房屋建筑工程裂缝成因与控制措施探讨

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 房屋建筑工程裂缝成因与控制措施 探讨 摘要: 在房屋建筑工程中的裂缝 是质量通病，它不仅影响了建筑的美观， 而且严重的会影响结构的功能及其安全 度，因此防止裂缝产生尤为重要。通过 多年房屋建筑经验，对裂缝的成因进行 分析，并提出有效的裂缝控制措施，提 高了房屋建筑质量，延长了使用寿命。 中国论文网 /2/view-12911236.htm 关键词：房屋建筑工程；裂缝； 成因；控制措施 随着我国国民经济蓬勃发展，人 们对房屋建筑需求也日益提高，对房屋 建筑的质量要求也更为严格，但是在建 筑工程中仍然面临着许多问题，其中裂 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 缝问题变得尤为关键，裂缝产生的原因 多种多样，而其控制办法也各不相同。 房屋裂缝会产生非常严重的后果，轻则 影响建筑物的外观，重则影响房屋结构 的承载力、整体性及耐久性，甚至影响 结构物的安全，因此研究房屋建筑工程 中产生裂缝的原因及其控制措施具有重 要的社会意义。 一、工程概况 该工程为地上 30 层，地下 3 层， 建筑总高度为 120m。其建筑平面呈 D：38m 的圆形，外围是 16 根框架柱， 内筒采用双筒型式，里侧为边长 9.78m11.83m 的方筒，外侧为 D：17m 的圆筒。最初设计采用双筒一直到顶的 结构体系，而且已按此设计完成地下室 及地面 4 层的主体结构施工，后来新业 主要求扩大 20 层以上客房的使用面积， 把 20 层以上的圆筒取消，只保留方筒。 这一结构体系的大调整，使传力路径发 生了重大改变，于是有关设计人员进行 了深入研究和处理。随后第 5 层以上按 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 新图纸施工，并在 19 层楼面按要求取 消了圆筒。 二、裂缝的原因分析 对裂缝的界定一般以可见缝宽 0.05mm 的称为 “宏观裂缝” ， 反之则 称为 “微观裂缝 ”。工程中构件产生裂 缝的主要原因可以分为两大类，一类是 由动、 静荷载和其他外荷载引起的裂 缝；另一类是由温度、收缩、不均匀沉 降的变形荷载引起的裂缝。本工程剪力 墙裂缝不属于上述第 1 类荷载裂缝( 强 度裂缝)，即不属设计控制范围，因为 在主体结构施工阶段，各种动、静荷载 尤其是地震、风荷载(无围护)。尚未施 加上去，构件远未达到设计状态； 但 裂缝也不属于第 2 类荷载即差异沉降 变形引起，一般不均匀沉降由于柱基差 异沉降带动梁头下拉，在梁端产生斜裂 缝。现场做的沉降观测记录也证实， 墙柱最大沉降 4mm，可视为混凝土的 压缩，两柱间差异沉降最大为 0.26， 远小于地基规范允许值 2， 因此可 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 以排除由柱基差异沉降造成的因素。 本工程剪力墙裂缝可认为是由于 混凝土收缩及其温差所引起，而且前者 是主要的因素。混凝土收缩是指混凝土 在不受力的情况下因变形而产生的体积 减小，主要包括：硬化收缩，即混凝 土在水化结硬过程中， 由于水泥颗粒 不断水化， 毛细管及各孔隙游离水逐 渐与水泥矿物质水化，转化为凝胶及结 晶成水泥石， 体积略有收缩，亦称“ 自 生收缩”； 失水收缩，即混凝土内水 分不断蒸发，引起体积显著收缩，其收 缩量占总体积收缩量的 80%90%，亦 称“干缩”；碳化收缩，即大气中的二 氧化碳与水泥的水化物发生化学反应引 起的收缩变形。混凝土自生收缩发生在 初凝至终凝期间，干缩发生在终凝后， 初凝前的收缩因混凝土尚具塑性而不影 响裂缝的产生。混凝土的收缩是一个长 期发展过程，但早期发展较快，后期逐 渐减慢。混凝土构件在完全自由状态下， 收缩只会引起构件的缩短，不会在构件 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 内产生应力，因而不会产生裂缝。 但 实际工程中每种构件都受到不同程度的 约束，这就必然在构件内产生内应力， 当这些应力(拉力) 超过构件材料的抗拉 强度时，就导致构件的开裂。本工程剪 力墙的变形就受到了约束，该约束来自 每层的楼板及剪力墙的暗梁。 三、混凝土收缩裂缝的主要起因 80 年代以前，民用建筑中出现混 凝土早期收缩裂缝的机率是相当小的， 90 年代后随着我国泵送流态混凝土施 工工艺的逐步推广，工程中出现早期收 缩裂缝的比例逐渐增大，说明与泵送及 商品混凝土的广泛使用有一定的对应关 系。泵送流态混凝土由于流动性及和易 性的要求，以及坍落度、水灰比增大， 水泥标号提高，水泥用量增加，骨料粒 径减小，外加剂用量增多等诸多因素的 变化，导致混凝土的收缩及水化热作用 比以往低流动性混凝土大幅增强，前者 的收缩变形量约为(6.08.0)10-4，而后 者仅为(2.3.5)10-4。美国 A-Cll305 委 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 员会在 1991 年发表的炎热气候下的 混凝土施工中指出，混凝土入模温度 高，环境相对湿度低和阳光照射引起混 凝土表面水分蒸发快是产生混凝土早期 干缩裂缝的原因。为便于对比，将本工 程施工配料表中有关混凝土一些参数列 于表 1。 （1）水泥。水泥水化热被一致 认为是引起混凝土裂缝的主要原因，主 要通过控制水泥用量来实现对其的控制。 常规概念认为水泥用量越大，混凝土强 度越高，尤其是随着高强混凝土的大批 量使用， 混凝土配中的水泥用量逐渐 增大， 混凝土收缩裂缝也就相应增多， 这已成为目前建筑界的突出问题。而实 际上现代高强混凝土的研究表明，由于 混合材料的出现，混凝土强度与水泥用 量之间并非一定成比例关系，在低水泥 用量的情况下同样可以配制出高强混凝 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 土。根据表 1 的数据，本工程将水泥用量减少 应该是不成问题的。 （2）混合材料。目前为了提高 混凝土的施工可操作性，使混凝土硬化 后获得高性能最常用和最有效的方法是 采用 “双掺 ”技术，即同时掺人高效减 水剂及活性掺合料。减剂能有效降低混 凝土水灰比，改善混凝土拌合物的工作 性能，提高混凝土强度，节省水泥用量。 混凝土中的添加物当所占比例 5%时 称为掺量，超过的则称为混合材料。混 合材料是现代高强混凝土中除砂、石、 水泥、水、减水剂以外的不可缺少的第 6 种组成部分若选用粉煤灰，则可以减 少需水量，同时 可降低泌水量，减少坍落度损失 和降低水化热如掺入水泥用量的 15%， 就可降低水化热约 15%。掺粉煤灰的混 凝土早期抗拉强度增长较慢，而后期强 度发展较快。粉煤灰分为级，级用 于预应力混凝土，级用于普通钢筋混 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 凝土，级用于无筋混凝土，因此本工 程剪力墙使用级粉煤灰是合适的。粉 煤灰取代水泥的最大用量可达 50%，掺 粉煤灰的混凝土的配合比设计,是以该工 程的水泥基准混凝土配合比为基础，按 强度稠度相等的原则继续取代，如果混 凝土中还加有化学剂，则必须注意化学 剂与所用水泥的相容性，需进行相容性 试验，若两者不相容就容易导致混凝土 开裂。 （3）水灰比。若水灰比过大， 则混凝土结构内部的水孔及毛细孔增多， 骨料与水泥石界面的泌水也增多，造成 结构疏松，混凝土拌和物的总用水量对 干缩的影响较显著。 （4）粗骨料。它对干缩的影响 有两层意思：提高粗骨料的用量，可 使混凝土拌和物的总用水量及水泥浆量 相应减少，从而减少混凝土干缩；由 于粗骨料的约束作用减少了水泥浆的干 缩，其约束作用取决于骨料类型、刚度、 总用量和最大粒径。坚固且坚硬的骨料 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 如白云石、长石、花岗石和石英等，对 水泥浆收缩起到更大的约束作用，而砂 岩和板岩的约束作用则较弱。砂石含泥 量大， 吸水率也大，因而收缩量也较 大。 （5）混凝土的养护。国外由于 开发了减少混凝土收缩的外加剂，所以 其泵送流态混凝土的收缩变形能得到有 效控制。但国内却缺乏类似的外加剂， 虽然通过添加 UEA 等微膨胀剂，可从 某种程度上减少混凝土的收缩变形，但 由于 UEA 等的膨胀率指标是在水养 14d 的情况下获得的，如果养护条件跟 不上，则其限制膨胀率会明显降低。实 际工程中时常发生添加微膨胀剂后不但 对防裂无效，反而使开裂更为严重， 并产生后期强度倒缩等情况。如果按控 制混凝土的收缩变 形值为指标进行换算，则泵 送流态混凝土的养护要求要相当于大体 积混凝土。但实际上对大体积混凝土一 般都能严格按规范规定的要求进行特殊 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 10 养护，以控制混凝土的内外温差和收缩 变形值，但对泵送流态混凝土的养护， 通常仍采用过去流动性及预制混凝土的 养护要求，这是目前设计和施工人员容 易忽视的一个关键因素。混凝土早期干 缩开裂的临界相对湿度见表 2。 四、本工程裂缝现象解释 从以上分析可知，本工程筒体剪 力墙裂缝是由于混凝土收缩引起的，不 是结构性裂缝，对所出现的各种现象可 以解释如下： （1）当圆筒与方筒同时存在时， 裂缝出现在圆筒外侧是因为方筒受圆筒 所包裹，且环境相对较阴暗潮湿，空气 对流也不明显，处在这样好的墙体养护 环境下，水分不易蒸发，因而混凝土收 缩不明显；同样，圆筒墙体内侧也较少 发现裂缝。19 层以上因取消了圆筒，使 方筒外墙直接暴露在空旷于燥的环境中， -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 11 养护环境恶化，使混凝土外墙迅速失水， 裂缝便转换到方筒上。 （2）随着楼层的增高，墙体裂 缝呈增多的趋势，这是因为高空风速加 大，日晒时间延长，温差大，在相同时 间里混凝土失水更多，导致收缩裂缝发 展迅速， 但最终收缩量相差不大，因 此呈现裂缝条数多则细、少则宽的规律。 （3）裂缝呈“ 枣核形 ”(即梭形)， 不穿过楼层，是由于楼面的“模箍作用” 所致。其机理是由于被约束体(墙体)的 变形受到约束体(楼板及墙暗梁)的约束， 随着逐渐远离楼面及暗梁，该约束力 逐渐减弱并形成收缩裂缝。在裂缝形成 过程中，裂缝处必然会产生变形，而这 种变形往上下伸展在接近楼板处因受到 约束而其延伸受到限制，直至逐渐消失， 因此可以认为约束作用既引起剪力墙 开裂，又限制了裂缝的发展。 （4）从结构平面上看，方筒南 北面短肢墙体以及东西面电梯井洞口墙 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 12 没有出现裂缝，墙体短则其变形量就小， 收缩应力不足以抵抗约束力，而电梯井 外墙长 8.5m，收缩应力超过约束力， 裂缝便产生并等距离分布在墙面上。按 弹性力学理论，在线膨胀(收缩)系数不 变的情况下，墙体收缩应力与其长度成 正比，因此当墙体足够长时，收缩应力 会超过材料抗拉强度而导致裂缝的出现。 五、处理措施 对于裂缝，我们的最终目的并非 要将其消灭，而是要控制结构性裂缝和 分散收缩性裂缝，使其细微至肉眼无法 辨认。我国工程界在总结长期处理裂缝 的经验后，得出“ 放” 、 “防”、 “抗” 的三字 原则，可以综合体现在设计、施工、材 料运用等各个方面，在本工程中的运用 可分述如下： 1、 “放 ”的措施 “放”就是尽量减少对混凝土收缩 变形的约束，如同治水中的“放水疏导” 法。本工程设计上可采取开“小结构洞” -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 13 的方法，把方筒东西面长墙分成 2 个墙 肢， 洞口用砖墙封实，不影响使用功 能。由于在水平力作用下剪力墙结构变 形曲线呈弯曲型，到建筑上部剪力墙位 移较大，其剪切刚度的局部削弱对结构 综合刚度影响不大，因此在设计上是可 行的。由于开洞后混凝土的收缩应力得 到释放，可以从源头上控制裂缝的发展。 2、 “防 ”的措施 “防”就是采取措施减少混凝土的 收缩。从前述对混凝土材料的分析可知， 把混凝土配比中的水泥从 365kg/m3 减 小至 300kg/m3，粉煤灰用量从 80kg/m3 增加至 120kg/m3 甚至更多， 水灰比 0.8 适当调低，都仍留有很大的 余地。 由于粉煤灰混凝土早期强度较低， 因而在养护方面要采取特殊措施，本工 程剪力墙在拆模 30min 后就出现裂缝， 就说明了这一问题。为便于模板周转， 楼面拆模时间可以按照原计划，但方筒 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 14 的两段长墙的拆模时间则可延长， 且 注意拆模时不要马上移走模板，而要让 模板拆开一定的缝隙用作浇水养护，这 样才能使混凝土的养护环境有所改善， 强度得到提高后就可控制裂缝的出现。 同时可以拿一层楼的长墙喷射养护剂作 对比，以检验其效果。 3、 “抗 ”的措施 “抗”就是采取措施提高混凝土抵 抗收缩变形的能力，一般可以用提高配 筋率或减小钢筋间距的办法。本工程剪 力墙配筋率合适，所以可在配筋率不变 的情况下用等面积代换法，调整钢筋间 距，减小钢筋直径， 让水平构造筋 “细而密” ， 钢筋间距由 200mm 缩小 至 100mm 甚至 80mm，把混凝土一部 分的拉力转移到钢筋上来，使混凝土的 收缩趋于均匀，只在构件中产生微裂缝， 释放应力以避免或减少宏观裂缝。 六、裂缝的评价及处理 混凝土裂缝虽然是不可避免的， 但其有害程度却是可以控制的，有关标 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 15 准可根据使用条件而定。从结构的耐久 性要求、承载力要求及正常使用要求