钢筋混凝土结构裂缝产生的原因及控制-学位论文.doc
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1、毕业设计(论文)题 目:钢筋混凝土结构裂缝产生的原因及控制 摘要:钢筋混凝土的裂缝问题是一个普遍存在而又难于解决的工程实际问题,它已影响到正常的生活和生产,是一个迫切需要解决的技术难题。本文对混凝土工程中常见的一些裂缝问题进行了探讨分析,概述了钢筋混凝土结构的裂缝、裂缝的类型、裂缝产生的原因及裂缝的预防、控制措施,并针对具体情况提出了一些补救措施。对于钢筋混凝土的裂缝控制,需要我们对其有足够的重视,对混凝土裂缝进行认真研究、区别对待,采用合理的方法进行预防和控制,并在施工中采取各种有效的预防措施来预防裂缝的出现和发展,保证建筑物和构件安全、稳定地工作。关键词: 钢筋混凝土 裂缝原因 控制 治理
2、目 录摘要2目录3第1章前言4第2章钢筋混凝土结构裂缝的概述5第3章钢筋混凝土结构裂缝产生的原因63.1变形荷载与外荷载产生的裂缝63.2建设阶段产生裂缝的原因93.3房建工程不同部位产生裂缝原因10第4章钢筋混凝土结构裂缝的预防与控制124.1裂缝控制的基本原理124.2裂缝预防与控制的措施124.2.1设计手段124.2.2施工手段13第5章 裂缝产生后常见的治理方法165.1裂缝的治理原则165.2裂缝的治理方法165.2.1表面修补法165.2.2内部修补法175.2.3结构补强加固法185.2.4混凝土置换法195.2.5电化学防护法195.2.6仿生自愈合法19第6章 结论20致谢
3、21参考文献22第1章. 前言在工民建钢筋混凝土结构领域,一个相当普遍的质量问题就是结构的裂缝问题,它已影响到正常的生活和生产,是一个迫切需要解决的技术难题。钢筋混凝土的裂缝控制问题是建筑工程中很重要的问题之一,特别是最近几年来,泵送商品混凝土获得广泛应用之后,混凝土均质性有了很大改善的同时,裂缝控制技术难度大大增加了。钢筋混凝土结构的任何裂缝都是微裂缝发展的结果,这是因为水泥石和集料间的粘结强度约为水泥石抗拉强度的40-70%,在混凝土凝结过程中水泥石失水干缩,在水泥石和较大集料间的界面上产生月牙形的微裂缝,接着在荷载或其它物理化学作用下,这些微裂缝在集料和水泥石接触面上传播发展。因此要在大
4、量建设实践和现场实验研究基础上,研究变形作用引起裂缝的原因,约束变形特征,抗与放的设计准则以及综合技术的措施等。对于钢筋混凝土的裂缝控制,需要我们对其有足够的重视,对混凝土裂缝进行认真研究、区别对待,采用合理的方法进行预防和控制,并在施工中采取各种有效的预防措施来预防裂缝的出现和发展,保证建筑物和构件安全、稳定地工作。第2章钢筋混凝土结构裂缝的概述20年来,在工民建钢筋混凝土结构领域,一个相当普遍的质量问题就是结构的裂缝问题,且有日趋增多的趋势,它已影响到正常的生活和生产,并困扰着大批工程技术人员和管理人员,是一个迫切需要解决的技术难题。 由于结构在外荷载作用下的破坏和倒塌是从裂缝扩展开始的,
5、因此人们对裂缝往往产生一种建筑破坏的恐惧感,是可以理解的。早在1932年,前苏联A.教授的钢筋混凝土强度理论就指出,如正常配筋受弯构件的破坏状态是指受拉区钢筋到达屈服强度,受压区混凝土到达受弯的抗压强度,此状态称为承载力极限状态。这一状态全过程是伴随着荷载的不断增加,裂缝出现(钢筋应力只有4060MPa),裂缝扩展,受压区塑性不断发展,最后达到完全破坏。此时破坏荷载往往是裂缝出现荷载时的35倍,因此,很多大型钢筋混凝土结构,仅仅自重就超过了极限荷载的30%,在此条件下钢筋混凝土结构带有轻微裂纹是完全正常的,结构是安全的,恐惧是不必要的。国内外关于荷载作用下钢筋混凝土构件的设计都有自己的经验公式
6、,并已纳入有关规范,尽管计算结果出入较大,但毕竟可以参考应用。但是近年来大量裂缝的出现,并非与荷载作用有直接关系,通过大量的调查与实测研究证明这种裂缝是由于变形作用引起,包括温度变形(水泥的水化热、气温变化、环境生产热),收缩变形(塑性收缩、干燥收缩、碳化收缩)及地基不均匀沉降(膨胀)变形。由于这些变形受到约束引起的应力超过混凝土的抗拉强度导致裂缝,统称“变形作用引起的裂缝”。第3章.钢筋混凝土结构裂缝产生的原因引起裂缝的原因是多方面的,例如外荷载的作用、湿度、温度的变化、基础不均匀沉降、混凝土的收缩徐变,构件的配筋不合理以及施工方法不当等等都有可能引起混凝土构件的开裂,下面就工程中比较常见的
7、裂缝进行阐述。3.1变形荷载与外荷载产生的裂缝作为建筑施工企业,主要应关注的是占有害裂缝总量约以上,由各类变形荷载,包括温度变形(水泥的水化热、气温变化、环境生产热),收缩变形(塑性收缩、干燥收缩、碳化收缩)及地基不均匀沉降(膨胀)变形,由于这些变形受到约束引起的应力超过混凝土的抗拉强度导致裂缝。下面逐一进行分析:、温度裂缝:温度裂缝多发生在大体积混凝土表面或温差变化较大地区的混凝土结构中。混凝土具有热胀冷缩的性质,当环境温度发生变化时就会产生温度变形,由此产生附加应力,当这种应力超过混凝土的抗拉强度时就会产生裂缝,温度裂缝的走向通常无一定规律,大面积结构裂缝常纵横交错;梁板类长度尺寸较大的结
8、构,裂缝多平行于短边;深入和贯穿性的温度裂缝一般与短边方向平行或接近平行,裂缝沿着长边分段出现,中间较密。在工程中,这类裂缝比较常见,譬如现浇屋面板上的裂缝、大体积混凝土的裂缝。温度裂缝大多发生在施工的中后期间,缝宽受温度变化影响较明显。表面温度裂缝多缘于较大温差。特别是大体积混凝土基础在浇灌混凝土后,在硬化期间放出大量水化热,内部的温度不断上升,使混凝土表面和内部温差很大。当温差出现非均匀变化时,如施工中过早拆除模板,冬季施工过早拆除保温层,或受到寒潮袭击,都会导致混凝土表面急剧的温度变化,使其因降温而收缩。此时,表面受到内部混凝土的约束,将产生很大的拉应力,而混凝土早期抗拉强度又很低,因此
9、出现裂缝。但这种温差仅在表面处较大,离开表面就很快减弱。因此,这种裂缝只在接近表面较浅的范围内出现。深入和贯穿性的温度裂缝多缘于结构温差大。如大体积混凝土凝结和硬化过程中,水泥和水产生化学反应,释放出大量的热量,称为“水化热”,导致混凝土块体温度升高,当混凝土块体内部的温度与外部的温度相差很大,以致所形成的温度应力或温度变形超过混凝土当时的抗拉强度或极限拉伸应变,就会形成裂缝。、干燥收缩裂缝:混凝土在空气中结硬时,体积会逐渐减小,即干缩;干缩裂缝的产生主要是由于混凝土内外水分蒸发程度不同及胶质体的胶凝等作用而导致变形不同所产生的结果。干缩裂缝处在结构的表面,较细,其走向纵横交错,没有规律性。这
10、类裂缝一般在混凝土露天养护完毕一段时间后,在表层或侧面出现,并随湿度和温度变化而逐渐发展。如混凝土成型后,因养护不当,受到风吹日晒,使得表面水散发快,体积收缩大,而内部湿度变化很小,收缩也小,因而表面的收缩变形受到内部混凝土的约束,产生拉应力,引起混凝土表面裂缝;或者构件因水分蒸发产生体积收缩,受到地基或垫层的约束而出现干缩裂缝。此外,混凝土构件长期露天堆放,表面湿度经常发生剧烈变化;采用含泥量大的粉砂配制混凝土;混凝土过度振捣,表面形成水泥含量较多的砂浆层;用后张法预应力制成的构件,露天生产后长久不张拉等等,都会产生这种裂缝。、塑性收缩裂缝:塑性裂缝又称龟裂,严格说来属于干缩裂缝,出现很普遍
11、。指混凝土在凝结之前,表面因失水较快而产生的收缩。一般在干热或大风天气出现,主要原因是混凝土在终凝前几乎没有强度或强度很小,或者混凝土刚刚终凝而强度很小时,受高温或较大风力的影响,混凝土表面失水过快,造成毛细管中产生较大的负压而使混凝土体积急剧收缩,而此时混凝土的强度又无法抵抗其本身收缩,因此产生龟裂。塑性裂缝出现在结构表面,形状不规则且长短不一,这种裂缝大多出现在混凝土浇筑初期。产生这种裂缝的因素是多方面的:如当新拌混凝土的坍落度较大,而振动时间过长时,水泥浆浮在上层,骨料下沉时受到钢筋或其他物质的约束,出现不均匀沉降,从而使混凝土的表层产生裂缝;浇筑后混凝土表面没有及时覆盖,受风吹日晒,表
12、面水分蒸发过快,产生急剧收缩,而此时混凝土早期强度不能抵抗这种变形应力,因而开裂;使用收缩率较大的水泥,水泥用量过多,或使用过量的细砂和粉砂混凝土水灰比过大,也会导致这种裂缝出现。、化学反应裂缝:主要是指碱集料反应产生的裂缝,混凝土内水泥中的碱性氧化物(和)含量较高时,与集料中所含的活性产生化学反应,并在集料表面生成一层复杂的碱硅酸凝胶,这种凝胶吸收周围环境中的水后体积膨胀倍以上,造成混凝土酥松、膨胀开裂。这种裂缝一般出现在混凝土结构使用期间,一旦出现很难补救。另外由于混凝土浇筑、振捣不良或者是钢筋保护层较薄,有害物质进入混凝土使钢筋产生锈蚀,锈蚀的钢筋体积膨胀,导致混凝土胀裂,此种类型的裂缝
13、多为纵向裂缝,沿钢筋的位置出现。碱骨料反应裂缝和钢筋锈蚀引起的裂缝是钢筋混凝土结构中最常见的由于化学反应而引起的裂缝。、沉陷裂缝:即地基不均匀沉降(膨胀)变形产生的裂缝,当结构的基础沉降不均匀时,结构构件受到强迫变形,导致结构物中构件与构件之间产生斜拉和剪切作用,从而使得结构构件开裂,随着不均匀沉降的进一步发展,裂缝会进一步扩大。裂缝是由于结构地基土质不匀、松软,或回填土不实或浸水而造成不均匀沉降所致;或者因为模板刚度不足,模板支撑间距过大或支撑底部松动等所致,特别是在冬季,模板支撑在冻土上,冻土化冻后产生不均匀沉降,致使混凝土结构产生裂缝。这类裂缝的大小、形状、方向取决于地基变形的情况。由于
14、地基变形造成的应力一般较大,因此裂缝裂缝宽度较大、多呈45,并且通常是贯穿性的。、外荷载引起的裂缝:构件承受不同性质的荷载作用,其裂缝形状也不同,通常裂缝方向大致是与主拉应力的方向正交。结构受荷后产生裂缝的因素很多,施工中和使用中都可能出现裂缝。例如早期受震、拆模过早或方法不当、构件堆放、运输、吊装时的垫块或吊点位置不当、施工超载、张拉预应力值过大等均可能产生裂缝。3.2建设阶段产生裂缝的原因 、设计原因:如截面不够、梁的跨度过大、高度偏小,或结构中的受力钢筋截面偏小或板太薄、配筋位置不当、节点不合理、结构构件断面突变或因开洞、留槽引起应力集中,产生的构件裂缝;设计中对构件施加预应力不当,造成
15、构件的裂缝(偏心、应力过大等);构造处理不当,现浇主粱在搁次梁处如没有设附加箍筋,或附加吊筋以及各种结构缝设置不当等因素导致混凝土开裂,设计中构造钢筋配置过少或过粗等引起构件裂缝(如墙板、楼板);设计中未充分考虑混凝土构件的收缩变形,采用的混凝土等级过高,造成用灰量过大,对收缩不利。 、材料原因:粗细集料含泥量过大,造成混凝土收缩增大;集料颗粒级配不良或采取不恰当的间断级配,容易造成混凝土收缩的增大,诱导裂缝的产生;骨料粒径越细、针片含量越大,混凝土单方用灰量、用水量增多,收缩量增大;水泥等级越高、细度越细、早强越高对混凝土开裂影响很大;混凝土设计强度等级越高,脆性越大,越易开裂。 、混凝土配
16、合比设计原因:当前广泛采用泵送混凝土,对混凝土坍落度、和易性要求高,水灰比和水泥用量增大,水化热相应增大,混凝土收缩加剧;设计中水泥等级或品种选用不当;配合比中水灰比(水胶比)过大;单方水泥用量越大、用水量越高,表现为水泥浆体积越大、坍落度越大,收缩越大;配合比设计中砂率、水灰比选择不当造成混凝土和易性偏差,导致混凝土离淅、泌水、保水性不良,增加收缩值;配合比设计中混凝土膨胀剂掺量选择不当。 、施工及现场养护原因:模板构造不当,漏水、漏浆、支撑刚度不足、支撑的地基下沉、过早拆模等造成混凝土开裂;施工过程中,钢筋表面污染、混凝土保证层太小或太大,浇筑中碰撞钢筋使其移位引起裂缝,施工控制不严,超载
17、堆荷,导致出现裂缝;现场浇捣混凝土时,振捣或插入不当,漏振、过振或振捣棒抽撤过快,影响混凝土的密实性和均匀性,诱导裂缝的产生;高空浇注混凝土,风速过大、烈日暴晒,混凝土收缩值大;对大体积混凝土工程,缺少两次抹面,易产生表面收缩裂缝。 、使用阶段(外界因素与徐变):构筑物基础不均匀沉降,产生沉降裂缝;使用荷载超负。野蛮装修,随意拆除承重墙或凿洞等,引起裂缝;周围环境影响,酸、碱、盐等对构筑物的侵蚀,引起裂缝;意外事件,火灾、轻度地震等引起构筑物的裂缝。 混凝土徐变也会造成开裂或裂缝发展。据文献记载受弯构件截面混凝土受压徐变,可以使构件变形增大倍,预应力结构因徐变会产生较大的应力损失,降低了结构的
18、抗裂性能。3.3房建工程不同部位产生裂缝原因、基础底板等大体积混凝土裂缝:裂缝产生的主要原因是温度和干缩变形,这两种收缩由于受到基底或结构本身的约束,产生很大的拉应力,直至出现收缩裂缝。 、墙体混凝土裂缝:墙体裂缝,尤其地下室外墙混凝土裂缝主要是干缩裂缝。混凝土降温产生的收缩和硬化时的收缩,受到结构本身和基坑边壁等的约束,产生较大的拉应力,直至出现收缩裂缝。 、地面混凝土裂缝:不均匀沉降(地面的沉降往往与主体结构中柱、墙等的沉降不一致,从而在它们的结合部位产生较大的裂缝)、温度及收缩变形。 、现浇钢筋混凝土楼板裂缝:除板负筋位置不当等设计原因,混凝土水灰比、坍落度过大、模板和支撑刚度不足、养护
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