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鋼筋混凝土裂縫的機(jī)理與控制策略研究
作者:任長(zhǎng)軍來源:《美與時(shí)代》日期:2014-04-22人氣:1020
通常在鋼筋混凝土受彎構(gòu)件中,如果混凝土抗拉強(qiáng)度低于混凝土拉應(yīng)力,將會(huì)發(fā)生裂縫,這種荷載所導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)性裂縫在設(shè)計(jì)過程中必須要充分考慮。此外,還存在非結(jié)構(gòu)性裂縫。一般而言,非結(jié)構(gòu)性裂縫形成因素較多,難以量化計(jì)算,因此要規(guī)范設(shè)計(jì)以及施工。近年來,裂縫控制方法研究取得了新的進(jìn)展,我國(guó)主要通過規(guī)范裂縫寬度來進(jìn)行控制,而國(guó)外主要是通過設(shè)置鋼筋應(yīng)力以及間距來實(shí)現(xiàn)控制。通常情況下,運(yùn)用裂縫寬度控制方法要注意預(yù)測(cè)短期裂縫寬度以及長(zhǎng)期裂縫寬度,同時(shí)還要明確裂縫寬度限值的最大與最小取值。本文在分析鋼筋混凝土裂縫的機(jī)理的前提下,具體闡述了鋼筋混凝土裂縫的控制策略。
一、鋼筋混凝土裂縫機(jī)理概述
(一)裂縫限制分析
通常情況下,有限制的裂縫在設(shè)計(jì)過程中是允許的,裂縫能夠自行愈合。就其機(jī)理而言,主要是由于硬化水泥漿體中氫氧化鈣在接觸周圍空氣、水份中的二氧化碳后,形成碳酸鈣,進(jìn)而與氫氧化鈣結(jié)晶聚于鋼筋混凝土裂縫內(nèi),發(fā)生力學(xué)粘結(jié)效應(yīng),致使裂縫被密封,難以自行愈合。一般認(rèn)為,將裂縫寬度控制在0.20mm以下,能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)愈合。但就人流頻繁地帶,例如地鐵、車站等地區(qū)來講,為了提高防水性能,裂縫限制嚴(yán)格,尤其是降雨量大的區(qū)域,必須要防止出現(xiàn)大的裂縫。
(二)混凝土?xí)r變特性分析
混凝土基本組成部分是砂、水泥、石子以及水,當(dāng)混凝土出現(xiàn)硬化現(xiàn)象后,一定程度上加大了單位體積重量,這主要是由于混凝土級(jí)配更具有合理性,在凝結(jié)硬化過程中產(chǎn)生收縮,使孔隙得到密實(shí)。這種凝結(jié)硬化收縮由于機(jī)理、條件不同,主要分為三種類型:第一,分塑性收縮;第二,自生收縮;第三,干燥收縮。在混凝土凝結(jié)硬化中,其極限拉應(yīng)力作為一個(gè)變量因素,強(qiáng)度直到一個(gè)月左右才能穩(wěn)定。除此之外,還存在溫度收縮,主要是由混凝土內(nèi)部與表面溫差或者環(huán)境溫差所引起的一種收縮。當(dāng)溫差越大時(shí),溫度拉應(yīng)力將會(huì)相應(yīng)增大,當(dāng)超過混凝土極限拉應(yīng)力時(shí),混凝土就會(huì)產(chǎn)生開裂現(xiàn)象。
(三)混凝土開裂機(jī)理
相關(guān)的研究表明,假設(shè)混凝土初始硬化溫差處在不受力的狀況下,那么能夠?qū)崿F(xiàn)自由收縮變形,此時(shí)混凝土內(nèi)部無應(yīng)力。當(dāng)混凝土在外部約束固定條件下,其長(zhǎng)度不能自由發(fā)生改變,混凝土內(nèi)產(chǎn)生拉應(yīng)力,基于這種應(yīng)力作用的前提下,將會(huì)產(chǎn)生徐變現(xiàn)象,致使原有拉應(yīng)力值下降,降為凈拉應(yīng)力值,如果凈拉應(yīng)力大于或者與抗拉強(qiáng)度等同,就會(huì)出現(xiàn)開裂。由此可知,混凝土開裂的影響因素主要有五個(gè)方面:第一,收縮;第二,約束;第三,彈性模量;第四,徐變;第五,抗拉強(qiáng)度。
二、鋼筋混凝土裂縫控制策略研究
(一)收縮裂縫控制
1.塑性收縮裂縫控制
塑性收縮裂縫主要分為兩種,即塑性干縮裂縫以及塑性沉降裂縫。就塑性干縮裂縫而言,塑性收縮主要是由于新拌混凝土在凝結(jié)中接觸表面水份,而引起的一種干縮裂縫,其機(jī)理可以運(yùn)用毛細(xì)水拉力來進(jìn)行闡述,當(dāng)毛細(xì)孔隙水在蒸發(fā)作用下出現(xiàn)減少時(shí),容易導(dǎo)致彎液面生成拉力,塑性收縮值較高??刂扑苄允湛s開裂的方法主要可以從八個(gè)方面來闡述:一是降低混凝土入模溫度;二是濕潤(rùn)混凝土上方空氣;三是設(shè)置風(fēng)障與遮蔭棚;四是將攪拌時(shí)間控制在合理范圍內(nèi);五是縮短養(yǎng)護(hù)時(shí)間;六是于澆筑前潤(rùn)濕模板以及底板;七是澆筑后及時(shí)利用塑料膜進(jìn)行覆蓋;八是通過壓光消除施工后的抹面塑性裂縫。就塑性沉降裂縫來講,其部位與方向明確,主要措施表現(xiàn)在六個(gè)方面:一是盡可能地降低混凝土坍落度;二是在高度差處設(shè)置施工縫,可以采用分層澆筑法進(jìn)行施工縫處理;三是增加表面鋼筋保護(hù)層厚度;四是振搗方式合理,并科學(xué)外摻引氣劑;五是穩(wěn)定模板剛度及地基;六是表面實(shí)施抹平與壓光消除較淺沉降裂縫。
2.自生收縮裂縫控制
自生收縮作為一種水泥水化作用下的收縮,依據(jù)常規(guī)干縮測(cè)定方法,其收縮值為干縮值與自生收縮值總和。一般而言,自生收縮需要進(jìn)行測(cè)定,避免與環(huán)境濕度發(fā)生交換。在實(shí)際工程應(yīng)用過程中,需要具體問題具體分析,當(dāng)利用高強(qiáng)混凝土?xí)r,必須要注意自生收縮危害,例如在施工現(xiàn)場(chǎng),要完善標(biāo)號(hào)較低混凝土自生收縮,及時(shí)進(jìn)行加水養(yǎng)護(hù),通常情況下其控制策略與防止塑性干縮措施具有一致性。
3.凝結(jié)硬化收縮裂縫控制
凝結(jié)硬化收縮裂縫控制主要可以從四個(gè)方面來進(jìn)行:第一,在混凝土配制過程中,使用低收縮量材料,盡可能減少拌和水用量,提高粗骨料含量;第二,降低混凝土干燥速率,有效控制表層水份損失,強(qiáng)化養(yǎng)護(hù)時(shí),尤其是早期養(yǎng)護(hù),模板外側(cè)保持濕潤(rùn),在保證混凝土強(qiáng)度符合標(biāo)準(zhǔn)的前提下松開模板,進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。在澆筑混凝土后防止干燥空氣進(jìn)入;第三,在混凝土中,采用膨脹水泥進(jìn)行配制,最大限度地補(bǔ)償收縮混凝土,預(yù)防開裂;第四,實(shí)施后澆帶申縮縫,運(yùn)用分段間隔澆筑方法,減少約束應(yīng)力。
(二)溫度收縮裂縫控制
對(duì)于溫度收縮裂縫控制而言,首先要降低水化熱及其釋放速度減少水泥用量,摻加粉煤灰等礦料,采用低熱水泥,降低水化熱。其次,降低混凝土入模溫度,控制投料時(shí)的原材料溫度,一般采用冷水或冰水來降低混凝土的溫度。同時(shí),控制散熱過程,防止混凝土表面溫度出現(xiàn)驟然變化,改善混凝土熱學(xué)性能,最大限度地提高混凝土抗拉性能,降低混凝土的熱膨脹系數(shù),防止溫度收縮開裂。再者,設(shè)置構(gòu)造鋼筋,控制裂縫寬度,限制其發(fā)展,減少裂縫間距,將裂縫寬度控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。
三、結(jié)語(yǔ)
綜上所述,混凝土收縮開裂影響因素復(fù)雜,為了有效預(yù)防開裂現(xiàn)象的發(fā)生,盡可能地提高抗裂強(qiáng)度,必須要強(qiáng)調(diào)原材料的選用以及配合比設(shè)計(jì),強(qiáng)化溫度控制,嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)施工要求,加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)管理,結(jié)合后澆帶與構(gòu)造配筋等控制開裂策略,從而防止開裂。
【參考文獻(xiàn)】
[1]王鐵夢(mèng).工程結(jié)構(gòu)裂縫控制[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,1997
[2]尹玉先.建筑技術(shù)混凝土早期收縮裂縫成因分析及控制措施[J].科學(xué)技術(shù)與工程,2007(04)
[3]姜德民,高振林,程海麗.住宅墻體混凝土裂縫的分析與控制[M]. 北京:北方工業(yè)大學(xué)出版社,2002
一、鋼筋混凝土裂縫機(jī)理概述
(一)裂縫限制分析
通常情況下,有限制的裂縫在設(shè)計(jì)過程中是允許的,裂縫能夠自行愈合。就其機(jī)理而言,主要是由于硬化水泥漿體中氫氧化鈣在接觸周圍空氣、水份中的二氧化碳后,形成碳酸鈣,進(jìn)而與氫氧化鈣結(jié)晶聚于鋼筋混凝土裂縫內(nèi),發(fā)生力學(xué)粘結(jié)效應(yīng),致使裂縫被密封,難以自行愈合。一般認(rèn)為,將裂縫寬度控制在0.20mm以下,能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)愈合。但就人流頻繁地帶,例如地鐵、車站等地區(qū)來講,為了提高防水性能,裂縫限制嚴(yán)格,尤其是降雨量大的區(qū)域,必須要防止出現(xiàn)大的裂縫。
(二)混凝土?xí)r變特性分析
混凝土基本組成部分是砂、水泥、石子以及水,當(dāng)混凝土出現(xiàn)硬化現(xiàn)象后,一定程度上加大了單位體積重量,這主要是由于混凝土級(jí)配更具有合理性,在凝結(jié)硬化過程中產(chǎn)生收縮,使孔隙得到密實(shí)。這種凝結(jié)硬化收縮由于機(jī)理、條件不同,主要分為三種類型:第一,分塑性收縮;第二,自生收縮;第三,干燥收縮。在混凝土凝結(jié)硬化中,其極限拉應(yīng)力作為一個(gè)變量因素,強(qiáng)度直到一個(gè)月左右才能穩(wěn)定。除此之外,還存在溫度收縮,主要是由混凝土內(nèi)部與表面溫差或者環(huán)境溫差所引起的一種收縮。當(dāng)溫差越大時(shí),溫度拉應(yīng)力將會(huì)相應(yīng)增大,當(dāng)超過混凝土極限拉應(yīng)力時(shí),混凝土就會(huì)產(chǎn)生開裂現(xiàn)象。
(三)混凝土開裂機(jī)理
相關(guān)的研究表明,假設(shè)混凝土初始硬化溫差處在不受力的狀況下,那么能夠?qū)崿F(xiàn)自由收縮變形,此時(shí)混凝土內(nèi)部無應(yīng)力。當(dāng)混凝土在外部約束固定條件下,其長(zhǎng)度不能自由發(fā)生改變,混凝土內(nèi)產(chǎn)生拉應(yīng)力,基于這種應(yīng)力作用的前提下,將會(huì)產(chǎn)生徐變現(xiàn)象,致使原有拉應(yīng)力值下降,降為凈拉應(yīng)力值,如果凈拉應(yīng)力大于或者與抗拉強(qiáng)度等同,就會(huì)出現(xiàn)開裂。由此可知,混凝土開裂的影響因素主要有五個(gè)方面:第一,收縮;第二,約束;第三,彈性模量;第四,徐變;第五,抗拉強(qiáng)度。
二、鋼筋混凝土裂縫控制策略研究
(一)收縮裂縫控制
1.塑性收縮裂縫控制
塑性收縮裂縫主要分為兩種,即塑性干縮裂縫以及塑性沉降裂縫。就塑性干縮裂縫而言,塑性收縮主要是由于新拌混凝土在凝結(jié)中接觸表面水份,而引起的一種干縮裂縫,其機(jī)理可以運(yùn)用毛細(xì)水拉力來進(jìn)行闡述,當(dāng)毛細(xì)孔隙水在蒸發(fā)作用下出現(xiàn)減少時(shí),容易導(dǎo)致彎液面生成拉力,塑性收縮值較高??刂扑苄允湛s開裂的方法主要可以從八個(gè)方面來闡述:一是降低混凝土入模溫度;二是濕潤(rùn)混凝土上方空氣;三是設(shè)置風(fēng)障與遮蔭棚;四是將攪拌時(shí)間控制在合理范圍內(nèi);五是縮短養(yǎng)護(hù)時(shí)間;六是于澆筑前潤(rùn)濕模板以及底板;七是澆筑后及時(shí)利用塑料膜進(jìn)行覆蓋;八是通過壓光消除施工后的抹面塑性裂縫。就塑性沉降裂縫來講,其部位與方向明確,主要措施表現(xiàn)在六個(gè)方面:一是盡可能地降低混凝土坍落度;二是在高度差處設(shè)置施工縫,可以采用分層澆筑法進(jìn)行施工縫處理;三是增加表面鋼筋保護(hù)層厚度;四是振搗方式合理,并科學(xué)外摻引氣劑;五是穩(wěn)定模板剛度及地基;六是表面實(shí)施抹平與壓光消除較淺沉降裂縫。
2.自生收縮裂縫控制
自生收縮作為一種水泥水化作用下的收縮,依據(jù)常規(guī)干縮測(cè)定方法,其收縮值為干縮值與自生收縮值總和。一般而言,自生收縮需要進(jìn)行測(cè)定,避免與環(huán)境濕度發(fā)生交換。在實(shí)際工程應(yīng)用過程中,需要具體問題具體分析,當(dāng)利用高強(qiáng)混凝土?xí)r,必須要注意自生收縮危害,例如在施工現(xiàn)場(chǎng),要完善標(biāo)號(hào)較低混凝土自生收縮,及時(shí)進(jìn)行加水養(yǎng)護(hù),通常情況下其控制策略與防止塑性干縮措施具有一致性。
3.凝結(jié)硬化收縮裂縫控制
凝結(jié)硬化收縮裂縫控制主要可以從四個(gè)方面來進(jìn)行:第一,在混凝土配制過程中,使用低收縮量材料,盡可能減少拌和水用量,提高粗骨料含量;第二,降低混凝土干燥速率,有效控制表層水份損失,強(qiáng)化養(yǎng)護(hù)時(shí),尤其是早期養(yǎng)護(hù),模板外側(cè)保持濕潤(rùn),在保證混凝土強(qiáng)度符合標(biāo)準(zhǔn)的前提下松開模板,進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。在澆筑混凝土后防止干燥空氣進(jìn)入;第三,在混凝土中,采用膨脹水泥進(jìn)行配制,最大限度地補(bǔ)償收縮混凝土,預(yù)防開裂;第四,實(shí)施后澆帶申縮縫,運(yùn)用分段間隔澆筑方法,減少約束應(yīng)力。
(二)溫度收縮裂縫控制
對(duì)于溫度收縮裂縫控制而言,首先要降低水化熱及其釋放速度減少水泥用量,摻加粉煤灰等礦料,采用低熱水泥,降低水化熱。其次,降低混凝土入模溫度,控制投料時(shí)的原材料溫度,一般采用冷水或冰水來降低混凝土的溫度。同時(shí),控制散熱過程,防止混凝土表面溫度出現(xiàn)驟然變化,改善混凝土熱學(xué)性能,最大限度地提高混凝土抗拉性能,降低混凝土的熱膨脹系數(shù),防止溫度收縮開裂。再者,設(shè)置構(gòu)造鋼筋,控制裂縫寬度,限制其發(fā)展,減少裂縫間距,將裂縫寬度控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。
三、結(jié)語(yǔ)
綜上所述,混凝土收縮開裂影響因素復(fù)雜,為了有效預(yù)防開裂現(xiàn)象的發(fā)生,盡可能地提高抗裂強(qiáng)度,必須要強(qiáng)調(diào)原材料的選用以及配合比設(shè)計(jì),強(qiáng)化溫度控制,嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)施工要求,加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)管理,結(jié)合后澆帶與構(gòu)造配筋等控制開裂策略,從而防止開裂。
【參考文獻(xiàn)】
[1]王鐵夢(mèng).工程結(jié)構(gòu)裂縫控制[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,1997
[2]尹玉先.建筑技術(shù)混凝土早期收縮裂縫成因分析及控制措施[J].科學(xué)技術(shù)與工程,2007(04)
[3]姜德民,高振林,程海麗.住宅墻體混凝土裂縫的分析與控制[M]. 北京:北方工業(yè)大學(xué)出版社,2002
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