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1、房屋建筑工程裂縫成因與控制措施探討摘要: 在房屋建筑工程中的裂縫是質量通病，它不僅影響了建筑的美觀，而且嚴重的會影響結構的功能及其安全度，因此防止裂縫產生尤為重要。通過多年房屋建筑經驗，對裂縫的成因進行分析，并提出有效的裂縫控制措施，提高了房屋建筑質量，延長了使用壽命。 關鍵詞：房屋建筑工程；裂縫；成因；控制措施隨著我國國民經濟蓬勃發(fā)展，人們對房屋建筑需求也日益提高，對房屋建筑的質量要求也更為嚴格，但是在建筑工程中仍然面臨著許多問題，其中裂縫問題變得尤為關鍵，裂縫產生的原因多種多樣，而其控制辦法也各不相同。房屋裂縫會產生非常嚴重的后果，輕則影響建筑物的外觀，重則影響房屋結構的承載力、整體性及耐2、久性，甚至影響結構物的安全，因此研究房屋建筑工程中產生裂縫的原因及其控制措施具有重要的社會意義。一、工程概況該工程為地上30層，地下3層，建筑總高度為120m。其建筑平面呈D：38m的圓形，外圍是16根框架柱，內筒采用雙筒型式，里側為邊長9.78m11.83m的方筒，外側為D：17m的圓筒。最初設計采用雙筒一直到頂的結構體系，而且已按此設計完成地下室及地面4層的主體結構施工，后來新業(yè)主要求擴大20層以上客房的使用面積，把20層以上的圓筒取消，只保留方筒。這一結構體系的大調整，使傳力路徑發(fā)生了重大改變，于是有關設計人員進行了深入研究和處理。隨后第5層以上按新圖紙施工，并在19層樓面按要求取消了圓3、筒。二、裂縫的原因分析對裂縫的界定一般以可見縫寬 0.05mm 的稱為 “宏觀裂縫”， 反之則稱為 “微觀裂縫”。工程中構件產生裂縫的主要原因可以分為兩大類，一類是由動、 靜荷載和其他外荷載引起的裂縫；另一類是由溫度、收縮、不均勻沉降的變形荷載引起的裂縫。本工程剪力墻裂縫不屬于上述第 1 類荷載裂縫(強度裂縫)，即不屬設計控制范圍，因為在主體結構施工階段，各種動、靜荷載尤其是地震、風荷載(無圍護)。尚未施加上去，構件遠未達到設計狀態(tài)； 但裂縫也不屬于第 2 類荷載即差異沉降變形引起，一般不均勻沉降由于柱基差異沉降帶動梁頭下拉，在梁端產生斜裂縫。現場做的沉降觀測記錄也證實， 墻柱最大沉降4mm，4、可視為混凝土的壓縮，兩柱間差異沉降最大為 0.26，遠小于地基規(guī)范允許值 2， 因此可以排除由柱基差異沉降造成的因素。本工程剪力墻裂縫可認為是由于混凝土收縮及其溫差所引起，而且前者是主要的因素。混凝土收縮是指混凝土在不受力的情況下因變形而產生的體積減小，主要包括：硬化收縮，即混凝土在水化結硬過程中， 由于水泥顆粒不斷水化， 毛細管及各孔隙游離水逐漸與水泥礦物質水化，轉化為凝膠及結晶成水泥石， 體積略有收縮，亦稱“自生收縮”；失水收縮，即混凝土內水分不斷蒸發(fā)，引起體積顯著收縮，其收縮量占總體積收縮量的80%90%，亦稱“干縮”；碳化收縮，即大氣中的二氧化碳與水泥的水化物發(fā)生化學反應引起的收縮變形5、。混凝土自生收縮發(fā)生在初凝至終凝期間，干縮發(fā)生在終凝后，初凝前的收縮因混凝土尚具塑性而不影響裂縫的產生。混凝土的收縮是一個長期發(fā)展過程，但早期發(fā)展較快，后期逐漸減慢。混凝土構件在完全自由狀態(tài)下，收縮只會引起構件的縮短，不會在構件內產生應力，因而不會產生裂縫。 但實際工程中每種構件都受到不同程度的約束，這就必然在構件內產生內應力，當這些應力(拉力)超過構件材料的抗拉強度時，就導致構件的開裂。本工程剪力墻的變形就受到了約束，該約束來自每層的樓板及剪力墻的暗梁。三、混凝土收縮裂縫的主要起因80年代以前，民用建筑中出現混凝土早期收縮裂縫的機率是相當小的，90 年代后隨著我國泵送流態(tài)混凝土施工工藝的逐步6、推廣，工程中出現早期收縮裂縫的比例逐漸增大，說明與泵送及商品混凝土的廣泛使用有一定的對應關系。泵送流態(tài)混凝土由于流動性及和易性的要求，以及坍落度、水灰比增大，水泥標號提高，水泥用量增加，骨料粒徑減小，外加劑用量增多等諸多因素的變化，導致混凝土的收縮及水化熱作用比以往低流動性混凝土大幅增強，前者的收縮變形量約為(6.08.0)10-4，而后者僅為(2.3.5)10-4。美國A-Cll305 委員會在 1991 年發(fā)表的炎熱氣候下的混凝土施工中指出，混凝土入模溫度高，環(huán)境相對濕度低和陽光照射引起混凝土表面水分蒸發(fā)快是產生混凝土早期干縮裂縫的原因。為便于對比，將本工程施工配料表中有關混凝土一些參數列7、于表1。（1）水泥。水泥水化熱被一致認為是引起混凝土裂縫的主要原因，主要通過控制水泥用量來實現對其的控制。常規(guī)概念認為水泥用量越大，混凝土強度越高，尤其是隨著高強混凝土的大批量使用， 混凝土配中的水泥用量逐漸增大， 混凝土收縮裂縫也就相應增多，這已成為目前建筑界的突出問題。而實際上現代高強混凝土的研究表明，由于混合材料的出現，混凝土強度與水泥用量之間并非一定成比例關系，在低水泥用量的情況下同樣可以配制出高強混凝土。根據表 1的數據，本工程將水泥用量減少應該是不成問題的。 （2）混合材料。目前為了提高混凝土的施工可操作性，使混凝土硬化后獲得高性能最常用和最有效的方法是采用 “雙摻”技術，即同時摻8、人高效減水劑及活性摻合料。減劑能有效降低混凝土水灰比，改善混凝土拌合物的工作性能，提高混凝土強度，節(jié)省水泥用量。混凝土中的添加物當所占比例 5%時稱為摻量，超過的則稱為混合材料。混合材料是現代高強混凝土中除砂、石、水泥、水、減水劑以外的不可缺少的第6種組成部分若選用粉煤灰，則可以減少需水量，同時可降低泌水量，減少坍落度損失和降低水化熱如摻入水泥用量的15%，就可降低水化熱約15%。摻粉煤灰的混凝土早期抗拉強度增長較慢，而后期強度發(fā)展較快。粉煤灰分為級，級用于預應力混凝土，級用于普通鋼筋混凝土，級用于無筋混凝土，因此本工程剪力墻使用級粉煤灰是合適的。粉煤灰取代水泥的最大用量可達50%，摻粉煤灰的9、混凝土的配合比設計,是以該工程的水泥基準混凝土配合比為基礎，按強度稠度相等的原則繼續(xù)取代，如果混凝土中還加有化學劑，則必須注意化學劑與所用水泥的相容性，需進行相容性試驗，若兩者不相容就容易導致混凝土開裂。（3）水灰比。若水灰比過大，則混凝土結構內部的水孔及毛細孔增多，骨料與水泥石界面的泌水也增多，造成結構疏松，混凝土拌和物的總用水量對干縮的影響較顯著。（4）粗骨料。它對干縮的影響有兩層意思：提高粗骨料的用量，可使混凝土拌和物的總用水量及水泥漿量相應減少，從而減少混凝土干縮；由于粗骨料的約束作用減少了水泥漿的干縮，其約束作用取決于骨料類型、剛度、總用量和最大粒徑。堅固且堅硬的骨料如白云石、長石、10、花崗石和石英等，對水泥漿收縮起到更大的約束作用，而砂巖和板巖的約束作用則較弱。砂石含泥量大， 吸水率也大，因而收縮量也較大。（5）混凝土的養(yǎng)護。國外由于開發(fā)了減少混凝土收縮的外加劑，所以其泵送流態(tài)混凝土的收縮變形能得到有效控制。但國內卻缺乏類似的外加劑，雖然通過添加UEA 等微膨脹劑，可從某種程度上減少混凝土的收縮變形，但由于UEA 等的膨脹率指標是在水養(yǎng)14d 的情況下獲得的，如果養(yǎng)護條件跟不上，則其限制膨脹率會明顯降低。實際工程中時常發(fā)生添加微膨脹劑后不但對防裂無效，反而使開裂更為嚴重， 并產生后期強度倒縮等情況。如果按控制混凝土的收縮變 形值為指標進行換算，則泵送流態(tài)混凝土的養(yǎng)護要求要相11、當于大體積混凝土。但實際上對大體積混凝土一般都能嚴格按規(guī)范規(guī)定的要求進行特殊養(yǎng)護，以控制混凝土的內外溫差和收縮變形值，但對泵送流態(tài)混凝土的養(yǎng)護，通常仍采用過去流動性及預制混凝土的養(yǎng)護要求，這是目前設計和施工人員容易忽視的一個關鍵因素。混凝土早期干縮開裂的臨界相對濕度見表2。四、本工程裂縫現象解釋從以上分析可知，本工程筒體剪力墻裂縫是由于混凝土收縮引起的，不是結構性裂縫，對所出現的各種現象可以解釋如下：（1）當圓筒與方筒同時存在時，裂縫出現在圓筒外側是因為方筒受圓筒所包裹，且環(huán)境相對較陰暗潮濕，空氣對流也不明顯，處在這樣好的墻體養(yǎng)護環(huán)境下，水分不易蒸發(fā)，因而混凝土收縮不明顯；同樣，圓筒墻體內側也12、較少發(fā)現裂縫。19層以上因取消了圓筒，使方筒外墻直接暴露在空曠于燥的環(huán)境中，養(yǎng)護環(huán)境惡化，使混凝土外墻迅速失水，裂縫便轉換到方筒上。（2）隨著樓層的增高，墻體裂縫呈增多的趨勢，這是因為高空風速加大，日曬時間延長，溫差大，在相同時間里混凝土失水更多，導致收縮裂縫發(fā)展迅速， 但最終收縮量相差不大，因此呈現裂縫條數多則細、少則寬的規(guī)律。（3）裂縫呈“棗核形”(即梭形)，不穿過樓層，是由于樓面的“模箍作用”所致。其機理是由于被約束體(墻體)的變形受到約束體(樓板及墻暗梁)的約束， 隨著逐漸遠離樓面及暗梁，該約束力逐漸減弱并形成收縮裂縫。在裂縫形成過程中，裂縫處必然會產生變形，而這種變形往上下伸展在接近13、樓板處因受到約束而其延伸受到限制，直至逐漸消失， 因此可以認為約束作用既引起剪力墻開裂，又限制了裂縫的發(fā)展。（4）從結構平面上看，方筒南北面短肢墻體以及東西面電梯井洞口墻沒有出現裂縫，墻體短則其變形量就小，收縮應力不足以抵抗約束力，而電梯井外墻長 8.5m，收縮應力超過約束力，裂縫便產生并等距離分布在墻面上。按彈性力學理論，在線膨脹(收縮)系數不變的情況下，墻體收縮應力與其長度成正比，因此當墻體足夠長時，收縮應力會超過材料抗拉強度而導致裂縫的出現。五、處理措施對于裂縫，我們的最終目的并非要將其消滅，而是要控制結構性裂縫和分散收縮性裂縫，使其細微至肉眼無法辨認。我國工程界在總結長期處理裂縫的經驗14、后，得出“放”、“防”、“抗”的三字原則，可以綜合體現在設計、施工、材料運用等各個方面，在本工程中的運用可分述如下：1、“放”的措施“放”就是盡量減少對混凝土收縮變形的約束，如同治水中的“放水疏導” 法。本工程設計上可采取開“小結構洞”的方法，把方筒東西面長墻分成2個墻肢， 洞口用磚墻封實，不影響使用功能。由于在水平力作用下剪力墻結構變形曲線呈彎曲型，到建筑上部剪力墻位移較大，其剪切剛度的局部削弱對結構綜合剛度影響不大，因此在設計上是可行的。由于開洞后混凝土的收縮應力得到釋放，可以從源頭上控制裂縫的發(fā)展。2、“防”的措施“防”就是采取措施減少混凝土的收縮。從前述對混凝土材料的分析可知，把混凝土15、配比中的水泥從365kg/m3減小至300kg/m3，粉煤灰用量從 80kg/m3 增加至120kg/m3甚至更多，水灰比0.8適當調低，都仍留有很大的余地。由于粉煤灰混凝土早期強度較低，因而在養(yǎng)護方面要采取特殊措施，本工程剪力墻在拆模30min 后就出現裂縫，就說明了這一問題。為便于模板周轉，樓面拆模時間可以按照原計劃，但方筒的兩段長墻的拆模時間則可延長， 且注意拆模時不要馬上移走模板，而要讓模板拆開一定的縫隙用作澆水養(yǎng)護，這樣才能使混凝土的養(yǎng)護環(huán)境有所改善，強度得到提高后就可控制裂縫的出現。同時可以拿一層樓的長墻噴射養(yǎng)護劑作對比，以檢驗其效果。 3、“抗”的措施“抗”就是采取措施提高混凝土16、抵抗收縮變形的能力，一般可以用提高配筋率或減小鋼筋間距的辦法。本工程剪力墻配筋率合適，所以可在配筋率不變的情況下用等面積代換法，調整鋼筋間距，減小鋼筋直徑， 讓水平構造筋 “細而密” ， 鋼筋間距由200mm 縮小至100mm 甚至80mm，把混凝土一部分的拉力轉移到鋼筋上來，使混凝土的收縮趨于均勻，只在構件中產生微裂縫，釋放應力以避免或減少宏觀裂縫。六、裂縫的評價及處理混凝土裂縫雖然是不可避免的，但其有害程度卻是可以控制的，有關標準可根據使用條件而定。從結構的耐久性要求、承載力要求及正常使用要求等方面考慮，按照我國混凝土結構設計規(guī)范的規(guī)定，室內正常環(huán)境鋼筋混凝土結構最大裂縫寬度允許值為0.317、mm，基本上是本工程裂縫寬度的上限值。裂縫深度 H 與結構厚度h的關系為：h0.1H 為表面裂縫，本工程裂縫均屬此范圍；0.1H 對于裂縫的處理，參照日本混凝土協(xié)會制定的裂縫處理標準，我國的裂縫標準見表 3。對照國內規(guī)范及國外處理裂縫標準，本工程裂縫寬度都在限值以內，對鋼筋不會產生影響，無需對裂縫進行加固補強處理。七、 結束語通過對本工程的事例分析，并結合實際的處治辦法說明說闡述的是可行的。并且，在工程的裝修驗收階段30層以上筒體實際處理時在兩面長墻中間夾了1 塊板將其分成兩半，同時剪力墻配筋適當加密，施工中調整混凝土的配比，并加強墻體潮濕養(yǎng)護,效果明顯，墻體不再出現裂縫。中間層筒體抹灰批蕩后，裂縫也不再發(fā)生，說明裂縫已經穩(wěn)固。注：文章內所有公式及圖表請以PDF形式查看。