工程结构裂缝成因与控制方法

8 6月 by admin

工程结构裂缝成因与控制方法

  混凝土因其取材广泛、价格低廉、抗压强度高、可浇筑成各种形状,成为当今世界建筑结构中使用最广泛的建筑材料。混凝土有裂缝是绝对的,无裂缝是相对的,所谓结构的抗裂质量,是把裂缝控制在一定的范围之内。混凝土裂缝分为荷载裂缝和非荷载裂缝,现对桥梁工程,房屋建筑工程,地下工程等裂缝进行产生原因及控制措施进行分析。
  关键词裂缝;裂缝控制方法;裂缝成因;桥梁裂缝;房屋建筑裂缝;地下工程裂缝
  Abstract Concrete material because of its wide range of inexpensive, high compressive strength, can be poured into various shapes, to become the most widely used building materials in the world today building structure. Concrete cracks is absolutely no crack is relative, the so-called structural quality of the crack, crack control within a certain range. Concrete cracks is divided into a load crack and non-load crack, and now the cracks in bridge engineering, housing construction, underground engineering, to analyze the causes and control measures.
  Key words crack; crack control methods; crack causes; bridge cracks; cracks in housing construction; cracks in underground engineering
  中图分类号 TL372+.2 文献标识码A文章编号
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  前言
   “裂缝控制”,即通过适当的技术措施,控制建筑物使其不产生有害裂缝,达到抗裂防渗的目的。近年来,钢筋混凝土的规模逐渐增大,结构形式也日趋复杂,混凝土构筑物出现的裂缝也成为了人们不可忽视的一个问题。混凝土裂缝可以分为有害裂缝和无害裂缝。而工程师们在设计中的目的应是减少无害裂缝,杜绝有害裂缝。裂缝的存在不仅会影响结构的美观和正常使用,还会削弱结构的刚度及整体性。使结构安全度降低,抗震性能差。因此,想避免在设计施工中裂缝的产生,我们应认识这些裂缝的产生原因,并制定相应的防范措施。本文将主介绍桥梁、隧道、房屋建筑混凝土裂缝的产生原因及控制措施。1
  桥梁类混凝土裂缝的分析
   桥梁在使用过程中承受的荷载分两类,第一类荷载指承受外来的动静荷载,第二类荷载指承受变形(温度膨胀收缩、地基下沉等)引起的力。由外荷载作用引起的裂缝是指荷载作用下,混凝土的拉应力超过了材料的抗拉强度致使结构开裂,这类裂缝比较明确。有变形变化引起的裂缝,主是指由温度、收缩、膨胀和不均匀沉降等引起的裂缝,这类裂缝是结构首先变形,当变形得不到满足或受到约束时就产生应力,而且应力与结构的刚度与约束情况有关,当应力超过当时的材料强度时就出现开裂,裂缝出现后变形得到满足,应力就得到释放。
   重力式桥台温度裂缝
   桥台指位于桥梁两端,支承桥梁上部结构并和路堤相衔接的建筑物。
   由于重力式桥台尺寸都比较大,所以防止水化热过大引起裂缝是重力式桥台裂缝控制的重内容。如果桥台混凝土中没有使用低热水泥或加入控制水化热的掺合料,或施工中一次性浇注完成,而没有进行分层、分块浇筑,则温度裂缝产生的可能性大大增加。
  
  图1 重力式桥台温度裂缝
  Fig.1 Temperature crack
  gravity abutment
  防止大体积混凝土水化热引起裂缝的措施主有
  采用连续薄层推移式浇筑,这可以加大散热面,一般可采用低热水泥、在受压区埋设块石、加掺合料(如粉煤灰)、埋入冷却水管、遇冷骨料、预冷水、加强养护、合理地分层分块浇筑、合理地设置伸缩缝及结构缝等方法。
  保温、保湿养护。
  合理布置分布钢筋,尽量采用小直径、密间距分布筋。
  合理选择混凝土,避免采用高强混凝土,尽量采用中低强度混凝土。
  用较低的水灰比,减少绝热温升,使混凝土水化时降低内外温差和降低降温速度,前者可以减少温差裂缝产生的可能,后者可以减少温度收缩裂缝产生的可能。
   防止过大水化热引起温度裂缝是大体积混凝土墩台温度裂缝控制的关键。2
   桥塔裂缝
   如图2所示桥塔,从该桥的受力情况来看,桥塔主以压、弯为主,如果出现受力裂缝,则是横向裂缝,但该桥塔的裂缝是竖向裂缝,出现在塔体四周的外表面,因此从裂缝的方向、分布分析可以断定桥塔的裂缝不可能是外荷载引起的受力裂缝,应该是变形裂缝。
   从环境条件来看,桥梁大多处于入海口,风况和日照环境较为恶劣,致使
  塔体截面内外侧温差大;
  外侧混凝土表面水分挥发快,产生内外表面收缩差。
   从材料特性看,塔体若采用高强混凝土,标号较高,材料脆性高,韧性差,容易产生变形裂缝。
   从桥塔的结构特点来看,产生变形裂缝的几个可能因素是
  温差与收缩差,一般外表面受环境骤然降温的影响大,水份易挥发,收缩较快,容易形成塔体内外侧不均匀的温差的收缩差,引起弯曲应力,导致外表面开裂。
  壁厚,一般当混凝土壁厚大于.5m时,就可能由于壁表面和中心之间水化热的不均匀的温差和不均匀收缩引起显著的自约束应力,导致表面开裂。
  均匀降温与收缩,塔体截面的四边在均匀降温收缩下,受到加劲梁的约束产生约束应力,这种应力可导致沿竖向贯穿壁厚的裂缝。
  
  图2 桥塔裂缝
  Fig.2 Pylon cracks
   承台大体积混凝土裂缝
   承台指的是为承受、分布由墩身传递的荷载,在基桩顶部设置的联结各桩顶的钢筋混凝土平台。
   碱——骨料反应对桥梁等混凝土结构造成了严重破坏,尤其是近十几年来水泥含碱量增加及混凝土中含碱外加剂的使用,使得混凝土含碱量剧增。承台混凝土配合比设计以安全、经济、合理为原则,按强度、工作性、耐久性等指标控制。承台采用泵送混凝土,求混凝土在不影响强度的情况下具有良好的流动性和可泵性,不出现分层离析,保水性好,粘聚性好。混凝土具备一定的抗渗、抗冻、抗各种化学侵蚀等耐久性求。一定量的粉煤灰掺入新拌混凝土中,不仅减少混凝土的泌水和离析,改善混凝土的和易性,降低混凝土水化热,高混凝土的可泵性,而且降低混凝土收缩,减少混凝土徐变,抑制碱–骨料反应。混凝土配合比中掺加粉煤灰后腰加强养护。用粉煤灰代替部分水泥,仅承台12立方米混凝土中,可减少水泥用量96t,节约3万元。具有较好的经济效益。3
  
  图3承台大体积混凝土裂缝