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摘要:裂缝是钢筋混凝土结构在设计建造以及使用过程中最为常见的一种质量问题,其原因在于钢筋混凝土结构在建造和使用过程中受到内外等多重因素的联合作用,由此导致其物理结构产生相应的变化,进而对钢筋混凝土结构的承载能力、实用耐久、防水性能等均造成相应的伤害。结合当前我国钢筋混凝土结构的实际建造和使用效果来看,无论何种类型、形态的钢筋混凝土结构,都不可避免的存在不同程度的裂缝问题,对钢筋混凝土结构的实际使用效果造成严重影响。
关键词:钢筋混凝土;结构设计;温度应力;裂缝;控制措施
引言
钢筋混凝土温度裂缝是当前混凝土工程主要病害之一。产生温度裂缝的原因是由于混凝土硬化过程中释放大量水化热、内部温度上升,当混凝土内外温差较大时会引起温度应力,温度应力超过混凝土的抗拉强度时就会产生裂缝。
1温度裂缝的产生
钢筋混凝土结构在施工和运营期间易于出现温度裂缝。一方面,混凝土结构的内外温差会促进温度应力和应变的产生;另一方面,该应力和应变又受到混凝土结构的外部约束及其自身收缩变形的阻碍。当温度应力和应变突破阻碍,超过混凝土的抗拉极限时,即会出现温度裂缝。根据深度,大体积混凝土结构中的裂缝通常分为表层裂缝、深层裂缝和贯穿裂缝。表层裂缝分布在混凝土结构表面,深度较浅且外荷载作用下不扩展的表层裂缝通常不影响整体结构的使用;深层裂缝是表层裂缝由于应力集中进一步扩展所致,对混凝土整体结构的稳定性具有一定的危害;贯穿裂缝由深层裂缝发展而成,贯穿整个混凝土结构,严重危害混凝土结构的整体安全性和耐久性。
1.1温度荷载
结合钢筋混凝土结构的实际使用情况来看,引发钢筋混凝土结构使用过程中温度应力的因素包括季节变化温差、内外温差、骤然温差和日照温差四种类型。在以上四种因素中,由于季节变化而引发的温差是持续时间最长的且影响范围最大的,同时对于钢筋混凝土结构温度应力的影响具有一定的均匀性特点,使钢筋混凝土结构出现较大的整体性位移变化。也正因此,由于季节变化引发的温差以及由该类温差所引发的钢筋混凝土结构裂缝问题是最突出的质量问题。
1.2水泥水化热
水泥水化热是引发温度裂缝的一个重要因素。水泥水化作用产生的大量水化热导致混凝土内部温度急剧上升,实际工程中该温升一般达到20℃~30℃甚至更高,半径大于2.5m的大体积混凝土内部基本处于绝热状态;但是由于与空气直接接触,混凝土表面散热更快、温度更低;此外,钢筋混凝土各部位的散热速率也不尽相同,这导致大体积混凝土内外温度分布极不均匀,温度梯度较大。通常来讲,混凝土较高的内部温度使得其内部膨胀率较大,进而导致结构内部压应力以及结构表面拉应力的产生,当表面拉应力超过混凝土本身可承受的极限时,就会出现温度裂缝。
1.3约束应力
约束应力涵盖内约束力、外约束力两种类型。其中外约束力又涵盖了无约束、弹性约束、全约束等不同类型。在钢筋混凝土结构由于温差作用而出现变形、裂缝等一系列质量问题时,其内部组成内容中的不同构件、构件内部的不同质点均会产生相应的约束应力。其中不同构件所产生的约束力为外约束力、不同质点所产生的约束应力为内约束力。
2控制钢筋混凝土结构温度的具体措施
2.1严格控制施工质量
混凝土裂缝属于不良现象,因其自身非均质属性,在受到外力、温湿度因素的影响,就会产生裂缝,但裂缝并非是不可预防的,从做好预防工作是应对裂缝方案中的首选。具体而言,应该从原材料入手,保证材料质量和数量,施工工艺也应该使用科学、合理、合规的工艺,采用标准流程程序进行施工,在搅拌、浇筑等环节也应该严格按照相关要求进行,现场施工情况复杂,更应该依据施工方案有序施工。
2.2科学配置混凝土
混凝土原材料搭配合理与否、原材料使用是否符合规范直接影响到了混凝土结构强度,一旦原材料出现问题,混凝土结构强度就会下降,进而容易出现裂缝。因此,科学配置混凝土十分重要。在混凝土制作前,要严格按照设计要求,确定混凝土级别,然后严格控制混凝土原材料的质量和技术标准,选用低水化热水泥,尽量减少粗细骨料的含泥量,在使用高标号水泥配置低强度等级混凝土时,应适当掺入一定数量的混合材料,提高混凝土的密实度。另外,按照设计要求,严格控制混凝土的水灰比,合理掺入塑化剂和减水剂,确保混凝土水灰比符合设计要求,且达到技术标准。
2.3控制浇筑温度及内外温差措施
合理有效的温度控制施工措施包括控制混凝土拌合物进、出仓库的温度和浇筑温度,以及调节混凝土浇筑时的内外温差等。当环境温度较高,尤其在炎热夏季进行大体积混凝土的浇筑时,应采取相应措施降低混凝土拌合物的进仓、出仓温度及浇筑温度。例如,对砂石等原材料堆场进行适当的遮阳处理,在拌合混凝土之前采用水冷法或气冷法等预先冷却骨料,甚至加冰水搅拌等。同时,应尽可能缩短混凝土拌合物的运输时间、加快仓储速度,并对混凝土泵送管道采取覆盖隔热、循环水冷却等措施。此外,应该合理安排浇筑时间,宜选择环境温度适宜的季节或夜间。在浇筑过程中,可以采用预埋水管冷却法降低混凝土的内部温度,也可将冷却水管内的循环水用于混凝土的表面养护,从而进一步降低混凝土的内外温差。
2.4降低混凝土的温度变化
夏季施工应降低混凝土的初凝温度,浇筑完成后注意养护,应使用湿麻袋覆盖混凝土,或者采用一些简易的遮阳装置,在泵送过程的时候,要多喷凉水,尽量控制混凝土的初始温度,还要尽量控制温度的变化,减少温度的应力,这样可以避免混凝土裂缝的出现。必须要严格控制混凝土内部结构的温度,治理工作选取的角度可以是多面的,着重于温度控制的话要对从混凝土的自身应力方面来治理。每一阶段的施工完成后都要测试其温度,在每一项施工开始前也要对混凝土温度进行检测,只有当温度达到施工的标准时,才能继续进行施工。
2.5做好混凝土后期养护
混凝土浇筑结束后不及时养护,混凝土中的水分蒸发会加快,形成脱水现象,从而使已形成凝胶体的水泥颗粒不能充分水化,不能转化为稳定的结晶,缺乏足够的粘结力,从而会使混凝土表面出现收缩裂缝,因此,混凝土浇筑结束后及时的养护十分重要。在混凝土浇筑完成后,可在浇筑面覆盖一层塑料薄膜,并定时向浇筑面洒水,保持混凝土浇筑面处于湿润环境,以便混凝土充分凝结;塑料薄膜留置时间不得少于2周,当环境温度较低时,不得浇水养护,此时还要减少表面混凝土的暴露时间,尤其是冬季,低气温环境下要做好相应的防冻处理。
结束语
钢筋混凝土裂缝是工程建设中的常见质量问题之一,一旦混凝土结构出现裂缝,混凝土结构性能就会下降,容易出现渗漏,进而影响到建筑物的正常使用,更甚者还会引发安全事故。混凝土裂缝形成的原因也是多方面的,包括了温度应力、沉降、施工不合理、养护不到位等,针对这些原因,施工企业可以进行针对性的应对,进而避免混凝土裂缝的发生。针对不可避免的混凝土裂缝,应当采取科学的处理方法进行堵漏,从而保证建筑物的正常使用。
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