地下结构裂缝原因分析与控制__墨水学术,论文发表,发表论文,职称

所属栏目：机械论文范文发布时间：2011-02-25浏览量:590

副标题#e#摘要：在多年的施工现场管理过程中发现砼裂缝现象极为普遍，裂缝的产生原因也很多，裂缝的产生会对砼结构的强度和耐久性产生很大影响，并直接影响建筑物的使用功能和安全运行。本文主要分析建筑结构裂缝产生的各种原因，提出从材料、设计施工和维护方面控制裂缝的技术措施。
　　关键词：地下结构裂缝；原因分析与控制；进行科学管理。
　　前言:钢筋砼结构出现裂缝是不可避免的，在保证结构安全和耐久性的前提下，裂缝是人们可接受的材料特征；但是为尽量避免裂缝的发生，对建筑物使用功能有所提高和安全运行有所保障。建设部对此十分重视，召开多次学术研讨会，工程界各方专家提出许多技术措施，认为控制裂缝是个系统工程。针对地下工程裂渗比较普遍的现象，我国研制许多新型防水材料，建设部提出今后主要开发应用环保型的中、高档防水材料，刚柔结合，全面提高我国防水工程的质量和耐久性。
　　本人经过长期的施工科学分析和大量工程实践，提出一些在钢筋砼施工过程中对结构裂缝的防范与控制措施，供工程界参考，在应用当中仍存在的不妥欠缺之处望指正。
　　一、结构裂缝产生的原因
　　结构裂缝产生的原因很复杂，根据国内外的调查资料，引起裂缝有两大类原因，一种由外荷载（如静、动荷载）的直接应力和结构次应力引起的裂缝，其机率约20%左右；一种是结构因温度、膨胀、收缩、徐变和不均匀沉降等因素由变形变化引起的裂缝，其机率约80%左右.裂缝是发生其实与材料、设计、施工和维护有着密切的关联，现综上原因作出以下分析。
　　（一）材料缺陷
　　在变形裂缝中收缩裂缝占有80%左右的比例，从砼的性质来说大概有：
　　1.干燥收缩
　　经长期工程实践和科学分析、研究表明，水泥加水后变成水泥硬化体，其绝对体积减小。每100克水泥水化后的化学减缩值为7～9ml，如砼水泥用量为350kg/m3，则形成孔缝体积约在25～30L/m3之间。这是砼抗拉强度低和极限拉伸变形小的根本原因。
　　2.温差收缩
　　水泥水化是个放热过程，其水化热为165～250焦尔/克，随砼水泥用量提高，其绝热温升可达50～80℃。研究表明，当砼内外温差10℃时，砼易产生冷缩，当其产生的冷缩值大于砼的极限拉伸值时，则引起结构开裂。
　　3.塑性收缩
　　砼初凝之前出现泌水和水份急剧蒸发，引起失水收缩，此时骨料与水泥之间也产生不均匀的沉缩变形，它发生在砼终凝之前的塑性阶段，故称为塑性收缩。其收缩量可达1％左右。在砼表面上，特别在抹压不及时和养护不良的部位出现龟裂，宽度达1～2mm，属表面裂缝。水灰比过大，水泥用量大，外加剂保水性差，粗骨料少，振捣不良，环境温度高，表面失水大等都能导致砼塑性收缩而发生表面开裂现象。
　　4.自生收缩
　　密封的砼内部相对湿度随水泥水化的进展而降低，称为自干燥。自干燥造成毛细孔中的水分不饱和而产生负压，因而引起砼的自生收缩。高水灰比的普通砼（OPC）由于毛细孔隙中贮存大量水分，自干燥引起的收缩压力较小，所以自生收缩值较低而不被注意。但是，低水灰比的高性能砼（HPC）则不同，早期强度较高的发展率会使自由水消耗较快，以至使孔体系中的相对湿度低于80%.而HPC结构致密，外界水泥很难渗入补充，在这种条件下开始产生自干收缩。
　　5.减水剂的影响
　　人们发现，自八十年代中期推广商品（泵送）砼以来，结构裂缝普遍增多，这是为什么呢？除了与砼的水泥用量和砂率提高有关外，人们忽视了减水剂引起的负面影响。例如过去干硬性及预制砼的收缩变形约为4～6×10-4，而现在泵送砼收缩变形约为6～8×10－4，使得砼裂缝控制的技术难度大大增加。
　　（二）设计问题
　　钢筋砼结构是由砼和钢筋共同承担极限状态的承载力，结构设计师根据地基情况，静、动荷载、环境因素、结构耐久性等控制#p#副标题#e#荷载裂缝。这里不作讨论。从国内外有关规范可知，对结构变形作用引起的裂缝问题，客观上存在两类学派：
　　第一类，设计规范规定很灵活，没有验算裂缝的明确规定，设计方法留给设计人员自由处理。基本上采取“裂了就堵、堵不住就排”的实际处理手法。
　　第二类，设计规范有明确规定，对于荷载裂缝有计算公式并有严格的允许宽度限制。对于变形裂缝没有计算规定，只按规范留伸缩缝，即留缝就不裂的设计原则。
　　大量工程实践证明，留缝与否，并不是决定结构变形开裂与否的唯一条件，留缝不一定不裂，不留缝不一定裂，是否开裂与许多因素有关。我们认为，控制裂缝应该防患于未然，首先尽量预防有害裂缝，重点在防。我国结构工程向长大化、复杂化发展，砼设计强度等级向C40～C60发展，设计师多注重结构安全，而对变形裂缝控制考虑不周，这也是结构裂缝发生增多的原因之一。
　　（三）需要正确的施工管理
　　砼配合比设计是否科学合理，水泥与外加剂是否相适应，砂石级配及其含泥量是否符合规范要求，砼坍落度控制是否合理，这些都影响到砼的质量及其收缩变形。
　　砼浇筑震捣不均匀密实，施工缝和细部处理马虎，会带来结构开裂的后患；过震则使浮浆过厚，抹压又不及时，则砼表面出现塑性裂缝，十分难看。
　　边墙拆摸板不要过早砼浇制3天内的，砼水化热正处于高峰，内外温差最大，砼易“感冒”开裂；建议一般有抗裂、抗渗要求的砼墙新模实践录适宜在3天以后。
　　砼养护十分重要，但许多施工单位忽视这一环节，尤其是墙体和柱梁的保温保湿养护不到位，容易产生收缩裂缝。某些露天构筑物尽管当地湿度很大，但由于吹风影响，加速了砼水分蒸发速度，亦即增加干缩速度，容易引起早期表面裂缝，风速对水分蒸发速度的影响见表2.这也许是夏季比秋冬季，南方比北方出现结构裂缝较多的原因。对此建议砼工程经浇制过了初凝时间，尽快对砼体构件进行塑料薄膜覆盖，采取自防保温养护措施。
　　从已建工程调查中发现，底板养护较好，出现裂缝概率较低，而底板上外墙裂缝概率很高约占80％，这与保温保湿养护不足有很大关系。
　　除上述技术因素外，施工管理不严，赶进度，偷工减料，工人素质差，施工马虎等也是造成结构裂缝的人为因素。
　　（四）对维护缺乏认识
　　我们发现不少结构是在浇筑完3～6个月，甚至在1～2年内出现裂缝。除荷载问题外，主要是环境温度和风速引起的收缩变形所致。有些地下室不及时复土；上部结构不及时做好封闭；出入口长期敞开，屋面防水层破坏不及时修补等。这些与施工和业主对结构维护缺乏认识有关。钢筋砼结构与其他物件一样都存在“热胀冷缩”的特征，尤其超长结构更为明显，所以，应重视已浇结构的保温保湿维护工作。
　　二、混凝土表面裂缝的控制
　　（一）严格控制原材料，减少混凝土自身收缩
　　1.水泥。水泥应符合国家现行标准《普通硅酸盐水泥》(GB175-92)、《矿渣硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥及粉煤灰硅酸盐水泥》(GB1344-92)。水泥颗粒愈细，硬化时收缩越大，矿渣水泥咻水性较差，泌水性较大，干缩性较普通水泥大，应优选普通硅酸水泥。大体积混凝土应选用发热量较低的水泥，防止混凝土内外温差较大发生裂缝。
　　2.细骨料。细骨料宜选用中砂，细度模数控制在2.4-3.0，砂子过粗，拌制的混凝土易产生离析、泌水现象。砂子过细，水泥用量较多，增加混凝土自身收缩量。砂子级配要良好，减少颗粒间空隙，减少水泥用量。砂子中的有害物质如云母、硫酸盐及硫化物、有机质、粘土、淤泥等能降低混凝土强度和耐久性，增大混凝土的干缩性，使用前应进行检测，控制在标准以内。
　　3.粗骨料。粗骨料级配应合理，减小粗骨科空隙率，在满足施工要求前提下，粗骨料最大粒径尽量增大，以节约水泥，提高#p#副标题#e#混凝土密实度。控制粗骨料的针、片状含量，减少混凝土的薄弱层面。
　　4.配合比。科学设计配合比，确定适且的水灰比、水泥用量、砂率。在保证强度的前提下，不宜过多增加水泥用量，坍落度不宜过大。大体积混凝土配比设计要考虑选用适宜的掺和料和缓凝减水型外加剂，减少混凝土单位用水量，降低水泥早期水化热。
　　（二）加强施工过程控制
　　1.拌和。拌制混凝土时，必须严格遵守实验室签发的配料单进行配料，水、水泥、砂、石子均应以重量计，不得以车、锨数计量。称量偏差控制在允许偏差范围内。拌和程序和拌和时间应通过试验决定，并严格控制。有资料证明，离差系数Cv值小的混凝土相应的抗裂能力就高，出现裂缝的机率就小。Cv值应控制在0.15以内。
　　2.降低混凝土浇筑温度。降低混凝土浇筑温度应从降低混凝土出机口温度，减少运输和仓面的温度回升两方面入手。降低混凝土出机口温度采取的主要措施为：预冷骨料、遮阳防晒、洒水降温和加冰拌和。运输时对运输车进行遮阳防晒和保温措施。混凝土浇筑仓面要遮阳，减少混凝土冷量损失。
　　3.浇筑仓面控制。混凝土裂缝最先出现在混凝土的薄弱部位，所以应最大限度地减少薄弱部位出现。浇筑时应严格控制以下几方面：①不合格料严禁入仓，入仓的不合格料要清除，严禁在仓内加水。②每一浇筑层收仓要平整，不要出现台阶，否则相对应的面层混凝土部位在气温骤降情况下，应力集中易出现裂缝。③振捣混凝土时以混凝土不再显著下沉，不出现气泡，并开始泛浆为准，防止漏振、过振，以防混凝土离析或不密实产生裂缝。④因事故停仓，间歇时间不宜超过混凝土允许间歇时间，否则按施工缝处理，防止出现薄弱层。⑤同一仓面严禁使用不同强度和不同水泥的混凝土。
　　4.二次抹压。混凝土浇筑完毕，抹压成型。在混凝土初凝前进行二次抹压，消除因混凝土干缩。塑性收缩产生表面裂缝，以增加表面混凝土密实度。二次抹压对消除以上原因产生的混凝土表面裂缝效果显著。
　　5.高温季节混凝土浇筑时间控制。高温季节混凝土浇筑，混凝土中水份损失过快造成混凝土浇筑困难，又易产生干缩裂缝。浇筑时间应尽量避开大风、高温天气，赶在夜间或气温较低时进行。否则应在仓面上遮阳防晒，防止阳光直射仓面。
　　（三）养护和表面保护
　　1.浇筑完毕12h后即可开始养护，养护时间不得低于14d.高温季节和重要部位应适当加大养护力度，并用保水材料覆盖，尽量采取自防保温措施，避免风干。严禁阳光直射新浇混凝土表面，充分养护是防止混凝土干缩裂缝的重要措施。
　　2.冬季浇筑混凝土拆模时间不宜过时，一般在5d左右。拆模后应立即对混凝土面进行保温。防止混凝土突然暴露在寒冷的空气中产生温度裂缝。冬季混凝土严禁洒水养护，应采取喷涂养护剂、覆盖保水材料等措施。
　　3.当日平均气温在2-4d内连续下降6-9℃时，未满28d龄期混凝土表面必须进行保温，防止气温骤降出现裂缝。
　　4.应避免混凝土结构早龄期过水，过水会造成混凝土环境温度骤降，极易出现温度裂缝。
　　混凝土表面裂缝易发展成破坏性裂缝，对建筑结构的危害是巨大的，对混凝土裂缝的检查和处理工作十分困难。预防混凝土裂缝，必须对原材料、浇筑过程、养护和表面保护进行严格控制，防止混凝土早龄期表面裂缝的发生。
　　既然变形裂缝一般不影响承载力，但它的防水问题就值得研究思考了，根据工程调查，由裂缝引起的各种不利后果中，渗漏水占60％。水分子的直径约0.310-6mm，可穿过任何肉眼可见的裂缝，从理论上讲防水结构物是不允许裂缝的，但实际情况不是这样，工程实践表明，裂缝宽0.2mm，开始漏水量5L/h，一年后只有10mL/h，这说明裂缝逐渐自愈。当然，对有渗水裂缝要及时处理，这并不是难题。
　　
　　结束语:工程实践表明，结#p#副标题#e#构裂缝的发生的原因很复杂，也是不可避免的。如对建筑物抗裂要求过严，必将付出巨大的经济代价。科学的要求应是将其有害程度控制在允许范围内。这些关于裂缝的预测、预防和处理工作，统称之为“建筑物的裂缝控制”。我国科技界和工程界正在不断探索，有许多成功经验值得借鉴。