浅谈土建工程在设计与施工阶段如何防治裂缝

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  摘要:土木建筑工程申的裂缝产生的原因是多方面的,情况各异,一条裂缝可能是由一种或几种原因造成的。本文主要对土建工程中出现裂缝的原因进行分析,找出影响裂缝产生的主要因素。在设计和施工上减少土建工程裂缝的产生的措施。
  
  关键词:土建工程设计施工裂缝措施
  
   随着经济的飞速发展,近年来建筑规模与同俱增,工程质量稳步提高,但需看到有些工程质量,经常存在着一些工程质量问题,如各种裂缝。据观察,属多方面原因构成,但若在设计与施工中如能针对性的从结构构造上采取一些有效措施加以控制与治理,是可以得到解决的。
  
  一、土建工程中常见的裂缝问题分析
   1、温度变化引起的裂缝
   因水泥具有快硬、高强、水化热大的特点,再加上该类房屋的主体施工大多发生在夏季,混凝土浇捣后又未及时浇水养护,混凝土在较高温度下失水收缩,水化热释放量较大,而又未及时得到水分的补充,因而在硬化过程中,现浇板受到支座的约束,势必产生温度应力而出现裂缝,这些裂缝也首先产生在较薄弱的部位,即板角处。另外,室内外较大地屡引起一定的裂缝。在调查中发现房屋西边及顶层的裂缝居多。事实上许多裂缝往往是混凝土收缩及综合引发的。
   2、收缩引起的裂缝
   在实际工程中,混凝土因收缩所引起的裂缝是最常见的。在混凝土收缩种类中,塑性收缩和缩水收缩(干缩)是发生混凝土体积变形的主要原因,另外还有自生收缩和炭化收缩。混凝土塑性裂缝是指混凝土浇筑成型后还未硬化,仍处于可塑状态时产生的裂缝,塑性裂缝的出现不仅会影响混凝土构件的外观质量,更重要的是会造成混凝土防水性能下降、钢筋容易锈蚀等不良后果,影响混凝土结构的使用年限,关于这一点应在设计和施工过程中给予充分的重视。 缩水收缩(干缩): 混凝土结硬以后,随着表层水分逐步蒸发,湿度逐步降低,混凝土体积减小,称为缩水收缩(干缩)。因混凝土表层水分损失快,内部损失慢,因此产生表面收缩大、内部收缩小的不均匀收缩,表面收缩变形受到内部混凝土的约束,致使表面混凝土承受拉力,当表面混凝土承受拉力超过其抗拉强度时,便产生收缩裂缝。混凝土硬化后收缩主要就是缩水收缩。如配筋率较大的构件(超过3%),钢筋对混凝土收缩的约束比较明显,混凝土表面容易出现龟裂裂纹。
   3、钢筋锈蚀引起的裂缝
   由于混凝土质量较差或保护层厚度不足,混凝土保护层受二氧化碳侵蚀炭化至钢筋表面,使钢筋周围混凝土碱度降低,或由于氯化物介入,钢筋周围氯离子含量较高,均可引起钢筋表面氧化膜破坏,钢筋中铁离子与侵入到混凝土中的氧气和水分发生锈蚀反应,其锈蚀物氢氧化铁体积比原来增长约2~4倍,从而对周围混凝土产生膨胀应力,导致保护层混凝土开裂、剥离,沿钢筋纵向产生裂缝,并有锈迹渗到混凝土表面。由于锈蚀,使得钢筋有效断面面积减小,钢筋与混凝土握裹力削弱,结构承载力下降,并将诱发其它形式的裂缝,加剧钢筋锈蚀,导致结构破坏。
   4、冻胀引起的裂缝
  大气气温低于零度时,吸水饱和的混凝土出现冰冻,游离的水转变成冰,体积膨胀9%,因而混凝土产生膨胀应力;同时混凝土凝胶孔中的过冷水(结冰温度在-78度以下)在微观结构中迁移和重分布引起渗透压,使混凝土中膨胀力加大,混凝土强度降低,并导致裂缝出现。尤其是混凝土初凝时受冻最严重,成龄后混凝土强度损失可达30%~50%。冬季施工时对预应力孔道灌浆后若不采取保温措施也可能发生沿管道方向的冻胀裂缝。
  
  二、土建工程中裂缝控制的原则
  影响开裂的因素很复杂,往往不是单一因素造成的。控制裂缝也不只是施工人员和混凝土生产者的事,而是涉及包括设计、混凝土及其原材料生产、施工甚至监理和业主(开发商、房主或政府主管)在内各方面的责任。因此需要各方共同努力解决,但是混凝土的施工,包括混凝土原材料的控制、混凝土的制备和现场施工的各个环节,则对于控制早期裂缝、减小后期开裂倾向、保证实现设计的混凝土结构耐久性是至关重要的。不能把施工看成什么人都能干的事,相反,需要知识面很宽的、能运用哲学思想的管理人员和技术人员共同筹划、决策和把关。每项工程施工前,应针对不同工程的特点、环境、施工季节、条件,由监理(必要时可还有甲方代表参加)和技术人员按照设计要求,参考本指南和有关混凝土结构施工验收规范,共同制定具体保证措施和实施计划。混凝土的制备应当密切配合混凝土的施工,提供混凝土合适的流变性能和浇筑温度,并且应当做好售后服务,跟踪混凝土施工中重要阶段的质量控制。国内已有混凝土生产企业做到了“混凝土生产和施工现场浇筑及质量控制的一体化”,这是很值得提倡的。但是要做到这一点,在经济核算和责任方面必须有相应政策性的调整。
  
  三、优化结构设计,预防裂缝问题
  1、设计中的“抗”与“放”。在建筑设计中应处理好构件中“抗”与“放”的关系。所谓“抗”就是处于约束状态下的结构,没有足够的变形余地时,为防止裂缝所采取的有力措施,而所谓“放”就是结构完全处于自由变形无约束状态下,有足够变形余地时所采取的措施。设计人员应灵活地运用“抗与放”结合、或以“抗”为主、或以“放”为主的设计原则。来选择结构方案和使用的材料。
  2、设计中应尽量避免结构断面突变带来的应力集中。如因结构或造型方面原因等而不得以时,应充分考虑采取加强措施。
  3、积极采用补偿收缩混凝土技术。在常见的混凝土裂缝中,有相当部分都是由于混凝土收缩而造成的。要解决由于收缩而产生的裂缝,可在混凝土中掺用膨胀剂来补偿混凝土的收缩,实践证明,效果良好。
  4、重视对构造钢筋的认识。在结构设计中,设计人员应重视对于构造钢筋的配置,特别是于桥梁板等薄壁构件更应注意构造钢筋的直径和数量的选择,必须经过科学计算及严格验算后确定。
  5、对于大体积混凝土,建议在设计中考虑采用60天龄期混凝土强度值作为设计值,以减少混凝土单位用灰量,并积极采用各类行之有效的混凝土掺合料。
  
  四、强化施工措施,防止裂缝产生
   1、底板施工前,对项目部有关部门和人员、施工队主管及班组长进行专题交底,并组织生产、材料、机械、场容、环卫、环保等部门对施工准备情况进行检查。
  2、在浇筑大体积混凝土时,也可以考虑使用内置降温金属导管降低混凝土内部温度,以减小内外温差,或在混凝土中掺人可降低水化热的材料。
  3、提高模板制作、安装工艺,保证其具有足够的刚度和稳定性,使之能承受施工过程中所产生的荷载,以避免由于模板的弯曲变形造成混凝土的开裂。
  
  
  4、严格控制振捣质量。采取人工布点,用机械振捣方法对混凝土进行分层捣实。振捣时振捣棒应直上直下,快插慢拔,插点均匀,插点间距控制在50cm以内,防止离析和漏振。防止早振,过振造成的混凝土材料分层离析,使大体积混凝土轴心抗拉强度降低。
  5、加强新浇混凝土表面的保护,应及时清除混凝土表面泌水,当混凝土表面开始收浆即开始初凝前,宜再用铁抹板进行二次抹面压光,并用木搓搓毛,消除干缩裂缝,减少表面水分散发,清除混凝土表面的塑性裂缝。混凝土表面浮浆多时,在浇筑后2h-3h,将混凝土表面用木抹板反复搓抹数遍,使其表面密實。
   6、做好混凝土的降温和保温工作。对于厚大体积混凝土,施工时应充分考虑水泥水化热问题。采取必要的降温措施(埋设散热孔、通水排热等),避免水化热高峰的集中出现、降低峰值。浇捣成型后,应采取必要的蓄水保温措施,表面覆盖薄膜、湿麻袋等进行养护,以防止由于混凝土内外温差过大而引起的温度裂缝。
  
  综上所述,对于混凝土裂缝的控制是一个综合性的问题,需要经过设计、监理、施工及使用方等多方面的配合。随着当今我们对混凝土耐久性研究的不断深入,材料科学的不断发展和建筑技术水平的不断提高,相信混凝土裂缝问题将会逐渐得以圆满地解决。
  参考文献:
  [1] 建筑施工手册[M] .中国建筑工业出版社, 1992.
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