会不断积累,并且在材料内部产生应力,超过其承受上限就会出现结构裂缝。此外,如果表面散热较快,而内部散热较慢,内外产生温差就会在表面产生扩张力而出现裂缝问题。四是混凝土的负荷问题。在混凝提浇筑完成还没有达到设计强度要求时,如果提前对其进行负荷施加,就会产生裂缝和变形,此外,其在受到外力撞击或者超负荷堆放时也会出现裂缝问题。


  4钢筋混凝土结构裂缝的控制措施


  4.1从混凝土设计方面对裂缝进行控制


  混凝土设计的控制主要从配筋设计和构造设计两个方面进行,对于前者来说,其对混凝土的收缩值有着直接的影响,但是在目前的混凝土设计中却容易忽略对配筋的设计,因此较容易在使用中产生构造性的裂缝。所以在对配筋进行设计时,细一点密一点都能对混凝土的极限拉伸加以提升,避免出现构造性裂缝的现象。此外还应对受力钢筋的位置、保护层的大小、钢筋的间距等进行合理设计。对于后者来说,在对构筑物的纵横截面进行设计时,应尽量减小截面的变化量,对构筑物自身的长细比进行合理控制,较低的长细比会不同程度地降低整体的刚度和调整不平衡沉降的能力。此外,还应对承重结构的受力问题进行合理分析和设计,确保荷载分布均匀,并避免出现应力集中的设计方式。对于基础的设计,应合理调整基础的埋置深度或者是使用不同的地基计算强度以及使用不同的垫层厚度的方法,去对地基的不均匀的变形加以调整。


  4.2从混凝土施工方面对裂缝进行控制


  在混凝土施工方面,首先应从原材料的质量上对裂缝问题进行控制,应按照精料供应的原则,一是选择水化热较低的水泥,二是选择适宜表面粗糙和质地坚硬的石料并具有较高的极配、孔隙率且无碱性反应的粗骨料,三是选择孔隙较小且颗粒较粗、含泥量较低的中砂作为细骨料,四是选用具有减水和增塑功能的外加剂或缓凝剂等外掺合料。其次是对混凝土原材料配合比进行合理控制,确保其配比满足实际工程的需求,并与施工环境因素相匹配,并满足低水灰比和低水泥量的要求;再次是模板施工的控制,所选用的模板应能对模板间的变形差异而引起的裂缝进行有效预防,而且要求所用模板和支架具有较高的刚度,防止在施工荷载下引起混凝土变形,此外,还应对拆模的时机进行合理把控,既要确保混凝土的完整,还应有利于后期的保养作业。最后是在混凝土浇筑过程中的控制,需要做到均匀和适度振捣来防止出现离析问题,并对浇筑中的温度进行有效控制。此外,在后期的养护过程中,应适当延长养护时间,而且当施工环境温度过高或湿度过低、风速较大时应提前进行喷水等养护工作。


  4.3采用新型材料和技术


  随着建筑相关技术的发展,许多新型的建筑材料和施工技术不断涌现,如采用FRP来大体普通钢筋来避免产生结构裂缝的问题。此外,还应加强对施工中地基的检查和验收,且对于多样的地基应在基坑开挖之后进行勘察补钻探,且要对地基进行加固处理。


  5结语


  从分析钢筋混凝土裂缝产生机理的基础上,分析混凝土内外温度变化对裂缝产生的影响,在研究混凝土产生裂缝的机理的基础上,进而研究引起混凝土出现裂缝的原因是由于混凝土原材料质量、混凝土的施工工艺问题、混凝土温度的问题、以及混凝土的负荷等问题而引起的,所以需要从混凝土的配筋设计和构造设计,以及从混凝土施工中的原材料的质量控制、混凝土原材料配合比控制、模板施工的控制、混凝土浇筑过程中的控制等方面对钢筋混凝土的裂缝问题进行有效控制。


  参考文献: 

  [1]刘齐,逄迪. 钢筋混凝土结构中裂缝控制策略探讨[J]. 住宅与房地产,2017(3). 

  [2]皮孝建. 试论房屋建筑结构设计中的现浇混凝土裂缝控制策略[J]. 江西建材,2016(3):51-51. 

  [3]任长军. 钢筋混凝土裂缝的机理与控制策略研究[J]. 美与时代·城市,2013(12):18-18. 

    作者:周思汉