房屋建筑结构中的现浇混凝土裂缝控制策略分析 穆翀

发表时间:2020/6/11   来源:《基层建设》2019年第36期   作者:穆翀
[导读] 摘要:现阶段,建筑行业的整体发展趋于成熟,大量人口涌入城市,新区整体规划建设,建筑群如雨后春笋般拔地而起,为满足人们正常生活和工作的需求提供了保障。
        柳州市建筑设计科学研究院
        摘要:现阶段,建筑行业的整体发展趋于成熟,大量人口涌入城市,新区整体规划建设,建筑群如雨后春笋般拔地而起,为满足人们正常生活和工作的需求提供了保障。在建筑工程当中,混凝土是常见的施工材料,与钢筋相结合组成了建筑的骨架,其设计和施工质量直接决定了整个建筑结构的安全性和耐久性。如果在设计工作中存在疏忽,或施工质量把控不严,很有可能会造成建筑构件出现超过限值的的裂缝,对建筑的整体安全稳定性和耐久性产生严重的影响,同时对使用者人身安全也构成了重大的威胁。基于此,本文列举裂缝带来的不利影响,阐述其产生原因,并对裂缝控制的技术进行了相关分析。
        关键词:房屋建筑;现浇混凝土;裂缝;控制;分析
        1 房屋建筑结构产生裂缝的不利影响
        1.1 降低安全、稳定性能
        在房屋使用过程中,混凝土构件出现了明显的裂缝,首先会给用户产生心理上的不安感,其次,随着时间的推移,裂缝发展的宽度和深度越来越大,则会削弱混凝土的承载能力,严重的话会导致混凝土结构构件的屈服失效,如果这种情况发生在构件连接节点部位,在承受诸如地震等较大偶然荷载时易引发结构局部坍塌,从而给人身和财产安全带来巨大损失。
        1.2 降低耐久性能
        二氧化硫、二氧化碳等空气中的有害物质通过裂缝渗入混凝土内部,使混凝土碳化速度加快,钢筋保护层的减小削弱,也导致其更易受到锈蚀,进而导致保护层剥落,降低整个构件的耐久性。特别在北方地区,渗入裂缝的水在低于0℃的状态下凝结成冰,体积增大,膨胀力加剧裂缝开展。较宽的裂缝还会破坏屋面防水层、外立面装饰层,需要频繁返修。
        2 房屋建筑现浇混凝土裂缝的产生原因
        2.1 收缩裂缝
        混凝土浇筑时,当表面失水速率过快,流动性不足以抵抗收缩应力时,在混凝土表面产生微小裂缝(一般不超过0.2mm)。
        一种为自收缩裂缝,水化反应时,部分拌合水由化学反应消耗,部分填充凝胶孔。当水灰比较大时,凝胶孔充满水,自身收缩小,水灰比较小时,凝胶孔内部只有部分充满水,形成弯刀面,外界压力使水泥浆体收缩。一般在混凝土初凝后,外界没有水分交换的情况下,混凝土内部干燥引起此类宏观收缩,裂缝大小与水胶比、减水剂品种、骨料品种等有关。
        另一种为干燥收缩裂缝,混凝土在未饱和空气中向外界散失水分而产生的收缩,浇筑时呈流动状态的混合介质,硬化后呈固体状态。除了硬化生成硅酸钙等固体物质外还伴随着一个失水干燥的物理过程,骨料对水泥浆体体积变化起很大约束作用,使混凝土体积变化远低于水泥浆体的体积变化,裂缝大小主要取决于混凝土养护的质量,。
        2.2温度裂缝
        混凝土硬化过程中,水泥水化产生大量的水化热,大体积混凝土浇筑时,大量的水化热聚积在混凝土内不能及时消散,导致内部温度急剧上升,而混凝土表面散热较快,内外温差使混凝土表面产生一定的拉应力,当拉应力超过混凝土的抗拉强度值时(终凝前混凝土抗拉强度较小),混凝士表面就会产生裂缝,这种裂缝多发生在混凝土施工中后期。
        混凝土的施工中当温差变化较大,或混凝土受到寒潮的侵袭,导致其表面温度急剧下降,表面收缩的混凝土受内部混凝土的约束,产生很大的拉应力,从而产生裂缝,这种裂缝通常只在混凝土表面较浅的范围内产生。温度裂缝的走向通常无一定规律,大面积结构裂缝常纵横交错。
        2.3 材料因素
        混凝土是由水泥、骨料、水及外加剂组成的多相非均匀复合材料。由于各种材料的力学性能存在差异,在混凝土硬化过程中,混凝土内部产生粘着细微裂缝,包括骨料与水泥浆粘结面裂缝、水泥浆裂缝和骨料自身裂缝。这些裂缝呈现不规则分布,一般情况下不贯通。微观裂缝的存在是材料固有的物理性质,是不可以避免的。
        钢筋混凝土构件在使用过程中,钢筋和混凝土协同工作,二者的弹性模量不同,导致变形不同步。如果混凝土承受的拉应力大于混凝土的抗拉强度,这些细微裂缝会相互贯通,裂缝宽度迅速增大,可能产生肉眼可以看见的宏观裂缝。
        2.4 温度因素
        混凝土材料的使用过程中,线性膨胀系数大小为 1×10-5/℃,依照相关调查数据分析可以看出,当混凝土材料随着温度升高和降低,将趋于膨胀和收缩,若外部的约束或内部变形协调要求使膨胀或收缩不能自由发生时,结构中会产生应力,其超过自身抗裂强度,就会产生裂缝。随着温度的急剧变化,裂缝问题会表现得更加明显。
        2.5 施工质量因素
        钢筋混凝土施工是裂缝控制的一个重点环节,施工质量把控不好也会造成结构开裂。施工管理不当,施工人员踩塌已经绑扎好的上层钢筋,浇筑时混凝土的保护层加大,构件横截面的有效高度减小,容易形成沿构件支承边缘并垂直于构件受力钢筋方向的裂缝;在混凝土浇筑施工当中,相关施工单位必须要充分考虑到外部环境因素的影响,做好养护;另外,需根据设计图纸中所规定的最大荷载量,针对混凝土的浇筑量进行严格的控制,以此来有效提高建筑混凝土结构的稳定性。再有,针对混凝土支模固定、拆模时间必须要做到规范合理,如果混凝土模板固定不牢靠、不稳定或者过早拆模也会造成混凝土裂缝的扩展。
        3 现浇混凝土裂缝的控制措施
        3.1 结构设计控制措施
        1)在房屋结构设计中,由于建筑立面或使用等方面的要求,常有结构截面突变的情况,不假思索地遵从建筑专业要求,则在变截面处构件应力太过集中,那么就会产生裂缝。因此,为了更好地避免裂缝的产生,构件变截面部位应合理过渡,避免出现较大的截面尺寸差异,以有效减少应力突变带来的不利影响;楼板开洞应减少,洞口应尽量规则,并在洞边加设抗裂构造钢筋。
        2)在进行房屋结构设计中,需要选择合适数量与间距的钢筋配置,钢筋间距过大时,钢筋间混凝土无约束,当构件产生变形时,受拉区混凝土易被拉裂;当钢筋间距过小时,混凝土无法振捣均匀,也会产生裂缝。
        3)合理选择原材料,根据不同的环境,采用不同性能的水泥,在大体积混凝土结构中,国内一般采用粉煤灰硅酸盐水泥,该水泥有低水化热、抗腐蚀性能好、干缩小等优势,对裂缝的控制起到很好的作用。适当选用减水剂降低混凝土自收缩,以及膨胀剂补偿收缩混凝土,在工程实例中也得到了较好的实践。
        4)在设计的过程中,需要将混凝土构件可能出现的各类变形情况考虑在内。首先,在进行初步设计的阶段,需要做到科学、合理,具有可行性,并且从房屋结构的实际情况出发,进行相关的计算,设计出一套兼具实用、合理、有效的实施方案,确保施工的顺利开展。同时,需要注意的是,在进行房屋结构设计的时候,需要保证结构构件的刚度,可以有效控制变形和裂缝。其次,需要针对房屋建设中出现的裂缝情况进行归类,采用针对性的技术处理措施,例如,对于混凝土结构中经常出现的裂缝,可以通过使用“放”与“抗”的原则,进行有效预防;“抗”的原则非常重要,通过在易开裂位置增加构造钢筋,有效加强钢筋混凝土的弹性极限拉伸程度及对抗变形能力,避免裂缝产生,如屋面抗裂钢筋网、挑檐阴阳角部位的构造钢筋等。“放”作为辅助,在混凝土构件应力较集中或变形较大的部位,采取分缝措施,如每隔一定距离设置变形缝,在塔楼与主楼部位设置沉降缝等。
        3.2 控制施工材料质量
        在混凝土材料选择时,需要严格控制混凝土的质量,通常情况下,大体积混凝土构件,应选择水化热较低的粉煤灰水泥或者是矿渣水泥材料,严格控制水泥、骨料中有害物质的含量,如氯离子、碱含量。此外,合理控制混凝土材料的含沙率以及骨料类型,根据砂石中含水率合理调整配合比,保证混凝土的和易性。施工、监理单位需要严格依照国家建设工程相关标准,对所选择的材料进行有效的质量检查。
        2.3 控制工程施工质量
        建筑混凝土施工质量控制直接关系到了建筑结构的安全性和稳定性。因此,在施工过程中,施工单位需要有效提高混凝土施工技术层次,要求施工人员依照相关施工标准严格执行。在混凝土浇筑作业中,施工人员需要充分考虑到施工环境的影响,当在一些温度较高的环境下进行施工时,需要采用分层浇筑施工,通过运用浇筑面自身的散热功能来有效降低外部环境高温所形成的不良影响。此外,还可以选择使用埋设水管的方法来进行物理降温,及时对已浇筑混凝土进行覆盖,减小混凝土收缩裂缝。
        对于大面积大体积混凝土构件,“跳仓法”施工工艺对比“后浇带法”有明显的优势:(1)简化施工工序,加快施工进度;(2)减少施工缝,有利于裂缝控制;(3)节省工程材料,经济环保。
       
        “跳仓法”施工步序示意
        上图为某工程筏板基础局部图,将其分为若干区域,施工顺序为:第一批浇筑1-1~1-6区块,第二批浇筑2-1~2-6区块。“跳仓法”充分利用了混凝土在5到10天期间性能尚未稳定和没有彻底凝固前容易将内应力释放出来的"抗与放"特性原理,遵循“合理分区、隔区施工、分层浇筑、整体成型”的原则,有效减少混凝土因温差和干燥收缩产生的裂缝。
        4 结语
        在建筑工程建设工作中,相关设计和施工人员必须充分考虑到建筑裂缝问题,通过对建筑结构裂缝产生的具体原因分析和总结,有效提出了相应的预防控制策略,提高了建筑结构整体的抗裂能力。通过多年的实践工作和总结,相关单位积累了大量的防裂缝工程经验,并且仍然处于进一步的探索和研究过程中,在后续的建筑工程发展过程中,随着新材料、新技术、新工艺的开发与运用,将会不断提高建筑结构整体的抗裂能力。
        参考文献:
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