什么遮瑕笔遮斑效果好:钢筋混凝土裂缝产生的原因

来源:百度文库 编辑:偶看新闻 时间:2024/05/03 11:50:02
     钢筋混凝土裂缝产生的原因

       混凝土的开裂主要是由于混凝土中拉应力超过了抗拉强度,或由于拉伸应变达到或超过了极限拉伸值而引起的。其成因十分复杂,从内因上讲,有原材料不佳、均匀性不好、配合比不优、水化热温、自身体积变形及其热学、力学性能达不到抗裂能力的要求;有结构形式不合理,容易造成过大的应力集中;分缝、分块不恰当,难以承受外界条件和荷载的影响等。从外因上讲,有温度、湿度等环境变化,有基础、老混凝土的约束,有基础不均匀沉陷和外荷超载等,具体表现为如下。

2.1内因

2.1.1混凝土收缩

混凝土在空气中凝固期间,由于水泥的水化作用和自由水的蒸发,体积会收缩。水泥等级高、用量多、水灰比大、骨料差、振捣不密实,构件施工时最大连续边长较长,则混凝土收缩量大,产生较大的拉应力,易导致裂缝。此外值得注意的是具有高体积稳定性的高性能混凝土其早期的收缩要比普通混凝土还要大得多。

2.1.2混凝土徐变

混凝土在长期荷载作用下会发生徐变现象。混凝土的徐变是指其在长期恒载作用下,随着时间的延长,沿着作用力的方向发生的变形,一般要延续2年~3年才逐渐趋向稳定,这种变形随时间而发展。混凝土不论是受压、受拉或受弯,均会产生徐变现象。这种变形产生的应力超过混凝土抗拉强度时,就可能产生裂缝,一般情况下可达3xl0—4~15xl0—4。

2.1.3混凝土与钢筋之间粘结锚固能力不足

粘结锚固能力是混凝土与钢筋接触界面上所产生的沿钢筋纵向的剪应力,是钢筋与混凝土两者进行应力传递和协调变形的保证。混凝土强度等级低;锚固长度不足;保护层厚度和钢筋净间距较大;钢筋锈蚀严重,肋纹咬合作用降低;浇筑混凝土时,因水分气泡逸出和混凝土的泌水下沉,顶部钢筋与混凝土接触不紧密,形成强度较低的空隙层,都会造成钢筋混凝土裂缝。

2.2 外因

2.2.1荷载效应的直接作用

混凝土构件受到单调短期荷载、多次重复荷载或长期荷载作用时,当混凝土中拉应力超过了抗拉强度,或由于拉伸应变达到或超过了极限拉伸值会出现裂缝。裂缝的开展是由于钢筋外围混凝土的回缩。裂缝宽度与穿越裂缝的钢筋应力近乎成正比。在钢筋混凝土出现可见裂缝后,钢筋约束区内裂缝截面上原混凝土承受的大部分拉应力便转由穿越裂缝截面的钢筋承担。

2.2.2温度变化的影响

温度裂缝:混凝土和其它材料一样,会随着温度的变化而产生热胀冷缩变形。混凝土的温度膨胀系数为0.6x10-5~1.3xl0—5之间,一般取1.0xl0—5,即温度每改变1℃,1m混凝土将产生0.01mm的膨胀或收缩变形。混凝土的温度变形对大体积混凝土(指最小边尺寸在1m以上的混凝土结构)、纵长的混凝土结构及大面积混凝土工程等极为不利,易使这些混凝土造成温度裂缝。混凝土是不良导体,传热很慢,因此在大体积混凝土硬化初期,由于内部水泥水化放热而积聚较多热量,造成混凝土内外温差很大,从而导致混凝土内部热胀大大超过混凝土表面的膨胀变形,使混凝土表面产生较大拉应力而遭开裂破坏。新老混凝土的送合面处常出现裂缝,是由新浇筑混凝土的水化热与已冷却的老混凝土的构件温差造成的。

2.2.3基础不均匀沉降引起的裂缝

建筑地基不均匀;在基础上及其附近有地面堆载或相邻基础荷截差异较大;软弱地基上的相邻建筑距离过近;地基内有厚度较大或厚薄不均匀的填土,其自重固结尚未完成时,建筑结构或基础类型不同时都会引起基础不均匀沉降,使混凝土结构发生开裂。

2.2.4外界环境的腐蚀作用

酸碱盐腐蚀造成钢筋混凝土裂缝地基土壤中含盐量过多(>0.3%),即谓盐渍土,对混凝土和钢筋都有损害。氯盐主要是氯离子引起钢筋锈蚀造成钢筋混凝土裂缝;硫酸盐主要是与混凝土中的水化物起化学反应引起钢筋锈蚀造成钢筋混凝土裂缝。化工、燃气等工业部门中,酸、碱、盐的跑冒滴漏,对钢筋混凝土均有腐蚀作用,也会造成钢筋混凝土裂缝。
混凝土碳化造成钢筋混凝土裂缝混凝土水化过程中生产的氢氧化钙,水化硅酸钙与大气中的二氧化碳发生反应,生成碳酸钙,使钢筋失去碱性环境的保护,引起钢筋锈蚀膨胀,使混凝土发生顺筋开裂。  
此外,若混凝土保护层过薄,受酸、碱、盐、水、氧等介质的腐蚀时,容易引起钢筋锈蚀。钢筋锈蚀引起钢筋的体积膨胀,沿钢筋周围产生压应力,导致钢筋混凝土发生纵向劈裂裂缝,甚至造成保护层混凝土脱落。

2.2.5施工、设计不当

施工过程中偷工减料造成材料、强度、构件尺寸不符合设计要求。施工方法、程序不符合施工规范要求等都会降低混凝土的抗裂能力。如混凝土搅拌不均匀,振捣不密实,养护不及时;钢筋除锈不够,保护层过小;在现浇混凝土未达到设计强度时,拆除支撑模板或堆载过重;任意留设施工缝,且不认真处理。如模板支撑刚度不足或拆模过早,可能引起混凝土开裂;混凝土养护不当,特别是早期养护不好也可能引起裂缝。施工工艺低下是大体积混凝土产生裂缝的最重要原因之一。
设计不当也可能造成混凝土结构开裂,如开洞或断面突变引起应力集中、构造处理不当或各种构造缝设置不当等。

3.    预防措施

3.1内因

3.1.1 混凝土收缩、徐变引起的裂缝预防
合理选用水泥品种,减少水灰比,减少水泥用量;增大骨料含量,选用级配良好且较硬的骨料;提高混凝土的密实度;加强混凝土养护,减少早期收缩裂缝;配置适量的分布构造钢筋,减小混凝土收缩,分散裂缝,控制裂缝宽度;合理设置施工缝和预留后浇带,减小构件成型时过大的连续边长。

3.1.2混凝土与钢筋之间粘结锚固能力不足引起的裂缝预防

采取防止或减少钢筋锈蚀,钢筋锈蚀越轻或未锈蚀,粘结力越好;变形钢筋表面的肋与混凝土的咬合作用比光面钢筋与混凝土界面上的摩擦力高,粘结力更好;适当配置横向钢筋也可提高粘结强度;足够的锚固长度也不容忽视。  

3.2 外因

3.2.1荷载效应的直接作用引起裂缝的预防

合理的截面配筋形式是控制裂缝宽度的最有效方法。当按承载力极限状态确定钢筋的截面后,还应按照规范规定的构造要求布置受力钢筋和构造钢筋,就基本上能控制裂缝宽度。如当梁的截面高度>700 mm时,在梁的两侧面沿高度每隔300—400 mm设置一根直径>10 mm的纵向钢筋,并在梁两侧配置腰筋,对控制路中裂缝很有效;本着纫而密的原则布置箍筋.既满足受剪承载力计算值,又满足最大箍筋间距的构造要求,就能间接的控制斜裂缝的宽度;满足受拉纵筋的水平锚固长度是控制节点边缘垂直裂缝宽度的有效措施。最大裂缝宽度计算公式为 ,式中: -构件受力特征系数; -裂缝间纵向受拉钢筋不均匀系数; —按荷载效应的标准值组合计算的钢筋混凝土构件纵向受拉钢筋的应力; -钢筋弹性模量;c-最外层纵向受拉钢筋边缘至受拉区底边的距离; -按有效受拉混凝土截面面积计算的纵向受拉钢筋配筋率; 一钢筋直径;”从上式不难看出 随 、 、 、 c 、 增大而增大,随 、 增大而减小。

3.2.2温度变化引起裂缝的预防

温度应力主要集中在结构的顶部和底部。顶部主要是由屋盖和建筑物内部的温差引起,底部则田地基和建筑物温度的不同引起。屋面采取保温隔热措施,改善建筑物的热工性能,降低混凝土内外的温差;选择夜间或气温较低时,浇捣新老混凝土的迭合面,降低新老混凝土之间的温差;底层采取架空楼板,降低地基和建筑物间的温差;结构或构件较长时,合理设置伸缩缝避免混凝土内内应力过大;建筑物平面布置尽量匀称,电梯间等刚度大的部分尽量放在建筑物中部,减少两端边界的约束。

3.2.3基础不均匀沉降引起裂缝的预防

采取合理的建设措施:建筑的体型应力求简单,复杂体型常常削弱建筑物整体刚度,加剧不均匀沉降;调整相邻建筑物基础间距,减少地基中附加应力产生的不均匀沉降。采取合理的结构措施:采用非敏感性结构,避免采用刚性屋面防水层;采用整体刚度大的基础;减小或调整地基附加压力;增强结构整体刚度和强度;在建筑物的适当部位设置沉降缝。

3.2.5外界环境的腐蚀作用引起裂缝的预防

针对不同的腐蚀介质,合理选用与腐蚀环境相适应的水泥品种及耐腐蚀混凝土;定期在钢筋混凝土结构表面涂80保护层;采用耐腐蚀钢筋或涂刷钢筋阻锈剂;尽可能提高混凝土的密实度,适当选用强度等级较高的混凝土,增加水泥用量,添加密实剂、减水剂,减少水灰比,适当加大混凝土保护层厚度。  
对混凝土碳化引起的裂缝,可通过提高混凝土的抗压强度;合理选用水泥品种,确定水泥用量及掺加料量;减少水灰比;控制混凝土的孔隙结构、含湿状态和温度;注重混凝土的施工、早期养护和使用中的维护。
对钢筋锈蚀引起的裂缝,则要降低混凝土中氯盐等腐蚀介质含量,提高混凝土抗腐蚀的能力及密实度;适当加大混凝土保护层厚度。

3.2.6施工、设计不当引起裂缝的预防

对施工方面引起的裂缝,根据设计要求严格验收材料、强度、构件尺寸,避免或减少偷工减料现象;按照施工规范要求,确定合理的施工方法、程序,混凝土搅拌均匀,振捣密实,养护及时;钢筋除锈,保护层适中;在现挠混凝土未达到设计强度时,不得拆除支撑、模板或加载过重;正确留设施工缝,在混凝土浇捣前,确定施工缝位置,并留没在结构受剪力较小且便于施工的位置;加强混凝土的早期养护,并适当延长养护时间。养护合理能提高混凝土的抗拉强度和极限拉伸应变,要掌握最佳养护时机,特别是在气温高、湿度低或风速大的情况下,更要及早养护;采用平板振捣器振捣混凝土,为保证混凝土密实,宜施行二次振捣;混凝土终凝前,应采用铁抹子抹压一遍,以减少塑性收缩裂缝;避免在极端天气条件下施工,可以减小混凝土结构开裂的概率。
设计方面的预防措施主要有,建筑平面选型在满足使用要求的前提下要力求简单。平面复杂的建筑物,容易产生扭曲等附加应力而造成墙体及楼板开裂;合理布置纵横墙,纵墙开洞应尽可能小;控制建筑物的长高比;正确地设置沉降缝,沉降缝位置和缝宽的选定应合适,构造要合理,可以和其它结构缝合并设置;减少地基的不均匀沉降,在基础设汁中可以来取调整基础的埋置深度、不同的地基计算强度和采用不同的垫层厚度等方法来控制地基的不均匀变形;合理地调整各部分承重结构的受力情况,使荷载分布均匀,尽量防止受力过于集中;对于板的配筋,应尽量使用焊接钢筋网片,网片可以提高板的抗裂度,加工由机械操作,负筋位置也可保证。

4.    裂缝的处理

对不同的裂缝,处理的方法、时段和材料也应有所不同。一般对稳定的死缝,宜选用刚性材料;对随季节和荷载周期性变化的活缝,则使用弹性材料。对发展缓慢不稳定的裂缝,首先应消除引起延伸变形的因素,然后再作处理。对于处理过的裂缝重新被拉开、漏水或在老裂缝旁拉开新缝等问题应慎重研究其原因后再处理,这一般是选材不当所致。对处理裂缝用的材料,当以恢复结构整体性为目的,应选用具有较高强度和粘结力的材料,如环氧、甲凝等材料;而以阻水防渗为目的的,则应选用丙凝、弹性聚氨酯、水溶性聚氨酯或水玻璃类材料。裂缝处理应用最广泛的方法是化学灌浆。施工时段在过去大都选在气温最低、裂缝张开度最大时进行,造成了工期紧、处理质量不佳等缺陷。近年来实践证明,在裂缝张开度中等偏大时灌浆最好,有利于提高施工质量。

5.    总结

混凝土结构的裂缝不但会影响构件的耐久性、疲劳强度,还会使预应力混凝土发生预应力损失以及使一些超静定结构产生不利的影响,只有从设计和施工两方面共同努力,才能正确的预估混凝土裂缝可能出现的各种原因,采取有效措施,控制混凝土的裂缝,将其不利影响降到最低限度。在进行结构设计时,根据使用要求选用不同的裂缝控制等级更要重视伸缩缝、沉降缝、施工缝、混凝土保护层、钢筋的锚固接头和最小配筋率等构造措施(抗震地区要正确设置抗震缝);在施工过程中,从原材料的选用到施工工艺、技术的改进,想办法尽量避免裂缝的产生,保证结构安全,不能偷工减料和野蛮施工,还要重视经济合理的施工程序和方法。