浅谈现浇钢筋混凝土裂缝问题
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作者: 张祁悦
摘 要:混凝土的微观裂缝是本身物理力学性质决定的,它无处不在,但其有害程度是可以控制的,试从设计方面对产生裂缝的各种原因进行了探讨,并提出了在设计过程中进行裂缝控制的建议和方法。
关键词:现浇钢筋混凝土楼板 裂缝 设计 措施
中图分类号:TU25 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2011)09(a)-0069-02
混凝土在现代工程建设中占有重要地位,而混凝土的裂缝较为普遍,尽管在施工中采取各种措施,小心谨慎,但裂缝仍然时有发生。尤其楼板裂缝的增加引起了更多人的关注,以下将对裂缝的种类、产生的原因以及控制方法进行分别探讨。
1裂缝种类和形式
以种类分为收缩裂缝、温差裂缝、结构裂缝、构造裂缝。
以形式分为45°斜裂缝、纵横向裂缝、长裂缝、不规则裂缝。
2裂缝的内因
混凝土产生裂缝有多种原因,主要因素是混凝土的脆性和不均匀性、结构不合理、原材料不合格、模板变形、温度和湿度的变化和基础不均匀沉降等。
混凝土在硬化期间水泥产生大量水化热,内部温度不断上升,在混凝土表面引起拉应力。后期在降温过程中,由于受到其它混凝土的约束,又会在其内部出现拉应力。当这些拉应力超出混凝土的抗裂能力时,即会出现裂缝。
许多混凝土的内部湿度变化很小,但表面湿度可能变化较大,如养护不当、时干时湿,表面干缩变形受到内部混凝土体的约束,也往往产生裂缝。
由于原材料质地不均匀、水灰比不稳定以及运输和浇筑过程中的离析现象,在同一块体混凝土中其抗拉强度也是不均匀的,存在着许多抗拉能力很低,易于出现裂缝的薄弱部位。
施工中混凝土由最高温度冷却到工程运行时期的稳定温度,往往在混凝土内部引起相当大的拉应力,有时温度应力可超过其它外荷载所引起的应力。因此,掌握温度应力的变化规律对于进行合理的结构设计和施工极为重要。
3从设计方面分析裂缝
3.1 建筑设计方面原因
许多建筑物的斜屋面、露台、外墙节能保温措施不够。天津市一年之内气温变化较大(冬季温度最低可达零下十几度,夏季最高温度可达40℃),由于夏天室外墙体温度高于室内温度,结构外墙面在高温下发生受热膨胀,如果未采取保温措施,在纵横两外墙面的变形对楼板产生牵拉作用下,楼板被外墙向外拉伸就容易引起裂缝。同样屋面如果未设保温层,顶层楼板会因热胀冷缩而引起开裂。
另外当住宅房间沿长度、宽度方向尺寸变化,由于楼板刚度不一致,会产生不相同变形,引起薄弱部位开裂。例如住宅平面超长,由于温差和材料变形,会造成墙体和楼板横向开裂。仅就长度而言,结构长度与应力呈非线性关系,如结构长度小于规范要求,结构内力影响很小。
3.2 结构设计方面原因
近代国际上结构的设计原则是,整个建筑结构的功能必须满足两种状态的要求:(1)承载力极限状态,以保证结构不产生破坏,不失去平衡,不产生破坏时过大变形,不失去稳定。(2)正常使用极限状态,以确保结构不产生超过正常使用状态的变形、裂缝及耐久性、振动及其它影响使用的极限状态。目前设计人大多对第一极限状态已给于足够重视并严格执行,而对第二种极限状态却经常被忽视。
从钢筋混凝土现浇楼板各种受力体系分析,受力状态考虑都是局限于楼板平面的应力变化(按弯矩配置抵抗正、负弯矩的受力钢筋)、板平面的受剪变形。即使是考虑板端嵌固端节点产生弯矩,也只是考虑板平面弯曲或屈曲所产生的应力。在楼板受力体系分析时,对于现浇结构构件之间在三维空间中如何分配内力、协调变形,缺乏考虑。以致只按单向板计算方法来设计配置楼板钢筋,支座处仅设置分离式负弯矩钢筋。由于计算受力与实际受力情况不符,单向高强钢筋或粗钢筋使混凝土楼面抗拉能力不均,局部较弱处易产生裂缝。还存在对构造配筋,放射筋设置不重视或不合理,薄弱环节无加强筋等情况。
在电器、电信快速发展的今日,现浇楼板内暗敷PVC电线管越来越多,甚至两根、三根交错叠放更为普遍。错叠处板的抗弯高度大大降低,从而减弱了板的抗弯性能,存在隐患。
对开口楼板,特别是开洞口比较大的双向板,存在设计时只考虑楼板在竖向荷载作用下的洞口四周加强配筋。由于纵向的受力钢筋被切断,而忽视了板与墙体或板与梁的变形协调问题。这时如墙或梁的刚度较大,板的孔边凹角处未必出现应力集中现象,开洞板易发生翘曲。
4设计控制措施
(1)屋面和外墙的保温设计应通过热工计算,在不同季节均应能达到《居住建筑节能设计标准》要求,彻底解决温度应力对屋面和墙体的破坏。屋面设保温隔热层,外墙外表面或内表面相应设置保温隔热层,同时外墙宜采用浅色装饰材料,增强热反射,减少对日照热量吸收。
(2)适当控制建筑物长度根据《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)和《砌体结构设计规范》(GB50003-2001),为避免结构由于温度收缩应力引起的开裂,宜采取设置伸缩缝,伸缩缝间距为30m～50m。多层住宅建筑控制长度建议不大于50m,高层应控制在45m以内。如果超过此长度,应设置伸缩缝。超长量不大时,可采用设置后浇带的方法,以减少混凝土楼板收缩开裂。住宅平面形状控制住宅平面宜规则,避免平面形状突变。当楼板平面形状不规则时,宜设置梁使之形成较规则平面。当平面有凹口时,凹口周边楼板的配筋宜适当加强。
(3)现浇楼板的混凝土强度等级不宜大于C30,特殊情况须采用高强度等级混凝土或高强度等级水泥时,要考虑采用低水化热的水泥和加强浇水养护,便于混凝土凝固时的水化热释放。板厚宜控制在跨度的1/30,最小板厚不宜小于110mm(厨房、浴厕、阳台板最小厚度不小于90mm)。有交叉管线时板厚不宜小于120mm。楼板宜采用热轧带肋钢筋以增加其握裹力,不宜采用光圆钢筋。分布钢筋与构造钢筋宜采用变形钢筋来增加与现浇混凝土的握裹力,对控制楼板裂缝的效果较好。设计时注意构造钢筋的布置。对连续板不宜采用分离式配筋,应采用上、下两层连续式配筋;洞口处配加强筋;对混凝土梁的腰部增配构造筋,其直径为8mm～14mm,间距约200mm。
(4)屋面层阳角处和跨度≥3．9m时,应设置双层双向钢筋,阳角处钢筋间距不宜大于100mm,跨度≥3．9m的楼板钢筋间距不宜大于150mm。跨度＜3．9m的现浇楼板上面负弯矩钢筋应一隔一拉通。外墙转角处应设置放射钢筋,配筋范围应大于板跨的1/3,且长度不小于2．0m,每一转角处放射钢筋数量不少于7根,钢筋间距不宜大于100mm。在预埋PVC电线管时,必须有一定的措施,PVC管要有支架固定,严禁两根管线交叉叠放,确须交叉时应采用专门设计的塑料接线盒,以防止塑料管在管线交叉对混凝土厚度削弱过多。在预埋电线管上部应配置钢筋网片。若用铁管作为预埋管时,宜采用内壁涂塑黑铁管,一方面既能保证黑铁管(不镀锌钢管)与混凝土的粘结力,同时也有利于穿线和不影响混凝土的计算高度。
(5)后浇带应设置在对结构受力影响较小部位,一般应从梁、板的1/3跨部位通过或从纵横相交部位或门洞口的连梁处通过,接缝宜设置企口缝。后浇带间距不宜超过30m。宽度为700mm～1000mm,板和墙钢筋搭接长度应不低于45d,且同一截面受力筋搭接不超过50%。梁、板主筋不宜断开,使其保持一定联系性。浇筑时间不宜过早,以能将混凝土总降温及收缩变形完成一半以上时间为佳。从目前混凝土的收缩量来看,估计3～6月方能取得明显效果,最短不少于45d。后浇带中垃圾应清理干净,接缝应密实,新老混凝土界面用1∶1水泥砂浆接浆。后浇带混凝土强度等级比原混凝土强度等级提高一级,且采用微膨胀混凝土,浇筑温度尽量与原混凝土浇注温度一致。
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,在施工中仔细作好预防措施,更重要的是在设计过程中提前考虑到各种影响楼板开裂的因素,只要严格细致执行国家标准和规范,从设计、材料和现场施工管理等方面,对减少现浇混凝土楼板开裂的问题会有所改善的。
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