钢筋混凝土结构裂缝产生原因分析及处理措施

发表时间:2020/9/3   来源:《建筑实践》2020年第9期   作者:赵智强
[导读] 目前,我国社会发展逐步朝着科技化、现代化方向前进,

        摘要:目前,我国社会发展逐步朝着科技化、现代化方向前进,这也为各种建筑行业的发展提供了更多未来和空间,各种道路桥梁、城市基础项目也日渐繁荣。众所周知,工程类建设施工主要依靠混凝土,它具有强度高,可模性好、适用性广,耐久性及耐火性好,抗震防辐射等优点,它的成败至关重要,是一项工程的支撑以及安全质量的保障。
        关键词:混凝土;危害;裂缝;分析;措施
1 钢筋混凝土结构中裂缝的危害
        研究混凝土结构,主要是研究结构的可靠性,它主要包括安全性、适用性、及耐久性,而目前所采取混凝土结构主要为钢筋混凝土,结构设计时,利用两种材料特性,让混凝土主要受压,钢筋承受拉力,从而达到我们想要的受力效果。而混凝土结构产生裂缝,主要是砼受拉产生的,不管是外部荷载还是内部温度应力等都是砼表面受到拉应力大于砼自身抗拉强度导致开裂。开始的时候大部分裂缝仅在结构发生在砼表面,我们俗称的表面裂缝,不会对结构的安全及使用功能产生影响,但是随着时间的推移,裂缝会向结构内部逐渐蔓延,原本在混凝土当中的钢筋会被空气逐渐腐蚀,钢筋的受拉性能也会跟着受到影响,从而影响混凝土结构的耐久性。这也会对钢筋砼结构使用寿命和安全性能产生影响。
2 钢筋混凝土施工中的裂缝原因分析
        总的来说,钢筋混凝土的裂缝形成原因有很多,主要是由于混凝土结构变形引起的,导致砼受拉大于自身砼抗拉强度,归结起来主要分为以下三大类:
2.1 工艺裂缝
        对于钢筋砼结构来说,施工工艺如果存在质量隐患就会导致混凝土产生裂缝。我们需要从混凝土原材料控制、搅拌、运输、浇筑成型、养护以及施工方案选择等方面去分析,每一道工序的不当都可能给砼结构带来质量隐患导致产生裂缝,大部分是由多种原因加在一起叠合而成的。如混凝土的原材料水泥的强度、水胶比不合理(过大会造成砼强度较小;过小砼流动性差,水化热较大),骨料的种类、级配不符合要求,砂石料含泥量较高,拌和不均匀,搅拌时间不够,及运输过程导致水份蒸发较多,浇筑顺序不当、不连续,养护环境温度、湿度不满足要求等,导致混凝土早期强度不足,从而达不到砼的抗拉设计强度过早承受拉力出现开裂,这种工艺裂缝一般的危害性较小,简单处理即可,基本不影响结构的安全性。
2.2 荷载裂缝
        混凝土产生裂缝的第二大原因就是荷载引起变形造成的结构裂缝,作为结构设计中,大部分梁、板、柱均按照悬臂梁、简支梁、连续梁将构件验算,柱子作为抗压结构主要验算稳定性。拿悬臂梁来举例说明:混凝土构件的变形与材料性能,构件的截面形式大小,及构件的跨度有关,根据下图所示不难看出:悬臂梁位移计算公式:
混凝土结构变形与构件的弹性模量,截面惯性矩成反比; 与荷载的大小,构件的跨度的4次方成正比,混凝土结构设计选定完成后,即为材料的弹性模量及截面惯性矩不变,影响混凝土结构变形的就是我们的荷载与跨度。为了满足我们结构及使用空间需要,合理设置好跨度,不超出我们设计荷载我们的结构就是安全的,变形就在允许范围之内。但有时候由于地震、海啸等自然灾害这些冲击荷载偶然出现,虽然短暂,但外部荷载远远大于设计荷载。或者人为原因在施工过程中,现场作业人员随意堆载材料,特别是在本来弯矩就较大的地方增加较大的附加荷载等等,都会导致我们的结构混凝土超出设计荷载出现此部位混凝土开裂产生裂缝。这个时候,构件型心位置上移,钢筋完全处于受拉状态,且与空气接触受腐蚀,如果长时间不进行处理,钢筋达到极限抗拉强度后形成断裂,结构的安全性受到严重影响。
2.3 温度裂缝
        在温度作用下,混凝土会出现热胀冷缩现象,结果就是混凝土变形。这种现象就会钢筋混凝土结构内部出现压力外部出现拉力。混凝土本身有一定抗拉强度,但非常小,一般仅仅为抗压强度的0.05-0.1左右,强度等级越高比例越小。在结构砼的拉力超过该强度以后,混凝土表面就会出现开裂,引起温度裂缝。施工中温度带来的影响比较明显,温差会导致混凝土表面出现不同程度的开裂现象。温差影响主要分为以下二种。第一是外界温度与混凝土结构温度温差较大,导致整个砼的收缩变形,变形不均匀从而产生砼结果存在较大的变形位移;第二种水泥水热化导致混凝土结构本身的内外温差较大,导致混凝土表面张拉力增大,产生表面裂纹。
3 钢筋混凝土结构中裂缝问题的防治措施
3.1 合理设计,优化钢筋混凝土结构方案
        混凝土结构裂缝产生的主要原因来自于外部荷载和内部荷载导致的变形,所以在设计初期,应该合理考虑施工荷载、永久荷载及外部偶然冲击荷载对结构的影响。根据设计使用年限,适当提高混凝土强度等级,优化施工段落,合理设置施工缝及沉降缝,降低由于基础不均匀沉降及混凝土收缩变形导致的混凝土开裂。同时优化构件截面形状,降低砼构件的自重产生的荷载以及提高构件截面的惯性矩。

根据使用功能及空间需求尽量缩短跨度,形成一些超静定结构,增加结构设计的安全系数或者采取新型工艺如装配式建构筑物等措施。
3.2 加大对施工材料质量的控制
        在施工中混凝土材料主要构成要素包括钢筋、砂石、外加剂、水泥和水,这就要求施工人员在进行具体使用过程中必须对材料用量进行严格控制。不仅如此,还要严格把控材料采购环节。这就要求相关人员以保证工程质量和安全性能为前提,保证原材料质量符合相关要求,并做好原材料检测工作,对其综合性能和使用强度进行综合评估;做好市场调研活动,对比供货商家资质,合理选择供货商;当原材料检测合格进场之后,还需要做好材料保管和放置工作,注意防潮,尽可能降低环境因素对其产生的影响作用;商品混凝土还要做好混凝土的监督控制,按照实验要求进行现场混凝土检测,做好试件的留置取样工作,从根本上保证混凝土质量,从而保证整体结构工程施工质量。
3.3 加强施工操作过程管控
        在具体施工时往往可以采取以下步骤来对工程混凝土施工进行质量管控:(1)做好施工的准备工作。对于混凝土浇筑施工前的准备工作做到事无巨细,根据施工质量要求对模板参数进行合理设定并且对相关参数如模板截面、标高等进行仔细核查。(2)在施工过程中尽可能做到避免遗漏现象的出现,严格按照图纸来规范检查并且安排好预埋件位置。(3)施工单位还需要定期对操作面开展清理工作,要格外注意浇注混凝土时模板中是否存在有杂物,减少其对后续工作开展的影响。
3.4 运输和搅拌控制
        混凝土运输以及混凝土搅拌作为工程建设的基础,要想确保施工质量,在搅拌之前应认真检验砂石、石灰以及添加剂等材料,确保质量达标,然后严格按照混凝土结构要求来做好配比工作,并经过合理的计算与科学的试验后达到科学配比的目的。在混凝土搅拌的过程中,要遵循相应的顺序与要求来进行搅拌,确保搅拌的合理性,进而更好地保障混凝土质量。与此同时,在混凝土运输的过程中,要严格控制好运输时间以及转载次数,并通过涂刷防黏液的方式来避免混凝土出现离析现象。除此之外,在混凝土入场之后需要做好检验工作,确保质量满足施工标准方可应用于工程建设中。在这里需要指出的是,如果发现混凝土出现离析现象,严禁直接加水使用,必可掺加同配比的砂浆或相应减水剂进行二次搅拌方可继续使用。
3.5 控制混凝土内外温差
        因为导致混凝土结构出现裂缝的重要原因之一就是应力作用,所以,想要从根本上预防裂缝的产生,需要做好温度应力的控制工作,即控制好混凝土入模温度,混凝土内部温度,使其达到混凝土内外温差,环境温度与入模温差不超过规定值。在此施工环节,需要优化选择水泥品种,尽可能降低其水热化特点,严重把控水泥用量,防治水热化情况发生造成过大的影响。在进行施工的时候,一般会选择使用新型的低热水泥对温度应力进行控制,或者采取在大体积混凝土内加入冷却循环系统,添加毛石等措施,降低混凝土结构内部温度。
3.6 振捣与养护
        混凝土振捣状况也会影响到混凝土结构质量。在振捣的过程中,要确保设备插入均匀正常,避免漏振过振,以混凝土出现浮浆不再出现气泡为准。在实际的振捣过程中,要从混凝土顶部、中部以及坡脚进行,严格控制好振捣时间和频率,真正做到不留死角。在完成振捣工作之后,需要进行多次抹面,并通过覆盖薄膜或麻袋的方式来做好养护工作。在不同的温度情况下,需要采取针对性的养护措施,如果气温较高,通过洒水覆盖等方式,确保混凝土表面水分充足。温度较低时应采取保温,避免混凝土内外温差较大出现裂缝现象,保障混凝土施工质量。
3.7 对已形成的裂缝进行评估和设计修复方案
        在混凝土结构工程施工中,混凝土裂缝问题难以避免。尽管在实际施工中施工单位能够通过理论分析等手段确定好混凝土裂缝的成因并且能够及时加以控制,但暂时没有办法做到完全消除裂缝问题,只能对以形成的裂缝进行评估并且设计恰当的修复方案,尽可能降低对水化热对工程质量的影响。应对裂缝,需要专业的技术人员进行科学的评估并选取适当的修复方法,具体分为以下几步:(1)根据裂纹的深浅进行区分修复,浅表裂纹一般可以用水泥浆等进行简单涂抹,当然,在防水要求严格的情况下还必须加入合适的防水材料。对于明显或者较深的裂纹就需要重新构建牢固的整体结构,利用专业的设备进行水泥浆等胶体材料的裂缝注入。(2)考虑裂缝的宽窄,对于较宽的裂缝必须适当进行填充和加固,以确保工程的安全性和质量。
结束语:
        城市化进程加快,使得人们对生活生产的各种需求增加,因而混凝土结构工程的规模和复杂程度明显提升。为保证安全,相关单位和人员需要提升对混凝土结构工程质量的重视,针对性地做好裂缝防控工作。这需要对裂缝形成的原因进行总结,在此基础上制定和实施针对性的防控措施,从而提升工程质量,推动我国基础建设事业的进步和社会可持续发展。
参考文献:
[1]徐征杨.道路桥梁施工中混凝土裂缝的原因及对策分析[J].江西建材,2017,37(4):170.
[2]潘杰.道路桥梁施工中的裂缝成因及预防措施分析[J].四川水泥,2017,39(11):154-156.
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