混凝土结构裂缝成因及控制措施

混凝土结构裂缝成因及控制措施一、内容摘要现浇钢筋混凝土楼面板的裂缝，是目前较难克服的质量通病之一，住宅工程楼面出现裂缝，往往会引起投诉纠纷及索赔。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；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。混凝土工程中材料的特性决定了结构较易产生裂缝，从实践中来看施工中混凝土出现裂缝的概率也是很大的，相当一部分裂缝对建筑物的受力及正常使用无太大的危害，但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。本文以监理为主，兼顾设计和材料等方面，阐述楼面裂缝的产生原因及防治措施。二、混凝土结构裂缝成因及控制措施混凝土结构的裂缝是一个相当普遍的现象，大量工程实践以及近代科学关于混凝土强度的细观研究都表明结构物的裂缝是不可避免的，它是材料的一种特性。因此，科学地对待裂缝问题是在对裂缝进行分类、研究的基础上，采取有效的措施，将裂缝的有害程度控制在允许的范围内。本章将就混凝土结构中常见裂缝进行分类，并对结构中占主要部分的裂缝进行成因分析。混凝土结构裂缝成因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：1.1设计原因引起的裂缝楼板刚度不足：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。2）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。3）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。4）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。5）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。1.2施工原因引起的裂缝水电预埋管施工时在板内位置欠合理：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。1.3材料原因引起的裂缝楼板商品混凝土强度为C40（8层以下）C35（8—18层）C30（18层以上），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、混凝土裂缝的预防措施由于裂缝的产生是多种多样的，在混凝土结构中普遍存在且危害较大，因此，要对混凝土裂缝进行认真研究、区别对待，并在设计、施工中采取各种有效的措施来预防裂缝的出现和发展。2.1设计措施1）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。2）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。3）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。4）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。从住宅工程现浇板裂缝发生的部位分析，最普遍的是房屋四周、阳台处的房间在离开阳角1米左右，即在楼板配筋的负弯矩筋以及角部放射筋末端或外侧发生45°左右的楼地，面斜角裂缝，这在现浇板任何一种类型的建筑中都普遍存在。主要是混凝土的收缩特性和温差、沉降等作用所引起，并且越靠近屋面处的楼层裂缝越大。从设计角度看，现行设计规范侧重于强度，对温差和混凝土收缩特性等多种因素综合考虑不足，构造配筋量达不到要求。而房屋的四周阳角由于受到刚度相对较大的楼面梁约束，限制了楼面板的自由变形，因此在温差和混凝土收缩变化时，板面在配筋薄弱处首先开裂，产生45°左右的斜角裂缝。虽然楼地面斜角裂缝对结构安全使用没有影响，但在有水源等情况下会产生渗漏缺陷，容易引起住户投诉，是裂缝防治的重点。根据上述原因分析，设计单位应在房屋四周的阳角处楼面板配筋进行加强，负筋不采用分离式切断，改为沿房间全长配置，设置双层双向钢筋，阳角处钢筋间距不宜大于100㎜，钢筋直径不宜小于¢8。外墙转角处尚应设置放射钢筋，配筋范围应大于板跨的1/3，钢筋间距不宜大于100㎜，房屋长度大于50m时，在楼中部位设置后浇带加强措施。2.2施工措施1）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)。2）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。3）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。4）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。5）加强混凝土的浇灌振捣，提高密实度。6）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。7）采用两次振捣技术，改善混凝土强度，提高抗裂性。8）根据具体工程特点，采用UEA补偿收缩混凝土技术。9）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%。2.3技术措施楼面裂缝的发生除以45°斜角裂缝为主外，还有较常见的两种：1）预埋线管及线管集中处；2）施工中周转材料较集中和较频繁的吊装卸料堆放区域。施工中采取以下技术措施可以有效防止楼板面裂缝：2.1）重点加强楼面钢筋网的有效保护措施钢筋在楼面混凝土板中是受拉力，起着抵抗外荷载所产生的弯矩和防止混凝土收缩和温差发生的双重作用，而这一双重作用均需钢筋处在上下合理的保护层前提下才能确保有效。实际施工中，楼面下层的钢筋网在受到混凝土垫块及模板的依托下保护层较易正确控制。但当垫块间距放大1.5m时，钢筋网的合理保护层厚度就无法保证，所以纵横向的垫块间距限制在1㎡中放2块。于此相反，楼面上层钢筋网的有效保护，一直是施工中的一大难题。其原因：板的上层钢筋一般较细，施工中受到人员踩踏后容易变形、弯曲；各工种交叉作业，施工人员多，行走十分频繁，钢筋难免被大量踩踏；上层钢筋网的马凳间距设置过大，甚至不设。根据施工实践，楼面上上层钢筋必须设置马凳，其横向间跨不应大于700㎜，（即每㎡不少于2只），特别是对于¢8一类细小钢筋，马凳的间距应控制在600㎜以内（即每㎡不少于3只），同时采取下列措施：2.1.1）尽可能合理和科学地安排好各工种交叉作业时间，在板底钢筋绑扎后，线管预埋应及时布置，以减少板面钢筋绑扎后的作业人员数量；2.1.2）在楼梯、通道等频繁和必须通行处应搭设临时简易通道（或铺设跳板），以供施工人员通行。2.1.3）加强教育和管理，使作业人员充分重视钢筋的成品保护，行走时，应自觉沿马凳支撑点通行，减少对钢筋的踩踏；2.1.4）安排足够钢筋工在混凝土浇筑前及浇筑中及时对踩踏变形的钢筋进行修整，特别是支座端部受力最大部位及负弯矩受力最大区域（四周阳角处、预埋管线位置、大跨度房间等）应重点检查和修整；2.1.5）混凝土工在浇筑混凝土时应铺设临时活动跳板，尽量减少上层钢筋受到踩踏变形。2.2）、预埋线管处的裂缝防治特别是在楼梯处是线管集中处，容易导致现浇板裂缝。当预埋线管管径较大，房间开间大，且线管有重叠时，很容易引起板面裂缝。因此对于较粗的管线或多根线管集中处钢筋须进行加强处理。应增设抗裂短钢筋，间距≤100㎜。2.3、材料吊卸区域的楼面裂缝防治目前在主体结构施工过程中，普遍存在质量与工期的矛盾。一般主体结构的楼层施工速度在7天左右，因此当楼层混凝土浇筑完毕后不足24h的养护时间，就忙着钢筋、钢管、模板、砖块等材料的吊运施工，这样，在混凝土强度不足的情况下，板面受材料的吊卸冲击荷载引起不规则的裂缝并且这些裂缝一旦形成，就形成永久性裂缝。因此对这类裂缝应做好如下措施：2.3.1）主体施工速度不能强求过快，楼层混凝土浇筑完后应得到有效养护；2.3.2）科学安排楼层施工作业，在楼层混凝土浇筑完的24h后，可进行一些定位放线、弹性等准备工作，不允许吊装大宗材料，小宗材料应分散堆放，避免冲击荷载和集中荷载。混凝土终凝后可先分批安排少量钢筋进行绑扎，做到轻卸、轻放，第三天可开始吊装钢管、模板、砖块等材料，也应当避免集中堆放。2.4）、混凝土的养护对楼面混凝土的养护对其强度增长和各类性能的提高十分重要，特别是早期的养护可避免表面脱水减少混凝土初期收缩裂缝的生。施工中必须坚持草包或麻袋进行一周左右的养护。应特别注意避免产生贯穿裂缝，出现后要恢复其结构的整体性是十分困难的，因此施工中应以预防贯穿性裂缝的发生为主。实践证明，混凝土常见的裂缝，大多数是不同深度的表面裂缝，此说寒冷地区的混凝土保温对防止表面早期裂缝尤为重要。混凝土的早期养护，重要目的在于保持适宜的温湿条件，已达到两个方面的效果，一方面使混凝土免受不利温、湿度变形的侵蚀，防止有害的冷缩和干缩。一方面使水泥水化作用顺利进行，以期达到设计的强度和抗裂能力。混凝土的保温效果常常也有保湿的效果。从理论上分析，新浇混凝土中所含水分完全可以满足水泥水化的要求，但由于蒸发等原因，常常引起水分损失，从而推迟或妨碍水泥的水化，表面混凝土最容易受到这种不利影响。因此混凝土浇筑后的最初几天是养护的关键时期，在施工中应重视。3、混凝土结构裂缝的处理技术采取了上述措施后，由于各种原因仍可能有少量楼面裂缝发生。当这些裂缝发生后，应在楼面施工和天棚粉刷前，预先做好妥善的裂缝处理工作，然后再进行装修。根据一些经验，住宅楼地面上部的找平层较厚，可通过在找平层中增设钢丝网进行加强；楼板底则粉刷层较薄或无粉刷层，且通常无吊顶遮盖，更容易暴露裂缝，影响美观而引起投诉，建议采用复合增强纤维等材料对裂缝作粘贴加强处理，当遇到裂缝较宽，受力较大等特殊情况时采用碳纤维粘贴加强，是目前较为理想的裂缝弥补措施。三、结论与展望裂缝是混凝土结构中普遍存在的现象，它的出现不仅会降低建筑物的抗渗能力，影响建筑物的使用功能，而且会引起钢筋的锈蚀，混凝土的碳化，降低材料的耐久性，影响建筑物的承载能力，因此严格按规程、规范要求施工，严把质量关，防患于未来，尽可能的降低混凝土裂缝的出现，并对混凝土裂