6.砼后期膨胀出现裂缝,主要是:
(1)水泥中游离CaO过高,Ca(OH)2体积膨胀所致;
(2)水泥中MgO过高,Mg(OH)2体积膨胀所致;
(3)水泥和外加剂碱含量过高,与集料中活性硅等发生碱-集料反应所致;
(4)有害离子Cl-、SO4=、Mg++等侵入砼内部,导致钢筋锈蚀或形成二次钙矾石膨胀破坏所致。
7.结构物在任意内应力作用下,除瞬间弹性变形外,其变形值随时间的延长而增加的现象称为徐变变形。砼拉徐变时对抗裂有利,一般可以提高钢筋砼极限拉伸值50%左右。而砼压徐变很小,一般把收缩变形与徐变变形的计算一并加以考虑。砼收缩经验公式很多,但是,实际工程所处条件变化较多。一般采用如下任意时间砼收缩计算公式。
εy(t)=3.2410-4(1-e-0.01t) M1.M2……Mn
式中M1.M2……Mn-为水泥品种、骨料,水灰比、温度、养护和不同配筋率等修正系数。
其中不同配筋率的修正系数见表1.也即限制收缩与自由收缩之比,随配筋率提高而减小。
表1
配筋率(%) 0.00 0.15 0.20 0.25 0.30 0.40 0.50
修正系数M 1.00 0.68 0.61 0.55 0.50 0.43 0.40
(二)设计问题
钢筋砼结构是由砼和钢筋共同承担极限状态的承载力,结构设计师根据地基情况,静、动荷载、环境因素、结构耐久性等控制荷载裂缝。这里不作讨论。从国内外有关规范可知,对结构变形作用引起的裂缝问题,客观上存在两类学派:
第一类,设计规范规定很灵活,没有验算裂缝的明确规定,设计方法留给设计人员自由处理。基本上采取“裂了就堵、堵不住就排”的实际处理手法。
第二类,设计规范有明确规定,对于荷载裂缝有计算公式并有严格的允许宽度限制。对于变形裂缝没有计算规定,只按规范留伸缩缝,即留缝就不裂的设计原则。
大量工程实践证明,留缝与否,并不是决定结构变形开裂与否的唯一条件,留缝不一定不裂,不留缝不一定裂,是否开裂与许多因素有关。我们认为,控制裂缝应该防患于未然,首先尽量预防有害裂缝,重点在防。我国结构工程向长大化、复杂化发展,砼设计强度等级向C40~C60发展,设计师多注重结构安全,而对变形裂缝控制考虑不周,这也是结构裂缝发生增多的原因之一。
(三)施工管理问题
砼配合比设计是否科学合理,水泥与外加剂是否相适应,砂石级配及其含泥量是否符合规范要求,砼坍落度控制是否合理,这些都影响到砼的质量及其收缩变形。
砼浇筑震捣不均匀密实,施工缝和细部处理马虎,会带来结构开裂的后患;过震则使浮浆过厚,抹压又不及时,则砼表面出现塑性裂缝,十分难看。
边墙拆摸板过早(1~3d),砼水化热正处于高峰,内外温差最大;砼易“感冒”开裂。
砼养护十分重要,但许多施工单位忽视这一环节,尤其是墙体和柱梁的保温保湿养护不到位,容易产生收缩裂缝。某些露天构筑物尽管当地湿度很大,但由于吹风影响,加速了砼水分蒸发速度,亦即增加干缩速度,容易引起早期表面裂缝,风速对水分蒸发速度的影响见表2.这也许是夏季比秋冬季,南方比北方出现结构裂缝较多的原因。
从已建工程调查中发现,底板养护较好,出现裂缝概率较低,而底板上外墙裂缝概率很高约占80%,这与保温保湿养护不足有很大关系。
除上述技术因素外,施工管理不严,赶进度,偷工减料,工人素质差,施工马虎等也是造成结构裂缝的人为因素。
(四)对维护缺乏认识
我们发现不少结构是在浇筑完3~6个月,甚至在1~2年内出现裂缝。除荷载问题外,主要是环境温度和风速引起的收缩变形所致。有些地下室不及时复土;上部结构不及时做好封闭;出入口长期敞开,屋面防水层破坏不及时修补等。这些与施工和业主对结构维护缺乏认识有关。钢筋砼结构与其他物件一样都存在“热胀冷缩”的特征,尤其超长结构更为明显,所以,应重视已浇结构的保温保湿维护工作。
三、有害裂缝与无害裂缝
裂缝按其形状分为表面的、贯穿的、纵向的和横向的等等。裂缝形状与结构受力状态有直接关系。裂缝分为愈合、闭合、运动 、稳定的及不稳定的等。例如宽度0.1~0.2mm裂缝,开始有些渗漏,水通过裂缝同水泥结合,形成氢氧化钙和C-S-H凝胶,经一段时间裂缝自愈不渗了。有的裂缝在压应力作用下闭合了。有的裂缝在周期性温差和周期性反复荷载作用下产生周期性的扩展和闭合,称为裂缝的运动,但这是稳定的运动。有些裂缝产生不稳定的扩展,视其扩展部位,应考虑加固措施。
根据国内外设计规范及有关试验资料,砼最大裂缝宽度的控制标准大致如下:
无侵蚀介质无防渗要求,0.3~0.4mm.
轻微侵蚀,无防渗要求,0.2~0.3mm.
严重侵蚀,有防渗要求,0.1~0.2mm.
判断裂缝有害还是无害,首先视它是否有害结构安全和耐久性,其次是否影响使用功能(如防水,防潮)。例如地下和水工工程,小于0.1~0.2mm裂缝视为无害裂缝,作简单表面封闭即可,再作柔性防水层就更保险了。楼面裂缝0.3~0.4mm,对结构是安全,视为无害裂缝,可不作处理。对于受力的梁、柱,涉及结构安全,裂缝要妥当处理。
既然变形裂缝一般不影响承载力,但它防水问题就值得研究了,根据工程调查,由裂缝引起的各种不利后果中,渗漏水占60%。水分子的直径约0.310-6mm,可穿过任何肉眼可见的裂缝,从理论上讲防水结构物是不允许裂缝的,但实际情况不是这样,工程实践表明,裂缝宽0.2mm,开始漏水量5L/h,一年后只有10mL/h,这说明裂缝逐渐自愈。当然,对有渗水裂缝要及时处理,这并不是难题。
工程实践表明,结构裂缝的发生的原因很复杂,也是不可避免的。如对建筑物抗裂要求过严,必将付出巨大的经济代价。科学的要求应是将其有害程度控制在允许范围内。这些关于裂缝的预测、预防和处理工作,统称之为“建筑物的裂缝控制”。我国科技界和工程界正在不断探索,有许多成功经验值得借鉴。