鋼筋混凝土基礎(chǔ)梁裂縫淺析

楊振偉

工程實例:河南大學(xué)新校區(qū)北田徑場看臺,建筑層數(shù)地上2層,框架結(jié)構(gòu),建筑高度29.7 m,南北長159.1 m,東西長28.2 m,總建筑面積約7 385 m2,抗震設(shè)防烈度為7度,建筑耐火等級為二級,看臺防水為三級。基礎(chǔ)形式:柱下條形基礎(chǔ),持力層為第二層粉細砂層。看臺結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu),看臺墊層為C10混凝土,基礎(chǔ)、柱、梁板及其他為C30混凝土。

鋼筋混凝土基礎(chǔ)梁平面圖見圖1。

該工程于2007年7月開工,基礎(chǔ)混凝土于8月9日開始澆筑,順序為由南至北依次澆筑。基礎(chǔ)施工完畢后開始進行二層板的施工,順序依舊為由南至北。但在二層板?軸～?軸的鋼筋綁扎完畢,準備進行澆筑混凝土的過程中,發(fā)現(xiàn)在?軸與?軸、?軸與?軸有兩道貫穿?,?,?三道軸線的裂縫,且所有裂縫均發(fā)生在南北梁上,分布為跨中或1/3處,東半部多,西半部少,裂縫呈V形,先開裂為上部,經(jīng)過觀察,裂縫仍在發(fā)展,遂令施工單位停止施工。

該裂縫是監(jiān)理人員在檢查支撐體系時意外發(fā)現(xiàn)的,此時二層板①軸～?軸已經(jīng)澆筑完畢,?軸～?軸鋼筋已綁扎完畢未澆筑,整個二層看臺板是由下部滿堂腳手架支撐,即整個基礎(chǔ)梁處于受力非常小或基本不受力(只有自重)的狀態(tài),基本可以排除由于強度或外力所致。另外,地質(zhì)勘探部門在現(xiàn)場又做了幾處釬探實驗,結(jié)果與地質(zhì)報告完全相符,設(shè)計單位通過再次驗算基礎(chǔ)梁的承載力完全符合要求。

據(jù)此分析、判斷:此裂縫不影響安全和使用,可以繼續(xù)施工。這種裂縫產(chǎn)生的原因如下:

首先由于季節(jié)變化產(chǎn)生溫度變化,引起商品混凝土收縮是產(chǎn)生裂縫的主要原因。混凝土產(chǎn)生裂縫有多種原因,主要是溫度的變化。混凝土在硬化期間水泥放出大量水化熱,內(nèi)部溫度不斷上升,在表面引起拉應(yīng)力。后期在降溫過程中,又會在混凝土內(nèi)部出現(xiàn)拉應(yīng)力,氣溫的降低也會在混凝土表面引起很大的拉應(yīng)力。當這些拉應(yīng)力超出混凝土的抗裂強度時,即會出現(xiàn)裂縫。

混凝土是一種脆性材料,抗拉強度是抗壓強度的1/10左右,短期加荷的極限變形只有(0.6～1.0)×104,長期加荷時的極限拉伸變形也只有(1.2～2.0)×104。根據(jù)溫度應(yīng)力的形成過程可分為三個階段:1)早期:自澆筑混凝土開始至水泥放熱基本結(jié)束,一般約30 d,這個階段的兩個特征:a.水泥放出大量的水化熱;b.彈性模量的急劇變化。由于彈性模量的變化,這一時期在混凝土內(nèi)形成殘余應(yīng)力。2)中期:自水泥放熱作用基本結(jié)束時起至混凝土冷卻到穩(wěn)定溫度時止,這個時期,溫度應(yīng)力主要是由于混凝土的冷卻及外界氣溫變化所引起,這些應(yīng)力與早期形成的殘余應(yīng)力相疊加,在此期間混凝土的彈性模量變化不大。3)晚期:混凝土完全冷卻以后的運轉(zhuǎn)時期,溫度應(yīng)力主要是外界氣溫變化所引起,這些應(yīng)力與前兩種的殘余應(yīng)力相疊加。該工程鋼筋混凝土基礎(chǔ)梁澆筑于8月,9月份,當時氣溫很高,水化熱不易散發(fā),至11月底,天氣驟然變冷,工程施工人員認為基礎(chǔ)梁強度已經(jīng)達到,沒有采取任何保暖措施,致使基礎(chǔ)梁裸露于干冷環(huán)境中,混凝土遇冷收縮,水熱化已散失殆盡,即刻出現(xiàn)微裂縫現(xiàn)象。基礎(chǔ)梁混凝土強度見表1。

表1 基礎(chǔ)梁混凝土強度

也許有人會問,基礎(chǔ)梁中有大量鋼筋,為什么沒有阻止裂縫的出現(xiàn),這是因為鋼的線膨脹系數(shù)與混凝土的線膨脹系數(shù)相差很小,在溫度變化時兩者間只發(fā)生很小的內(nèi)應(yīng)力。由于鋼的彈性模量為混凝土的7倍～15倍,當混凝土應(yīng)力達到抗拉強度而開裂時,鋼筋的應(yīng)力將不超過100 kg/cm2～200 kg/cm2。因此,在混凝土中想要利用鋼筋來防止細小裂縫的出現(xiàn)很困難,但加筋后結(jié)構(gòu)內(nèi)的裂縫一般就變得數(shù)目多、間距小、寬度與深度較小了,但它對結(jié)構(gòu)的強度和耐久性仍有一定的影響。

其次,由于縱向基礎(chǔ)梁跨度較大,剛度較小,橫向跨度小、剛度較大(橫向基礎(chǔ)梁跨度為7.5 m～9 m,縱向基礎(chǔ)梁跨度為3 m～5.5 m),致使由于溫度變化產(chǎn)生的應(yīng)力均集中于縱向梁上,這就是為什么縱向梁裂縫多,而橫向梁裂縫少的原因。

第三,混凝土配合比設(shè)計不當直接影響混凝土的抗拉強度,是造成混凝土開裂不可忽視的原因。配合比不當指水泥用量過大,水灰比大,含砂率不適當,骨料種類不佳,選用外加劑不當?shù)?這幾個因素是互相關(guān)聯(lián)的。有關(guān)試驗資料顯示:用水量不變時,水泥用量每增加10%,混凝土收縮增加5%;水泥用量不變時,用水量每增加10%,混凝土強度降低20%,混凝土與鋼筋的粘結(jié)力降低10%。混凝土設(shè)計強度等級越高,混凝土脆性越大,越易開裂。因此,當水灰比不變時,企圖用增加水泥用量來提高混凝土強度是錯誤的。此時只能增大混凝土的和易性,增大混凝土的收縮變形。混凝土強度是由水灰比控制的,混凝土生產(chǎn)廠家為了保證混凝土強度,盡量減小水灰比,加大水泥用量。同時,為了保證混凝土的和易性,使?jié)仓臃奖恪⒖旖?混凝土生產(chǎn)廠家不惜加大水泥和水的用量。該工程混凝土試驗報告顯示,所用商品混凝土強度不僅僅達到了設(shè)計要求,而且富余量特別多,大部分超過設(shè)計值50%以上。這樣做雖然保證了混凝土強度,但水泥和水分較多,在天氣變冷時混凝土極易收縮,產(chǎn)生大量裂紋。

對裂縫的處理:在主體完成后,基礎(chǔ)回填前進行。裂縫寬度w≤0.3 mm時,采用表面封閉法,利用混凝土表層微細獨立裂縫或網(wǎng)狀裂紋的毛細作用吸收低粘度且具有良好滲透性的修補液體。對裂縫寬度0.3 mm＜w≤1.0 mm時,以一定的壓力降低粘度,用高強度的裂縫修補液體注入裂縫腔內(nèi)。

根據(jù)以上分析,此種裂縫收縮完成的時間約1年～2年,裂縫繼續(xù)發(fā)展屬于正常現(xiàn)象。

建議:首先,混凝土要有合適的配合比,選擇合適的配合比,不僅要滿足強度要求、施工要求,還要從防止產(chǎn)生裂縫的需要出發(fā),適當?shù)倪x擇好水灰比,在滿足強度要求的原則下,盡可能減少水泥用量。另外在今后的混凝土結(jié)構(gòu)施工時,要盡量縮短澆筑時間,減小混凝土澆筑時的溫差,加強混凝土保溫意識。

[1] 張 猛.淺談混凝土的溫度與裂縫[J].建筑工人,2005(2):20-22.

[2] 陳保平.混凝土結(jié)構(gòu)的施工裂縫分析及防治措施[J/OL].中國期刊網(wǎng),2005-05-04.

[3] 孫文峰.淺談混凝土裂縫與施工溫度的關(guān)系[J].建筑科技與管理,2009(7):28-30.

[4] 楊素霞.現(xiàn)澆混凝土裂縫原因分析及防治[J].山西建筑,2008,34(1):151-152.