羅贛東
摘 要:根據(jù)本人多年的現(xiàn)場觀察以及通過查閱有關(guān)混凝土內(nèi)部應(yīng)力相關(guān)方面的專著,對混凝土裂縫產(chǎn)生的原因,現(xiàn)場混凝土裂縫的預(yù)防和處理的措施等進行闡述。
關(guān)鍵詞:混凝土;裂縫;預(yù)防;處理
一般工業(yè)及民用建筑中,寬度小于0.05mm的裂縫對使用(防水、防腐、承重)都無危險性,故假定具有小于0.05mm裂縫的結(jié)構(gòu)為無裂縫結(jié)構(gòu),所謂不允許裂縫設(shè)計,也只能是相對的無大于0.05mm初始裂縫的結(jié)構(gòu)。
可以認(rèn)為,混凝土有裂縫是絕對的,無裂縫是相對的,所謂結(jié)構(gòu)的抗裂質(zhì)量只是把裂縫控制在一定的范圍內(nèi)而已。盡管我們在施工中采取各種措施,小心謹(jǐn)慎,但裂縫仍然時有出現(xiàn)。究其原因,我們對混凝土溫度應(yīng)力的變化注意不夠是其中之一。
在大體積混凝土中,溫度應(yīng)力及溫度控制具有重要意義。這主要是由于兩方面的原因。首先,在施工中混凝土常常出現(xiàn)溫度裂縫,影響到結(jié)構(gòu)的整體性和耐久性。其次,在運轉(zhuǎn)過程中,溫度變化對結(jié)構(gòu)的應(yīng)力狀態(tài)具有不容忽視的影響。我們遇到的主要是施工中的溫度裂縫。
1 裂縫的原因
混凝土中產(chǎn)生裂縫有多種原因,根據(jù)筆者的經(jīng)驗和國內(nèi)外的調(diào)查資料,工程實踐中結(jié)構(gòu)物的裂縫原因,屬于由變形變化(溫度、收縮、不均勻沉陷)引起的約占80%以上;屬于由荷載引起的約占20%左右?;炷劣不陂g水泥放出大量水化熱,內(nèi)部溫度不斷上升,在表面引起拉應(yīng)力。后期在降溫過程中,由于受到基礎(chǔ)或老混凝土的約束,又會在混凝土內(nèi)部出現(xiàn)拉應(yīng)力。氣溫的降低也會在混凝土表面引起很大的拉應(yīng)力。當(dāng)這些拉應(yīng)力超出混凝土的抗裂能力時,即會出現(xiàn)裂縫。許多混凝土的內(nèi)部濕度變化很小或變化較慢,但表面濕度可能變化較大或發(fā)生劇烈變化。如養(yǎng)護不周、時干時濕,表面干縮形變受到內(nèi)部混凝土的約束,也往往導(dǎo)致裂縫。混凝土是一種脆性材料,抗拉強度是抗壓強度的1/10左右,短期加荷時的極限拉伸變形只有(0.6~1.0)×104,長期加荷時的極限拉伸變形也只有(1.2~2.0)×104,由于原材料不均勻,水灰比不穩(wěn)定,及運輸和澆筑過程中的離析現(xiàn)象,在同一塊混凝土中其抗拉強度又是不均勻的,存在著許多抗拉能力很低,易于出現(xiàn)裂縫的薄弱部位。在鋼筋混凝土中,拉應(yīng)力主要是由鋼筋承擔(dān),混凝土中是承受壓應(yīng)力。在素混凝土內(nèi)或鋼筋混凝土的邊緣部位如果結(jié)構(gòu)內(nèi)出現(xiàn)了拉應(yīng)力,則須依靠混凝土自身承擔(dān)。一般設(shè)計中均要求不出現(xiàn)拉應(yīng)力或者只出現(xiàn)很小的拉應(yīng)力。但是在施工中混凝土由最高溫度冷卻到運轉(zhuǎn)時期的穩(wěn)定溫度,往往在混凝土內(nèi)部引起相當(dāng)大的拉應(yīng)力。有時溫度應(yīng)力可超過其它外荷載所引起的應(yīng)力,因此掌握溫度應(yīng)力的變化規(guī)律對于進行合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工極為重要。
2 裂縫的控制措施
2.1 裂縫控制的設(shè)計措施
增配構(gòu)造筋提高抗裂性能。薄壁結(jié)構(gòu)(壁厚200~600mm)如墻、板、梁等,采取增配構(gòu)造鋼筋,使構(gòu)造筋起到溫度筋的作用,能有效地提高抗裂性能。
配筋應(yīng)盡可能采用小直徑、小間距。采用直徑8~14mm的鋼筋和100~150mm間距是比較合理的。
全截面的配筋率不小于0.3%~0.5%之間。
受力筋能滿足變形構(gòu)造要求的,不再增加溫度筋;構(gòu)造筋骨不能起到抗約束作用的,應(yīng)增配溫度筋。
避免結(jié)構(gòu)突變(或斷面突為)產(chǎn)生應(yīng)力集中。當(dāng)不能避免斷面突變時,應(yīng)作局部處理,做成逐漸變化的過渡形式,同時加配鋼筋。
控制應(yīng)力集中裂縫。工業(yè)與民用建筑的各種底板、立墻、頂板以及地下箱形基礎(chǔ)和其他特殊構(gòu)筑物都可能遇到各種形狀的孔洞。如圓形的、方形的、矩形等等,還有一些結(jié)構(gòu)在長度方向遇有斷面突變的情況。在孔洞和變斷面的轉(zhuǎn)角部位,由于溫度收縮作用,也會引起應(yīng)力集中,導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生,這是結(jié)構(gòu)裂縫的常見現(xiàn)象。目前主要是采取有效的構(gòu)造加強,有兩種有效辦法:是轉(zhuǎn)角或圓孔邊作構(gòu)造筋加強,轉(zhuǎn)角處增配斜向鋼筋或網(wǎng)片。是孔洞邊界設(shè)護邊角鋼,即使是很小的角鋼(如邊寬50mm)也可起到良好的抗裂作用。角鋼配在孔洞所在轉(zhuǎn)角邊界。如某車間箱形基礎(chǔ)頂板孔洞作了護邊角鋼以后,均未發(fā)現(xiàn)應(yīng)力集中裂縫。圓形大體積基礎(chǔ)上邊緣宜配置環(huán)形護邊鋼板(500mm×9mm)。
設(shè)置“暗梁”。水池類現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)一般厚度不大(300mm×500mm),高度也不高,池壁高在4 ~5m以上,這類結(jié)構(gòu)最容易從池壁的上部出現(xiàn)邊緣效應(yīng)引起的裂縫,裂縫上寬下窄。為此在水池縱、橫斷面的四角,以及施工縫上、下,各配4¢16~¢22的鋼筋予以加強,稱這些部位為“暗梁”。這樣處理以后,易裂的薄弱部位含鋼率增大,混凝土的極限伸提高,結(jié)構(gòu)抗裂性得到增強。
從構(gòu)造上提高混凝土的極限拉伸及抗拉強度可以有效地提高“抗”的作用。
“后澆縫”和“跳倉打”是一個道理,可控制施工期間的較大溫差與收縮應(yīng)力。
以預(yù)防為主。在設(shè)計階段就應(yīng)考慮到可能漏水的內(nèi)排水措施以及施工后的經(jīng)濟可靠堵漏方法,這才是較為合理的裂縫控制原理。
2.2 裂縫控制的施工措施
嚴(yán)格控制混凝土施工配合比。根據(jù)混凝土強度等級和質(zhì)量檢驗以及混凝土和易性的要求確配合比。嚴(yán)格控制水灰和水泥用量。選擇級配良好的石子,減小空隙率和砂率以減少收縮量,提高混凝土抗裂強度,精細(xì)骨料的含泥量應(yīng)盡量減少(1%~1.5%)。
在混凝土澆搗前,應(yīng)先將基層和模板澆水濕透,避免過多吸收水分,混凝土的澆灌振搗對混凝土密實度是很重要的,最宜振搗時間5~15s。澆搗過程中應(yīng)盡量做到既振搗充分又避免過度。
相對大塊式、厚壁的混凝土工程,控制裂縫的主要因素是水化熱降溫引起的拉應(yīng)力,所以必須盡可能減少入模溫度,薄層連續(xù)澆筑,隨后采取保溫養(yǎng)護,以減少內(nèi)外溫差。很重要的一環(huán)是緩慢降溫,越慢越好,為混凝土創(chuàng)造充分應(yīng)力松弛的條件,與此同時還要使混凝土保持良好的潮濕狀態(tài),這對增加強度和減少收縮是十分有利的。
對于薄壁結(jié)構(gòu),裂縫的主要因素是收縮,所以應(yīng)分層散熱澆灌,其后保濕養(yǎng)護很重要,無須專門的保溫。預(yù)防激烈的溫度變化與濕度變化對控制裂縫是有利的。薄壁結(jié)構(gòu)中要設(shè)法保證混凝土澆灌振搗的密實性。
混凝土樓板澆筑完畢后,表面刮抹應(yīng)限制到最小程度,防止在混凝土表面撒干水泥刮抹。并加強混凝土早期養(yǎng)護。樓板澆筑后,對板面應(yīng)及時用材料覆蓋、保溫,認(rèn)真養(yǎng)護,防止強風(fēng)和烈日曝曬。
嚴(yán)格施工操作程序,不盲目趕工。杜絕過早上磚、上荷載和過早拆模。在樓板澆搗過程中更要派專人護筋,避免踩彎面負(fù)筋的現(xiàn)象發(fā)生。通過在大梁兩側(cè)的面層內(nèi)配置通長的鋼筋網(wǎng)片,承受支座負(fù)彎矩,避免因不均勻沉降而產(chǎn)生的裂縫。
施工后澆帶的施工應(yīng)認(rèn)真領(lǐng)會設(shè)計意圖,制定施工方案,杜絕在后澆處出現(xiàn)混凝土不密實、不按圖紙要求留企口縫,以及施工中鋼筋被踩彎等現(xiàn)象。同時更要杜絕在未澆注混凝土前就將部分模板、支柱拆除而導(dǎo)致梁板形成懸臂,造成變形。
3 裂縫的處理方法。
對于一般混凝土樓板表面的龜裂,可先將裂縫清洗干凈,待干燥后用環(huán)氧漿液灌縫或用表面涂刷封閉。施工中若在終凝前發(fā)現(xiàn)龜裂時,可用抹壓一遍處理。
其它一般裂縫處理,其施工順序為:清洗板縫后用1:2或1:1水泥砂漿抹縫,壓平養(yǎng)護。
當(dāng)裂縫較大時,應(yīng)沿裂縫鑿八字形凹槽,沖洗干凈后,用1:2水泥砂漿抹平,也可以采用環(huán)氧膠泥嵌補。
當(dāng)樓板出現(xiàn)裂縫面積較大時,應(yīng)對樓板進行靜載試驗,檢驗其結(jié)構(gòu)安全性,必要時可在樓板上增做一層鋼筋網(wǎng)片,以提高板的整體性。
通長、貫通的危險結(jié)構(gòu)裂縫,裂縫寬度大于0.3mm的,采用結(jié)構(gòu)膠粘扁鋼加固補強。板縫用灌縫膠高壓灌膠。寬度小于0.3mm,深度較淺的裂縫、或是裂縫中有充填物,用灌漿法很難達(dá)到效果的裂縫、以及小規(guī)模裂縫的簡易處理可采取開V型槽,然后作填充處理。