摘要:文章從荷載、溫度變化、收縮等7個方面詳細論述了砼裂縫的成因,并從設計、材料、現場施工等方面提出了裂縫控制措施,最后介紹了裂縫出現后的處理方法。
關鍵詞:裂縫;收縮;荷載;施工;溫度變化
近年來,我國基礎建設得到迅猛發(fā)展,各地興建了大量的混凝土建筑。在建筑物的建造和使用過程中,有關因出現裂縫而影響工程質量甚至導致結構垮塌的報道屢見不鮮。隨著混凝土商品化,泵送技術防現澆結構大量推廣,結構裂縫問題日趨嚴重,已成為影響建筑市場和房地產業(yè)發(fā)展的嚴重不利因素。
一、混凝土結構產生裂縫的原因及控制的必要
混凝土是一種非均質的復雜多相混相材料,在其微觀結構相組成之間主要的結合力是范德華力。因此其抗拉強度遠低于抗壓強度。當混凝土內部產生拉應力超過其抗拉強度時,就會產生裂縫。因此,混凝土發(fā)生開裂的條件就是:在約束下變形產生的拉應力超過實時的抗拉強度,也就是說必須同時考慮三個條件:變形的大小、約束的程度、實時抗拉強度。不受約束的自由變形不會產生應力;抗拉強度足以抵抗所產生的拉應力時則不會開裂。也就是說不能籠統(tǒng)地認為收縮必然開裂。所產生的應力大小和實時的彈性模量有關,和能夠松弛應力的徐變有關;是否引起開裂還和混凝土的抗拉強度有關。
凡是組成良好并經適當搗固和養(yǎng)護的混凝土,只要內部孔隙和裂縫尚未形成相互連接而直達表面的通道,則基本上是水密性的;在使用中,結構的荷載以及大氣環(huán)境的影響如冷熱交替、干濕循環(huán),可使這些內部微裂縫發(fā)展并傳播,成為環(huán)境中侵蝕性介質浸入的通道。早期裂縫控制的意義在于,已有裂縫的擴展比新生成裂縫容易?;炷两Y構裂縫的成因復雜而繁多,甚至多種因素相互影響,但每一條裂縫均有其產生的一種或幾種主要原因,比如:溫度和濕度的變化,混凝土的脆性和不均勻性,以及結構不合理,原材料不合格(如堿骨料反應),模板變形,基礎不均勻沉降等?;炷两Y構裂縫的種類,就其產生的原因,大致可劃分如下幾種:
受力裂縫:底部正彎矩彎曲裂縫;上部負彎矩彎曲裂縫;橫向裂縫;板邊裂縫;剪切斜裂縫;正彎矩引起的彎剪斜裂縫;干縮裂縫。
1.荷載引起的裂縫。
混凝土結構在常規(guī)靜、動荷載及次應力下產生的裂縫稱荷載裂縫,歸納起來主要有直接應力裂縫、次應力裂縫兩種。
直接應力裂縫是指外荷載引起的直接應力產生的裂縫。裂縫產生的原因有:
?。?)設計計算階段,結構計算時不計算或部分漏算;計算模型不合理;結構受力假設與實際受力不符;荷載少算或漏算;內力與配筋計算錯誤;結構安全系數不夠。結構設計時不考慮施工的可能性;設計斷面不足;鋼筋設置偏少或布置錯誤;結構剛度不足;構造處理不當;設計圖紙交代不清等。
?。?)施工階段,不加限制地堆放施工機具、材料;不了解預制構件受力特點,隨意翻身、起吊、運輸、安裝;不按設計圖紙施工,擅自更改結構施工順序,改變結構受力模式;不對結構做機器振動下的疲勞強度驗算等。
(3)使用階段,超出設計載荷的重型機械搬運安置過程中的接觸、撞擊;發(fā)生大風、大雪、地震、爆炸等。
次應力裂縫是指由外荷載引起的次生應力產生裂縫。裂縫產生的原因有:
?。?)在設計外荷載作用下,由于結構物的實際工作狀態(tài)同常規(guī)計算有出入或計算不考慮,從而在某些部位引起次應力導致結構開裂。例如兩鉸拱橋拱腳設計時常采用布置“X”形鋼筋、同時削減該處斷面尺寸的辦法設計鉸,理論計算該處不會存在彎矩,但實際該鉸仍然能夠抗彎,以至出現裂縫而導致鋼筋銹蝕。
?。?)結構中經常需要鑿槽、開洞、設置牛腿等,在常規(guī)計算中難以用準確的圖式進行模擬計算,一般根據經驗設置受力鋼筋。研究表明,受力構件挖孔后,力流將產生繞射現象,在孔洞附近密集,產生巨大的應力集中。在長跨預應力連續(xù)梁中,經常在跨內根據截面內力需要截斷鋼束,設置錨頭,而在錨固斷面附近經??梢钥吹搅芽p。因此,若處理不當,在這些結構的轉角處或構件形狀突變處、受力鋼筋截斷處容易出現裂縫。
實際工程中,次應力裂縫是產生荷載裂縫的最常見原因。次應力裂縫多屬張拉、劈裂、剪切性質。次應力裂縫也是由荷載引起,僅是按常規(guī)一般不計算,但隨著現代計算手段的不斷完善,次應力裂縫也是可以做到合理驗算的。在設計上,應注意避免結構突變(或斷面突變),當不能回避時,應做局部處理,如轉角處做圓角,突變處做成漸變過渡,同時加強構造配筋,轉角處增配斜向鋼筋,對于較大孔洞有條件時可在周邊設置護邊角鋼。
荷載裂縫特征依荷載不同而異呈現不同的特點。這類裂縫多出現在受拉區(qū)、受剪區(qū)或振動嚴重部位。但必須指出,如果受壓區(qū)出現起皮或有沿受壓方向的短裂縫,往往是結構達到承載力極限的標志,是結構破壞的前兆,其原因往往是截面尺寸偏小。根據結構不同受力方式,產生的裂縫特征如下:
?。?)中心受拉。裂縫貫穿構件橫截面,間距大體相等,且垂直于受力方向。采用螺紋鋼筋時,裂縫之間出現位于鋼筋附近的次裂縫。
(2)中心受壓。沿構件出現平行于受力方向的短而密的平行裂縫。
?。?)受彎。彎矩最大截面附近從受拉區(qū)邊沿開始出現與受拉方向垂直的裂縫,并逐漸向中和軸方向發(fā)展。采用螺紋鋼筋時,裂縫間可見較短的次裂縫。當結構配筋較少時,裂縫少而寬,結構可能發(fā)生脆性破壞。
?。?)大偏心受壓。大偏心受壓和受拉區(qū)配筋較少的小偏心受壓構件,類似于受彎構件。
?。?)小偏心受壓。小偏心受壓和受拉區(qū)配筋較多的大偏心受壓構件,類似于中心受壓構件。
?。?)受剪。當箍筋太密時發(fā)生斜壓破壞,沿梁端腹部出現大于45°方向的斜裂縫;當箍筋適當時發(fā)生剪壓破壞,沿梁端中下部出現約45°方向相互平行的斜裂縫。
?。?)受扭。構件一側腹部先出現多條約45°方向斜裂縫,并向相鄰面以螺旋方向展開。
?。?)受沖切。沿柱頭板內四側發(fā)生約45°方向斜面拉裂,形成沖切面。
?。?)局部受壓。在局部受壓區(qū)出現與壓力方向大致平行的多條短裂縫
2. 溫度變化引起的裂縫。
混凝土硬化期間水泥放出大量水化熱,內部溫度不斷上升,在表面引起拉應力。后期在降溫過程中,由于受到基礎或原有混凝上的約束,又會在混凝土內部出現拉應力。氣溫的降低也會在混凝土表面引起很大的拉應力,有時溫度應力可超過其它外荷載所引起的應力,當這些拉應力超出混凝土的抗裂能力時即會出現裂縫。因此掌握溫度應力的變化規(guī)律對于進行合理的結構設計和施工極為重要。溫度裂縫區(qū)別其它裂縫最主要特征是將隨溫度變化而擴張或合攏。溫度裂縫多發(fā)生在大體積混凝土表面或溫差變化較大地區(qū)的混凝土結構中。溫度裂縫的走向通常無一定規(guī)律,大面積結構裂縫??v橫交錯;梁板類長度尺寸較大的結構,裂縫多平行于短邊;深入和貫穿性的溫度裂縫一般與短邊方向平行或接近平行,裂縫沿著長邊分段出現,中間較密。裂縫寬度大小不一,受溫度變化影響較為明顯,冬季較寬,夏季較窄。高溫膨脹引起的混凝土溫度裂縫是通常中間粗兩端細,而冷縮裂縫的粗細變化不太明顯。此種裂縫的出現會引起鋼筋的銹蝕,混凝土的碳化,降低混凝土的抗凍融、抗疲勞及抗?jié)B能力等。
3. 收縮引起的裂縫。
在實際工程中,混凝土因收縮所引起的裂縫是最常見的。在混凝土收縮種類中,塑性收縮和縮水收縮(干縮)是發(fā)生混凝土體積變形的主要原因,另外還有自生收縮和炭化收縮。
混凝土塑性裂縫是指混凝土澆筑成型后還未硬化,仍處于可塑狀態(tài)時產生的裂縫,塑性裂縫的出現不僅會影響混凝土構件的外觀質量,更重要的是會造成混凝土防水性能下降、鋼筋容易銹蝕等不良后果,影響混凝土結構的使用年限,關于這一點應在設計和施工過程中給予充分的重視??s水收縮(干縮): 混凝土結硬以后,隨著表層水分逐步蒸發(fā),濕度逐步降低,混凝土體積減小,稱為縮水收縮(干縮)。因混凝土表層水分損失快,內部損失慢,因此產生表面收縮大、內部收縮小的不均勻收縮,表面收縮變形受到內部混凝土的約束,致使表面混凝土承受拉力,當表面混凝土承受拉力超過其抗拉強度時,便產生收縮裂縫?;炷劣不笫湛s主要就是縮水收縮。如配筋率較大的構件(超過3%),鋼筋對混凝土收縮的約束比較明顯,混凝土表面容易出現龜裂裂紋。自生收縮: 自生收縮是混凝土在硬化過程中,水泥與水發(fā)生水化反應,這種收縮與外界濕度無關,且可以是正的(即收縮,如普通硅酸鹽水泥混凝土),也可以是負的(即膨脹,如礦渣水泥混凝土與粉煤灰水泥混凝土)。炭化收縮: 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。炭化收縮只有在濕度50%左右才能發(fā)生,且隨二氧化碳的濃度的增加而加快。炭化收縮一般不做計算。
4. 鋼筋銹蝕引起的裂縫。
由于混凝土質量較差或保護層厚度不足,混凝土保護層受二氧化碳侵蝕炭化至鋼筋表面,使鋼筋周圍混凝土堿度降低,或由于氯化物介入,鋼筋周圍氯離子含量較高,均可引起鋼筋表面氧化膜破壞,鋼筋中鐵離子與侵入到混凝土中的氧氣和水分發(fā)生銹蝕反應,其銹蝕物氫氧化鐵體積比原來增長約2~4倍,從而對周圍混凝土產生膨脹應力,導致保護層混凝土開裂、剝離,沿鋼筋縱向產生裂縫,并有銹跡滲到混凝土表面。由于銹蝕,使得鋼筋有效斷面面積減小,鋼筋與混凝土握裹力削弱,結構承載力下降,并將誘發(fā)其它形式的裂縫,加劇鋼筋銹蝕,導致結構破壞。
要防止鋼筋銹蝕,設計時應根據規(guī)范要求控制裂縫寬度、采用足夠的保護層厚度;施工時應控制混凝土的水灰比,加強振搗,保證混凝土的密實性,防止氧氣侵入,同時嚴格控制含氯鹽的外加劑用量,沿海地區(qū)或其它存在腐蝕性強的空氣、地下水地區(qū)尤其應慎重。
5.凍脹引起的裂縫。
大氣氣溫低于零度時,吸水飽和的混凝土出現冰凍,游離的水轉變成冰,體積膨脹9%,因而混凝土產生膨脹應力;同時混凝土凝膠孔中的過冷水(結冰溫度在-78度以下)在微觀結構中遷移和重分布引起滲透壓,使混凝土中膨脹力加大,混凝土強度降低,并導致裂縫出現。尤其是混凝土初凝時受凍最嚴重,成齡后混凝土強度損失可達30%~50%。冬季施工時對預應力孔道灌漿后若不采取保溫措施也可能發(fā)生沿管道方向的凍脹裂縫。
溫度低于零度和混凝土吸水飽和是發(fā)生凍脹破壞的必要條件。當混凝土中骨料空隙多、吸水性強;骨料中含泥土等雜質過多;混凝土水灰比偏大、振搗不密實;養(yǎng)護不力使混凝土早期受凍等,均可能導致混凝土凍脹裂縫。冬季施工時,采用電氣加熱法、暖棚法、地下蓄熱法、蒸汽加熱法養(yǎng)護以及在混凝土拌和水中摻入防凍劑(但氯鹽不宜使用),可保證混凝土在低溫或負溫條件下硬化。
6.材料質量引起的裂縫。
混凝土主要由水泥、砂、骨料、拌和水及外加劑組成。配置混凝土所采用材料質量不合格,可能導致結構出現裂縫。在混凝土結構澆筑、構件制作、起模、運輸、堆放、拼裝及吊裝過程中,若施工工藝不合理、施工質量低劣,容易產生縱向的、橫向的、斜向的、豎向的、水平的、表面的、深進的和貫穿的各種裂縫,特別是細長薄壁結構更容易出現。裂縫出現的部位和走向、裂縫寬度因產生的原因而異,比較典型常見的有:
(1)水泥:水泥安定性不合格,水泥中游離的氧化鈣含量超標。氧化鈣在凝結過程中水化很慢,在水泥混凝土凝結后仍然繼續(xù)起水化作用,可破壞已硬化的水泥石,使混凝土抗拉強度下降;水泥出廠時強度不足,水泥受潮或過期,使混凝土強度不足,從而導致混凝土開裂;當水泥含堿量較高,同時又使用含有堿活性的骨料,可能導致堿骨料反應。
?。?)砂、石骨料:砂石的粒徑、級配、雜質含量;砂石粒徑太小、級配不良、空隙率大,將導致水泥和拌和水用量加大,影響混凝土的強度,使混凝土收縮加大。
?。?)拌和水及外加劑。拌和水或外加劑中氯化物等雜質含量較高時對鋼筋銹蝕有較大影響。采用海水或含堿泉水拌制混凝土,或采用含堿的外加劑,可能對堿骨料反應有影響。
?。?)混凝土保護層過厚,或亂踩已綁扎的上層鋼筋,使承受負彎矩的受力筋保護層加厚,導致構件的有效高度減小,形成與受力鋼筋垂直方向的裂縫。
?。?)混凝土振搗不密實、不均勻,出現蜂窩、麻面、空洞,導致鋼筋銹蝕或其它荷載裂縫的起源點。
?。?)混凝土澆筑過快,混凝土流動性較低,在硬化前因混凝土沉實不足,硬化后沉實過大,容易在澆筑數小時后發(fā)生裂縫,既塑性收縮裂縫。
?。?)混凝土攪拌、運輸時間過長,使水分蒸發(fā)過多,引起混凝土塌落度過低,使得在混凝土體積上出現不規(guī)則的收縮裂縫。
?。?)混凝土初期養(yǎng)護時急劇干燥,使得混凝土與大氣接觸的表面上出現不規(guī)則的 收縮裂縫。
?。?)用泵送混凝土施工時,為保證混凝土的流動性,增加水和水泥用量,或因其它原因加大了水灰比,導致混凝土凝結硬化時收縮量增加,使得混凝土體積上出現不規(guī)則裂縫。
?。?0)混凝土分層或分段澆筑時,接頭部位處理不好,易在新舊混凝土和施工縫之間出現裂縫。如混凝土分層澆筑時,后澆混凝土因停電、下雨等原因未能在前澆混凝土初凝前澆筑,引起層面之間的水平裂縫;采用分段現澆時,先澆混凝土接觸面鑿毛、清洗不好,新舊混凝土之間粘結力小,或后澆混凝土養(yǎng)護不到位,導致混凝土收縮而引起裂縫。
(11)混凝土早期受凍,使構件表面出現裂紋,或局部剝落,或脫模后出現空鼓現象。
?。?2)施工時模板剛度不足,在澆筑混凝土時,由于側向壓力的作用使得模板變形,產生與模板變形一致的裂縫。
(13)施工時拆模過早,混凝土強度不足,使得構件在自重或施工荷載作用下產生裂縫。
?。?4)施工前對支架壓實不足或支架剛度不足,澆筑混凝土后支架不均勻下沉,導致混凝土出現裂縫。
?。?5)裝配式結構,在構件運輸、堆放時,支承墊木不在一條垂直線上,或懸臂過長,或運輸過程中劇烈顛撞;吊裝時吊點位置不當,T梁等側向剛度較小的構件,側向無可靠的加固措施等,均可能產生裂縫。
?。?6)安裝順序不正確,對產生的后果認識不足,導致產生裂縫。如鋼筋混凝土連續(xù)梁滿堂支架現澆施工時,鋼筋混凝土墻式護欄若與主梁同時澆筑,拆架后墻式護欄往往產生裂縫;拆架后再澆筑護欄,則裂縫不易出現。
?。?7)施工質量控制差。任意套用混凝土配合比,水、砂石、水泥材料計量不準,結果造成混凝土強度不足和其他性能(和易性、密實度)下降,導致結構開裂。
7.化學反應引起的裂縫。
堿骨料反應裂縫和鋼筋銹蝕引起的裂縫是鋼筋混凝土結構中最常見的由于化學反應而引起的裂縫。主要的預防措施:一是選用堿活性小的砂石骨料;二是選用低堿水泥和低堿或無堿的外加劑;三是選用合適的摻和料抑制堿骨料反應。由于混凝土澆筑、振搗不良或者是鋼筋保護層較薄,有害物質進入混凝土使鋼筋產生銹蝕,銹蝕的鋼筋體積膨脹,導致混凝土脹裂,此種類型的裂縫多為縱向裂縫,沿鋼筋的位置出現。通常的預防措施有:一是保證鋼筋保護層的厚度;二是混凝土級配要良好;三是混凝土澆注要振搗密實;四是鋼筋表層涂刷防腐涂料。
二、裂縫的控制措施
?。ㄒ唬┝芽p控制總則
影響開裂的因素很復雜,往往不是單一因素造成的??刂屏芽p也不只是施工人員和混凝土生產者的事,而是涉及包括設計、混凝土及其原材料生產、施工甚至監(jiān)理和業(yè)主(開發(fā)商、房主或政府主管)在內各方面的責任。因此需要各方共同努力解決,但是混凝土的施工,包括混凝土原材料的控制、混凝土的制備和現場施工的各個環(huán)節(jié),則對于控制早期裂縫、減小后期開裂傾向、保證實現設計的混凝土結構耐久性是至關重要的。不能把施工看成什么人都能干的事,相反,需要知識面很寬的、能運用哲學思想的管理人員和技術人員共同籌劃、決策和把關。
每項工程施工前,應針對不同工程的特點、環(huán)境、施工季節(jié)、條件,由監(jiān)理(必要時可還有甲方代表參加)和技術人員按照設計要求,參考本指南和有關混凝土結構施工驗收規(guī)范,共同制定具體保證措施和實施計劃?;炷恋闹苽鋺斆芮信浜匣炷恋氖┕?,提供混凝土合適的流變性能和澆筑溫度,并且應當做好售后服務,跟蹤混凝土施工中重要階段的質量控制。國內已有混凝土生產企業(yè)做到了“混凝土生產和施工現場澆筑及質量控制的一體化”,這是很值得提倡的。但是要做到這一點,在經濟核算和責任方面必須有相應政策性的調整。
(二)裂縫的施工控制措施
1.一般原則
施工單位應有健全的質量管理、質量控制和檢驗體系,施工人員經過崗位培訓并取得相應的資格。在設計圖紙會審階段,認真分析抗裂構造設計;在編制施工組織設計、技術方案和技術交底時,有減少和控制混凝土裂縫的具體技術措施。重要工程的混凝土宜對水泥安定性、骨料的堿活性、混凝土原材料及混凝土的抗裂性能進行檢測。宜對混凝土原材料進行性能優(yōu)化選擇;對混凝土配合比應進行抗裂性能優(yōu)化設計,在滿足強度及泵送要求的情況下選擇抗裂性能最佳的混凝土。支撐現澆混凝土結構的模板必須通過模板設計使其具有足夠的強度、剛度和穩(wěn)定性。上下層模板支架的立柱應對準,并鋪設墊板。如支撐設于天然地基上,應保證基礎均勻受力并防止下沉。拆模時的混凝土強度、模板拆除的順序及拆模后的反頂加固措施,均應符合有關標準規(guī)范防施工技術方案的要求。應嚴格控制施工荷載。若施工時的荷載效應比正常使用的荷載效應更為不利時,應對該構件的承載能力、剛度和可能出現的裂縫寬度進行核算,必要時應在該構件下方設置臨時支撐。當上一層樓板下在澆筑混凝土時,其下層的模板或支撐不得拆除。混凝土結構的種類鋼筋保護層必須有可靠的控制措施?;炷涟?、墻中的預留孔、洞周邊應配有足夠的加強鋼筋并保證足夠的錨固長度。嚴格控制現混凝土板上人、上料時間。必須根據結構設計、混凝土強度增長和支撐情況確定樓板堆載及施工荷載,且應均勻堆放或沿周邊堆放。需要隱蔽的混凝土結構,驗收和附項內容完成后應及時隱蔽。路途停工時混凝土構件應采取防風、防曬、防凍、防雨等措施。
2.建筑與結構設計要求
建筑工程的基礎和主體結構設計應采取加強整體性的方案,對于建在軟弱地基上的建筑,宜采用整體性能好的基礎型式或采取加強基礎整體性的措施。在抗震設防區(qū),建筑工程的場地選擇,液化土和軟土地基地處理,應符合《建筑抗震設計規(guī)范》GB50011-2001的有關規(guī)定。建筑基礎的選型與設計,應盡量采取措施減少上部結構所引起沉降量防可能的不均勻沉降。當新建工程附近存在已有建筑時,新建建筑工程的設計應考慮新建工程的沉降對已有建筑的影響。應根據已有建筑的類型和新建工程對其基礎沉降的影響程度,采取留置足夠的距離距離或采取有效措施(如新建工程采用沉降量小的基礎形式以及在基坑邊增設護坡樁等)。建筑工程的伸縮縫設置應滿足《混凝土結構設計規(guī)范》GB50010-2002的規(guī)定。建筑工程樓(屋)蓋的設計,應考慮溫度變化、混凝土收縮對這些結構變形、開裂減輕裂縫的加強措施。建筑工程(屋)蓋的設計應進行熱工性能計算并選擇適合本地區(qū)特點的保溫隔熱措施。應對頂屋兩個邊單元的構件采取增強溫度應力的構造措施。
3.建筑材料的要求
建筑工程所采用的建筑材料應符合有關標準的規(guī)定和設計文件的要求。對于混凝土工程的水平構件(梁、板)和較大面積的墻體等構件,所用的建筑材料在滿足材料強度要求前提下,應盡量選擇收縮小、抗裂性能好的材料?;炷敛牧现械膿郊觿?,應選擇與水泥等材料適應性好收縮量小的品種,可通過不同品種的試驗進行優(yōu)選。
4.建筑工程施工的要求
建筑工程施工必須滿足《建筑工程施工質量驗收統(tǒng)一標準》GB50300-2001及其相應專業(yè)規(guī)范的要求。建筑工程的施工單位應根據建筑結構的類型、建筑結構所采用材料的特性和施工環(huán)境的實際情況,確定施工方案中有關裂縫控制的措施。建筑基礎的施工技術方案,應根據建筑場地土基土的層狀特點、地下水位及建筑工程周圍的環(huán)境狀況,制定防止土基基礎下沉和防止周圍已有建筑物開裂的具體措施。建筑工程施工技術方案應有根據建筑工程所在地點的施工季節(jié),制訂防止和減輕裂縫的季節(jié)性措施。
5.裂縫檢測與處理的要求
對出現裂縫的建筑工程應及時進行觀測和量測。當裂縫較嚴重時應進行檢測分析。對于正在發(fā)展中的裂縫,應進行跟蹤量測。應通過觀察、檢測及分析查明裂縫形成的原因并采取針對性的措施。對于已查明原因且已經穩(wěn)定的裂縫,應采取閉合裂縫的有效措施處理。對標志承載力不足的受力裂縫應及時采用加固措施。
6.建筑裝修和改造的要求
建筑工程在使用過程中,應控制使用荷載不超過設計荷載的取值。在建筑增層和增加荷載的裝修、改造,應對已有建筑的現狀進行調查,必要時應對建筑結構質量和性能進行檢測鑒定。還應堅持先設計后施工的原則。在設計中應考慮地基基礎或某些構件因荷載增加對變形或開裂的影響,征訂相應的措施。
?。ㄈ┛刂苹炷两Y構裂縫的施工措施
1.一般要求
施工單位應有健全的質量管理、質量控制和檢驗體系,施工人員經過崗位培訓并取得相應的資格。在設計圖紙會審階段,認真分析抗裂構造設計,在編制施工組織設計、技術方案和技術交底時,有減少和控制混凝土裂縫的具體措施。
重要工程的混凝土宜對水泥安定性、骨料的堿活性、混凝土原材料及混凝土的抗裂性能進行檢測。宜對混凝土原材料進行抗裂性能的優(yōu)化選擇;對混凝土配合比應進行抗裂性能優(yōu)化設計,在滿足強度及泵送要求的情況下,選擇抗裂性能量佳的混凝土。
支撐現澆混凝土結構的模板必須通過模板設計使其具有足夠的強度、剛度和穩(wěn)定性。上下層模板支架的立柱應對準,并鋪設墊板。如支撐設于天然地基上,應保證基礎均勻受力并防止下沉。
拆模時的混凝土強度、模板拆除的順序及拆模后的支頂加固措施,均應符合有關標準規(guī)范及施工技術方案的要求。
應嚴格控制施工荷載,若施工時的荷載效應比正常使用的荷載效應更為不利時,應對該構件的承載能力、剛度和可能出現的裂縫寬度進行核算,必要時應在該構件下方設置臨時支撐。當上一層樓板正在澆筑混凝土時,其下層的模板或支撐不得拆除?;炷两Y構的各類鋼筋保護層發(fā)布有可靠的控制措施?;炷涟濉χ蓄A埋管線料置于兩層鋼筋之間,否則應在其外側加置防裂鋼筋網片?;炷粱炷涟濉χ械念A留孔、洞周邊應配有足夠的加強鋼筋并保證足夠的錨固長度。
嚴格控制現澆混凝土樓板上人、上料時間。必須根據結構設計,混凝土強度增長和路途停工時混凝土構件應采取防風、防曬、防雨等措施。
2.混凝土施工時的注意事項
商品混凝土應有嚴格記錄每車混凝土的攪拌時間、出站時刻、進場院時刻、開始澆筑時刻、澆筑完成時刻,并分批匯總。拌制混凝土應嚴格按照施工配合比(根據原材料的含水率等對設計配合比進行調整)進行各種原材料的計量,嚴禁在攪拌機以外二次攪拌。混凝土的坍落度不宜大于160mm。
混凝土施工時,注意振搗的時間和位置,防止過振、欠振和潺振。應避免振搗棒振磁鋼筋。對已初凝的混凝土不應再次進行振搗。避免破壞已形成的混凝土結構強度,而應待其充分凝固以后按施工縫的接槎進行處理。對于斷面相差圈套的構件或結構,應先澆較深的部分;根據氣候條件靜停
0.5~1.5h,再與較薄的部分一起澆筑。
樓板混凝土澆筑完畢后,在初凝前宜用平板振搗二次振搗,終凝前應將表面進行二次搓毛和抹壓,避免出現早期失水裂縫。澆筑完畢后的混凝土樓板,可在初凝前在表面摻入經清洗后的小顆粒碎石,并與底層混凝土攪拌后二次振搗,以免板面裂縫。但應對二次攪拌后的混凝土取樣,測定其混凝土強度,并滿足設計要求。
裝配整體工結構的連接節(jié)點的連接外,應以強度不小于C30 的細石混凝土灌筑。預制板間的拼縫不得采用水泥砂漿灌縫,而應采用強度等級不小于C20的細石混凝土灌筑。連接處的混凝土宜采用取減少收縮的有效措施(如采用膨脹混凝土)。
后澆帶(縫)兩側的梁板支撐的模板應給予加強,且在后澆帶混凝土強度達到要求后方可拆除。對混凝土結構中容易產生裂縫的部位可采用摻入纖維的方法控制混凝土結構的裂縫。
施工縫不宜用鋼絲網堵擋混凝土,可用小木板拼接。便于拆卸、清理。施工縫處理時,已澆筑的混凝土的抗壓強度不應小于1.2N/mm2。應清除硬化混凝土表面上的浮漿、松動石子心臟軟弱混凝土,并加以充分濕潤和沖洗干凈。施工縫處不得有積水。平面體形較大的混凝土結構應訪華團后澆帶或膨脹加強帶,分割單元長度一般不大于30m。膨脹加強帶隨相鄰結構同時澆注,寬度2米左右,澆注有微膨脹功效的同強度等級混凝土。結構后澆帶必須按設計位置留置,設計沒有明確要不時應留置成寬度800~1000mm的企口型 。兩側混凝土結合面全部按施工縫處理,達到規(guī)定的時間后選用提高強度等級的微膨脹混凝土澆注并充分保養(yǎng)。
3.養(yǎng)護與成品保護時注意事項
混凝土初凝后應及時灑水保濕養(yǎng)護,重要部位養(yǎng)護宜采用保水較好的草袋、麻袋或編制物濕潤接觸覆蓋。對于表面積較大的板類構件或大體積混凝土,可采用蓄水養(yǎng)護。混凝土表面不便澆水或采用覆蓋養(yǎng)護時,宜涂刷養(yǎng)護劑。冬季施工應根據天氣情況,避免干雨天施工。必要時應加蓋覆蓋,防止剛澆筑完的混凝土被雨水澆淋?;炷翉姸任催_到1.2Mpa前,不得在其中踩踏或安裝模板及支架。拆模或進行其它作業(yè)時,嚴禁撞擊混凝土構件?;炷翗敲?、地面裝修需要打也鉆眼時,必須要有設計認可的施工方案。
4.大體積混凝土結構應注意事項
大體積混凝土結構應控制混凝土內部的絕熱溫升、抗裂配筋設計和混凝土體量等。控制混凝土內部最高溫度與表面溫度差不大于25℃;混凝土表面溫度與環(huán)境溫度差不天于15℃。采用設置后澆帶(縫)的方法控制單塊結構長厚比不大于40、長寬比不大于4,且單塊長度不宜超過30m。大體積混凝土可利用60d、90d、120d等后期強度作為混凝土結構強度評定值,以減少混凝土水泥用量,減少水化熱和收縮。
根據混凝土的絕熱溫升值、環(huán)境溫度,制定必要的控制砂、石料、拌和用水溫度和運輸過程的技術措施,以調整混凝土入模溫度。大體積混凝土應選用水化熱較低的水泥,在滿足混凝土配比強度及澆筑工藝的條件下,宜選擇粒徑較大的骨料、中粗砂,通過試驗確定摻和料及外加劑型號和數量以減少水、水泥用量。大體積混凝土應嚴格控制坍落度;優(yōu)先選擇分層連續(xù)澆筑;及時清除表面泌水。大體積混凝土溫度監(jiān)測點布設于混凝土的上表面、中部、下表面,對溫度測度數據應及時進行整理分析。它內外溫差、降溫速度不符合計算要不時,應根據實際情況采取溫控措施。控溫養(yǎng)護的持續(xù)時間應根據內外部溫度情況確定。應保持混凝土表面的濕潤??販馗采w的拆除應分層逐步進行,不得采用強制、不均勻的降溫措施。
5.預應力混凝土結構應注意事項
預應力混凝土結構應在滿足設計強度和施工工藝要求的情況下,減少水泥的用量和坍落度。水灰比應控制在0.5以下,并適當延長養(yǎng)護時間,增強混凝土的抗裂能力。預應力混凝土結構施工時,應堿少預應力束在梁端的偏心程度,還宜增大承壓端面面積,以降低預壓應力。構件端部應配置必要的抵抗橫向應力的鋼筋網片,增強抗裂能力。預應力結構或構件應按設計規(guī)定在達到相應的混凝土強度時施加預應力或進行預應力放張。對先張法預應力構件,宜采用緩慢放張的施工工藝。
(四)裂縫處理
在對混凝土結構中的裂縫進行處理之前,應先進行觀察、檢測、分析,確定裂縫的性質及裂縫產生的原因,然后再采用針對性的措施進行處理。在未明了裂縫產生的原因之前,應避免盲目對裂縫進行處理。對于在使用荷載下出現的受力裂縫,當其標志結構的承載能力存在問題時,應按有關標準規(guī)范的要求進行結構加固。對與在非設計荷載下出現的非正常受力裂縫,如引起裂縫的非正常工況不再重現,可只對已有的殘余裂縫進行封閉處理。對于由于溫度變化引起的裂縫,應在完成相應的保溫、隔熱處理以后,再進行裂縫的封閉處理。對由于耐久性問題引起的間接裂縫,應在采取相應的保證混凝土結構耐久性的措施以后,再對裂縫進行處理。對混凝土的裂縫進行處理或與此有關的結構維修加固時,應制訂相應的技術方案,并遵照方案進行修復或加固施工。混凝土結構的裂縫在結構進行了維修加固防裂縫封閉以后,應按相應的技術方案進行驗收,并在一定時期后進行復驗。
?。ㄎ澹┝芽p處理的方法
建筑物從建成到使用,牽涉到設計、施工、監(jiān)理、運營管理等各個方面。由上述可知,設計疏漏、施工低劣、監(jiān)理不力,均可能使混凝土結構出現裂縫。因此,嚴格按照國家有關規(guī)范、技術標準進行設計、施工和監(jiān)理,是保證結構安全耐用的前提和基礎。在運營管理過程中,進一步加強巡查和管理,及時發(fā)現和處理問題,也是相當重要的一個環(huán)節(jié)?;炷亮芽p的處理主要有以下方法:
1.表面修補法包括表面涂抹和表面貼補法
表面涂抹適用范圍是漿材難以灌入的細而淺的裂縫,深度未達到鋼筋表面的發(fā)絲裂縫,不漏水的縫,不伸縮的裂縫以及不再活動的裂縫。表面貼補(土工膜或其它防水片)法適用于大面積漏水(蜂窩麻面等或不易確定具體漏水位置、變形縫)的防滲堵漏。適用于對承載能力沒有影響的表面裂縫的處理,也適用于大面積細裂縫防滲、防漏的處理。
?。?)表面涂抹水泥砂漿:將裂縫附近的混凝土表面鑿毛,或沿裂縫鑿成深15~20mm,寬150~200mm的凹槽,掃凈并灑水濕潤,先刷水泥凈漿一層,然后用1:2的水泥砂漿分2~3層涂抹,總厚度控制在10~20mm左右,并用鐵抹抹平壓光。有防水要求時應用2mm厚水泥凈漿及5mm厚1:2的水泥砂漿交替抹壓4~5層,剛性防水層涂抹3~4小時后進行覆蓋,灑水養(yǎng)護。在水泥砂漿中摻入占水泥重量1%~3%的氯化鐵防水劑,可起到促凝和提高防水性能的效果。為了使砂漿與混凝土表面結合良好,抹光后的砂漿面應覆蓋塑料薄膜,并用支撐模板頂緊加壓。
(2)表面涂抹環(huán)氧膠泥:涂抹環(huán)氧膠泥前,先將裂縫附近80~100mm寬度范圍內的灰塵、浮渣用壓縮空氣吹凈,或用鋼絲刷、砂紙、毛刷清除干凈并洗凈,油污可用二甲苯或丙酮擦洗一遍,如表面潮濕,應用噴燈烘烤干燥、預熱,以保證環(huán)氧膠泥與混凝土粘結良好。若基層難以干燥,則用環(huán)氧煤焦油膠泥涂抹。涂抹時,用毛刷或刮板均勻蘸取膠泥,并涂刮在裂縫表面。
?。?)采用環(huán)氧粘貼玻璃布:玻璃布使用前應在堿水中煮沸30~60分鐘,然后用清水漂凈并晾干,以除去油脂,保證粘結。一般貼1~2層玻璃布。第二層玻璃布的周邊應比下面一層寬10~12mm,以便壓邊。
?。?)表面涂刷油漆、瀝青:涂刷前混凝土表面應干燥。
?。?)表面鑿槽嵌補:沿混凝土裂縫鑿一條深槽,槽內嵌水泥砂漿或環(huán)氧膠泥、聚氯乙烯膠泥、瀝青油膏等,表面作砂漿保護層。槽內混凝土面應修理平整并清洗干凈,不平處用水泥砂漿填補,保持槽內干燥,否則應先導滲、烘干,待槽內干燥后再行嵌補。環(huán)氧煤焦油膠泥可在潮濕情況下填補,但不能有淌水現象。嵌補前先用素水泥漿或稀膠泥在基層刷一層,然后用抹子或刮刀將砂漿或環(huán)氧膠泥、聚氯乙烯膠泥嵌入槽內壓實,最后用1:2水泥砂漿抹平壓光。在側面或頂面嵌填時,應使用封槽托板逐段嵌托并壓緊,待凝固后再將托板去掉。
2.內部修補法
內部修補法是用壓漿泵將膠結料壓入裂縫中,由于其凝結、硬化而起到補縫作用,以恢復結構的整體性。這種方法適用于對結構整體性有影響,或有防水、防滲要求的裂縫修補。常用的灌漿材料有水泥和化學材料,可按裂縫的性質、寬度、施工條件等具體情況選用。一般對寬度大于0.5mm的裂縫,可采用水泥灌漿,對寬度小于0.5mm的裂縫,或較大的溫度收縮裂縫,宜采用化學灌漿。
?。?)水泥灌漿:一般用于大體積混凝土結構的修補,主要施工程序是鉆孔、沖洗、止?jié){、堵漏、埋管、試水、灌漿。鉆孔采用風鉆或打眼機進行,孔距l(xiāng)~1.5m,除淺孔采用騎縫孔外,—般鉆孔軸線與裂縫呈30~45度斜角,孔深應穿過裂縫面0.5m以上,當有兩排或兩排以上的孔時,宜交錯或呈梅花形布置,但應注意防止沿裂縫鉆孔。沖洗在每條裂縫鉆孔完畢后進行,其順序按豎向排列自上而下逐孔沖洗。止?jié){及堵漏待縫面沖洗干凈后,在裂縫表面用1:2的水泥砂漿或用環(huán)氧膠泥涂抹。
(2)化學灌漿:化學灌漿能控制凝結時間,有較高粘結強度和一定的彈性,恢復結構整體性效果較好,適用于各種情況下的裂縫修補及堵漏、防滲處理。灌漿材料應根據裂縫性質、裂縫寬度和干燥情況選用。常用的灌漿材料有環(huán)氧樹脂漿液、甲凝、丙凝等。環(huán)氧樹脂漿液具有粘結強度高、施工操作方便、成本低等優(yōu)點,應用最廣。灌漿操作主要工序是表面處理、灌漿、封孔,一般采取騎縫直接用灌漿嘴施灌,不用另外鉆孔。配制環(huán)氧漿液時,應根據氣溫控制材料溫度和漿液的初凝時間(1小時左右)。灌漿時,操作人員要戴上防毒口罩,以防中毒。
3.結構加固法鋼筋混凝土結構的加固,應在結構評定的基礎上進行,加固的目的有結構強度加固、穩(wěn)定性加固、剛度加固、抗裂性能加固四種。這四種加固之間既有聯系又有區(qū)別,最常遇到的是結構強度加固(即結構補強)。結構加固可分為不改變結構受力圖形和改變結構受力圖形的兩種方法,亦可分為非預應力加固和預應力加固兩類。對結構或構件存在的強度、剛度、裂縫、穩(wěn)定、沉降、使用等方面的問題,要區(qū)分局部性還是全局性的,關鍵部位還是次要部位的,在分析了問題產生的主要原因后,分別根據處理的原則和界限,視工程具體情況和條件,有針對性地采取適當加固方法。
4.結構補強法。因超荷載產生的裂縫、裂縫長時間不處理導致的混凝土耐久性降低、火災造成的裂縫等影響結構強度可采取結構補強法。包括斷面補強法、錨固補強法、預應力法等
三、結語
綜上所述,對于混凝土裂縫的控制是一個綜合性的問題,需要經過設計、監(jiān)理、施工及使用方等多方面的配合。隨著當今我們對混凝土耐久性研究的不斷深入,材料科學的不斷發(fā)展和建筑技術水平的不斷提高,相信混凝土裂縫問題將會逐漸得以圓滿地解決。
1.裂縫控制是限制環(huán)境中侵蝕性介質進入混凝土結構的第一道防線,控制裂縫尤其是早期裂縫,對保證混凝土結構達到設計要求的耐久性,有重要意義。
2.裂縫控制需要建設主管∕開發(fā)商、設計人員、材料供應商和施工承包商共同的努力,但是施工過程的各環(huán)節(jié)對混凝土成型質量和裂縫控制尤為重要
3.除從觀念上、計劃上改變追求高早強外,盡量控制減小2天內強度增長速率,對竣工時間長的大型工程(如高層建筑的底層結構), 盡量延遲強度驗收期限。
4.配制混凝土時應選用開裂敏感性小的水泥(低C3A、C3S,低堿、低比表面積)、抗裂性好的礦物摻和料;盡量選用熱膨脹系數小的粗骨料。提倡使用引氣劑。
5.選用配合比時盡量減小水泥用量和膠凝材料總量(用水量)。除非必需(如自密實混凝土),不追求拌和物的大坍落度。
6.施工中應重視采取正確的施工澆筑順序,嚴格禁止違反操作規(guī)程的澆筑和振搗方式,重要工程應有在線測定混凝土溫度和應力的措施,根據實測結果調整養(yǎng)護措施。夏季要注意降低混凝土入模溫度,并盡量提前在混凝土處于塑性的階段開始采取降溫措施,避免橫跨斷面的溫差,;在混凝土降溫階段,無論夏季、冬季,都要注意采取合理保溫制度,避免混凝土內部降溫太快。避免拆模時產生熱沖擊。要盡早開始濕養(yǎng)護,并避免間斷澆水,不得在混凝土內部溫度達高峰時開始澆水。濕養(yǎng)護周期要足夠。
7.提倡混凝土供應商和施工承包商聯合實行混凝土的生產、澆筑、養(yǎng)護(包括溫濕度控制)等一體化的施工。這不僅有利于裂縫的控制,也有利于施工質量的控制,應當是建筑工業(yè)集約化生產的方向,建設主管或開發(fā)商應當支持這一措施,并在經濟政策上作相應的調整。
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關鍵詞:裂縫;收縮;荷載;施工;溫度變化
近年來,我國基礎建設得到迅猛發(fā)展,各地興建了大量的混凝土建筑。在建筑物的建造和使用過程中,有關因出現裂縫而影響工程質量甚至導致結構垮塌的報道屢見不鮮。隨著混凝土商品化,泵送技術防現澆結構大量推廣,結構裂縫問題日趨嚴重,已成為影響建筑市場和房地產業(yè)發(fā)展的嚴重不利因素。
一、混凝土結構產生裂縫的原因及控制的必要
混凝土是一種非均質的復雜多相混相材料,在其微觀結構相組成之間主要的結合力是范德華力。因此其抗拉強度遠低于抗壓強度。當混凝土內部產生拉應力超過其抗拉強度時,就會產生裂縫。因此,混凝土發(fā)生開裂的條件就是:在約束下變形產生的拉應力超過實時的抗拉強度,也就是說必須同時考慮三個條件:變形的大小、約束的程度、實時抗拉強度。不受約束的自由變形不會產生應力;抗拉強度足以抵抗所產生的拉應力時則不會開裂。也就是說不能籠統(tǒng)地認為收縮必然開裂。所產生的應力大小和實時的彈性模量有關,和能夠松弛應力的徐變有關;是否引起開裂還和混凝土的抗拉強度有關。
凡是組成良好并經適當搗固和養(yǎng)護的混凝土,只要內部孔隙和裂縫尚未形成相互連接而直達表面的通道,則基本上是水密性的;在使用中,結構的荷載以及大氣環(huán)境的影響如冷熱交替、干濕循環(huán),可使這些內部微裂縫發(fā)展并傳播,成為環(huán)境中侵蝕性介質浸入的通道。早期裂縫控制的意義在于,已有裂縫的擴展比新生成裂縫容易?;炷两Y構裂縫的成因復雜而繁多,甚至多種因素相互影響,但每一條裂縫均有其產生的一種或幾種主要原因,比如:溫度和濕度的變化,混凝土的脆性和不均勻性,以及結構不合理,原材料不合格(如堿骨料反應),模板變形,基礎不均勻沉降等?;炷两Y構裂縫的種類,就其產生的原因,大致可劃分如下幾種:
受力裂縫:底部正彎矩彎曲裂縫;上部負彎矩彎曲裂縫;橫向裂縫;板邊裂縫;剪切斜裂縫;正彎矩引起的彎剪斜裂縫;干縮裂縫。
1.荷載引起的裂縫。
混凝土結構在常規(guī)靜、動荷載及次應力下產生的裂縫稱荷載裂縫,歸納起來主要有直接應力裂縫、次應力裂縫兩種。
直接應力裂縫是指外荷載引起的直接應力產生的裂縫。裂縫產生的原因有:
?。?)設計計算階段,結構計算時不計算或部分漏算;計算模型不合理;結構受力假設與實際受力不符;荷載少算或漏算;內力與配筋計算錯誤;結構安全系數不夠。結構設計時不考慮施工的可能性;設計斷面不足;鋼筋設置偏少或布置錯誤;結構剛度不足;構造處理不當;設計圖紙交代不清等。
?。?)施工階段,不加限制地堆放施工機具、材料;不了解預制構件受力特點,隨意翻身、起吊、運輸、安裝;不按設計圖紙施工,擅自更改結構施工順序,改變結構受力模式;不對結構做機器振動下的疲勞強度驗算等。
(3)使用階段,超出設計載荷的重型機械搬運安置過程中的接觸、撞擊;發(fā)生大風、大雪、地震、爆炸等。
次應力裂縫是指由外荷載引起的次生應力產生裂縫。裂縫產生的原因有:
?。?)在設計外荷載作用下,由于結構物的實際工作狀態(tài)同常規(guī)計算有出入或計算不考慮,從而在某些部位引起次應力導致結構開裂。例如兩鉸拱橋拱腳設計時常采用布置“X”形鋼筋、同時削減該處斷面尺寸的辦法設計鉸,理論計算該處不會存在彎矩,但實際該鉸仍然能夠抗彎,以至出現裂縫而導致鋼筋銹蝕。
?。?)結構中經常需要鑿槽、開洞、設置牛腿等,在常規(guī)計算中難以用準確的圖式進行模擬計算,一般根據經驗設置受力鋼筋。研究表明,受力構件挖孔后,力流將產生繞射現象,在孔洞附近密集,產生巨大的應力集中。在長跨預應力連續(xù)梁中,經常在跨內根據截面內力需要截斷鋼束,設置錨頭,而在錨固斷面附近經??梢钥吹搅芽p。因此,若處理不當,在這些結構的轉角處或構件形狀突變處、受力鋼筋截斷處容易出現裂縫。
實際工程中,次應力裂縫是產生荷載裂縫的最常見原因。次應力裂縫多屬張拉、劈裂、剪切性質。次應力裂縫也是由荷載引起,僅是按常規(guī)一般不計算,但隨著現代計算手段的不斷完善,次應力裂縫也是可以做到合理驗算的。在設計上,應注意避免結構突變(或斷面突變),當不能回避時,應做局部處理,如轉角處做圓角,突變處做成漸變過渡,同時加強構造配筋,轉角處增配斜向鋼筋,對于較大孔洞有條件時可在周邊設置護邊角鋼。
荷載裂縫特征依荷載不同而異呈現不同的特點。這類裂縫多出現在受拉區(qū)、受剪區(qū)或振動嚴重部位。但必須指出,如果受壓區(qū)出現起皮或有沿受壓方向的短裂縫,往往是結構達到承載力極限的標志,是結構破壞的前兆,其原因往往是截面尺寸偏小。根據結構不同受力方式,產生的裂縫特征如下:
?。?)中心受拉。裂縫貫穿構件橫截面,間距大體相等,且垂直于受力方向。采用螺紋鋼筋時,裂縫之間出現位于鋼筋附近的次裂縫。
(2)中心受壓。沿構件出現平行于受力方向的短而密的平行裂縫。
?。?)受彎。彎矩最大截面附近從受拉區(qū)邊沿開始出現與受拉方向垂直的裂縫,并逐漸向中和軸方向發(fā)展。采用螺紋鋼筋時,裂縫間可見較短的次裂縫。當結構配筋較少時,裂縫少而寬,結構可能發(fā)生脆性破壞。
?。?)大偏心受壓。大偏心受壓和受拉區(qū)配筋較少的小偏心受壓構件,類似于受彎構件。
?。?)小偏心受壓。小偏心受壓和受拉區(qū)配筋較多的大偏心受壓構件,類似于中心受壓構件。
?。?)受剪。當箍筋太密時發(fā)生斜壓破壞,沿梁端腹部出現大于45°方向的斜裂縫;當箍筋適當時發(fā)生剪壓破壞,沿梁端中下部出現約45°方向相互平行的斜裂縫。
?。?)受扭。構件一側腹部先出現多條約45°方向斜裂縫,并向相鄰面以螺旋方向展開。
?。?)受沖切。沿柱頭板內四側發(fā)生約45°方向斜面拉裂,形成沖切面。
?。?)局部受壓。在局部受壓區(qū)出現與壓力方向大致平行的多條短裂縫
2. 溫度變化引起的裂縫。
混凝土硬化期間水泥放出大量水化熱,內部溫度不斷上升,在表面引起拉應力。后期在降溫過程中,由于受到基礎或原有混凝上的約束,又會在混凝土內部出現拉應力。氣溫的降低也會在混凝土表面引起很大的拉應力,有時溫度應力可超過其它外荷載所引起的應力,當這些拉應力超出混凝土的抗裂能力時即會出現裂縫。因此掌握溫度應力的變化規(guī)律對于進行合理的結構設計和施工極為重要。溫度裂縫區(qū)別其它裂縫最主要特征是將隨溫度變化而擴張或合攏。溫度裂縫多發(fā)生在大體積混凝土表面或溫差變化較大地區(qū)的混凝土結構中。溫度裂縫的走向通常無一定規(guī)律,大面積結構裂縫??v橫交錯;梁板類長度尺寸較大的結構,裂縫多平行于短邊;深入和貫穿性的溫度裂縫一般與短邊方向平行或接近平行,裂縫沿著長邊分段出現,中間較密。裂縫寬度大小不一,受溫度變化影響較為明顯,冬季較寬,夏季較窄。高溫膨脹引起的混凝土溫度裂縫是通常中間粗兩端細,而冷縮裂縫的粗細變化不太明顯。此種裂縫的出現會引起鋼筋的銹蝕,混凝土的碳化,降低混凝土的抗凍融、抗疲勞及抗?jié)B能力等。
3. 收縮引起的裂縫。
在實際工程中,混凝土因收縮所引起的裂縫是最常見的。在混凝土收縮種類中,塑性收縮和縮水收縮(干縮)是發(fā)生混凝土體積變形的主要原因,另外還有自生收縮和炭化收縮。
混凝土塑性裂縫是指混凝土澆筑成型后還未硬化,仍處于可塑狀態(tài)時產生的裂縫,塑性裂縫的出現不僅會影響混凝土構件的外觀質量,更重要的是會造成混凝土防水性能下降、鋼筋容易銹蝕等不良后果,影響混凝土結構的使用年限,關于這一點應在設計和施工過程中給予充分的重視??s水收縮(干縮): 混凝土結硬以后,隨著表層水分逐步蒸發(fā),濕度逐步降低,混凝土體積減小,稱為縮水收縮(干縮)。因混凝土表層水分損失快,內部損失慢,因此產生表面收縮大、內部收縮小的不均勻收縮,表面收縮變形受到內部混凝土的約束,致使表面混凝土承受拉力,當表面混凝土承受拉力超過其抗拉強度時,便產生收縮裂縫?;炷劣不笫湛s主要就是縮水收縮。如配筋率較大的構件(超過3%),鋼筋對混凝土收縮的約束比較明顯,混凝土表面容易出現龜裂裂紋。自生收縮: 自生收縮是混凝土在硬化過程中,水泥與水發(fā)生水化反應,這種收縮與外界濕度無關,且可以是正的(即收縮,如普通硅酸鹽水泥混凝土),也可以是負的(即膨脹,如礦渣水泥混凝土與粉煤灰水泥混凝土)。炭化收縮: 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。炭化收縮只有在濕度50%左右才能發(fā)生,且隨二氧化碳的濃度的增加而加快。炭化收縮一般不做計算。
4. 鋼筋銹蝕引起的裂縫。
由于混凝土質量較差或保護層厚度不足,混凝土保護層受二氧化碳侵蝕炭化至鋼筋表面,使鋼筋周圍混凝土堿度降低,或由于氯化物介入,鋼筋周圍氯離子含量較高,均可引起鋼筋表面氧化膜破壞,鋼筋中鐵離子與侵入到混凝土中的氧氣和水分發(fā)生銹蝕反應,其銹蝕物氫氧化鐵體積比原來增長約2~4倍,從而對周圍混凝土產生膨脹應力,導致保護層混凝土開裂、剝離,沿鋼筋縱向產生裂縫,并有銹跡滲到混凝土表面。由于銹蝕,使得鋼筋有效斷面面積減小,鋼筋與混凝土握裹力削弱,結構承載力下降,并將誘發(fā)其它形式的裂縫,加劇鋼筋銹蝕,導致結構破壞。
要防止鋼筋銹蝕,設計時應根據規(guī)范要求控制裂縫寬度、采用足夠的保護層厚度;施工時應控制混凝土的水灰比,加強振搗,保證混凝土的密實性,防止氧氣侵入,同時嚴格控制含氯鹽的外加劑用量,沿海地區(qū)或其它存在腐蝕性強的空氣、地下水地區(qū)尤其應慎重。
5.凍脹引起的裂縫。
大氣氣溫低于零度時,吸水飽和的混凝土出現冰凍,游離的水轉變成冰,體積膨脹9%,因而混凝土產生膨脹應力;同時混凝土凝膠孔中的過冷水(結冰溫度在-78度以下)在微觀結構中遷移和重分布引起滲透壓,使混凝土中膨脹力加大,混凝土強度降低,并導致裂縫出現。尤其是混凝土初凝時受凍最嚴重,成齡后混凝土強度損失可達30%~50%。冬季施工時對預應力孔道灌漿后若不采取保溫措施也可能發(fā)生沿管道方向的凍脹裂縫。
溫度低于零度和混凝土吸水飽和是發(fā)生凍脹破壞的必要條件。當混凝土中骨料空隙多、吸水性強;骨料中含泥土等雜質過多;混凝土水灰比偏大、振搗不密實;養(yǎng)護不力使混凝土早期受凍等,均可能導致混凝土凍脹裂縫。冬季施工時,采用電氣加熱法、暖棚法、地下蓄熱法、蒸汽加熱法養(yǎng)護以及在混凝土拌和水中摻入防凍劑(但氯鹽不宜使用),可保證混凝土在低溫或負溫條件下硬化。
6.材料質量引起的裂縫。
混凝土主要由水泥、砂、骨料、拌和水及外加劑組成。配置混凝土所采用材料質量不合格,可能導致結構出現裂縫。在混凝土結構澆筑、構件制作、起模、運輸、堆放、拼裝及吊裝過程中,若施工工藝不合理、施工質量低劣,容易產生縱向的、橫向的、斜向的、豎向的、水平的、表面的、深進的和貫穿的各種裂縫,特別是細長薄壁結構更容易出現。裂縫出現的部位和走向、裂縫寬度因產生的原因而異,比較典型常見的有:
(1)水泥:水泥安定性不合格,水泥中游離的氧化鈣含量超標。氧化鈣在凝結過程中水化很慢,在水泥混凝土凝結后仍然繼續(xù)起水化作用,可破壞已硬化的水泥石,使混凝土抗拉強度下降;水泥出廠時強度不足,水泥受潮或過期,使混凝土強度不足,從而導致混凝土開裂;當水泥含堿量較高,同時又使用含有堿活性的骨料,可能導致堿骨料反應。
?。?)砂、石骨料:砂石的粒徑、級配、雜質含量;砂石粒徑太小、級配不良、空隙率大,將導致水泥和拌和水用量加大,影響混凝土的強度,使混凝土收縮加大。
?。?)拌和水及外加劑。拌和水或外加劑中氯化物等雜質含量較高時對鋼筋銹蝕有較大影響。采用海水或含堿泉水拌制混凝土,或采用含堿的外加劑,可能對堿骨料反應有影響。
?。?)混凝土保護層過厚,或亂踩已綁扎的上層鋼筋,使承受負彎矩的受力筋保護層加厚,導致構件的有效高度減小,形成與受力鋼筋垂直方向的裂縫。
?。?)混凝土振搗不密實、不均勻,出現蜂窩、麻面、空洞,導致鋼筋銹蝕或其它荷載裂縫的起源點。
?。?)混凝土澆筑過快,混凝土流動性較低,在硬化前因混凝土沉實不足,硬化后沉實過大,容易在澆筑數小時后發(fā)生裂縫,既塑性收縮裂縫。
?。?)混凝土攪拌、運輸時間過長,使水分蒸發(fā)過多,引起混凝土塌落度過低,使得在混凝土體積上出現不規(guī)則的收縮裂縫。
?。?)混凝土初期養(yǎng)護時急劇干燥,使得混凝土與大氣接觸的表面上出現不規(guī)則的 收縮裂縫。
?。?)用泵送混凝土施工時,為保證混凝土的流動性,增加水和水泥用量,或因其它原因加大了水灰比,導致混凝土凝結硬化時收縮量增加,使得混凝土體積上出現不規(guī)則裂縫。
?。?0)混凝土分層或分段澆筑時,接頭部位處理不好,易在新舊混凝土和施工縫之間出現裂縫。如混凝土分層澆筑時,后澆混凝土因停電、下雨等原因未能在前澆混凝土初凝前澆筑,引起層面之間的水平裂縫;采用分段現澆時,先澆混凝土接觸面鑿毛、清洗不好,新舊混凝土之間粘結力小,或后澆混凝土養(yǎng)護不到位,導致混凝土收縮而引起裂縫。
(11)混凝土早期受凍,使構件表面出現裂紋,或局部剝落,或脫模后出現空鼓現象。
?。?2)施工時模板剛度不足,在澆筑混凝土時,由于側向壓力的作用使得模板變形,產生與模板變形一致的裂縫。
(13)施工時拆模過早,混凝土強度不足,使得構件在自重或施工荷載作用下產生裂縫。
?。?4)施工前對支架壓實不足或支架剛度不足,澆筑混凝土后支架不均勻下沉,導致混凝土出現裂縫。
?。?5)裝配式結構,在構件運輸、堆放時,支承墊木不在一條垂直線上,或懸臂過長,或運輸過程中劇烈顛撞;吊裝時吊點位置不當,T梁等側向剛度較小的構件,側向無可靠的加固措施等,均可能產生裂縫。
?。?6)安裝順序不正確,對產生的后果認識不足,導致產生裂縫。如鋼筋混凝土連續(xù)梁滿堂支架現澆施工時,鋼筋混凝土墻式護欄若與主梁同時澆筑,拆架后墻式護欄往往產生裂縫;拆架后再澆筑護欄,則裂縫不易出現。
?。?7)施工質量控制差。任意套用混凝土配合比,水、砂石、水泥材料計量不準,結果造成混凝土強度不足和其他性能(和易性、密實度)下降,導致結構開裂。
7.化學反應引起的裂縫。
堿骨料反應裂縫和鋼筋銹蝕引起的裂縫是鋼筋混凝土結構中最常見的由于化學反應而引起的裂縫。主要的預防措施:一是選用堿活性小的砂石骨料;二是選用低堿水泥和低堿或無堿的外加劑;三是選用合適的摻和料抑制堿骨料反應。由于混凝土澆筑、振搗不良或者是鋼筋保護層較薄,有害物質進入混凝土使鋼筋產生銹蝕,銹蝕的鋼筋體積膨脹,導致混凝土脹裂,此種類型的裂縫多為縱向裂縫,沿鋼筋的位置出現。通常的預防措施有:一是保證鋼筋保護層的厚度;二是混凝土級配要良好;三是混凝土澆注要振搗密實;四是鋼筋表層涂刷防腐涂料。
二、裂縫的控制措施
?。ㄒ唬┝芽p控制總則
影響開裂的因素很復雜,往往不是單一因素造成的??刂屏芽p也不只是施工人員和混凝土生產者的事,而是涉及包括設計、混凝土及其原材料生產、施工甚至監(jiān)理和業(yè)主(開發(fā)商、房主或政府主管)在內各方面的責任。因此需要各方共同努力解決,但是混凝土的施工,包括混凝土原材料的控制、混凝土的制備和現場施工的各個環(huán)節(jié),則對于控制早期裂縫、減小后期開裂傾向、保證實現設計的混凝土結構耐久性是至關重要的。不能把施工看成什么人都能干的事,相反,需要知識面很寬的、能運用哲學思想的管理人員和技術人員共同籌劃、決策和把關。
每項工程施工前,應針對不同工程的特點、環(huán)境、施工季節(jié)、條件,由監(jiān)理(必要時可還有甲方代表參加)和技術人員按照設計要求,參考本指南和有關混凝土結構施工驗收規(guī)范,共同制定具體保證措施和實施計劃?;炷恋闹苽鋺斆芮信浜匣炷恋氖┕?,提供混凝土合適的流變性能和澆筑溫度,并且應當做好售后服務,跟蹤混凝土施工中重要階段的質量控制。國內已有混凝土生產企業(yè)做到了“混凝土生產和施工現場澆筑及質量控制的一體化”,這是很值得提倡的。但是要做到這一點,在經濟核算和責任方面必須有相應政策性的調整。
(二)裂縫的施工控制措施
1.一般原則
施工單位應有健全的質量管理、質量控制和檢驗體系,施工人員經過崗位培訓并取得相應的資格。在設計圖紙會審階段,認真分析抗裂構造設計;在編制施工組織設計、技術方案和技術交底時,有減少和控制混凝土裂縫的具體技術措施。重要工程的混凝土宜對水泥安定性、骨料的堿活性、混凝土原材料及混凝土的抗裂性能進行檢測。宜對混凝土原材料進行性能優(yōu)化選擇;對混凝土配合比應進行抗裂性能優(yōu)化設計,在滿足強度及泵送要求的情況下選擇抗裂性能最佳的混凝土。支撐現澆混凝土結構的模板必須通過模板設計使其具有足夠的強度、剛度和穩(wěn)定性。上下層模板支架的立柱應對準,并鋪設墊板。如支撐設于天然地基上,應保證基礎均勻受力并防止下沉。拆模時的混凝土強度、模板拆除的順序及拆模后的反頂加固措施,均應符合有關標準規(guī)范防施工技術方案的要求。應嚴格控制施工荷載。若施工時的荷載效應比正常使用的荷載效應更為不利時,應對該構件的承載能力、剛度和可能出現的裂縫寬度進行核算,必要時應在該構件下方設置臨時支撐。當上一層樓板下在澆筑混凝土時,其下層的模板或支撐不得拆除。混凝土結構的種類鋼筋保護層必須有可靠的控制措施?;炷涟?、墻中的預留孔、洞周邊應配有足夠的加強鋼筋并保證足夠的錨固長度。嚴格控制現混凝土板上人、上料時間。必須根據結構設計、混凝土強度增長和支撐情況確定樓板堆載及施工荷載,且應均勻堆放或沿周邊堆放。需要隱蔽的混凝土結構,驗收和附項內容完成后應及時隱蔽。路途停工時混凝土構件應采取防風、防曬、防凍、防雨等措施。
2.建筑與結構設計要求
建筑工程的基礎和主體結構設計應采取加強整體性的方案,對于建在軟弱地基上的建筑,宜采用整體性能好的基礎型式或采取加強基礎整體性的措施。在抗震設防區(qū),建筑工程的場地選擇,液化土和軟土地基地處理,應符合《建筑抗震設計規(guī)范》GB50011-2001的有關規(guī)定。建筑基礎的選型與設計,應盡量采取措施減少上部結構所引起沉降量防可能的不均勻沉降。當新建工程附近存在已有建筑時,新建建筑工程的設計應考慮新建工程的沉降對已有建筑的影響。應根據已有建筑的類型和新建工程對其基礎沉降的影響程度,采取留置足夠的距離距離或采取有效措施(如新建工程采用沉降量小的基礎形式以及在基坑邊增設護坡樁等)。建筑工程的伸縮縫設置應滿足《混凝土結構設計規(guī)范》GB50010-2002的規(guī)定。建筑工程樓(屋)蓋的設計,應考慮溫度變化、混凝土收縮對這些結構變形、開裂減輕裂縫的加強措施。建筑工程(屋)蓋的設計應進行熱工性能計算并選擇適合本地區(qū)特點的保溫隔熱措施。應對頂屋兩個邊單元的構件采取增強溫度應力的構造措施。
3.建筑材料的要求
建筑工程所采用的建筑材料應符合有關標準的規(guī)定和設計文件的要求。對于混凝土工程的水平構件(梁、板)和較大面積的墻體等構件,所用的建筑材料在滿足材料強度要求前提下,應盡量選擇收縮小、抗裂性能好的材料?;炷敛牧现械膿郊觿?,應選擇與水泥等材料適應性好收縮量小的品種,可通過不同品種的試驗進行優(yōu)選。
4.建筑工程施工的要求
建筑工程施工必須滿足《建筑工程施工質量驗收統(tǒng)一標準》GB50300-2001及其相應專業(yè)規(guī)范的要求。建筑工程的施工單位應根據建筑結構的類型、建筑結構所采用材料的特性和施工環(huán)境的實際情況,確定施工方案中有關裂縫控制的措施。建筑基礎的施工技術方案,應根據建筑場地土基土的層狀特點、地下水位及建筑工程周圍的環(huán)境狀況,制定防止土基基礎下沉和防止周圍已有建筑物開裂的具體措施。建筑工程施工技術方案應有根據建筑工程所在地點的施工季節(jié),制訂防止和減輕裂縫的季節(jié)性措施。
5.裂縫檢測與處理的要求
對出現裂縫的建筑工程應及時進行觀測和量測。當裂縫較嚴重時應進行檢測分析。對于正在發(fā)展中的裂縫,應進行跟蹤量測。應通過觀察、檢測及分析查明裂縫形成的原因并采取針對性的措施。對于已查明原因且已經穩(wěn)定的裂縫,應采取閉合裂縫的有效措施處理。對標志承載力不足的受力裂縫應及時采用加固措施。
6.建筑裝修和改造的要求
建筑工程在使用過程中,應控制使用荷載不超過設計荷載的取值。在建筑增層和增加荷載的裝修、改造,應對已有建筑的現狀進行調查,必要時應對建筑結構質量和性能進行檢測鑒定。還應堅持先設計后施工的原則。在設計中應考慮地基基礎或某些構件因荷載增加對變形或開裂的影響,征訂相應的措施。
?。ㄈ┛刂苹炷两Y構裂縫的施工措施
1.一般要求
施工單位應有健全的質量管理、質量控制和檢驗體系,施工人員經過崗位培訓并取得相應的資格。在設計圖紙會審階段,認真分析抗裂構造設計,在編制施工組織設計、技術方案和技術交底時,有減少和控制混凝土裂縫的具體措施。
重要工程的混凝土宜對水泥安定性、骨料的堿活性、混凝土原材料及混凝土的抗裂性能進行檢測。宜對混凝土原材料進行抗裂性能的優(yōu)化選擇;對混凝土配合比應進行抗裂性能優(yōu)化設計,在滿足強度及泵送要求的情況下,選擇抗裂性能量佳的混凝土。
支撐現澆混凝土結構的模板必須通過模板設計使其具有足夠的強度、剛度和穩(wěn)定性。上下層模板支架的立柱應對準,并鋪設墊板。如支撐設于天然地基上,應保證基礎均勻受力并防止下沉。
拆模時的混凝土強度、模板拆除的順序及拆模后的支頂加固措施,均應符合有關標準規(guī)范及施工技術方案的要求。
應嚴格控制施工荷載,若施工時的荷載效應比正常使用的荷載效應更為不利時,應對該構件的承載能力、剛度和可能出現的裂縫寬度進行核算,必要時應在該構件下方設置臨時支撐。當上一層樓板正在澆筑混凝土時,其下層的模板或支撐不得拆除?;炷两Y構的各類鋼筋保護層發(fā)布有可靠的控制措施?;炷涟濉χ蓄A埋管線料置于兩層鋼筋之間,否則應在其外側加置防裂鋼筋網片?;炷粱炷涟濉χ械念A留孔、洞周邊應配有足夠的加強鋼筋并保證足夠的錨固長度。
嚴格控制現澆混凝土樓板上人、上料時間。必須根據結構設計,混凝土強度增長和路途停工時混凝土構件應采取防風、防曬、防雨等措施。
2.混凝土施工時的注意事項
商品混凝土應有嚴格記錄每車混凝土的攪拌時間、出站時刻、進場院時刻、開始澆筑時刻、澆筑完成時刻,并分批匯總。拌制混凝土應嚴格按照施工配合比(根據原材料的含水率等對設計配合比進行調整)進行各種原材料的計量,嚴禁在攪拌機以外二次攪拌。混凝土的坍落度不宜大于160mm。
混凝土施工時,注意振搗的時間和位置,防止過振、欠振和潺振。應避免振搗棒振磁鋼筋。對已初凝的混凝土不應再次進行振搗。避免破壞已形成的混凝土結構強度,而應待其充分凝固以后按施工縫的接槎進行處理。對于斷面相差圈套的構件或結構,應先澆較深的部分;根據氣候條件靜停
0.5~1.5h,再與較薄的部分一起澆筑。
樓板混凝土澆筑完畢后,在初凝前宜用平板振搗二次振搗,終凝前應將表面進行二次搓毛和抹壓,避免出現早期失水裂縫。澆筑完畢后的混凝土樓板,可在初凝前在表面摻入經清洗后的小顆粒碎石,并與底層混凝土攪拌后二次振搗,以免板面裂縫。但應對二次攪拌后的混凝土取樣,測定其混凝土強度,并滿足設計要求。
裝配整體工結構的連接節(jié)點的連接外,應以強度不小于C30 的細石混凝土灌筑。預制板間的拼縫不得采用水泥砂漿灌縫,而應采用強度等級不小于C20的細石混凝土灌筑。連接處的混凝土宜采用取減少收縮的有效措施(如采用膨脹混凝土)。
后澆帶(縫)兩側的梁板支撐的模板應給予加強,且在后澆帶混凝土強度達到要求后方可拆除。對混凝土結構中容易產生裂縫的部位可采用摻入纖維的方法控制混凝土結構的裂縫。
施工縫不宜用鋼絲網堵擋混凝土,可用小木板拼接。便于拆卸、清理。施工縫處理時,已澆筑的混凝土的抗壓強度不應小于1.2N/mm2。應清除硬化混凝土表面上的浮漿、松動石子心臟軟弱混凝土,并加以充分濕潤和沖洗干凈。施工縫處不得有積水。平面體形較大的混凝土結構應訪華團后澆帶或膨脹加強帶,分割單元長度一般不大于30m。膨脹加強帶隨相鄰結構同時澆注,寬度2米左右,澆注有微膨脹功效的同強度等級混凝土。結構后澆帶必須按設計位置留置,設計沒有明確要不時應留置成寬度800~1000mm的企口型 。兩側混凝土結合面全部按施工縫處理,達到規(guī)定的時間后選用提高強度等級的微膨脹混凝土澆注并充分保養(yǎng)。
3.養(yǎng)護與成品保護時注意事項
混凝土初凝后應及時灑水保濕養(yǎng)護,重要部位養(yǎng)護宜采用保水較好的草袋、麻袋或編制物濕潤接觸覆蓋。對于表面積較大的板類構件或大體積混凝土,可采用蓄水養(yǎng)護。混凝土表面不便澆水或采用覆蓋養(yǎng)護時,宜涂刷養(yǎng)護劑。冬季施工應根據天氣情況,避免干雨天施工。必要時應加蓋覆蓋,防止剛澆筑完的混凝土被雨水澆淋?;炷翉姸任催_到1.2Mpa前,不得在其中踩踏或安裝模板及支架。拆模或進行其它作業(yè)時,嚴禁撞擊混凝土構件?;炷翗敲?、地面裝修需要打也鉆眼時,必須要有設計認可的施工方案。
4.大體積混凝土結構應注意事項
大體積混凝土結構應控制混凝土內部的絕熱溫升、抗裂配筋設計和混凝土體量等。控制混凝土內部最高溫度與表面溫度差不大于25℃;混凝土表面溫度與環(huán)境溫度差不天于15℃。采用設置后澆帶(縫)的方法控制單塊結構長厚比不大于40、長寬比不大于4,且單塊長度不宜超過30m。大體積混凝土可利用60d、90d、120d等后期強度作為混凝土結構強度評定值,以減少混凝土水泥用量,減少水化熱和收縮。
根據混凝土的絕熱溫升值、環(huán)境溫度,制定必要的控制砂、石料、拌和用水溫度和運輸過程的技術措施,以調整混凝土入模溫度。大體積混凝土應選用水化熱較低的水泥,在滿足混凝土配比強度及澆筑工藝的條件下,宜選擇粒徑較大的骨料、中粗砂,通過試驗確定摻和料及外加劑型號和數量以減少水、水泥用量。大體積混凝土應嚴格控制坍落度;優(yōu)先選擇分層連續(xù)澆筑;及時清除表面泌水。大體積混凝土溫度監(jiān)測點布設于混凝土的上表面、中部、下表面,對溫度測度數據應及時進行整理分析。它內外溫差、降溫速度不符合計算要不時,應根據實際情況采取溫控措施。控溫養(yǎng)護的持續(xù)時間應根據內外部溫度情況確定。應保持混凝土表面的濕潤??販馗采w的拆除應分層逐步進行,不得采用強制、不均勻的降溫措施。
5.預應力混凝土結構應注意事項
預應力混凝土結構應在滿足設計強度和施工工藝要求的情況下,減少水泥的用量和坍落度。水灰比應控制在0.5以下,并適當延長養(yǎng)護時間,增強混凝土的抗裂能力。預應力混凝土結構施工時,應堿少預應力束在梁端的偏心程度,還宜增大承壓端面面積,以降低預壓應力。構件端部應配置必要的抵抗橫向應力的鋼筋網片,增強抗裂能力。預應力結構或構件應按設計規(guī)定在達到相應的混凝土強度時施加預應力或進行預應力放張。對先張法預應力構件,宜采用緩慢放張的施工工藝。
(四)裂縫處理
在對混凝土結構中的裂縫進行處理之前,應先進行觀察、檢測、分析,確定裂縫的性質及裂縫產生的原因,然后再采用針對性的措施進行處理。在未明了裂縫產生的原因之前,應避免盲目對裂縫進行處理。對于在使用荷載下出現的受力裂縫,當其標志結構的承載能力存在問題時,應按有關標準規(guī)范的要求進行結構加固。對與在非設計荷載下出現的非正常受力裂縫,如引起裂縫的非正常工況不再重現,可只對已有的殘余裂縫進行封閉處理。對于由于溫度變化引起的裂縫,應在完成相應的保溫、隔熱處理以后,再進行裂縫的封閉處理。對由于耐久性問題引起的間接裂縫,應在采取相應的保證混凝土結構耐久性的措施以后,再對裂縫進行處理。對混凝土的裂縫進行處理或與此有關的結構維修加固時,應制訂相應的技術方案,并遵照方案進行修復或加固施工。混凝土結構的裂縫在結構進行了維修加固防裂縫封閉以后,應按相應的技術方案進行驗收,并在一定時期后進行復驗。
?。ㄎ澹┝芽p處理的方法
建筑物從建成到使用,牽涉到設計、施工、監(jiān)理、運營管理等各個方面。由上述可知,設計疏漏、施工低劣、監(jiān)理不力,均可能使混凝土結構出現裂縫。因此,嚴格按照國家有關規(guī)范、技術標準進行設計、施工和監(jiān)理,是保證結構安全耐用的前提和基礎。在運營管理過程中,進一步加強巡查和管理,及時發(fā)現和處理問題,也是相當重要的一個環(huán)節(jié)?;炷亮芽p的處理主要有以下方法:
1.表面修補法包括表面涂抹和表面貼補法
表面涂抹適用范圍是漿材難以灌入的細而淺的裂縫,深度未達到鋼筋表面的發(fā)絲裂縫,不漏水的縫,不伸縮的裂縫以及不再活動的裂縫。表面貼補(土工膜或其它防水片)法適用于大面積漏水(蜂窩麻面等或不易確定具體漏水位置、變形縫)的防滲堵漏。適用于對承載能力沒有影響的表面裂縫的處理,也適用于大面積細裂縫防滲、防漏的處理。
?。?)表面涂抹水泥砂漿:將裂縫附近的混凝土表面鑿毛,或沿裂縫鑿成深15~20mm,寬150~200mm的凹槽,掃凈并灑水濕潤,先刷水泥凈漿一層,然后用1:2的水泥砂漿分2~3層涂抹,總厚度控制在10~20mm左右,并用鐵抹抹平壓光。有防水要求時應用2mm厚水泥凈漿及5mm厚1:2的水泥砂漿交替抹壓4~5層,剛性防水層涂抹3~4小時后進行覆蓋,灑水養(yǎng)護。在水泥砂漿中摻入占水泥重量1%~3%的氯化鐵防水劑,可起到促凝和提高防水性能的效果。為了使砂漿與混凝土表面結合良好,抹光后的砂漿面應覆蓋塑料薄膜,并用支撐模板頂緊加壓。
(2)表面涂抹環(huán)氧膠泥:涂抹環(huán)氧膠泥前,先將裂縫附近80~100mm寬度范圍內的灰塵、浮渣用壓縮空氣吹凈,或用鋼絲刷、砂紙、毛刷清除干凈并洗凈,油污可用二甲苯或丙酮擦洗一遍,如表面潮濕,應用噴燈烘烤干燥、預熱,以保證環(huán)氧膠泥與混凝土粘結良好。若基層難以干燥,則用環(huán)氧煤焦油膠泥涂抹。涂抹時,用毛刷或刮板均勻蘸取膠泥,并涂刮在裂縫表面。
?。?)采用環(huán)氧粘貼玻璃布:玻璃布使用前應在堿水中煮沸30~60分鐘,然后用清水漂凈并晾干,以除去油脂,保證粘結。一般貼1~2層玻璃布。第二層玻璃布的周邊應比下面一層寬10~12mm,以便壓邊。
?。?)表面涂刷油漆、瀝青:涂刷前混凝土表面應干燥。
?。?)表面鑿槽嵌補:沿混凝土裂縫鑿一條深槽,槽內嵌水泥砂漿或環(huán)氧膠泥、聚氯乙烯膠泥、瀝青油膏等,表面作砂漿保護層。槽內混凝土面應修理平整并清洗干凈,不平處用水泥砂漿填補,保持槽內干燥,否則應先導滲、烘干,待槽內干燥后再行嵌補。環(huán)氧煤焦油膠泥可在潮濕情況下填補,但不能有淌水現象。嵌補前先用素水泥漿或稀膠泥在基層刷一層,然后用抹子或刮刀將砂漿或環(huán)氧膠泥、聚氯乙烯膠泥嵌入槽內壓實,最后用1:2水泥砂漿抹平壓光。在側面或頂面嵌填時,應使用封槽托板逐段嵌托并壓緊,待凝固后再將托板去掉。
2.內部修補法
內部修補法是用壓漿泵將膠結料壓入裂縫中,由于其凝結、硬化而起到補縫作用,以恢復結構的整體性。這種方法適用于對結構整體性有影響,或有防水、防滲要求的裂縫修補。常用的灌漿材料有水泥和化學材料,可按裂縫的性質、寬度、施工條件等具體情況選用。一般對寬度大于0.5mm的裂縫,可采用水泥灌漿,對寬度小于0.5mm的裂縫,或較大的溫度收縮裂縫,宜采用化學灌漿。
?。?)水泥灌漿:一般用于大體積混凝土結構的修補,主要施工程序是鉆孔、沖洗、止?jié){、堵漏、埋管、試水、灌漿。鉆孔采用風鉆或打眼機進行,孔距l(xiāng)~1.5m,除淺孔采用騎縫孔外,—般鉆孔軸線與裂縫呈30~45度斜角,孔深應穿過裂縫面0.5m以上,當有兩排或兩排以上的孔時,宜交錯或呈梅花形布置,但應注意防止沿裂縫鉆孔。沖洗在每條裂縫鉆孔完畢后進行,其順序按豎向排列自上而下逐孔沖洗。止?jié){及堵漏待縫面沖洗干凈后,在裂縫表面用1:2的水泥砂漿或用環(huán)氧膠泥涂抹。
(2)化學灌漿:化學灌漿能控制凝結時間,有較高粘結強度和一定的彈性,恢復結構整體性效果較好,適用于各種情況下的裂縫修補及堵漏、防滲處理。灌漿材料應根據裂縫性質、裂縫寬度和干燥情況選用。常用的灌漿材料有環(huán)氧樹脂漿液、甲凝、丙凝等。環(huán)氧樹脂漿液具有粘結強度高、施工操作方便、成本低等優(yōu)點,應用最廣。灌漿操作主要工序是表面處理、灌漿、封孔,一般采取騎縫直接用灌漿嘴施灌,不用另外鉆孔。配制環(huán)氧漿液時,應根據氣溫控制材料溫度和漿液的初凝時間(1小時左右)。灌漿時,操作人員要戴上防毒口罩,以防中毒。
3.結構加固法鋼筋混凝土結構的加固,應在結構評定的基礎上進行,加固的目的有結構強度加固、穩(wěn)定性加固、剛度加固、抗裂性能加固四種。這四種加固之間既有聯系又有區(qū)別,最常遇到的是結構強度加固(即結構補強)。結構加固可分為不改變結構受力圖形和改變結構受力圖形的兩種方法,亦可分為非預應力加固和預應力加固兩類。對結構或構件存在的強度、剛度、裂縫、穩(wěn)定、沉降、使用等方面的問題,要區(qū)分局部性還是全局性的,關鍵部位還是次要部位的,在分析了問題產生的主要原因后,分別根據處理的原則和界限,視工程具體情況和條件,有針對性地采取適當加固方法。
4.結構補強法。因超荷載產生的裂縫、裂縫長時間不處理導致的混凝土耐久性降低、火災造成的裂縫等影響結構強度可采取結構補強法。包括斷面補強法、錨固補強法、預應力法等
三、結語
綜上所述,對于混凝土裂縫的控制是一個綜合性的問題,需要經過設計、監(jiān)理、施工及使用方等多方面的配合。隨著當今我們對混凝土耐久性研究的不斷深入,材料科學的不斷發(fā)展和建筑技術水平的不斷提高,相信混凝土裂縫問題將會逐漸得以圓滿地解決。
1.裂縫控制是限制環(huán)境中侵蝕性介質進入混凝土結構的第一道防線,控制裂縫尤其是早期裂縫,對保證混凝土結構達到設計要求的耐久性,有重要意義。
2.裂縫控制需要建設主管∕開發(fā)商、設計人員、材料供應商和施工承包商共同的努力,但是施工過程的各環(huán)節(jié)對混凝土成型質量和裂縫控制尤為重要
3.除從觀念上、計劃上改變追求高早強外,盡量控制減小2天內強度增長速率,對竣工時間長的大型工程(如高層建筑的底層結構), 盡量延遲強度驗收期限。
4.配制混凝土時應選用開裂敏感性小的水泥(低C3A、C3S,低堿、低比表面積)、抗裂性好的礦物摻和料;盡量選用熱膨脹系數小的粗骨料。提倡使用引氣劑。
5.選用配合比時盡量減小水泥用量和膠凝材料總量(用水量)。除非必需(如自密實混凝土),不追求拌和物的大坍落度。
6.施工中應重視采取正確的施工澆筑順序,嚴格禁止違反操作規(guī)程的澆筑和振搗方式,重要工程應有在線測定混凝土溫度和應力的措施,根據實測結果調整養(yǎng)護措施。夏季要注意降低混凝土入模溫度,并盡量提前在混凝土處于塑性的階段開始采取降溫措施,避免橫跨斷面的溫差,;在混凝土降溫階段,無論夏季、冬季,都要注意采取合理保溫制度,避免混凝土內部降溫太快。避免拆模時產生熱沖擊。要盡早開始濕養(yǎng)護,并避免間斷澆水,不得在混凝土內部溫度達高峰時開始澆水。濕養(yǎng)護周期要足夠。
7.提倡混凝土供應商和施工承包商聯合實行混凝土的生產、澆筑、養(yǎng)護(包括溫濕度控制)等一體化的施工。這不僅有利于裂縫的控制,也有利于施工質量的控制,應當是建筑工業(yè)集約化生產的方向,建設主管或開發(fā)商應當支持這一措施,并在經濟政策上作相應的調整。
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