鋼筋混凝土裂縫的機理與控制策略研究

 通常在鋼筋混凝土受彎構(gòu)件中,如果混凝土抗拉強度低于混凝土拉應(yīng)力，將會發(fā)生裂縫，這種荷載所導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)性裂縫在設(shè)計過程中必須要充分考慮。此外，還存在非結(jié)構(gòu)性裂縫。一般而言，非結(jié)構(gòu)性裂縫形成因素較多,難以量化計算,因此要規(guī)范設(shè)計以及施工。近年來,裂縫控制方法研究取得了新的進展，我國主要通過規(guī)范裂縫寬度來進行控制,而國外主要是通過設(shè)置鋼筋應(yīng)力以及間距來實現(xiàn)控制。通常情況下，運用裂縫寬度控制方法要注意預(yù)測短期裂縫寬度以及長期裂縫寬度，同時還要明確裂縫寬度限值的最大與最小取值。本文在分析鋼筋混凝土裂縫的機理的前提下，具體闡述了鋼筋混凝土裂縫的控制策略。
一、鋼筋混凝土裂縫機理概述
（一）裂縫限制分析
通常情況下，有限制的裂縫在設(shè)計過程中是允許的，裂縫能夠自行愈合。就其機理而言，主要是由于硬化水泥漿體中氫氧化鈣在接觸周圍空氣、水份中的二氧化碳后，形成碳酸鈣，進而與氫氧化鈣結(jié)晶聚于鋼筋混凝土裂縫內(nèi)，發(fā)生力學(xué)粘結(jié)效應(yīng)，致使裂縫被密封，難以自行愈合。一般認為，將裂縫寬度控制在0.20mm以下，能夠?qū)崿F(xiàn)自動愈合。但就人流頻繁地帶，例如地鐵、車站等地區(qū)來講，為了提高防水性能，裂縫限制嚴格，尤其是降雨量大的區(qū)域，必須要防止出現(xiàn)大的裂縫。
（二）混凝土?xí)r變特性分析
混凝土基本組成部分是砂、水泥、石子以及水，當(dāng)混凝土出現(xiàn)硬化現(xiàn)象后，一定程度上加大了單位體積重量，這主要是由于混凝土級配更具有合理性，在凝結(jié)硬化過程中產(chǎn)生收縮，使孔隙得到密實。這種凝結(jié)硬化收縮由于機理、條件不同，主要分為三種類型：第一，分塑性收縮；第二，自生收縮；第三，干燥收縮。在混凝土凝結(jié)硬化中，其極限拉應(yīng)力作為一個變量因素，強度直到一個月左右才能穩(wěn)定。除此之外，還存在溫度收縮，主要是由混凝土內(nèi)部與表面溫差或者環(huán)境溫差所引起的一種收縮。當(dāng)溫差越大時，溫度拉應(yīng)力將會相應(yīng)增大，當(dāng)超過混凝土極限拉應(yīng)力時，混凝土就會產(chǎn)生開裂現(xiàn)象。
（三）混凝土開裂機理
相關(guān)的研究表明，假設(shè)混凝土初始硬化溫差處在不受力的狀況下，那么能夠?qū)崿F(xiàn)自由收縮變形，此時混凝土內(nèi)部無應(yīng)力。當(dāng)混凝土在外部約束固定條件下，其長度不能自由發(fā)生改變，混凝土內(nèi)產(chǎn)生拉應(yīng)力，基于這種應(yīng)力作用的前提下，將會產(chǎn)生徐變現(xiàn)象，致使原有拉應(yīng)力值下降，降為凈拉應(yīng)力值，如果凈拉應(yīng)力大于或者與抗拉強度等同，就會出現(xiàn)開裂。由此可知，混凝土開裂的影響因素主要有五個方面：第一，收縮；第二，約束；第三，彈性模量；第四，徐變；第五，抗拉強度。
二、鋼筋混凝土裂縫控制策略研究
（一）收縮裂縫控制
1.塑性收縮裂縫控制
塑性收縮裂縫主要分為兩種，即塑性干縮裂縫以及塑性沉降裂縫。就塑性干縮裂縫而言，塑性收縮主要是由于新拌混凝土在凝結(jié)中接觸表面水份，而引起的一種干縮裂縫，其機理可以運用毛細水拉力來進行闡述，當(dāng)毛細孔隙水在蒸發(fā)作用下出現(xiàn)減少時，容易導(dǎo)致彎液面生成拉力，塑性收縮值較高。控制塑性收縮開裂的方法主要可以從八個方面來闡述：一是降低混凝土入模溫度；二是濕潤混凝土上方空氣；三是設(shè)置風(fēng)障與遮蔭棚；四是將攪拌時間控制在合理范圍內(nèi)；五是縮短養(yǎng)護時間；六是于澆筑前潤濕模板以及底板；七是澆筑后及時利用塑料膜進行覆蓋；八是通過壓光消除施工后的抹面塑性裂縫。就塑性沉降裂縫來講，其部位與方向明確，主要措施表現(xiàn)在六個方面：一是盡可能地降低混凝土坍落度；二是在高度差處設(shè)置施工縫，可以采用分層澆筑法進行施工縫處理；三是增加表面鋼筋保護層厚度；四是振搗方式合理，并科學(xué)外摻引氣劑；五是穩(wěn)定模板剛度及地基；六是表面實施抹平與壓光消除較淺沉降裂縫。
   2.自生收縮裂縫控制
自生收縮作為一種水泥水化作用下的收縮，依據(jù)常規(guī)干縮測定方法，其收縮值為干縮值與自生收縮值總和。一般而言，自生收縮需要進行測定，避免與環(huán)境濕度發(fā)生交換。在實際工程應(yīng)用過程中，需要具體問題具體分析，當(dāng)利用高強混凝土?xí)r，必須要注意自生收縮危害，例如在施工現(xiàn)場，要完善標號較低混凝土自生收縮，及時進行加水養(yǎng)護，通常情況下其控制策略與防止塑性干縮措施具有一致性。
3．凝結(jié)硬化收縮裂縫控制
凝結(jié)硬化收縮裂縫控制主要可以從四個方面來進行：第一，在混凝土配制過程中，使用低收縮量材料，盡可能減少拌和水用量，提高粗骨料含量；第二，降低混凝土干燥速率，有效控制表層水份損失，強化養(yǎng)護時，尤其是早期養(yǎng)護，模板外側(cè)保持濕潤，在保證混凝土強度符合標準的前提下松開模板，進行養(yǎng)護。在澆筑混凝土后防止干燥空氣進入；第三，在混凝土中，采用膨脹水泥進行配制，最大限度地補償收縮混凝土，預(yù)防開裂；第四，實施后澆帶申縮縫，運用分段間隔澆筑方法，減少約束應(yīng)力。
（二）溫度收縮裂縫控制
對于溫度收縮裂縫控制而言，首先要降低水化熱及其釋放速度減少水泥用量，摻加粉煤灰等礦料，采用低熱水泥，降低水化熱。其次，降低混凝土入模溫度，控制投料時的原材料溫度，一般采用冷水或冰水來降低混凝土的溫度。同時，控制散熱過程，防止混凝土表面溫度出現(xiàn)驟然變化，改善混凝土熱學(xué)性能，最大限度地提高混凝土抗拉性能，降低混凝土的熱膨脹系數(shù)，防止溫度收縮開裂。再者，設(shè)置構(gòu)造鋼筋，控制裂縫寬度，限制其發(fā)展，減少裂縫間距，將裂縫寬度控制在標準范圍內(nèi)。
三、結(jié)語
綜上所述，混凝土收縮開裂影響因素復(fù)雜，為了有效預(yù)防開裂現(xiàn)象的發(fā)生，盡可能地提高抗裂強度，必須要強調(diào)原材料的選用以及配合比設(shè)計，強化溫度控制，嚴格執(zhí)行相關(guān)施工要求，加強養(yǎng)護管理，結(jié)合后澆帶與構(gòu)造配筋等控制開裂策略，從而防止開裂。
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