由于裂縫具有較明顯的規律性和普遍性,排除了偶然因素的影響(如設計失誤施工事故等),它反映了目前在國內外工程結構領域中一個相當普遍的問題,就是建筑物裂縫問題。砼是一抗拉能力很低的脆性材料,在施工和使用過程中,當發生溫度、濕度變化、地基不均勻沉降時,極容易產生裂縫。
1、 材料質量
材料質量問題引起的裂縫較常見的原因是水泥、砂、石等質量不好,若工程上用了這等不合格的材料就會產生“豆腐渣工程”。所以說只有材料的質量關把好了,工程質量才會在根本上得到保證。
2、 施工工藝
施工工藝涉及的面很廣,不可能一一敘述,一般常涉用到的有:(1)、水分蒸發、水泥結石的砼干縮通常是導致砼裂縫的重要原因。(2)、砼是一種人造混合材料,其質量好壞的一個重要標志是成型后砼的均勻性和密實程度。因此砼的攪拌、運輸、澆搗、振實各道工序中的任何缺陷和疏漏,都可能是裂縫產生的直接或間接原因。(3)、模板構造不當,漏水、漏漿、支撐剛度不足、支撐的地基下沉、過早拆模等都可能造成砼開裂。施工過程中,鋼筋表面污染、砼保證層太小或太大,澆筑中碰撞鋼筋使其移位等都可能引起裂縫。(4)、砼養護,特別是早期養護質量與裂縫的關系密切,早期表面干燥或早期內外溫度較大更容易產生裂縫。(5)、避免在極端天氣條件下施工,可以減少砼結構的開裂情況。
3、 地基變形
在鋼筋砼結構中,造成開裂主要原因是不均勻沉降。裂縫的大小、形狀、方向決定于地基變形的情況,由于地基變形造成的應力相對較大,使得裂縫一般是貫穿性的。
4、 溫度變形
水泥水化過程中產生大量的熱量,每克水泥約放出50.2卡的熱量,從而使砼內部溫度升高,在澆筑溫度的基礎上通長升高35℃,如果使施工規范規定的最高澆筑溫度28℃,則可使砼內部溫度達到六十多度,因為砼內部與表面的散熱條件不同,所以中心溫度高,形成溫度梯度,造成溫度變形和溫度應力。砼具有熱脹冷縮的性質,其線膨脹系數一般為1×10-5/0C.當環境溫度發生變化時,就會產生溫度變形,當這種應力超過砼的抗拉強度時,就會產生裂縫。在工程中,這類裂縫較多見,譬如現澆屋面板上的裂縫,大體積砼的裂縫等。
5、 濕度變形
砼在空氣中結硬時,體積會逐漸減小,一般謂之干縮。收縮裂縫較普遍,常見于現澆墻板式結構、現澆框架結構等,通常是因為養護不良造成。砼的收縮值一般為0.2~0.4‰,其發展規律是早期快、后期緩慢。因此對于超長的建筑物或構筑物,通常是摻加微膨脹劑等,這樣可基本解決砼的早期干縮問題。
6、 結構受荷
結構受荷后產生裂縫的因素很多,施工中和使用中都可能出現裂縫。例如早期受震、拆模過早或方法不當、構件堆放、運輸、吊裝時的墊塊或吊點位置不當、施工超載、張拉預應力值過大等均可能產生裂縫。而最常見的是鋼筋砼梁、板受彎構件,在使用荷載作用下往往會出現不同程度的裂縫。普通鋼筋砼構件在承受了30~40%的設計荷載時,就可能出現裂縫,肉眼一般不易察覺,而構件的極限破壞荷載往往是在設計荷載的 1.5倍以上,所以在一般情況下鋼筋砼構件是允許帶裂縫工作的(有些資料上稱無害裂縫)。在鋼筋砼設計規范中,分別不同情況規定裂縫的最大寬度為0.2~0.3mm.對那些寬度超過規范規定的裂縫,以及不允許出現裂縫則應認為有害,需加以認真分析,慎重處理。
7、 設計構造
結構構件斷面突變或因開洞、留槽引起應力集中,構造處理不當,現澆主梁在擱次梁處如沒有設附加箍筋,或附加吊筋以及各種結構縫設置不當等因素均容易導致砼開裂。
8、 徐變
砼徐變造成開裂或裂縫發展的例子工程中也和很常見。據文獻記載受彎構件截面砼受壓徐變,可以使構件變形增大2~3倍,預應力結構因徐變會產生較大的應力損失,降低了結構的抗裂性能。
裂縫不產生是不可能的,但限制一定的裂縫寬度,防止有害裂縫,隨著技術水平的提高,使裂縫逐漸減少,或推遲裂縫的發生是完全可以做到的。設計規范規定,根據不同使用功能要求,裂縫寬度最小0.1mm,最大0.3mm,與國際標準接近,但裂縫控制卻是相當復雜的。它涉及到結構設計,地基基礎,施工技術,材料質量,環境狀態等諸多因素,所以國內許多專家認為,裂縫控制實質上是一綜合性相當強的“交叉學科”,這類問題不僅是我國特有的技術問題,也是國際上鋼筋砼的共性難題。著名學者王鐵夢在《鋼筋砼結構的裂縫控制》一文中還引用了大體積的新定義:“過去大體積砼的定義是根據幾何尺寸,主要是根據厚度定義的,國際上一般采用0.8m-1.0m作為界限。自80年代以后,大體積砼的定義有了改變,新的定義是:任意體量的砼,其尺寸大到足以必須采取措施減小由于體積變形引起的裂縫,統稱為大體積砼,這是美國砼協會的定義。由此可見,在近代泵送商品砼獲得廣泛應用的條件下,即便是很薄的結構,雖然水化熱很低,但是其收縮很大,控制收縮裂縫的要求比過去任何時候都顯得非常重要。因此泵送砼的薄壁結構應當按照大體積砼的要求采取措施控制砼的收縮裂縫,特別是環境氣溫變化與收縮共同作用對于薄壁結構尤為不利,收縮換算為當量降溫。”本人認為這是一種新的見解,它從另一個角度說明了裂縫控制的重要性和迫切性,我公司及其他施工單位對厚壁砼的裂縫控制,都非常重視,基本可以做到專門制定施工方案和作業指導書,所以很少出現問題。而對現澆樓板一般只看作圈梁、構造柱等同類構件組織施工。根據以上經驗教訓,本人認為,對現澆板裂縫的控制主要應采取以下幾項措施:
1、 材料選用
(1)、水泥:應選用水化熱較低的水泥,嚴禁使用安定性不合格的水泥。
(2)、粗骨料:宜用表面粗糙、質地堅硬的石料、級配良好、空隙率小、無堿性反應;有害物質及粘土含量不超過規定。
(3)、細骨料:宜用顆粒較粗、空隙較小、含泥量較低的中砂。
(4)、外摻加料:宜采用減水劑等外加劑,以改善砼工作性能,降低用水量,減少收縮。
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優化配合比提高砼抗拉性能。
無論是現場拌制的小坍落度砼還是泵送砼,都應當在現有配合比的基礎上,進一步試驗研究高性能砼,優選有利于抗裂性能的砼級配,盡力減小水灰比,減少坍落度,降低砂率,增加骨料粒徑,降低含泥量及雜質含量。選用影響收縮和水化熱較小的外加劑和摻合料,比如,目前我市開發研制的復合礦渣磨細粉,對提高砼的抗裂性能比較有利。對設計要求嚴格控制裂縫的結構,還應摻加補償收縮的膨脹劑。
3、 配筋
鋼筋的配置應嚴格按施工圖施工,尤應重視以下各點:
(1)、鋼筋品種、規格、數量的改變、代用,必須考慮對構件抗裂性能的影響。
(2)、鋼筋的位置要正確,保護層過大或過小都可能導致砼開裂,鋼筋間距過大,易引起鋼筋之間的砼開裂。
4、 模板工程
鋼筋砼結構裂縫的預防,在模板工程中應注意以下幾點:
(1)、模板構造要合理,以防止模板各桿件間的變形不同而導致砼裂縫。
(2)、模板和支架要有足夠的剛度,防止施工荷載(特別是動荷載)作用下,模板變形過大造成開裂。
(3)、合理掌握拆模時機,拆模時間過早,應保證早齡期砼不損壞或不開裂,但也不能太晚,盡可能不要錯過砼水化熱峰值,即不要錯過最佳養護介入時機。
5、改善砼養護工藝,減少砼自身收縮
試驗證明,養護條件對砼的收縮影響很大,養護14天的收縮比養護3天的收縮降低約20%。按施工規范進行養護,能有效地持續地使砼表面保持適當的溫度和濕度條件。澆筑時間不長的砼,仍然處于凝結、硬化過程,水泥水化速度較快,養護形成的潮濕條件可防止砼表面脫水而產生收縮裂縫。同時由于散熱時間延長,砼強度的松弛作用得到充分發揮,使砼的總溫差產生的拉應力小于砼的抗拉強度,防止貫通裂縫的產生。此外,在潮濕條件下,可使水泥水化充分、完全,從而提高砼的抗拉強度,增強后期裂縫的抗力。
6、 設計構造
(1)、建筑平面選型時在滿足使用功能要求的前提下,力求簡單,平面復雜的建筑物,容易產生扭曲等附加應力而造成墻體及樓板開裂。
(2)、合理布置縱橫墻,縱墻開洞應盡可能小。
(3)、控制建筑物有長高比,長高比越小,整體剛度越大,調整不均勻沉降的能力越強。
(4)、合理地調整各部分承重結構的受力情況,使荷載分布均勻,盡量防止受力過于集中。
(5)、減少地基的不均勻沉降,除了前述的措施外,在基礎設計中可以采取調整基礎的埋深度,不同的地基計算強度和采用不同的墊層厚度等方法,來調整地基的不均勻變形。
(6)、適當加強基礎有剛度和強度。
(7)、層層設置圈梁、構造柱,可以增加建筑物的整體性,提高磚石砌體的抗剪、抗拉強度,防止或減少裂縫,即使出現了裂縫,也能阻止其進一步發展。
(8)、正確地設置沉降縫。沉降縫位置和縫寬的選定應合適,構造要合理,可以和其結構縫合并設置。
(9)、限制伸縮縫間距。對體形復雜、地基不均勻沉降值大的建筑物更應嚴格控制,同樣,也可以和其它結構縫合并使用。
(10)、部分窗臺砌體應加強。對寬大的窗臺下部宜設置鋼筋砼梁,以適應窗臺的變形,防止窗臺處產生豎直裂縫。
7、 施工技術
(1)、加強地基的檢查與驗收工作,基坑開挖后應及時通知勘察及設計單位到現場驗收,對較復雜的地基,設計方在基坑開挖后應要求勘察補鉆探,當探出有不利的地質情況時,必須先對其加固處理,并經驗收合格后,方可進行下一步施工。
(2)、開挖基槽時,要注意不擾動其原狀結構。
(3)、合理安排施工順序。當相鄰建(構)筑物間距較近時,一般應先施工較深的基礎,以防基坑開挖破壞已建基礎的地基礎。當建(構)筑物各部分荷載相差較大時,一般應施工重、高部分,后施工輕、低部分。
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規范施工操作規程,避免砼澆筑后的擾動
盡量采用小流水段施工,砼現澆板澆筑后不要過早上人,合適的開砌時間應在樓板砼達到
5N/mm
2后;為使砼不早期受損,且不影響工期,宜采取早強措施;5 N/mm
2值應制作同條件試塊,確定達到的天數。樓板澆筑完畢時,新澆砼、模板體系、施工人員、機具、腳手板和手推車等也可能使下一層樓板超載。除非下一層板的砼已達100%設計強度。一般情況下應在上層的砼澆筑完后再拆下層模板。為防止新澆砼受震動和發生局部的荷載重分布,在樓板砼澆筑后2d內不要拆除其下部的任何一層模板和支撐。
1、由于結構在外荷載作用下的破壞和倒塌是從裂縫開始的,因此,人們對裂縫往往產生一種建筑破壞的恐懼感,是可以理解的,尤其是近年來,房屋產權體制的改變和生活水平的提高,對房屋的質量要求更加嚴格,雖然經鑒定認為沒有影響安全的有害裂縫,但從美觀和精神作用的要求仍有許多工作要作。我們的態度是遇到裂縫問題,首先,應根據反復調查裂縫資料進行荷載分析,其次再進行變形分析,斷定引起開裂的主要原因,分析其危害性,既不能忽視隱患的存在,也不能產生“裂縫恐懼癥”。這一點,應通過各種渠道向用戶作科普宣傳,使大家都能正確對待裂縫。
2、許多人認為設計遵循了設計規范,施工執行了施工規范,有的工程還評上了省優、市優,完全符合了國家標準,入住后,就不應再有諸多質量投訴,這也是可以理解的。但,我們在逐步和國際標準接軌,按ISO9000族標準,好的產品標準是唯一的,即“用戶滿意的產品”。企業的發展本來就是“受益者推動”,施工單位應把現澆樓板這一工序列為“關鍵工序”和“特殊工序”,進行嚴格的“過程控制”,在總結經驗的基礎上,編寫出施工工法,由主管部門組織交流,以推動“裂縫控制”技術進步。
3、在結構設計上,現在我們遵循的是極限狀態設計原則,承載力極限狀態,正常使用極限狀態。目前,第一極限狀態已引起足夠重視并嚴格執行,而對第二極限狀態有所忽視,所以,有的專家建議,對現澆板盡量降低約束程度,加強構造配筋,如板頂部受壓區連續配筋,板的陽角及陰角配置放射筋等。
參考文獻:
(1)王鐵夢 工程結構裂縫控制的綜合方法《施工技術》2000.5
(2)林建寧 泵送混凝土施工裂縫的成因和防治《混凝土》2000.5
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(4)鄒泓榮 現澆樓板角裂原因的防治措施探討《建筑技術》1992.4
(5)焦亞明 混凝土及鋼筋混凝土收縮變形的淺析《低溫建筑技術》2000.2