控制鋼筋混凝土構(gòu)件裂縫的主要影響因素有哪些？

【專家解說】：混凝土裂縫控制 1、混凝土裂縫控制標(biāo)準(zhǔn) 混凝土的裂縫是不可避免的，其微觀裂縫是本身物理力學(xué)性質(zhì)決定的，但它的有害程度是可以控制的，有害程度的標(biāo)準(zhǔn)是根據(jù)使用條件決定的。目前世界各國的規(guī)定不完全一致，但大致相同。如從結(jié)構(gòu)耐久性要求、承載力要求及正常使用要求，最嚴(yán)格的允許裂縫寬度為0.1mm。近年來，許多國家已根據(jù)大量試驗(yàn)與泵送混凝土的經(jīng)驗(yàn)將其放寬到0.2mm。當(dāng)結(jié)構(gòu)所處的環(huán)境正常，保護(hù)層厚度滿足設(shè)計(jì)要求，無侵蝕介質(zhì)，鋼筋混凝土裂縫寬度可放寬至0.4mm；在濕氣及土中為0.3mm；在海水及干濕交替中為0.15mm。沿鋼筋的順筋裂縫有害程度高，必須處理。 近年來預(yù)應(yīng)力混凝土應(yīng)用范圍逐漸推廣到更多的結(jié)構(gòu)領(lǐng)域，如大跨超長(zhǎng)、超厚及超靜定框架結(jié)構(gòu)，其混凝土強(qiáng)度等級(jí)必須提高至C50。在采用泵送條件下，其收縮與水化熱大大增加，約束應(yīng)力裂縫很難避免，張拉前開裂，張拉后又不閉合，裂縫控制的難度更加困難。預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)裂縫允許寬度是嚴(yán)格的，預(yù)應(yīng)力筋腐蝕屬“應(yīng)力腐蝕”并有可能脆性斷裂，預(yù)兆性較小，裂縫擴(kuò)展速度快。裂縫深度h與結(jié)構(gòu)厚度H的關(guān)系如下：h≤0.1H表面裂縫；0.1H＜h＜0.5H淺層裂縫；0.5H≤h＜1.0H縱深裂縫；h=H貫穿裂縫。 鋼筋混凝土的裂縫控制有兩個(gè)基本方面：（1）作為到達(dá)使用極限狀態(tài)界限的臨界裂縫寬度的限值；（2）裂縫寬度的計(jì)算。國內(nèi)外對(duì)裂縫寬度都有相應(yīng)的規(guī)定； 根據(jù)國內(nèi)外設(shè)計(jì)規(guī)范及有關(guān)試驗(yàn)資料，混凝土最大裂縫寬度的控制標(biāo)準(zhǔn)大致如下 (1)無侵蝕介質(zhì)，無防滲要求、0.3～0.4mm； (2)輕微侵蝕，無防滲要求，0.2～0.3mm； (3)嚴(yán)重侵蝕，有防滲要求，0.1～0.2mm。 目前所用的裂縫寬度的計(jì)算理論主要是： （1）粘結(jié)滑移理論：鋼筋和混凝土相對(duì)滑移導(dǎo)致裂縫開展。 （2）無滑移理論：表面裂縫是由混凝土回縮形成的。 （3）半經(jīng)驗(yàn)半理論方法：以理論為基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)回歸方法。 2.　混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)或施工中近似計(jì)算的模型選擇 　 這些年在工民建領(lǐng)域解決變形作用引起裂縫的問題主要是按混凝土設(shè)計(jì)規(guī)范采取設(shè)永久性變形縫的辦法，根據(jù)現(xiàn)澆、預(yù)制、土中、室　內(nèi)、露天等條件，有明確的伸縮縫許可間距規(guī)定。 　　的確，該法解決了許多工程裂縫問題，其缺點(diǎn)是伸縮縫止水帶經(jīng)常滲漏并難以維修。更重要的是在實(shí)踐中發(fā)生了許多反常現(xiàn)象：有的工程尺寸很小，卻出現(xiàn)了嚴(yán)重開裂；另外也有的工程超長(zhǎng)而未出現(xiàn)明顯開裂，說明設(shè)縫與否，不是決定開裂與否的唯一因素。其它如材料級(jí)配、結(jié)構(gòu)約束、結(jié)構(gòu)配筋、施工工藝、養(yǎng)護(hù)條件以及環(huán)境溫濕度氣象條件等綜合因素都影響結(jié)構(gòu)約束內(nèi)力及裂縫的出現(xiàn)。通過實(shí)際工程裂縫反算與現(xiàn)場(chǎng)推力試驗(yàn)，假定結(jié)構(gòu)相互連續(xù)式約束采用水平彈簧模型，彈簧側(cè)移剛度由試驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)給出。推導(dǎo)出長(zhǎng)墻中部正截面法向拉應(yīng)力，端部剪應(yīng)力，伸縮縫許可間距以及一再從中間開裂的機(jī)理。 3.　裂縫控制設(shè)計(jì)原則 　　鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫是不可避免的，但其有害程度是可以控制的，有害與無害的界限由結(jié)構(gòu)使用功能決定的。裂縫控制的主要方法是通過設(shè)計(jì)、施工、材料等方面綜合技術(shù)措施將裂縫控制在無害范圍內(nèi)。綜合技術(shù)措施包括：合理選擇結(jié)構(gòu)形式，降低結(jié)構(gòu)約束程度，對(duì)與水平構(gòu)件梁、板、墻等采用中低強(qiáng)度級(jí)混凝土，加強(qiáng)構(gòu)造配筋，如板頂部的受壓區(qū)連續(xù)配筋，板的陽角及陰角配置放射筋，增加梁的腰筋間距200mm。優(yōu)選有利于抗拉性能的混凝土級(jí)配，盡力減小水灰比、減少坍落度、降低砂率增加骨料粒徑，降低含泥量及雜質(zhì)含量。選用影響收縮和水化熱較小的外加劑和摻合料。采取保溫保濕的養(yǎng)護(hù)技術(shù)，盡量利用混凝土后期強(qiáng)度(60天)。對(duì)于超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)可采取跳倉澆灌或后澆帶方法施工。對(duì)于復(fù)雜的結(jié)構(gòu)難免出現(xiàn)少量裂縫影響正常使用和耐久性．裂縫分為表面裂縫，淺層裂縫，縱深裂縫(深層裂縫)，貫穿裂縫等。少量有害裂縫采用近代化學(xué)灌漿技術(shù)處理，滿足設(shè)計(jì)使用和耐久性要求，不應(yīng)因此降低工程質(zhì)量評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)。 裂縫控制措施的分類：(1)設(shè)計(jì)方面的措施；(2)材料、配合比方面的措施； (3)施工方面的措施。每方面又分為必須采取的“基本措施”和特殊情況時(shí)采取的“特殊措施。 4、鋼筋混凝土與素混凝土裂縫控制的區(qū)別 　　任何尚未荷載作用的混凝土，它的組合材料包括水泥、水、砂、　石、外加劑及摻合料等組分相互物理化學(xué)作用硬化成為一種多空隙復(fù)合材料，由于初始溫度收縮應(yīng)力作用而形成內(nèi)部許多微觀裂縫，這種裂縫在外力作用下不斷擴(kuò)展，成為宏觀裂縫，繼續(xù)擴(kuò)展對(duì)素混凝土迅速導(dǎo)致破壞。 　　但是，對(duì)于鋼筋混凝土，特別是有充分構(gòu)造配筋的鋼筋混凝土出現(xiàn)一定程度的裂縫，不會(huì)迅速導(dǎo)致破壞，只是限制裂縫寬度問題，使其不達(dá)到有害程度。因此，構(gòu)造配筋顯得十分重要，可以有效地控制裂縫的出現(xiàn)及分散裂縫(用許多微細(xì)無害裂縫取代少量粗大的有害裂縫)。 5、 混凝土裂縫的控制措施 （1）、沉降和塑性收縮裂縫： 沉降收縮裂縫是在泵送混凝土現(xiàn)澆的各種鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，特別是板、墻面系數(shù)大的結(jié)構(gòu)之中經(jīng)常出現(xiàn)的一種早期裂縫。這種裂縫位于鋼筋上部，裂縫中部較寬，兩端較窄，呈梭狀，與混凝土上表面垂直，其深度往往從表面一直延伸到鋼筋表面，如果不加以預(yù)防和消除，將會(huì)加速鋼筋的銹蝕。裂縫寬度為1 mm～4 mm，深度不一塑性收縮裂縫出現(xiàn)在暴露于空氣中的混凝土表面，裂縫較淺，長(zhǎng)短不一，短的僅20 cm～30 cm，長(zhǎng)的可達(dá)2 m～3m，寬1mm～5mm，裂縫互不連貫，類似干燥的泥漿面。 主要控制措施是：控制混凝土的泌水量，即在滿足設(shè)計(jì)和施工的前提下，嚴(yán)格控制混凝土的水灰比，混凝土單方用水量，還應(yīng)注意混凝土一次振搗、持續(xù)時(shí)間，提倡對(duì)混凝土進(jìn)行二次振搗。 （2）、 干縮裂縫： 干燥收縮主要是由水分在硬化后較長(zhǎng)時(shí)間產(chǎn)生的水分蒸發(fā)引起的?；炷恋母稍锸湛s由于集料的收縮很小，因此主要是水泥干燥收縮造成的。水泥石干燥收縮理論有毛細(xì)管張力學(xué)說、表面吸附學(xué)說和夾層水學(xué)說等?；炷恋乃终舭l(fā)、干燥過程是由外向內(nèi)、由表及里逐漸發(fā)展的。由于混凝土蒸發(fā)干燥非常緩慢，產(chǎn)生干燥收縮裂縫多數(shù)在一個(gè)月以上，有時(shí)甚至一年半載，而且裂縫發(fā)生在表層很淺的位置，裂縫細(xì)微，有時(shí)呈平行線狀或網(wǎng)狀，常常不被人們重視。但是要特別注意，由于碳化和鋼筋銹蝕的作用，干縮裂縫不僅損害薄壁結(jié)構(gòu)的抗?jié)B性和耐久性，也會(huì)使大體積混凝土的表面裂縫發(fā)展成為更嚴(yán)重的裂縫，影響結(jié)構(gòu)的耐久性 和承載能力。 控制的措施：一是降低單方混凝土用水量。在滿足設(shè)計(jì)和施工的要求下，盡量控制單方混凝土的用水量，這是提高混凝土耐久性的必要條件。另外，砂率及砂料的粒徑級(jí)配也要注意控制。二是選用干燥收縮量小的骨料及水泥。試驗(yàn)證明，使用石灰石碎石的混凝土，比使用其他品種巖石的碎石混凝土干燥收縮量小。三是使用降低混凝土收縮的外加劑。在混凝土中摻入這種外加劑之后，可使毛細(xì)管張力降低，混凝土干燥收縮變形減小。 （3）、溫度裂縫： 水泥水化過程中放出大量的熱，且主要集中在澆筑后的前7天內(nèi)，一般水泥可以放出502 J／g的熱量，如果以水泥用量350 kg／m3 550 kg／m計(jì)算，混凝土將放出17 500 kJ／m3 27 500 kJ／m 的熱量，從而使混凝土內(nèi)部溫度升高(可達(dá)70℃左右，甚至更高)。尤其對(duì)大體積混凝土來說，這種現(xiàn)象更為嚴(yán)重。因?yàn)榛炷羶?nèi)部和表面的散熱條件不同，所以混凝土中心溫度低，形成溫度梯度，造成溫度變形和溫度應(yīng)力，溫度應(yīng)力和溫度差成正比。當(dāng)這種溫度應(yīng)力超過混凝土的內(nèi)外約束應(yīng)力(包括混凝土抗拉強(qiáng)度)時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生裂縫。這種裂縫初期出現(xiàn)時(shí)很細(xì)，隨著時(shí)間的發(fā)展而繼續(xù)擴(kuò)大，甚至達(dá)到貫穿的情況。 具體措施為：(1)從材料方面著手，降低水化熱，控制混凝土內(nèi)部最高溫升，減少總降溫差；(2)從設(shè)計(jì)方面著手，優(yōu)化配合比，減少水泥用量，摻加減水劑和外摻料(如：粉煤灰)，提高混凝土抗拉強(qiáng)度，改善約柬?xiàng)l件；(3)從施工方面著手，延緩混凝土降溫速率，降低澆筑溫度；(4)從養(yǎng)護(hù)方面著手，提高混凝土的表面溫度，降低混凝土的內(nèi)外溫差。 （4）、大體積混凝土裂縫控制 大體積混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生溫度裂縫的主要原因是水泥在硬化過程中釋放大量的水化熱，使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生的溫度應(yīng)力超過混凝土的極限抗拉強(qiáng)度，因此，如何控制大體積混凝土水化熱升溫和混凝土結(jié)構(gòu)物內(nèi)外溫差，成為大體積混凝土是否產(chǎn)生溫度裂縫的關(guān)鍵，為了降低水化熱，延緩溫升值和溫升速度，首先要優(yōu)化配合比，采用低熱水泥，通過適當(dāng)摻粉煤灰及外加劑提高混凝土的品質(zhì)，在結(jié)構(gòu)物內(nèi)埋設(shè)冷卻水管，分層分塊澆注混凝土，加強(qiáng)表面覆蓋及養(yǎng)護(hù)等，對(duì)降低內(nèi)外溫差能起到良好的效果。各種溫控措施是相互聯(lián)系、相互補(bǔ)充和制約的，各項(xiàng)措施各有利弊，在具體工程的設(shè)計(jì)和施工中根據(jù)溫度應(yīng)力計(jì)算和技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件分析，結(jié)合工程實(shí)際和全面考慮，合理采取相應(yīng)措施。總之，大體積混凝土溫度控制是一項(xiàng)綜合技術(shù)，涉及很多因素，需結(jié)合當(dāng)?shù)氐臍鉁?、環(huán)境，選擇既經(jīng)濟(jì)又有效的施工方法，確保工程質(zhì)量。 （5）、其它 由于混凝土裂縫產(chǎn)生的原因很多，而且通常由多種原因綜合作用的結(jié)果，所以所采取的控制措施要根據(jù)實(shí)際情況，從原材料控制、改進(jìn)設(shè)計(jì)與施工技術(shù)措施、提高施工工藝質(zhì)量、改善養(yǎng)護(hù)措施、表面防護(hù)等加強(qiáng)控制以達(dá)到較好的控制水平。