建筑混凝土梁结构收缩裂缝解决措施

建筑混凝土梁结构收缩裂缝解决措施

摘要：本文作者结合多年来大量施工实践中的经验和教训，对裂缝的防治处理，并结合工程实例，对某建筑中钢筋混凝土梁结构裂缝因素进行了具体分析验算，探究查明了收缩裂缝产生的原因，并针对性地提出了解决措施。

关键词：结构裂缝；钢筋混凝土；裂缝

1 工程概况

某高层建筑为住宅楼，采用剪力墙结构，地下 2 层，地上 20 层，地下部分－0 .13m ～

6.35m 为局部带夹层的地下室，－6.35m 以下采用 1.3m 厚的 C35 钢筋混凝土筏板，筏板下为直径 700 mm，深度 28m～32m 的钢筋混凝土灌注桩。地上部分： l 层～8 层的梁、板、柱、墙采用 C40 混凝土浇筑， 9 层～16 层采用 C35 混凝土浇筑，16层以上采用 C30 混凝土浇筑，本工程梁跨度均在2～8m范围内。

混凝土施工方案全部采用泵送混凝土，地上部分，第一层的混凝土于3月2日开始浇筑， 4 天浇完成，以后每 10 天左右完成一层。当施工完第 6 层，在检查中发现：已施工完的下面 4 层楼中，每层较长的梁（长 5.4m ～ 6.5m ，宽 350 mm ，高 750 mm ）均出现竖向裂缝，其中一根梁上裂缝数量达到 8 条之多，见图1 。这些裂缝均垂直于梁轴线，距支座 0.3m～1.lm ，大多在梁腰两侧同时出现（即贯穿梁腰）。每条裂缝宽度沿梁高分布呈枣核状，即在梁腰中部附近最宽（宽度最大达到 0 . 3 mm ) ，向上向下均逐渐变窄，大多数裂缝向下终止于梁底以上 20 mm ～30 mm ，向上终止于梁板交接处以下 20 mm～30 mm 。

图1

2 受力分析

梁的截面尺寸及配筋如图 2 所示。根据当时的施工进度安排和施工记录，每一层梁板混凝土浇筑后均养护24小时，才进行上一层的钢筋绑扎与安装工作。由于混凝土采用 525R 型早强水泥配制，24小时后的同条件养护试件的检测结果表明，其混凝土强度远远超过施工规范规定的1.2N / m2 时的施工强度要求，因此可以排除因施工荷载作用而产生裂缝的可能性。

为了防止因拆模过早，混凝土强度还较低时就随荷载而产生结构裂缝，影响混凝土的强度增长以及使用寿命，规范规定，对于现浇梁当按同条件养护的

混凝土试件的强度跨度2～8m梁构件达到设计强度等级的75％时，方可拆除底模及支架。本工程施工实际准备了共三层模板的使用量供周转使用，混凝土结构施工时总有两层模板在支护工作中。因此，拆除梁、板底模换支点撑时，梁、板混凝土养护已达20多天。此时，同条件养护试件的检测结果表明，其混凝土强度远远超过设计强度等级的75％。而且依规范进行荷载分析和配筋验算，均满足抗裂要求。因此，可判断此开裂是由非荷载因素造成的。根据裂缝出现的位置以及开裂的形状，又考虑到梁两端均与混凝土剪力的墙暗柱相连接（相当于梁处于全约束状态）的情况，综合分析可初步断定该批裂缝均为因混凝土收缩所引起的收缩裂缝。

图2

3 钢筋混凝土梁裂缝验算

根据公式对该工程混凝土梁上出现的裂缝进行验算。

3.1 混凝土收缩量

（l）

式中_____标准状态下混凝土极限收缩量，取

t ― 混凝土浇筑日期， t = 30 天。

由（l）式得：

将其折算为当量温度：( 2 )

式中 a ― 温度系数，

由（ 2 ）式得：

此当量温度叠加混凝土温度降低值得到综合降温差：

（Tmax ―Tmin ) ＋Ty（3）

式中：T_____综合降温差，℃；

Tmax_____梁中混凝土的最高温度，工程中根据监测，取 42 ℃ ；

Tmin _____ 梁中混凝土的最低温度，工程中根据外界气温及实测值，取10 ℃；

由（3）式得：温度差 T = 40.4 ℃

3.2 混凝土中的极限拉应力

( 4 )

式中 E — 混凝土弹性模量， C40 混凝土取MPa

H ( t ) ― 混凝土应力松弛系数， H ( t ) = 0 . 5 。

由（4）式得，

可见，混凝土中出现的收缩拉应力远大于混凝土该龄期的实际抗拉强度（C40 混凝土 28d 的抗拉强度按4MPa 考虑），梁中出现的裂缝是由混凝土的体积及温度收缩造成的。

4 造成收缩裂缝的因素分析

根据前边的分析及计算，说明裂缝主要是由于混凝土的收缩引起的。考虑工程中所使用的原材料、现场施工情况、施工环境等诸多方面的因素及笔者的经验，现对其影响因素逐一排列，进行分析，将裂缝产生的原因归结为以下几个方面：

4.1 原材方面

4.1.1 混凝土配合比：

1层～8层所使用的C40 混凝土的配合比为：水泥370 kg ，砂子621 kg ，石子1154 kg ，水170 kg ，二级粉煤灰85kg。可见，该混凝土中粉料用量接近500kg ，含量较大。因此，水泥水化放热量大，容易形成收缩和干缩裂缝。

4.1.2 混凝土强度等级：

实际工程中，混凝土强度等级的提高往往伴随着水泥用量的增大，因此容易引起混凝土收缩和干缩量的增大，这已经为工程实践所证明。该工程中所用的混凝土强度等级为C40，水泥和粉煤灰总用量为445kg ，强度等级及水泥、粉煤灰含量均属于较高较大范畴。

4.1.3 骨料质量：

该工程中所用的细骨料为河中砂，骨料含泥量为4.3%，接近施工规范对 C40 混凝土含泥量的限定值。骨料含泥量越高，所拌制的混凝土的收缩量也就越大。

4.2 施工措施方面

4.2.1 混凝土搅拌质量：

施工中，对混凝土用水量的控制一直是一个难题。由于对砂、石含水量的检验总是滞后于施工现场的实际情况以及其他一些因素的影响，因此搅拌过程中，混凝土的实际用水量很难符合配合比的要求。另外，施工中当遇到泵送阻力较大，钢筋较密及浇筑施工较慢时，随意加水现象时有发生。尤其在开始泵送和即将结束泵送时，为了保证顺利泵送及清洗混凝土泵，都要大量加水，使泵出的浆体或混凝土中的含水量大大超标。这些含水量超标的混凝土所浇筑的梁因混凝土水灰比过高而更容易出现裂缝。

4.2.2 混凝土养护质量：

梁为悬空构件，混凝土养护难度大。而且施工单位在混凝土浇筑3d 到4d 后即拆除侧模，使梁直接暴露在春季干燥的空气中，因此，墙体的干缩及温度收缩值均较大。通常，混凝土在浇筑后强度发展的早期，容易因内聚约束应力作用而使混凝土构件的表面产生表面裂纹；在浇筑后强度发展的后期（15d 到1个月以后）容易产生贯穿性裂缝。但是，如果没有良好的保温、保湿措施以及降温降湿过快，混凝土中的应力来不及松驰，同样在早期会因混凝土表面裂缝向构件纵深发展而产生贯穿性裂缝。以第一层楼为例，混凝土的浇筑时间为3月2日到3月5日，此时的昼夜温差还较大，而空气的温度较小。因此前面提到的施工措施无法保证对混凝土进行充分的保温保湿养护，容易导致混凝土开裂。

4.3 设计及其他方面

4.3.1 设计人员对泵送混凝土的性能考虑不够：

泵送混凝土在硬化过程中，其收缩率和徐变较大，容易导致混凝土产生开裂。而目前在结构设计中往往只考虑结构强度的要求，对墙体一般不作抗裂验算，只是套用现行规范进行设计而忽略了泵送混凝土的这一特点。泵送混凝土与同一强度等级的塑性混凝土相比，二者的力学性能虽然相同，但在施工阶段的性能及浇筑的后期效果却有着较大的施工阶段的性能及浇筑的后期效果却有着较大的差别。实践证明，采用流动性大的泵送混凝土浇筑的构件比采用塑性混凝土浇筑的构件更容易出现裂缝。

4.3.2 梁高度和腰筋钢筋配置情况的影响：

梁越高，梁腰部位越容易出现裂缝。该梁未设腰筋，梁腰无足够能力来抵抗因混凝土收缩所产生的拉应力。

4.3.3 混凝土剪力墙对梁的极大约束：

该混凝土梁与剪力墙相连，剪力墙的钢度相对于混凝土梁来说，几乎可以认为是无限大。因此，梁体受到剪力墙极大的约束，无法自由收缩，最后使梁中混凝土产生贯穿性裂缝。

5 混凝土梁出现收缩裂缝的处理措施

5.1 增设腰筋

在梁腰增设腰筋本工程在发现裂缝之后，立刻决定在梁腰加设2根小16 根腰筋，利用其来抵抗在梁身中部产生的收缩拉应力。

5.2 组织控制

严格控制水灰比针对施工中因泵送困难，钢筋较密不易振捣密实及施工减慢而出现的随意加水以增加混凝土流动性的现象，制定了严格措施，将责任落实到个人，加强检查，保证施工中混凝土水灰比基本稳定。

5.3 原材控制

严格控制原材料质量及混凝土配合比石子应尽量采用洁净的硬质岩石，控制风化石含量。必要时还应人工进行级配优化。砂子应选取用干净的中粗砂。有关资料表明，采用中粗砂比采用细砂每立方米混凝土可减少用水量20 kg～50 kg ，水泥用量可相应减少5kg～35 kg ，可降低混凝土温升，减少混凝土收缩。当发现现场砂石含泥量较高时，应及时用水进行冲洗。

此外，要使混凝土满足泵送要求，并且有较好的流动性和抗离析性能，不能依靠单纯增大用水量（水灰比）的办法，而应选用合适的外加剂改善混凝土的和易性，达到减少拌和用水量和节约水泥的目的。另外，进行混凝土配合比设计时，应尽量采用高强度水泥以减少水泥用量，以便降低混凝土发热量，从而减少混凝土温度收缩值。同时，可掺加粉煤灰等材料以增加混凝土抗离析性能和可泵送性。

5.4 工艺流程控制

浇筑后的混凝土在初凝前，可进行二次振捣，以排除混凝土因泌水在粗骨料、水平钢筋下部产生的水分和空隙，提高混凝土与钢筋的握裹力，达到提高混凝土强度、防止混凝土梁出现裂缝的目的。同时，混凝土初凝前进行抹面处理可减少或避免表面收缩裂缝。

延迟拆模时间，加强混凝土养护模板能阻止混凝土中的水分向外蒸发，可以对混凝土起到很好的养护作用。施工中尽量晚拆模板，对不易洒水或其他养护措施的悬空构件如梁，有很好的养护效果。

6 结语

综上所述,钢筋混凝土结构的裂缝较难控制,我们制定了以上相应的对策，并将其立刻应用于随后的施工中，效果很理想，后来施工的各层混凝土梁中未重复出现类似的裂缝。

参考文献

[1]GB50367—2006混凝土结构加固设计规范

[2]GB50010-2002．混凝土结构设计规范[S]．

[3]冯乃谦.实用混凝土大全[M].北京:科学出版社,2001.

[4]王海东．《钢筋混凝土约束梁斜向贴CFRP抗剪加固试验研究及理论分析[D]》．长沙：湖南大学土木工程学院，2001：5—9．

[5]王宗昌,王晓菊.实用建筑施工技术(第二版)[M].北京：中国计划出版社，2004.卜良桃，

[6]王济川．《建筑结构加固改造设计与施工[M]》．长沙：湖南大学出版社，2002．

[7]吴中伟,廉慧珍.高性能混凝土[M].北京:中国铁道出版社,1999.

[8]卓尚木．《钢筋混凝土结构事故分析与加固[M]》．北京：中国建筑工业出版社，1997．

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。