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在结构混凝土施工过程中,混凝土表面常会出现各种病害,其中混凝土裂缝是很普遍的结构性病害之一。它不仅影响结构的美观,也会降低结构混凝土的强度,影响结构的使用性能和使用寿命,给人们的生活、生产带来不便。因此,对引发结构混凝土裂缝的成因进行分析、归纳及采取预防措施很有必要。裂缝的成因在施工和使用过程中,引起建筑混凝土结构开裂的原因很多,当发生温度和湿度变化、结构受荷、地基不均匀沉降、施工方式不当时,都非常容易产生裂缝,具体原因有以下几方面:1、设计构造在设计时考虑不周,结构构件断面突变或因开洞、留槽引起应力集中;在构造处理不当时,现浇主梁在搁次梁处如果没有设置附加箍筋或附加吊筋,以及各种结构缝设置不当等因素均容易导致混凝土开裂。2、地基变形建筑工程基础不均匀沉降是造成钢筋混凝土开裂的主要原因:(1)房屋建于土质差别较大或软弱土质上。(2)建筑物基础深浅不一。(3)房屋相邻部分的高度、荷重、结构刚度差别较大。(4)建筑物平面形状复杂、立面变化过大、长度过大等原因造成基础不均匀沉降。裂缝的大小、形状、方向与地基变形的情况有关,由于地基变形的应力相对较大,使得裂缝一般是贯穿性的,危害较大。3、施工方面施工工艺不当是造成钢筋混凝土开裂的另一个主要原因。由于施工原因造成裂缝出现的因素很多,主要有:(1)水泥、砂、石等质量不好是引起裂缝较常见的因素。若工程上用了这些不合格的材料就会导致“豆腐渣工程”,所以说只有把好材料的质量关,工程质量才会在根本上得到保证;(2)混凝土是一种人造混合材料,其质量好坏的一个重要标志是成型后混凝土的均匀性和密实程度。因此混凝土的搅拌、运输、浇灌、振实各道工序中的任何缺陷和疏漏,都可能使裂缝产生的直接或间接原因;(3)水分蒸发、水泥结石和混凝土干缩通常是导致混凝土裂缝的重要原因。混凝土养护,特别是早期养护质量与裂缝关系密切。早期表面干燥可使其内外湿度较大更容易产生裂缝;(4)模板构造不当,漏水、漏浆、支撑刚度不足、支撑的地基下沉、过早拆模等都有可能造成混凝土开裂。施工过程中,钢筋表面污染,混凝土保护层太大或太小,浇灌中碰撞钢筋使其移位等都可能引起裂缝。4、结构受荷在施工中和使用中由于结构受荷都可能出现裂缝。例如早期受震、构件堆放、运输、吊装时的垫块或吊点位置不当、施工超载、张拉应力值过大等均可能产生裂缝。而最常见的是钢筋混凝土梁、板等受弯构件,在使用荷载作用下往往出现不同程度的裂缝。普通钢筋混凝土构件在承受了30-40%的设计荷载,就可能出现裂缝,肉眼一般不能察觉,而构件的极限破坏荷载往往都在设计荷载的5倍以上。所以在一般情况下钢筋混凝土构件是允许带裂缝工作的(这类裂缝也称为无害裂缝)。在钢筋混凝土设计规范中,分别不同情况规定裂缝的最大宽度为2-3mm,对那些宽度超过规范规定的裂缝,以及不允许开裂的构件上出现裂缝则是有害的,需加以认真分析,慎重处理。5、温湿度变化当温度变化时,由于材料热胀冷缩,房屋各部分构件将产生各自不同的变形,引起彼此制约而产生应力。因屋面混凝土与墙体的线膨胀系数不一致,屋面变形较大,当屋盖和墙体之间构造处理不当,会使墙体受拉,当其剪力和拉应力大于砌体的抗剪抗拉强度时,产生温差裂缝。普通混凝土在空气中硬结,湿度发生变化时,体积会有所收缩,由此而在构件内产生拉应力,在早期混凝土强度较低时,混凝土收缩值最大。因此,若构件早期养护不良,极易产生收缩裂缝。裂缝的控制措施1、设计方面(1)设计中的“抗”与“放”。在建筑设计中应处理好构件中“抗”与“放”的关系。所谓抗就是处于约束状态下的结构,没有足够的变形余地时,为防止裂缝所采取的有力措施,而所谓放就是结构完全处于自由变形无约束状态下,有足够变形余地时所采取的措施。设计人员应灵活地运用抗放结合、或以抗为主、或以放为主的设计原则来选择结构方案和使用的材料。(2)设计中应尽量避免结构断面突变带来的应力集中。如因结构或造型方面原因等而不得以时,应充分考虑采用加强措施。(3)积极采用补偿收缩混凝土技术。在常见的混凝土裂缝中,有相当部分都是由于混凝土收缩而造成的。要解决由于收缩而产生的裂缝,可在混凝土中掺用膨胀剂来补偿混凝土的收缩,实践证明,效果是很好。(4)重视对构造钢筋的认识。在结构设计中,设计人员应重视对于构造钢筋的配置,特别是于楼面、墙板等薄壁构件更应注意构造钢筋的直径和数量的选择。(5)对于大体积混凝土,建议在设计中考虑采用60天龄期混凝土强度值作为设计值,以减少混凝土单方用灰量,并积极采用各类行之有效的混凝土掺合料。2、材料选择和混凝土配合比设计方面(1)根据结构的要求选择合适的混凝土强度等级及水泥品种、等级,尽量避免采用早强的水泥。(2)选用级配优良的砂、石原料,含泥量应符合规范要求。(3)积极采用掺合料和混凝土外加剂。掺合料和外加剂目前已作为混凝土的第五、六大组份,可以明显地起到降低水泥用量、降低水化热、改善混凝土的工作性能和降低混凝土成本的作用。(4)正确掌握好混凝土补偿收缩技术的运用方法。对膨胀剂应充分考虑到不同品种、不同掺量所起到的不同膨胀效果。应通过大量的试验确定膨胀剂的最佳掺量。(5)模板构造要合理,以防止模板间的变形不同而导致混凝土裂缝;模板和支架要有足够的刚度,防止施工荷载作用下,模板变形过大造成开裂,合理掌握拆模时机,拆模时间不能过早,应保证早龄期混凝土不损坏或不开裂,但也不能太晚,尽可能不要错过混凝土水化热峰值,即不要错过最佳养护时机。(6)配合比设计应采用低水灰比、低用水量,以减少水泥用量。配合比设计人员应深入施工现场,依据施工现场的浇捣工艺、操作水平、构件截面等情况,合理选择好混凝土的设计坍落度,针对现场的砂、石原料质量情况及时调整施工配合比,协助现场搞好构件的养护工作。应严格按选定的配合比施工,配制混凝土时计量应准确,要严格控制水灰比和水泥用量,搅拌均匀。3、现场操作方面(1)浇捣工作:浇捣时,振捣棒要快插慢拔,根据不同的混凝土坍落度正确掌握振捣时间,避免过振或漏振,应提倡采用二次振捣、二次抹面技术,以排除混凝土内部的水分和气泡。(2)混凝土养护:在混凝土裂缝的防治工作中,对新浇混凝土的早期养护工作尤为重要,以保证混凝土在早期尽可能少产生收缩。主要是控制好构件的湿润养护,对于大体积混凝土,有条件时宜采用蓄水或流水养护,养护时间为14-28天。(3)混凝土的降温和保温工作:对于厚大体积混凝土,施工时应充分考虑水泥水化热问题。采取必要的降温措施,避免水化热高峰的集中出现、降低峰值。浇捣成型后,应采取必要的蓄水保温措施,表面覆盖薄膜、湿麻袋等进行养护,以防止由于混凝土内外温差过大而引起的温度裂缝。(4)避免在雨中或大风中浇灌混凝土。(5)对于地下结构混凝土,尽早回填土,对减少裂缝有利。(6)夏季应注意混凝土的浇捣温度,采用低温人模、低温养护,必要时经试验可采用冰块,以降低混凝土原材料的温度。
现浇混凝土梁裂缝的成因和防治摘要:凝土裂缝已成为混凝土工程质量通病,如何防治混凝土裂缝是工程技术人员迫切希望解决的技术难题。文章对钢筋混凝土梁板早期裂缝成因和预防措施作了详细的分析。 关键词:钢筋混凝土梁;裂缝;热胀冷缩 前言 钢筋混凝土梁在外荷载的直接应力和次应力的作用下,引起结构变形而裂缝。构件在使用过程中受年温差的长期作用,当温差的胀缩应力大于构件极限抗拉强度时就会裂缝。构件裂缝的因素是多方面的,包括结构设计、地基沉降差异、施工质量、材料质量、环境影响等,无论何种原因产生的裂缝,都会给建筑物肢体结构带来影响。 裂缝成因分析 从施工角度来说,可能会影响楼板开裂的主要因素有:混凝土的组成材料、混凝土配合比控制、混凝土的养护、钢筋安装、早期堆载及拆模等。 1骨料对楼板混凝土收缩开裂的影响 混凝土收缩是造成楼板开裂的一个重要原因,而影响混凝土收缩的因素很多,主要是骨料品种及含量。粗骨料本身尺寸、形状及级配并不影响混凝土收缩量;而粗骨料的弹性模量却对混凝土收缩量影响很大:弹性模量越大,对混凝土收缩所起的抑制作用越大。 2混凝土配合比对楼板混凝土收缩开裂的影响 在原材料相同的条件下,混凝土配合比如单位用水量、单位水泥用量、水灰比、砂率等,对干缩有很大的影响。它们对干缩影响依次为:单位用水量>单位水泥用量>水灰比>砂率。其中随着用水量的增大,同一条件下的混凝土收缩量直线上升;而在用水量相同的条件下,混凝土干缩随水泥用量的增加而加大,但加大的幅度较小;在骨灰比相同条件下,混凝土干缩随水灰比的增大而明显增大;在强度等级相同条件下,混凝土干缩随砂率的增大而加大,但加大幅度较小。 3楼板混凝土养护情况对其收缩开裂的影响 延长初期潮湿养护仅能推迟干缩的时间,并不能减小混凝土短期的干缩,但对于干缩终值有一定影响。若前期(掺粉煤灰的为14d)及时养护,可以有效地提高混凝土的抗拉强度及减小混凝土外表面的碳化深度,从而减小因混凝土碳化而产生的收缩,保证混凝土的使用寿命,因此,从防止碳化角度出发,及时、足够时间的楼板养护是必要的。 4钢筋绑扎安装质量对楼板开裂的影响 对于楼板混凝土开裂,钢筋起限制和约束的作用。钢筋对混凝土的限制约束,主要通过它们之间胶结力和摩擦力的作用。 1)间距均匀的钢筋所提供的约束作用是最佳的,且能有效防止裂缝宽度在个别处增大。但从日常的施工检查情况看,由于钢筋绑扎得不牢固,造成混凝土振捣后,钢筋分布的偏位现象比较普遍,从而削弱了钢筋的约束作用。 2)对于变形钢筋,其相对保护层厚度越大,其平均粘结强度也就越大而在实际工程施工中,由于钢筋保护层垫块是呈梅花型布置的,因此混凝土浇筑后,底筋的许多部位保护层难以达到15mm的设计要求,从而削弱了钢筋对混凝土开裂的约束作用。 5早期堆载对楼板混凝土开裂的影响 众所周知,大部分房地产开发商都非常强调施工工期,对于很形象、直观的主体结构更是如此。由于施工工期安排紧,工序技术间歇时间被取消,这样必然会造成早期堆载(如钢筋、模板材料的堆放)的不良影响。 1)楼板混凝土刚终凝不久(一般为24h),施工中又堆放上一层柱钢筋、模板材料,施工堆载又为不均匀(即集中力)和瞬时动荷载,其必然对混凝土的固结构成内在影响(即造成“内伤”),也加大了混凝土内部早期微裂缝。 2)由于在早期,混凝土强度低(一般在2MPa左右),不能承担堆料荷载。虽然从理论上讲,此时楼板的堆载全由其模板支撑体系受力,但在实际中,由于楼板模板龙骨的布置是在考虑允许模板面板存在1/250变形的情况下设计的(且对堆载集中力不予以考虑),因此在较大集中堆载作用下,势必造成楼板混凝土底部开裂或“内伤”。 6楼板拆模对楼板混凝土的影响 如跨度≤2m、混凝土设计强度等级为c20的楼板,按规定当混凝土强度达到c20的一半时,即可拆模。而此时间一般为楼板混凝土浇筑后5~7d,此时楼板正承受由模板支撑体系传来的上一层楼板的施工荷载(甚至结构荷载),且该荷载几乎为集中荷载。因此,当楼板厚度较小或荷载较大时,2m范围的楼板混凝土带裂缝工作成为必然。而在实际工程施工中,又很少对拆模时楼板结构受力进行抗裂验算,仅是孤立地按满足上述条件与否决定是否拆模,这样就助长了后期的楼板开裂程度。 混凝土裂缝发生的控制措施 混凝土裂缝发生与组成混凝土的水泥、净砂、石子、掺加剂等原材料有关,也与浇筑后混凝土的保温保湿的养护措施有关。 1原材料的质量控制 (1)水泥:在混凝土路面及大体积混凝土施中,水化热引起的温升较高,降温幅度大,容易引起温度裂缝。为此,在施工中应选用水化热较低的水泥,尽量降低单位水泥使用量。 (2)粗骨料:在钢筋混凝土施工中,粗骨料的最大尺寸与结构物的配筋、混凝土的浇灌工艺有关,增大骨料粒径可减少用水量,混凝土的收缩和泌水随之减少,但骨料粒径增大容易引起混凝土的离析,因此,必须调整好级配设计。并在施工中加强振捣。 (3)细骨料:采用中粗砂比采用细砂每立方米混凝土减少用水量20kg左右,水泥相应减少28kg左右,从而降低混凝土的干缩。 (4)砂石料的含泥量控制:砂石含泥量超标,不仅增加混凝土的干缩,同时降低了混凝土的抗拉强度,对混凝土的抗裂十分不利,因此,在路面混凝土及大体积混凝土施工中。石子含泥量应 (5)掺加块石:在大体积混凝土基础施工中,掺加无裂缝的、冲洗干净、规格为l50~250mm的坚固大石块,不仅可减少混凝土的总用量,又可减少单位水泥用量,从而降低水化热。同时。石块本身也吸收热量,使水化热进一步降低,对控制裂缝有利。如在滨河路防洪堤施工中,基础混凝土掺人15%的块石。使得基础混凝土裂缝出现极少。 2混凝土配合比的选定 混凝土原料的配合比应根据工程的要求,如防水、防渗、防气、防射线等进行认真分析,选择最优方案。混凝土的水灰比应在满足强度要求及泵送工艺要求条件下尽可能降低。 (1)掺合料:混凝土中掺人粉煤灰不仅能替代部分水泥。而且粉煤灰颗粒成球状,可起润滑作用,能改善混凝土的工作性和可泵性,且可明显降低混凝土水化热。 (2)外加剂:为了满足送到现场的混凝土具有l1~l3cm坍落度,若只增加水泥使用量,则会加剧混凝土干燥收缩,明显增大混凝土水化热,易引起开裂。因此,除了调整级配外,可掺入适量的减水剂。 3利用混凝土的后期强度 对于大体积混凝土可以利用后期强度,如60d、90d、120d强度,即允许工程在60d、90d或120d达到设计强度。这样可以减少水泥用量,减少水化热和收缩,从而减少裂缝。 4混凝土的浇灌振捣技术 混凝土的浇灌振捣技术对混凝土密实度很重要,最宜振捣时间为10~泵送流态混凝土同样需要振捣,大体积混凝土在浇灌振捣中会产生大量的泌水,应及时排除,有利于提高混凝土质量和混凝土抗裂性。 裂缝的处理 根据裂缝的成因情况,可将裂缝分为两种类型:一类是由于材料、气候等造成的一般塑性收缩裂缝、干缩裂缝等。这类裂缝一般对承载力影响小,可作一般处理或不处理;另一类裂缝明显影响了梁的承载能力,随着裂缝的扩展和延伸,钢筋达到屈服强度,受压区混凝土应变量增大,梁刚度大大降低,构件趋向破坏。此类缝必须及早采取加固补强,以满足结构安全需要。对于裂缝的处理,首先要重视对裂缝的调查分析,确定裂缝的种类、程度、危害及加固的依据。调查可从裂缝的宽度、长度、是否贯通、是否达到弹性极限应力的位置、有无潮气或漏水、工程地点环境以及施工图纸设计情况等多处入手,分析裂缝产生的本质原因,以采取相应的措施。 (1)表面修补法。该法适用于缝较窄,用以恢复构件表面美观和提高耐久性时所采用,常用的是沿混凝土裂缝表面铺设薄膜材料,一般可用环氧类树脂或树脂浸渍玻璃布。施工时先将混凝土表面用钢丝刷打毛,清水洗净干燥,将混凝土表面气孔由油灰状树脂填平,然后在其上铺设薄膜,如果单纯以防水为目的,也可采用涂刷沥青的方法。 (2)充填法。当裂缝较宽时,可沿裂缝混凝土表面凿成V形或U形槽,使用树脂砂浆材料进行填充,也可使用水泥砂浆或沥青等材料。施工时,先将槽内碎片清除,必要时涂底层结合料,填充后待填充料充分硬化,再用砂轮或抛光机将表面磨光。 (3)注入法。当裂缝宽度较小且较深时,可采用将修补材料注入混凝土内部的修补方法,首先裂缝处安设注入用管,其它部位用表面处理法封住,使用低粘度环氧树脂注入材料,用电动泵或手动泵注入修补,此法在裂缝宽大于2mm时,效果较好。 结语 钢筋混凝土梁裂缝应针对成因、贯彻预防为主的原则、加强设计施工及使用等方面的管理,确保结构安全和避免不必要的损失。一旦产生裂缝,应全面调查分析,查明原因,取得加固依据,在选择处理方法上,应比较论证、综合考虑,以求施工方便、经济高效。