钢筋混凝土预制构件的裂缝

钢筋混凝土构件裂缝原因分析和控制措施

摘要 钢筋混凝土构件的类型较多，但无论那种类型，裂缝现象都相当普遍。由于裂缝对构件的抗渗、钢筋防锈、混凝土的防碳化（防中性化）等都有不利影响，故应尽力加以控制。构件在制作和施工过程中出现的裂缝称为“早期裂缝”；在投产使用过程中出现的裂缝，称为“后期裂缝”。以下对预应力大型屋面板构件的典型裂缝的初步分析。

关键词 混凝土屋盖结构 典型裂缝分析 控制措施 混凝土屋盖结构，大致可分为肋板结构和平板结构两种。其他还有少量的曲面壳板结构。 由纵横肋组成封闭框，在框上整体连接盖板的结构称为肋板结构。常见的预应力大型屋面板就是其中的一种。预应力大型屋面板由于具有制造简单，施工方便，使用可靠，经济合理，适应机械化制作施工等特点，在工业建筑中，特别是在大、中型工业建筑中应用很广，实践证明，它是一种良好的屋盖结构。

为了预防屋面渗漏，根据使用试验，自防水大型板裂缝控制宽度为0.1mm；有防水层或防水涂层的大型板裂缝控制宽度为0.2~0.3mm.超过上述宽度应进行裂缝处理。 当屋面板处在不稳定温度场（常经受高温冲击）、干湿交替、有侵蚀介质以及承受激烈动荷反复作用条件下，裂缝会随时间的增加而扩展，还会产生表面网状裂纹、表面酥松剥落、较快较深的钢筋锈蚀及混凝土碳化和逐渐增加挠度等。这时，宜采取防护或加固措施。 钢筋在大气中的锈蚀一般每年0.02~0.04mm,在干燥地区为0.005~0.007mm。锈蚀速度先快后慢并趋稳定，一般在头一年内较快，至第三年便趋于稳定。在无侵蚀介质的水或土中锈蚀很慢，一般每年0.002~0.003mm.，混凝土本身具有碱性，对钢筋锈蚀有防护作用。由于混凝土裂缝扩展加快了中性化（碳化效应）的进程，从而降低了混凝土对钢筋锈蚀的防护作用。但是，现场调查中，没有发现裂缝宽度与加深锈蚀程度的直接关系，因此，裂缝宽度的控制标准应根据构件周围介质的侵蚀程度和使用条件而放宽。 1.早期裂缝

大型预制板的早期裂缝包括横向、纵向、端头缝、八字缝及斜裂缝等。常见的是横向裂缝，这种裂缝一般垂直于纵肋，位于板面中部或靠近中部，其数量一般为1~3条，个别情况4~5条。裂缝平行于横肋并紧挨横肋。裂缝多数位于表面，少数贯穿全厚度。裂缝长度400~600mm，个别可达2m以上。预制板的板面尺寸越大，出现裂缝的几率也越大。板上的裂缝一般与较长边垂直。当双向约束程度相同（双向尺寸相同)时，裂缝可能呈任意方向的龟裂，亦可沿对角线方向出现，例如，在大肋上的预应力钢筋放张后，可能引起主拉应力斜裂缝，

这种裂缝主要是由板与肋的不均匀收缩引起。收缩与构件尺寸的关系，较薄构件具有较大（较快）的收缩，较厚的肋具有较小的收缩。能定量反应这种关系的水力半径的倒数。 如以3.0m×9.0m、板为例，板的水力半径倒数r（板）当板厚为3cm,肋为40cm×15cm时，则 r（板）= 周边长 = 2×300+2×3 截面面积 3×300 = 0.67 2×40+2×15 r（肋）= 40×15 =0.18

板面的收缩比边肋大40%~43%.

具有较大收缩的板受到纵肋的约束，板内产生拉应力。沿纵向（即尺寸较大方向0拉应力较大，产生的裂缝与最大应力垂直，且多呈横向。由于收缩沿板面不均匀，外表面（上

表面）收缩大，里表面收缩小，故表面性裂缝多于贯穿性裂缝。

当肋的刚度较大时，板面收缩既受到大肋约束，又受小肋约束，在一个封闭框内双向受拉。有些板除横向裂缝外还会产生纵向裂缝，裂缝常见出现在变截面的肋板交界处，这里还有应力集中现象。当纵肋刚度不足，混泥土的弹性模量较低，抗拉强度不足，预应力值过高时，板面的预应力（呈反拱状态，反拱的拱度达2~3cm以上），也是促成横向裂缝的因素。

由于小肋配筋很少，且下窄上厚，窄处收缩大，厚处收缩小，常因沿高度不均匀收缩会引起均布的垂直裂缝，特别是无包头梁（大型板端无横肋的非标准板）更为明显。

在许多地区发现，裂缝与环境温度变化有直接关系。温度变化包括气温变化和蒸养升降温差。预制构件的裂缝与降温速度有关。无论是在露天堆放或是养护阶段，都应尽量避免激烈的降温作用。否则，板面冷缩快于肋梁，将由此产生拉应力而导致开裂。

习惯上常采用的升降温，升温和降温段都需延续2~3小时左右。但实际上，降温很快。养生窑急速揭盖引起剧烈降温，特别是在冬季，养生窑处于露天条件下，激烈降温立即引起裂缝，而且是脆性断裂，甚至可听到脆裂引起轻微的 “ 咔咔”声。由于降温速度很快，混凝土徐变性质得不到发挥，没有应力松弛效应，呈弹性脆裂。适当地加快升温速度，保持恒温时间不变，然后延长降温时间，即减缓降温速度，这样为好。升温可分为两段，中间有一台阶缓冲一下，避免“表面起皮\就板的整体说来，快速升温引起板内压应力是无关紧要的，而慢速降温却会大量减少板内拉应力（注意到降温时混泥土弹性模量比升温时高得多），从而有效地减少了裂缝。

由于干缩与降温性质相同，所以缓慢降温的同时还必须延长潮湿养护时间，至少也要使混泥土内水分不致急剧蒸发从而引起激烈收缩。这个问题在干燥地区尤为突出。

大型板的端头裂缝包括横肋的上端头裂缝和纵肋上的端头斜裂缝（正八字缝）。横肋端头缝是由于切断预应力钢筋后，胎膜对板及肋变形的阻力即“卡模”作用和纵肋变形受横肋的约束引起的端头剪刀裂缝。这类裂缝可通过改缓端头胎膜角度，采用木和橡皮弹性垫块，涂上减少摩擦的涂料，增配钢筋网片，加强构造（变断面)等措施加以控制。

纵肋端头斜裂缝是放张预应力筋后，由最大剪力区内主拉应力引起的。这类裂缝可通过增配网片或螺旋筋，分散端头的集中剪刀，分散配置预应力钢筋，提高肋部混凝土密实度，加大肋部断面等措施加以控制。

控制大型板的早期裂缝主要是控制板面裂缝。在制作方法方面，二次压光或三次压光的作法，会大大改善板面质量。但这一方法在重叠生产条件下不易实现。 对其他类型裂缝的控制措施还有： 一、控制横向裂缝的具体措施

1.在板面加预应力钢筋，或将部分非预应力纵向筋改为预应力筋（每块板加5～10根φb

3）。由于在板面增加预应力筋等于上在肋端上增加了一个反弯矩M’,可使大肋预应力筋对板面产生的M减少，从而使板的曲率减少，反拱减少，提高了板面的抗裂度。

2.在保证抗裂度要求的条件下，把部分板的张拉控制应力适当降低5%-10%，同时加强操作管理，尽量不使超张拉，以减少板面的反拱和对肋端局部挤压应力。在板的选型上，有时主肋高度偏小（如仅24cm）,刚度较差也是造成反拱较大的原因之一。另外，对板的计算除考虑跨中的挠度和抗裂度外，还应对生产中的端横肋受剪配筋进适当加强。设计上主肋不宜过小，端横肋不宜过高。屋面板肋预应力筋设计控制应力均较高，这是造成板面裂缝的原因之一。根据试验 即使有严重裂缝的板，大肋荷载抗裂度也在2.2以上，比设计要求的1.15要大，应进一步考虑板的空间刚度，适当选择控制张拉值，这对减少放张出现的的裂缝有很重要的意义。

3.施工中要严格控制砂石含泥量及石子粒度，加强振捣，提高密实度和抗拉强度。 4.将预应力筋放张强度由70%提高到85%以上，以提高板放张时的刚度。

5.加强养护、遮盖。收缩裂缝大多沿板面出现，裂缝较短且不规则。产生原因有：混凝土水灰比偏大，水泥用量过大；养护不好，板受风吹日晒，水分蒸发过快。 应把水灰比严格地址控制在0.5以下，塌落度不大于3cm，把水泥用量降低到450kg/m3 以下，以减少干缩影响，脱模后继续护盖浇水，养护不少于14昼夜。 二、控制肋端、肋角裂缝措施

出现在板的的肋端、肋角及大肋与端横肋交界处的裂缝宽度一般在0.05～0.15mm,长度50～100mm.有的仅出现在端横肋的内表面，这类裂缝在放张后半小时出现，有的裂缝在堆放期间还会有一定发展。

肋端与大肋交界处产生裂缝，主要是由于大肋预应力筋放张后，肋端受压缩变形，而底模端横肋、小肋限制其变形，造成板角受拉，横肋端部受剪，而该处断面较小，又仅有一根直径较小的钢筋，抵抗不住预应力放张产生的拉应力与剪应力所致。

肋端、肋角产生裂缝的原因是：气焊割、切放张钢筋时，混凝土局部过热；肋端钢筋铁件较多，混凝土捣固不密实，强度较低；放张后肋端局部受压，应力集中。

所以，应修改大板端头预埋件，使铁件中有一45度方向的钢筋伸入端肋,增加端横肋与大肋交界处的抗剪强度.在大板端部增加钢筋网片.在板四角各增加两根φ10,L=1000mm的钢筋。对混凝土底模加筋，加在紧贴端头的外模处；对钢模加元宝筋，加在贴靠钢底模的四角转角处，以增强抗剪能力，克服“卡模”造成的裂缝。 三、控制板角裂缝的措施

出现在板角的裂缝，一般在距板端40～50cm处，与端面成45度角，裂缝宽一般 小于或等于0.1mm.。这类裂缝脱模时常不出现，多在堆放2～3个月发现，用钢模或混凝土底模生产的各种型号的板，或各层堆放位置不同（有的支承距板端1m,，有的0.15m）的板，这类裂缝较为普遍，约占整个裂缝板数的50%左右，分析原因主要有：

预应力放张后，大肋承受较大的压应力，端横肋变变形被阻受拉，对板角形成一合力，使板面反拱如一曲率极平的双曲扁壳，在板面四周45度方向产生较大的拉应力。堆放期间，由于混凝土的干缩和徐变应力的叠加影响，结果在板角拉力而断面薄弱的部位出现裂缝。 其次是混凝土收缩徐变的影响。检查测定表明，大板堆放三个月左右，反拱比刚脱模时大一倍。这样会使板的拉应力增加而产生裂缝。 控制这种裂缝的主要措施有：

1） 在板面四角横向增加四要四根φb4，L=1000mm的钢筋，以增强板面抗拉能力； 2） 板面预应力筋由5φb3改为10φb3；

3） 降低用水量以减少混凝土的收缩和徐变影响； 4） 提高大板预应力放张时的混凝土强度；

5） 堆放构件的支承点由距离端500mm改为300mm，以增大跨度，减少板面徐变反拱。 出现在吊环附近的裂缝宽度一般在0.1mm左右，长度200mm～300mm,多在脱模时出现。裂缝的主要原因是粘模，在脱模时起吊用力过大或受力不均，将板吊环拉裂所致。所以还应注意以下几点：

1） 底模仔细均匀刷油；

2） 把大板底模各转角处的坡度改平缓，以便于脱模；

3） 吊环位置原距板端1000mm,为防止端部卡模，应改为500mm; 4）控制大板运输及吊装不当引起的裂缝。

预应力大板在预制厂生产，现场运距达几公里至几十公里。运输吊装中如何防止损坏，不使其出现裂缝，是施工中一个重要的环节。在主要依靠汽车拖车运输的条件下，只要装运当心，也还是能保持不坏的。如3m×9m的大板采用车运输拖车运输，3m×6m的大板用10t汽车或12t汽车运输，车箱都不够长，应采用接长的办法使悬壁减少，并加上架子，若

10t车每车运三块，12t每车运四块，并借链式起重机将板固定在车箱上，即使运输中道路十分不平，开裂损坏的也极少。

此外，生产的大板还曾出现过三超（超长、超宽、超厚）现象，结果板普遍超重，下仅增加了屋架的负荷，而且给大板安装带来一定困难，相邻板面高差不少于设计要求的5mm,，加上屋面板反拱大小不一，屋架上埋设铁件位置不正确，柱头高低差偏大等因素，使大板吊装不平整，达不到设计的平整度，致使吊装后的大板产生显著的次应力，常常导致开裂。板超重问题可通过修整底模，严格控制模板尺寸，以准确地达到浇灌厚度标准。

对已裂缝的屋面板，有的尚未吊装，有的已吊装完毕，在保证生产使用安全的前提下，并对较严重的裂缝板作荷载试验，然后根据板的裂缝情况和使用部位的不同，采取以下处理措施。

（1） 肋端裂缝处理

根据裂缝板荷载试验，板加荷到设计荷载的230%，肋端裂缝无扩大现象。但肋端裂缝的持久强度如何，尚难估计。因此规定裂缝的宽度超过0.15mm不得使用到主要跨间，裂缝宽度在0.15mm以内的应用环氧树脂进行表面封闭处理后再吊装。对于肋端板面裂缝集中部位，可在板缝中加钢筋网片，进行加固处理。 （2） 板面裂缝处理

荷载试验表面，加荷后板面裂缝并无扩大现象，有的裂缝（如板角及吊环处）反而封闭。因此在工程裂缝处理中，对主跨的热区，凡板面裂缝宽在0.05mm以下的不作处理，缝宽在0.15mm以下或局部宽一些而长度不超过200mm的可用环氧树脂进行封闭处理后吊装。裂缝宽于0.15mm的板决定用到有卷材的屋面部分去。则将裂缝放宽到0.3mm以下进行封闭处理后吊装，并根据生产使用要求，分别用二毡三乳涂料作屋面防水处理。板面裂缝封闭均在吊装后进行。 2.后期裂缝

大型板或吊车梁吊装后，常用点焊将其固定在屋盖承重结构上。此后，它将继续承受温差和湿度的变化而收缩，因徐变而使预应力部件产生缩短变形，因吊车制动力引起水平错动等，由于支座的约束，使大型板及吊车梁承受水平力作用，在纵肋端部引起主拉应力，所致生成与主拉应力轨迹相垂直的裂缝，即所谓“外斜裂缝”，

对于这种裂缝，可采用增配弯起构造筋的方法予以处理。弯起方向应平行于主拉应力。 板面的早期裂缝在使用中一般都有所闭合或减少，这是因为后期使用荷载引起板面受压作用。但也有些大型板由于使用中遇到激烈温差受热收缩及频繁动载的反复作用而引起裂缝增加和不稳定扩展。这类板的挠度显著增加的，必须及时处理。

在多数情况下，后期裂缝经过几年后会趋于稳定，一般不影响承载能力。但是，从持久强度出发，必须考虑恶劣环境中裂缝引起的钢筋锈蚀、混凝土的碳化及板面防渗等问题。应采取封闭裂缝的办法以改善使用质量。例如用聚氯乙烯胶泥或马牌油膏嵌缝，用环氧树脂加玻璃布、乳化沥青加玻璃布、甲凝环氧材料补缝等。

修补裂缝要特别注意基层的清洁处理，否则过一段时间就会起皮脱落，再好的补缝材料也达不到预期效果。

各种工业厂房大型板的使用经验中，包括那些处于高温侵蚀介质环境中的无卷材屋面板的使用经验中很重要的一条，就是加强维护、维修和使用管理，并有专人负责，使维护工作经常化。

班级：土木工程09（专升本）乌鲁木齐二十一局 姓名：钱华东

日期：2011年6月30日

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