Question

混凝土裂缝的成因与控制 [建筑混凝土结构裂缝的成因及其控制措施]

Answer 1

　　建筑物钢筋混凝土结构的普遍应用，伴随着商品混凝土的推广，建筑楼面出现裂缝的机率在增加，日益受到社会人士关注；专家认为控制裂缝是个系统工程。楼面结构出现裂缝原因复杂，有材料、温度变化等原因，也有设计、施工、使用等方面问题，而楼面沿板内预埋管线出现的裂缝尚未引起工程人员足够重视，寻找其成因，利于有目的进行裂缝控制。
　　混凝土；裂缝；成因；控制
　　混凝土工程中材料的特性决定了结构较易产生裂缝，裂缝的存在会影响到建筑物的整体性、耐久性，会对钢筋产生腐蚀，是受力使用期应力集中的隐患，应当尽量在各方面给予重视，以避免裂缝的出现或把裂缝控制在许可的范围之内。
　　混凝土裂缝是混凝土类结构领域存在的质量通病，特别是大体积混凝土裂缝，多年以来一直困扰着大批工程设计及技术管理人员；如何预防和控制混凝土裂缝？是目前迫切需要解决的一道技术难题。以下，本人就西安市某地下工程为例，对大体积混凝土裂缝预防浅谈一点自己的工作经验和体会。
　　该工程位于西安市北郊，钢筋混凝土框架剪力墙结构，地下两层，现已浇筑完基础筏板，混凝土强度为C35，抗渗等级为P8，中间圆弧底部厚度为1.2m，其余大面积厚度为1m，局部地方有0.8m，0.6m，总方量为3595m2。
　　1.裂缝的成因分析
　　裂缝的形成有外荷载、结构计算模型差异、材料的收缩（主要为的混凝土收缩、温度变形）等原因造成。从技术角度来分析，有设计、施工、材料等方面问题，主要反映如下：
　　从设计方面看。楼板刚度不足：设计按多跨连续板进行配筋计算，侧重于满足结构安全，较少考虑混凝土收缩特性和温度变形等多种因素，楼板高跨比仅为L/33.6～L/35，其刚度较小对裂缝控制很不利。楼板构造配筋设计不周：设计在支座处按常规配设负筋，在中部板面不配钢筋，当板面出现温度变形和混凝土收缩，因无构造钢筋约束，板面即出现裂缝。楼板内布线欠合理：由于水电施工图由各专业设计，实际施工中出现水电管交叉叠放，或由于设计考虑管内容线面积，部分预埋管径≥D25；且设计管线位置在楼板跨中，即在单层双向配筋处，楼板有效截面受到很大程度（15～40%）削弱，成为楼板最易开裂的部位；当楼板收缩应力大于混凝土极限抗拉强度时，即出现沿管线表面呈直线状的裂缝。从房屋的空间结构来看，剪力墙刚度大，约束了剪力墙间梁板的水平向自由变形，而梁刚度又较板刚度大，因各类因素引起的水平向收缩变形均集中到剪力墙间刚度最小的板上，造成这块板开裂。膨胀剂的选用与掺量：设计未明确混凝土的限制膨胀率，只提出膨胀剂的品种和掺量范围，施工时按设计提供掺量进行配比施工，使混凝土的实际限制膨胀率不能达到最佳限制膨胀率。
　　从施工方面看。水电预埋管施工时在板内位置欠合理：预埋管位置过高或过低；位置过高时，极易在板面出现因混凝土硬化收缩产生的裂缝，也易在维修裂缝或室内装修时损坏管线；两根管线并行布置时，管线间距过小甚至并拢，更易因管线集中而产生裂缝。空载养护期不足：从楼面混凝土浇完、收光至施工材料堆放，平均空载养护期仅为一天半，人为因素过早地震动、荷载造成楼板幼龄混凝土内部受损开裂，且施工中用塔吊吊运的钢管、钢筋等周转材料因受剪力墙钢筋影响多堆放在预埋管线部位。
　　从材料方面看楼板商品混凝土强度为C40，C35，C30，其收缩变形值为同标号普通混凝土的1.2～1.3倍，且商品混凝土单方用水量过大（200Kg），其中部分水在振捣时被游离出来，部分水与水泥结合成凝胶，相当大一部分为自由水仍留在混凝土孔隙中，成为混凝土干缩的隐患。楼板拆模后，板面和板底长期裸露在大气中，后期施工的细石混凝土面层养护期过后也长期处于干燥环境中。正是这种环境效应（受温度、湿度、风力影响使水泥石毛细孔、凝胶孔内的自由水由表及里逐渐蒸发），和尺寸效应（楼板裸露面积大，厚度薄）的共同影响，使楼板较其它构件更易出现干缩裂缝。
　　混凝土的干缩、温度收缩、收缩是要因，而由于施工管线预埋欠合理、楼板刚度不足、材料等多重原因综合，使本工程楼板沿预埋管线处出现大量裂缝。
　　2.裂缝的控制措施
　　总体而言。设计措施：增配构造筋提高抗裂性能，配筋应采用小直径、小间距。全截面的配筋率应在0.3～0.5%之间。避免结构突变产生应力集中，在易产生应力集中的薄弱环节采取加强措施。在易裂的边缘部位设置暗梁，提高该部位的配筋率，提高混凝土的极限拉伸。在结构设计中应充分考虑施工时的气候特征，合理设置后浇缝，在正常施工条件下，后浇缝间距20～30m，保留时间一般不小于60天。如不能预测施工时的具体条件，也可临时根据具体情况作设计变更。
　　施工措施。严格控制混凝土原材料的的质量和技术标准，选用低水化热水泥，粗细骨料的含泥量应尽量减少(1～1.5%以下)。细致分析混凝土集料的配比，控制混凝土的水灰比，减少混凝土的坍落度，合理掺加塑化剂和减少剂。浇筑时间尽量安排在夜间，最大限度降低混凝土的初凝温度。白天施工时要求在沙、石堆场搭设简易遮阳装置，或用湿麻袋覆盖，必要时向骨料喷冷水。混凝土泵送时，在水平及垂直泵管上加盖草袋，并喷冷水。根据工程特点，可以利用混凝土后期强度，这样可以减少用水量，减少水化热和收缩。加强混凝土的浇灌振捣，提高密实度。混凝土尽可能晚拆模，拆模后混凝土表面温度不应下降15℃以上，混凝土的现场试块强度不低于C5。采用两次振捣技术，改善混凝土强度，提高抗裂性。根据具体工程特点，采用UEA补偿收缩混凝土技术。对于高强混凝土，应尽量使用中热微膨胀水泥，掺超细矿粉和膨胀剂，使用高效减水剂。通过试验掺入粉煤灰，掺量15～50%。
　　具体措施。加强设计控制：梁板混凝土强度等级不宜大于C30；楼板应双层双向配筋，屋面、转换层楼面配筋宜加强；楼板内管线应避免出现交叉（将交叉部位设置在梁或墙上）；控制管线直径，使其不超过板厚的20%且≤D25；重视房屋外围护构件（外墙、屋面、门窗等）的保温设计，若使房屋具有良好的保温性能，不仅可大幅度降低房屋长期能耗，更是减少因温差变形而引起裂缝的有效手段。
　　加强施工控制：采取有效固定措施（经计算高度的钢筋撑脚，预埋管线时管扎在撑脚上或采用砂浆垫块固定）使预埋管布置在板中部；延长空载养护时间，减少早期荷载裂缝；并行走向管线间距应大于0.25m，在管线集中或交叉处设加强筋，并在上下部铺放钢丝网，宽度应大于管区100mm；控制施工期间及竣工后的门窗洞口风速，减少环境温差和风速对结构的影响。
　　通过商品混凝土生产级配中材料的替换和外加剂的合理使用，降低商品砼的水泥和水用量；配比中添加聚丙烯纤维，可有效减少早期收缩裂缝；合理选用混凝土膨胀剂（宜选用一等品），其掺量应经试配确定，来满足设计的限制膨胀率；加强养护，延长养护时间，也可在板面和板底拆模后涂刷养护剂，避免混凝土的早期干缩，确保膨胀剂产物的充分水化，使混凝土达到有效的补偿收缩作用。
　　在施工前与设计院进行沟通，精心编制施工组织设计，通过材料调换，使楼面面层与楼板混凝土一起浇捣（采取有效保护措施），同时提升上层钢筋位置，这样在不增加荷载前提下增大了楼板的刚度，将有效减少裂缝的出现。
　　只要我们以严肃的科学态度，认真查找出大体积混凝土裂缝产生的主因，在配合比设计和现场施工中采取切实有效的技术措施，混凝土裂缝问题是能够得到有效预防和控制的。
　　[1]混凝土结构工程质量施工质量验收规范（GB50204- 2002 2011年版）
　　[2]中国建筑工业出版社出版的《建筑施工手册》第四版
　　[3]混凝土外加剂应用技术规范（GB50119-2003）