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淺議混凝土裂縫的成因與控制
淺議混凝土裂縫的成因與控制 摘 要 混凝土的裂縫問題是一個普遍存在而又難于解決的工程實際問題。本文從設(shè)計、材料、配合比、施工現(xiàn)場養(yǎng)護(hù)等方面對混凝土工程中常見的一些裂縫的成因進(jìn)行了分析探討。針對混凝土裂縫產(chǎn)生的原因,在混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計、混凝土材料選擇、配合比優(yōu)化、以及施工現(xiàn)場的養(yǎng)護(hù)等方面提出了控制裂縫發(fā)展的措施。 依據(jù)相關(guān)文獻(xiàn),并總結(jié)了混凝土裂縫的處理方法:表面處理法、填充法、灌漿法、結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)法、混凝土置換法、電化學(xué)防護(hù)法、仿生自愈合法等。 關(guān)鍵詞 混凝土 裂縫 成因 控制 第一章 概 述 1.1 課題的提出 混凝土結(jié)構(gòu)工程的裂縫,是一個帶著有普通性且被工程界很為關(guān)注的問題。有些裂縫的繼續(xù)擴(kuò)展可能危及結(jié)構(gòu)安全,因為結(jié)構(gòu)的最終破壞往往是從裂縫開始的,成為結(jié)構(gòu)的破壞的先兆,這主要是指荷載產(chǎn)生的裂縫;有些裂縫的出現(xiàn)造成工程滲漏,影響正常使用,使鋼筋銹蝕,保護(hù)層剝落,降低混凝土強(qiáng)度,嚴(yán)重?fù)p害工程耐久性,縮短工程使用壽命,這主要是指變形產(chǎn)生的裂縫;還有耦合作用下的裂縫和堿骨料反應(yīng)膨脹應(yīng)力引起的裂縫及凍融引起的裂縫。同時較大的結(jié)構(gòu)裂縫,也為人的觀瞻難以接受,造成恐懼心理壓力,影響建筑美觀,為裝修造成困難。由于產(chǎn)生裂縫的微觀與宏觀機(jī)理的復(fù)雜性、動態(tài)變化性,它也是困擾工程技術(shù)人員一個技術(shù)難題。 1.2 本論文的研究內(nèi)容 本論文研究混凝土裂縫成因分別從以下幾方面著手研究: 1.設(shè)計原因 2.材料原因 3.混凝土配合比設(shè)計原因 4.施工及現(xiàn)場養(yǎng)護(hù)原因 5.使用原因 1.3針對混凝土裂縫成因的分析以下幾方面采取控制措施: 1.設(shè)計方面 2.材料選擇 3.混凝土配合比設(shè)計 4.施工方面 5.管理方面 6環(huán)境方面 1.4本論文的研究方法 資料收集與調(diào)研方案;資料、數(shù)據(jù)整理,統(tǒng)計分析、運用相關(guān)理論與技術(shù)進(jìn)行分析;與相關(guān)實體工程結(jié)合,進(jìn)行分析研究 圖1.1 技術(shù)研究路線
分析混凝土產(chǎn)生裂縫具體原因
第二章 裂縫的成因 裂縫產(chǎn)生的形式和種類很多,有設(shè)計方面的原因,但更多的是施工過程的各種因素組合產(chǎn)生的,要根本解決混凝土中裂縫問題,還是需要從混凝土裂縫的形成原因入手。正確判斷和分析混凝土裂縫的成因是有效地控制和減少混凝土裂縫產(chǎn)生的最有效的途徑。裂縫原因是設(shè)計、施工、材料、環(huán)境及管理等相互影響的綜合性問題,解決裂縫控制問題應(yīng)當(dāng)采取綜合方法。由六項主要因素組成的控制鏈見圖2.1。
結(jié) 構(gòu)
圖2.1 工程結(jié)構(gòu)裂縫控制鏈 2.1 設(shè)計原因 1.設(shè)計結(jié)構(gòu)中的斷面突變而產(chǎn)生的應(yīng)力集中所產(chǎn)生的構(gòu)件裂縫。 2.設(shè)計中對構(gòu)件施加預(yù)應(yīng)力不當(dāng),造成構(gòu)件的裂縫(偏心、應(yīng)力過大等)。 3.設(shè)計中構(gòu)造鋼筋配置過少或過粗等引起構(gòu)件裂縫(如墻板、樓板)。 4.設(shè)計中未充分考慮混凝土構(gòu)件的收縮變形。 5.設(shè)計中采用的混凝土等級過高,造成用灰量過大,對收縮不利。 6.菏載收縮,使用環(huán)境溫度變化,管線配置不當(dāng),保護(hù)層厚度不足,抗溫 度收縮配筋不足。 2.2 材料原因 1.粗細(xì)集料含泥量過大,造成混凝土收縮增大。集料顆粒級配不良或采取不恰當(dāng)?shù)拈g斷級配,容易造成混凝土收縮的增大,誘導(dǎo)裂縫的產(chǎn)生。 2.骨料粒徑越細(xì)、針片含量越大,混凝土單方用灰量、用水量增多,收縮量增大。 3.混凝土外加劑、摻和料選擇不當(dāng)、或摻量不當(dāng),嚴(yán)重增加混凝土收縮。 4.水泥品種原因,礦渣硅酸鹽水泥收縮比普通硅酸鹽水泥收縮大、粉煤灰及礬土水泥收縮值較小、快硬水泥收縮大。 5.水泥等級及混凝土強(qiáng)度等級原因:水泥等級越高、細(xì)度越細(xì)、早強(qiáng)越高對混凝土開裂影響很大?;炷猎O(shè)計強(qiáng)度等級越高,混凝土脆性越大、越易開裂。 2.3 混凝土配合比設(shè)計原因 1.設(shè)計中水泥等級或品種選用不當(dāng)。 2.配合比中水灰比(水膠比)過大。 3.單方水泥用量越大、用水量越高,表現(xiàn)為水泥漿體積越大、坍落度越大,收縮越大。 4.配合比設(shè)計中砂率、水灰比選擇不當(dāng)造成混凝土和易性偏差,導(dǎo)致混凝土離淅、泌水、保水性不良,增加收縮值。 5.配合比設(shè)計中混凝土膨脹劑摻量選擇不當(dāng)。 2.4 施工及現(xiàn)場養(yǎng)護(hù)原因 1.現(xiàn)場澆搗混凝土?xí)r,振搗或插入不當(dāng),漏振、過振或振搗棒抽撤過快,均會影響混凝土的密實性和均勻性,誘導(dǎo)裂縫的產(chǎn)生。 2.拌和不均勻(特別是摻用摻合料的混凝土),攪拌時間不足或過長,拌和后到澆筑時間間隔過長,易產(chǎn)生裂縫。 3.連續(xù)澆筑時間過長,接茬處理不當(dāng),易產(chǎn)生裂縫。 4.高空澆注混凝土,風(fēng)速過大、烈日暴曬,混凝土收縮值大。 5.對大體積混凝土工程,缺少兩次抹面,易產(chǎn)生表面收縮裂縫。 6.大體積混凝土澆注,對水化計算不準(zhǔn)、現(xiàn)場混凝土降溫及保溫工作不到位,引起混凝土內(nèi)部溫度過高或內(nèi)外溫差過大,混凝土產(chǎn)生溫度裂縫。 7.現(xiàn)場養(yǎng)護(hù)措施不到位,混凝土早期脫水,引起收縮裂縫。 8.現(xiàn)場模板拆除不當(dāng),引起拆模裂縫或拆模過早。 9.現(xiàn)場預(yù)應(yīng)力張拉不當(dāng)(超張、偏心),引起混凝土張拉裂縫。 這些因素都會造成砼較大的收縮,產(chǎn)生龜裂裂縫或疏松裂縫,致使砼微觀裂縫迅速擴(kuò)展,形成宏觀裂縫。養(yǎng)護(hù)是使砼正常硬化的重要手段。養(yǎng)護(hù)條件對裂縫的出現(xiàn)有著關(guān)鍵的影響。在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下,砼硬化正常,不會開裂,但只適用于試塊或是工廠的預(yù)制件生產(chǎn),現(xiàn)場施工中不可能擁有這種條件。但是必須注意到,現(xiàn)場砼養(yǎng)護(hù)越接近標(biāo)準(zhǔn)條件,砼開裂可能性就越小。 2.5使用原因(外界因素) 1.構(gòu)筑物基礎(chǔ)不均勻沉降,產(chǎn)生沉降裂縫。 2.野蠻裝修,隨意拆除承重墻或鑿洞等,引起裂縫。 3.周圍環(huán)境影響,酸、堿、鹽等對構(gòu)筑物的侵蝕,引起裂縫。 4.意外事件,火災(zāi)、輕度地震等引起構(gòu)筑物的裂縫。 5.使用中短期或長期超載。 6.結(jié)構(gòu)構(gòu)件各區(qū)域溫度、濕度差異過大。 第三章 裂縫的控制措施 3.1 設(shè)計方面 3.1.1 設(shè)計中的‘抗’與‘放’ 在建筑設(shè)計中應(yīng)處理好構(gòu)件中‘抗’與‘放’的關(guān)系。所謂‘抗’就是處于約束狀態(tài)下的結(jié)構(gòu),沒有足夠的變形余地時,為防止裂縫所采取的有力措施,而所謂‘放’就是結(jié)構(gòu)完全處于自由變形無約束狀態(tài)下,有足夠變形余地時所采取的措施。 設(shè)計人員應(yīng)靈活地運用‘抗一放’結(jié)合、或以‘抗’為主、或以‘放’為主的設(shè)計原則。來選擇結(jié)構(gòu)方案和使用的材料。 3.1.2盡量避免結(jié)構(gòu)斷面突變帶來應(yīng)力集中,如因結(jié)構(gòu)或造型方面原因等而不得以時,應(yīng)充分考慮采用加強(qiáng)措施。 3.1.3采用補(bǔ)償收縮混凝土技術(shù) 在常見的混凝土裂縫中,有相當(dāng)部分都是由于混凝土收縮而造成的。要解決由于收縮而產(chǎn)生的裂縫,可在混凝土中摻用膨脹劑來補(bǔ)償混凝土的收縮,實踐證明,效果是很好的。 3.1.4 設(shè)計上要注意容易開裂部位 根據(jù)調(diào)查,各類結(jié)構(gòu)的易裂部位如下: 1.框架機(jī)構(gòu)和剪力墻結(jié)構(gòu)房屋中的現(xiàn)澆混凝土樓板易裂部位 (1)房屋平面體形有較大凹凸時,在凹凸交接處的樓板; (2) 兩端陽角處及山墻處的樓板; (3) 房屋南面外墻設(shè)大面積玻璃窗時,與南向外墻相鄰的樓板; (4) 房屋頂層的屋面層 (5) 與周梁、柱、墻等構(gòu)件整澆且受約束較強(qiáng)的樓板; (6) 樓板中有預(yù)埋管線時,洞的四角處; (7) 樓板開距形洞時,洞的四角處; (8) 設(shè)有后澆帶的樓板,沿后澆帶兩側(cè)部位。 2.框架結(jié)構(gòu)房屋中的框架梁在以下部位易出現(xiàn)裂縫 (1) 頂層縱向和橫向框架梁的截面上部區(qū)域; (2) 長度較長的端部或中部縱向框架梁; (3) 橫向框架梁截面中部。 3.剪力墻結(jié)構(gòu)房屋中在以往部位易出現(xiàn)裂縫 (1) 端山墻; (2) 開間內(nèi)縱墻; (3) 頂層和底層墻體; (4) 長度較大(>10m)的墻。 4.當(dāng)冬季停工春季再繼續(xù)施工時,地下室在以下部位易出現(xiàn)裂縫 (1) 地下室頂板; (2) 地下室的窗上墻和窗下墻。 對以上易出現(xiàn)裂縫的部位,目前在設(shè)計中通常采用了“放”、“抗”或“抗放結(jié)合”的控制裂縫措施,工程經(jīng)驗表明在于材料、施工等部位密切配合的情況下,可取得較好的效果。 3.1.5 重視構(gòu)造鋼筋 在結(jié)構(gòu)設(shè)計中,設(shè)計人員應(yīng)重視對于構(gòu)造鋼筋的配置,特別是于樓面、墻板等薄壁構(gòu)件更應(yīng)注意構(gòu)造鋼筋的直徑和數(shù)量的選擇。 3.2 材料選擇 1.根據(jù)結(jié)構(gòu)的要求選擇合適的混凝土強(qiáng)度等級及水泥品種、等級,盡量避免采用早強(qiáng)高的水泥。 2.選用級配優(yōu)良的砂、石原材料,含泥量應(yīng)符合規(guī)范要求。 3.積極采用摻合料和混凝土外加劑。摻合料和外加劑目標(biāo)已作為混凝土的第五、六大組份,可以明顯地起到降低水泥用量、降低水化熱、改善混凝土的工作性能和降低混凝土成本的作用。 4.正確掌握好混凝土補(bǔ)償收縮技術(shù)的運用方法。對膨脹劑應(yīng)充發(fā)考慮到不同品種、不同摻量所起到的不同膨脹效果。應(yīng)通過大量的試驗確定膨脹劑的最佳摻量。 3.3 混凝土配合比設(shè)計 1.混凝土配合比除應(yīng)按《普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程》JGJ55的規(guī)定,根據(jù)要求的強(qiáng)度等級、抗?jié)B等級、耐久性及工作性等進(jìn)行配合比設(shè)計外,其配制的混凝土還應(yīng)符合4.3.2-4.3.10的規(guī)定。 2.干縮率。混凝土90d的干縮率易小于0.06%。 3.坍落度。在滿足施工要求的條件下,盡量采用較小的混凝土坍落度;基礎(chǔ)、梁、樓板、屋面用的混凝土坍落度易小于120mm,柱、墻用的混凝土坍落度宜小于150mm;混凝土采用泵送時,高層建筑用的混凝土坍落度根據(jù)泵送高度宜控制在180mm左右,多層及高層建筑底部的混凝土坍落度宜控制在150mm。 4.用水量。不宜大于170kg/m3。 5.水泥用量。普通強(qiáng)度等級的混凝土宜為270-450千克每立方米,高強(qiáng)混凝土不宜大于550千克每立方米。 6.水膠比。應(yīng)采用適當(dāng)較小的水膠比?;炷了z比不已大于0.60。 7.砂率。在滿足工作性要求的前提下,應(yīng)采用較小的砂率。 8.宜采用引氣劑或引氣減水劑。 9.配合比設(shè)計人員應(yīng)深入施工現(xiàn)場,依據(jù)施工現(xiàn)場的澆搗工藝、操作水平、構(gòu)件截面等情況,合理選擇好混凝土的設(shè)計坍落度,針對現(xiàn)場的砂、石原材料質(zhì)量情況及時調(diào)整施工配合比,協(xié)助現(xiàn)場搞好構(gòu)件的養(yǎng)護(hù)工作。 3.4 施工方面 3.4.1 模板的安裝及拆除 1.模板及其支架應(yīng)根據(jù)工程結(jié)構(gòu)形式、荷載大小、地基土類別、施工程序、施工工具和材料供應(yīng)等條件進(jìn)行設(shè)計。模板及其支架應(yīng)具有足夠的承載能力、剛度和穩(wěn)定性,能可靠地承受澆筑混凝土的自重、側(cè)壓力、施工過程中產(chǎn)生的荷載,以及上層機(jī)構(gòu)施工時產(chǎn)生的荷載。 2.安裝的模板須構(gòu)造緊密、不漏漿、不滲水,不影響混凝土均勻性及強(qiáng)度發(fā)展,并能保證構(gòu)件形狀正確規(guī)整。 3.安裝模板時,為確保保護(hù)層厚度,應(yīng)準(zhǔn)確配置混凝土墊塊和鋼筋定位器等。 4.模板的支撐立柱應(yīng)置于堅實的地面上,并應(yīng)具有足夠的剛度、強(qiáng)度和穩(wěn)定性,間距適度,防止支撐沉陷,引起模板變形。上下層模板的支撐立柱應(yīng)對準(zhǔn)。 5.模板及其支架的拆除順序及相應(yīng)的施工安全措施在制定施工技術(shù)方案時應(yīng)考慮周全。拆除模板時,不應(yīng)對樓層形成沖擊荷載。拆除模板及支架應(yīng)隨拆隨清運,不得對樓層形成局部過大的施工荷載。模板及其支架拆除時混凝土結(jié)構(gòu)可能尚未形成設(shè)計要求的受力體系,必要時應(yīng)加設(shè)臨時支撐。 6.底模及其支架拆除時的混凝土強(qiáng)度應(yīng)符合設(shè)計要求;當(dāng)無設(shè)計要求時,混凝土強(qiáng)度應(yīng)符合表3.1的規(guī)定。 7.后澆帶模板的支架及拆除易被忽視,由此常造成結(jié)構(gòu)缺陷,應(yīng)予以特別注意,須嚴(yán)格按施工技術(shù)方案執(zhí)行。 8.已拆除模板及其支架的結(jié)構(gòu),在混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計要求的強(qiáng)度后,方可承受全部使用荷載;當(dāng)施工荷載所產(chǎn)生的效應(yīng)比使用荷載的效應(yīng)更為不利時,必須經(jīng)過核算并加設(shè)臨時支撐。 表3.1 底模拆除時的混凝土強(qiáng)度要求構(gòu)件類型構(gòu)件跨度/m 達(dá)到設(shè)計混凝土立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的百分率(% )
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