《混凝土裂缝》word版.doc

混凝土裂缝摘要:混凝土在建筑结构中应用广泛,作为道路桥梁的主要结构用材,由于荷载、温度问题等因素,容易产生开裂,从而降低混凝土的刚度,引起内部钢筋腐蚀,使建筑物达不到设计的要求,本文首先分析了混凝土裂缝产生的原因,进而对混凝土裂缝的控制提出了相应的建议。关键词:混凝土裂缝;载荷;应力一、引言混凝土因其取材广泛、价格低廉、抗压强度高、水泥混凝土具有刚度大、强度高、板体性好、使用寿命长、并且耐火性好、不易风化、养护费用低的优点,成为当今世界建筑结构中使用最广泛的建筑材料。但混凝土的抗拉能力差,在施工和使用过程中,因混凝土的材质和施工工艺问题,或因荷载、温度问题等等因素,容易产生开裂,这将会降低混凝土的刚度,引起内部钢筋腐蚀,使建筑物达不到设计的使用耐久年限,从而严重影响混凝土的整体性能。本文试图从混凝土材料性能出发,对各类混凝土裂缝产生的原因进行分析,提出相应的防治措施,以求给广大工程技术人员在实践中带来借鉴和参考。二、混凝土裂缝成因分析(一)荷载引起的裂缝荷载裂缝由荷载引起。即混凝土桥梁在直接应力(常规静、动荷载,即外荷载)及次应力(外载引起的次生应力)作用下产生的裂缝。根据作用应力类型可分为直接应力裂缝和次应力裂缝两种。荷载裂缝多出现在受拉区、受剪区或振动严重部位;但如果受压区出现起皮或有沿受压方向的短裂缝,往往是截面尺寸偏小、结构达到承载极限的标志,是结构破坏的前兆,必须加倍注意并及时处理。1直接应力裂缝。直接应力裂缝产生的原因有:(1)设计计算阶段,混凝土桥梁承载能力偏小,结构安全系数不够。主要是结构计算时有载荷漏项,或计算模型不合理,或结构受力假设与实际受力不符,或内力与配筋计算错误,或钢筋位置设置不当,或断面尺寸不足等等。(2)施工阶段,施工工艺或施工组织问题,引起直接应力增加。(3)使用阶段,超载使用或遇意外自然灾害。2次应力裂缝。产生次应力裂缝的原因主要有以下几方面:(1)在设计外荷载作用下,因桥梁结构的实际工作状态同常规计算有出入,会在某些部位产生次应力而导致结构开裂。(2)桥梁结构中经常需要凿槽、开洞等,在常规计算中难以用准确的图式进行模拟计算,一般根据经验设置受力钢筋。大量研究资料表明,受力构件挖孔后,力流将产生绕射现象,在孔洞附近密集,产生巨大的应力集中而引起桥梁结构件出现次生裂缝。另对长跨的预应力连续梁,经常在跨内要根据截面内力进行截断钢束并设置锚头,使用中发现在锚固断面附近易产生次应力裂缝。因此,在设计和施工中,对桥梁结构的转角处或构件形状突变处以及受力钢筋截断处,应进行多重考虑和规范处理,以控制裂缝的产生。(二)温度变化引起的裂缝混凝土具有热胀冷缩的性质,当外部环境或结构内部温度发生变化,混凝土将发生变形;若变形遭到约束,则在结构内部将产生应力;应力超过混凝土抗拉强度时即产生温度裂缝。温度裂缝区别于其它裂缝最主要特征是:裂缝会随温度的变化而扩张或合拢。引起温度变化主要因素有:(1)年平均温差引起的均匀温差。(2)日照引起的梯度温差。(3)水化热。(三)地基基础变形引起的裂缝由于基础竖向不均匀沉降或产生水平方向位移,使结构中产生的附加应力超出混凝土结构的抗拉能力,可导致结构开裂。基础不均匀沉降的主要原因有:(1)地质勘察精度不够、试验资料不准,没有充分掌握地质情况就设计、施工,这是造成地基不均匀沉降的主要原因。(2)地基地质差异太大,建造在山区沟谷的桥梁,河沟处的地质与山坡处的地质变化较大,河沟中甚至存在软弱地基,地基土由于不同压缩性而引起不均匀沉降。(3)结构荷载差异太大,在地质情况比较一致的条件下,各部分基础荷载差异太大时,有可能引起不均匀性沉降。(4)结构基础类型差别大同一联桥梁中,混合使用不同基础,如扩大基础和桩基础;或同时采用桩基础,但桩径或桩长差别大时;或同时采用扩大基础,但基底标高差异大时,均可能引起地基不均匀沉降。(5)分期建造的基础在原有桥梁基础附近新建桥梁时,如分期修建的高速公路左右半幅桥梁,新建桥梁荷载或基础处理时引起地基土重新固结,均可能对原有桥梁基础造成较大沉降。(6)地基冻胀在低于零度的条件下,含水率较高的地基土因冰冻而膨胀,一旦温度回升,冻土融化,地基下沉。因此,地基的冰冻或融化均可造成不均匀沉降。(四)施工工艺质量引起的裂缝在混凝土结构浇筑、构件制作、起模、运输、堆放、拼装及吊装过程中,若施工工艺不合理、施工质量低劣,容易产生各种裂缝,特别是细长薄壁结构更容易出现。比较典型的有以下几种:(1)混凝土保护层过厚,或乱踩已绑扎的上层钢筋,使承受负弯矩的受力筋保护层加厚,导致构件的有效高度减小,形成与受力钢筋垂直方向的裂缝;(2)混凝土不密实、不均匀,出现蜂窝、麻面、空洞,导致钢筋锈蚀或成为其它荷载裂缝的起源点。混凝土浇筑过快,或混凝土流动性较低,在硬化前因混凝土沉实不足,硬化后沉实过大,容易在浇筑数小时后发生裂缝,既塑性收缩裂缝。混凝土初期养护时急剧干燥等等,会使得在混凝土表面上出现不规则的收缩裂缝。混凝土搅拌、运输时间过长,使水分蒸发过多,引起混凝土塌落度过低,浇筑后在混凝土体积上形成不规则的收缩裂缝;(3)混凝土分层或分段浇筑时,接头部位处理不好,易在新旧混凝土和施工缝之间出现裂缝;(4)用泵送混凝土施工时,为保证混凝土的流动性,水和水泥用量增加;或因其它原因加大了水灰比,均会导致混凝土凝结硬化时收缩量增加,使得混凝土体积上出现不规则裂缝。(五)施工材料质量引起的裂缝混凝土主要由水泥、砂、骨料、拌和水及外加剂组成,其所用材料质量不合格,就可能导致结构出现裂缝。(1)水泥。水泥安定性不合格,或出厂强度不足,或受潮,或过期使用,或碱量较高,并又使用了碱活性骨料等等,均可能导致混凝土开裂。(2)砂、石骨料。砂石粒径太小、级配不良、空隙率大,将导致水泥和拌和水用量加大,影响混凝土的强度,使混凝土收缩加大;如果使用超出规定的特细砂,后果更严重。砂石中云母的含量较高,将削弱水泥与骨料的粘结力降低混凝土强度。砂石中含泥量高,不仅将造成水泥和拌和水用量加大,而且还降低混凝土强度和抗冻性、抗渗性。砂石中有机质和轻物质过多,将延缓水泥的硬化过程,降低混凝土强度,特别是早期强度。砂石中硫化物可与水泥中的铝酸三钙发生化学反应,导致体积膨胀。砂、石骨料若具碱活性又用了高碱水泥,可能发生碱骨料反应产生体积膨胀而开裂。(3)拌和水及外加剂。拌和水或外加剂中氯化物等杂质含量较高时对钢筋锈蚀有较大影响,故不能采用海水或含碱肥皂水等拌制混凝土,还必须慎用含氯外加剂。三、混凝土裂缝的控制(一)控制应力裂缝的措施1控制直接应力裂缝:(1)全面系统地分析结构的受力状态,建立符合结构受力状态的计算模型,采用多种方法进行结构计算并相互校核,做到计算准确、构造合理、说明全面。(2)施工单位在施工前应对设计文件进行复核,弄清设计意图,严格按照设计文件和施工规范要求施工。(3)做好桥梁使用阶段的养护、管理与维修,限制超载车辆通过。2控制次应力裂缝:(1)拟定结构尺寸时,尽量减少结构形状突变,必要的结构形状变化可以采用曲线变化或多次变化,以减小结构形状突变引起的次应力。(2)在结构开洞、开槽或其他结构突变处设置足够数量的抗裂钢筋。(3)计算预应力钢束张拉引起的次应力,与其他荷载内力组合进行结构配筋计算。(4)计算混凝土收缩引起的次应力,与其他荷载内力组合进行结构配筋计算。(二)控制温度裂缝的主要方法(1)认真研究当地的气象资料,日照和骤然降温引起的结构温度梯度差是温度引起桥梁裂缝的主要原因;(2)解决水化热引起的混凝土裂缝应根据实际情况,尽量选择水化热低的水泥品种,限制单位混凝土水泥用量,减小骨料入模温度,以降低内外温差,并缓慢降温,必要时可采用循环冷却系统进行内部散热或采用薄层连续浇筑以加快散热。(三)控制基础不均匀沉降引起裂缝的措施(1)地质勘察。勘探点的位置、数量和勘探深度要满足设计要求;(2)桩基础的选择要根据上部结构和地质情况综合确定;(3)基底的埋深要考虑冻土的影响;(4)为防止基础不均匀沉降引起的裂缝,除根据上部结构和地质情况合理的确定基础外,对于连续梁等上部结构尚应把基础不均匀沉降作为荷载考虑;(5)拱桥的基础除满足竖向承载能力外,关键应限制基础的水平位移;(6)对于长条形基础,除根据上部结构和地质情况确定基础的强度和刚度外,尚须控制基础变形和基础抗剪切能力,在条件允许的情况下宜设置沉降缝;(7)分期施工的基础,新建基础的承载能力要比原有基础适当提高;(8)桥梁建成后,要防止地质条件发生变化。(四)在选材方面(1)尽量选用低热或中热水泥,如矿渣水泥、粉煤灰水泥等;(2)减少水泥用量,将水泥用量尽量控制在450kg/m3以下;(3)降低水灰比,一般混凝土的水灰比控制在0.6以下;(4)改善骨料级配,掺加粉煤灰或高效减水剂等来减少水泥用量,降低水化热;(5)改善混凝土的搅拌加工工艺,在传统的“三冷技术”的基础上采用“二次风冷”新工艺,降低混凝土的浇筑温度;(6)在混凝土中掺加一定量的具有减水、增塑、缓凝等作用的外加剂,改善混凝土拌合物的流动性、保水性,降低水化热,推迟热峰的出现时间;(7)高温季节浇筑时可以采用搭设遮阳板等辅助措施控制混凝土的温升,降低浇筑混凝土的温度;(8)大体积混凝土的温度应力与结构尺寸相关,混凝土结构尺寸越大,温度应力越大,因此要合理安排施工工序,分层、分块浇筑,以利于散热,减小约束。