一、前言
钢筋混凝土梁在外荷载的直接应力和次应力的作用下,引起结构变形而裂缝。构件在使用过程中受年温差的长期作用,当温差的胀缩应力大于构件极限抗拉强度时就会裂缝。构件裂缝的因素是多方面的,包括结构设计、地基沉降差异、施工质量、材料质量、环境影响等,无论何种原因产生的裂缝,都会给建筑物肢体结构带来影响。
二、裂缝的部位
(一)梁受拉区裂缝
由于浇筑混凝土时施工管理不善,使用了低劣的钢筋,造成梁受拉钢筋强度不足。施工中,提前拆模、施工荷载超过设计荷载或混凝土强度低于设计规定,以及使用不当,使用荷载大大超过原设计荷载,使梁受拉区产生裂缝。梁受拉区产生的裂缝一般采用水泥浆封闭,防止钢筋锈蚀,再根据具体情况做补强加固处理。
(二)梁在支座附近的斜裂缝
梁的混凝土强度低于设计强度,抗剪钢筋不足,箍筋没有增加,也有的因超载,提前拆模时混凝土强度低于标准强度值,造成的抗剪能力低而产生剪切裂缝。应先用粘结浆液压注处理,再进行加固补强,确保梁的使用安全。
(三)梁受压区裂缝
梁的高度小,有的梁没有抗裂验算,混凝土振捣不够密实,梁长期在年温差和日温差作用下产生温差变形及长期处于干燥状态的环境中干缩变形,梁在温差和干缩的综合作用下裂缝。缝上宽下窄,有贯穿的,不贯穿的。裂缝长度为梁高的3/5～4/5,梁底部不裂,这种裂缝可用水泥砂浆压注、粘结密封裂缝和补强。 三、裂缝形成原因
钢筋混凝土梁出现裂缝的原因很复杂,主要有:材料或气候因素、施工不当、设计和施工错误、改变使用功能或使用不合理等。通常可归纳为以下几种:
收缩裂缝。混凝土尚处于未完全硬化状态时,如干燥过快,则产生收缩裂缝,通常发生在表面上,裂缝不规则,宽度小。
水泥水化硬化时的裂缝。水泥在水化及硬化的过程中,散发大量热量,使混凝土内外部产生温差,超过一定值时,因混凝土的收缩不一致而产生裂缝。
温变裂缝。水泥在硬化期间,混凝土表面与内部温差较大,导致混凝土表面急剧的温度变化而产生较大的降温收缩,受到内部混凝土的约束,而出现裂缝。
设计欠周全。如钢筋混凝土梁的截面不够,梁的跨度过大,高度偏小,或者由于计算错误,受力钢筋截面偏小、配筋位置不当、节点不合理等,都会导致混凝土梁出现结构裂缝。
施工质量造成的裂缝。
① 由于混凝土标号偏低、受力钢筋截面偏小、截面尺寸不符合设计等而导致混凝土梁出现裂缝。
② 由于施工不当、模板支撑下沉,或过早拆除底模和支撑等形成的裂缝。
③ 由于施工控制不严,在梁上超载堆荷,而导致出现裂缝。
预制钢混凝土梁在运输、吊装过程中,由于支撑不合理、吊点位置不符,以及较大的振动或冲击荷载,也会导致钢筋混凝土梁出现裂缝。
在使用过程中,改变原来的使用功能,如将办公室改为仓库、屋面加层、使用不当、增大梁上荷载等均会出现裂缝。
四、混凝土裂缝发生的控制措施
混凝土裂缝发生与组成混凝土的水泥、净砂、石子、掺加剂等原材料有关,也与浇筑后混凝土的保温保湿的养护措施有关。
(一)原材料的质量控制
水泥:在混凝土路面及大体积混凝土施 中,水化热引起的温升较高,降温幅度大,容易引起温度裂缝。为此,在施工中应选用水化热较低的水泥,尽量降低单位水泥使用量。
粗骨料:在钢筋混凝土施工中,粗骨料的最大尺寸与结构物的配筋、混凝土的浇灌工艺有关,增大骨料粒径可减少用水量,混凝土的收缩和泌水随之减少,但骨料粒径增大容易引起混凝土的离析,因此,必须调整好级配设计,并在施工中加强振捣。
对于粒径5～40mm的石子,要求针片状少,超规少,颗粒级配符合筛分曲线要求,这样可避免堵泵,减少砂率、水泥用量,提高混凝土强度。试验结果表明:采用粒径5-40mm石子比采用粒径5～25mm石子每立方米混凝土减少用水量l5kg左右:在相同水灰比情况下, 每立方米混凝土水泥用量减少20kg左右(水灰比0.709),同时降低了混凝土的温升;当粒径50mm石子满足筛分曲线要求时,其砂率控制在42% 左右即可满足泵送要求。
细骨料:采用中粗砂比采用细砂每立方米混凝土减少用水量20kg左右,水泥相应减少28kg左右,从而降低混凝土的干缩。
砂石料的含泥量控制:砂石含泥量超标,不仅增加混凝土的干缩,同时降低了混凝土的抗拉强度,对混凝土的抗裂十分不利,因此,在路面混凝土及大体积混凝土施工中,石子含泥量应掺加块石:在大体积混凝土基础施工中,掺加无裂缝的、冲洗干净、规格为l50～250mm的坚固大石块,不仅可减少混凝土的总用量,又可减少单位水泥用量,从而降低水化热,同时,石块本身也吸收热量,使水化热进一步降低,对控制裂缝有利。如在滨河路防洪堤施工中,基础混凝土掺人l5% 的块石,使得基础混凝土裂缝出现极少。 (二)混凝土配合比的选定
混凝土原料的配合比应根据工程的要求,如防水、防渗、防气、防射线等进行认真分析,选择最优方案。混凝土的水灰比应在满足强度要求及泵送工艺要求条件下尽可能降低。
掺合料:混凝土中掺人粉煤灰不仅能替代部分水泥,而且粉煤灰颗粒成球状,可起润滑作用,能改善混凝土的工作性和可泵性,且可明显降低混凝土水化热。
外加剂:为了满足送到现场的混凝土具有l1～l3cm坍落度,若只增加水泥使用量,则会加剧混凝土干燥收缩,明显增大混凝土水化热,易引起开裂。因此,除了调整级配外,可掺入适量的减水剂。
(三)利用混凝土的后期强度
对于大体积混凝土可以利用后期强度,如60d、90d、120d强度,即允许工程在60d、90d或120d达到设计强度,这样可以减少水泥用量,减少水化热和收缩,从而减少裂缝。
(四)混凝土的浇灌振捣技术
混凝土的浇灌振捣技术对混凝土密实度很重要,最宜振捣时间为10～30s。泵送流态混凝土同样需要振捣,大体积混凝土在浇灌振捣中会产生大量的泌水,应及时排除,有利于提高混凝土质量和混凝土抗裂性。
(五)大体积混凝土施工过程中的温度控制
在大体积混凝土施工过程中为了减少混凝土的内外温差,一方面应尽可能减少入模温度,另一方面应采取保温养护,以减少内外温差。浇筑体的混凝土缓慢降温是重要环节,越慢越好,为混凝土创造充分应力松弛的条件,与此同时还要在养护中使混凝土保持良好的潮湿状态,这对增加混凝土强度和减少收缩是十分有利的。
(六)混凝土的拆模时间 混凝土的拆模时间可根据工程部位具体情况(工序要求、施工荷载状况)确定,应尽可能地多养护一段时间。拆模后混凝土表面的温度下降幅度不应15℃。拆模时混凝土的现场试块等级最低不宜低于C5。
(七)混凝土基础工程拆模后及时回填土
及时回填土是控制早期、中期开裂的有力措施。土是混凝土养护的最佳介质,施工经验表明,迟迟不回填土的暴露工程裂缝最多。
结束语
混凝土梁产生的裂缝的原因很多,分析也比较复杂,以上仅是对混凝土梁裂缝的原因进行了初步分析,在现场施工中要根据不同的情况,不同的施工方法,有效的控制混凝土梁的裂缝的产生,以预防为主,避免混凝土梁裂缝影响结构使用。