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目前,我们国家建设事业飞速发展,产业结构调整不断深入,固定资产投资逐年扩大,这一切对建筑业即是机遇也是挑战。混凝土在各行各业工程建设中被广泛应用,因此,混凝土裂缝问题是一个人们普遍关心的问题。大量科研和实践都证明了混凝土结构出现裂缝是不可避免的,裂缝对于钢筋混凝土来说是一种可以接受的材料特性,问题是如何使其有害程度控制在允许范围之内,对混凝土裂缝产生的原因及其影响因素的研究是非常必要的,只有这样才能更好地防治裂缝,提高工程质量。做好这项工作,具有较强的现实意义和较高的社会经济效益。为探索解决途径,现将该问题产生的原因及防治措施简述如下:
一、混凝土裂缝产生的原因及影响因素
1、 钢筋混凝土结构产生裂缝的原因: 由于混凝土的抗压强度高,而抗拉强度则低得多, 钢筋混凝土结构往往是带裂缝工作的。裂缝就其开裂深度分为表面的、贯穿的;就其在结构物表面形状可分为网状裂缝、爆裂状裂缝、不规则短裂缝、纵向裂缝、横向裂缝、斜裂缝等;裂缝按其发展情况可分为稳定的和不稳定的、能愈合的和不能愈合的;裂缝按其产生的原因,可分为荷载裂缝和变形裂缝。荷载裂缝是指因动、静荷载的直接作用引起的裂缝。变形裂缝是指因不均匀沉降、温度变化、湿度变异、膨胀、收缩、徐变等变形因素引起的裂缝。
1.1 、與材料性质和配合比有关的原因 :水泥的异常凝结和异常膨胀,其安定性很差,在混凝土浇筑后达到一定的强度以前,在凝结硬化阶段会产生小裂缝。水泥水化热引起的内外温差也可以使混凝土产生裂缝,骨料的含泥量过多及碱骨料反应、骨料级配不良也是形成收缩裂缝的一个原因。混凝土是一种水硬性材料,其放置在空气中会产生干燥收缩,产生裂缝。混凝土配合比不当(水泥用量大、用水量大、水胶比大、砂率大等)以及外加剂、硅灰等掺合料掺量过大都会造成混凝土开裂。外加剂及掺合料种类繁多,只有强度指标缺乏对水化热及收缩变形影响的长期实验资料(至少一年),有些试验资料并不严格,有许多外加剂严重的增加收缩变形,有的甚至降低耐久性。
1.2 、与施工有关的原因 :施工过程是一个非常复杂的过程,其形成裂缝的环节也比较多, 混凝土混合材料不均匀、搅拌时间不足或过长、浇筑速度过快、交接缝、模板外鼓、支撑下沉、初期快速干燥,模板拆除过早、养护措施不当、混凝土硬化前受到振动或加载,钢筋搭接、锚固不良、保护层厚度不够等方面都可引起混凝土开裂,因此在施工中必须严格控制各个环节。
1.3 、与结构设计及受力荷载有关的裂缝 :结构在不同的荷载作用下承受剪力、拉力及各种荷载组合,对混凝土产生破坏,地基的不均匀沉降等形成不同的裂缝。忽略结构约束,国内外结构设计中都经常忽略构造钢筋重要性,因而经常出现构造性裂缝。结构设计中经常忽略结构约束性质,不善于利用“抗与放”的设计原则,缺乏相应的设计施工规范、规程。结构规模日趋增大,结构形式日趋复杂,超长超厚及超静定结构成为经常采用结构形式并采用现浇施工,这种结构形式有显著约束作用,对于各种变形作用必然引起较大约束应力。
1.4、 使用及环境条件: 结构构件各区域温度、湿度差异过大;冻融、冻胀;内部钢筋锈蚀;火灾或表面遭受高温;酸、碱、盐类的化学作用; 冲剂、振动等对钢筋混凝土结构开裂均有一定影响。因此,钢筋混凝土结构内部许多微裂缝可能扩展、贯通乃至形成较宽和较长的可见裂缝。裂缝是混凝土材料释放内部过大变形能的结果,裂缝削减该处截面拉应力的峰值,并使结构构件内储存的变形能不超过一特定水平。
影响混凝土裂缝的因素除设计、施工、荷载外部原因外,内部原因主要是水泥品种、水泥用量、单位用水量、粗骨料和细骨料质量等。混凝土形成裂缝的原因及影响因素虽然极为复杂,但在实际操作种,只要严格按照设计和施工规范进行操作,有害裂缝还是完全可以避免的。
二、防治措施
1、提高全员质量意识,充分认识裂缝危害
随着建设事业的飞速发展,混凝土技术也在向功能型和智能型方向发展,这就要求参建的技术管理人员不断加强自身的学习和提高,充分认识裂缝产生的危害,加强对混凝土结构组成、各种材料对混凝土性能的影响、新工艺新过程的学习了解,监理单位、设计单位和施工单位一起对操作人员进行技术交底,对工程中的重要部位、关键工序、施工措施,与施工班组研究讨论,共同努力实现控制质量目标,有效地避免有害裂缝的产生。
2、加强设计质量监控,做好施工方案设计
设计质量是决定工程质量的重要因素,设计过程的质量控制是质量预控的重要环节。监理单位要充分发挥协调作用,汇同建设、施工单位技术人员共熟悉图纸,充分了解建设、设计意图,做好技术交底。混凝土配合比是影响裂缝的重要内部因素,施工前应做好混凝土配合比设计和试配检验,在满足混凝土设计标号的前提下,尽量减少单位用水量、拌制混凝土时掺入一定量的磨细粉煤灰,降低水泥用量以减少水化热量。另外还要对装料顺序、搅拌时间、浇筑点坍落度、入模温度、留茬部位进行规划,对模板进行设计,充分做好施工前的准备工作。
3、 材料和配合比方面的措施 为了控制混凝土结构的有害裂缝,应妥善选定组成材料和配合比,以使所制备的混凝土除符合设计和施工所要求的性能外,还应具有抵抗开裂所需要的功能。用于有外部侵入氯化物的环境时混凝土应采取下列措施之一:水胶比应控制在0.55 以下;混凝土表面宜采用密实、防渗措施;必要时可在混凝土表面涂刷防护涂料等以阻隔氯盐对钢筋混凝土的腐蚀。对因水泥水化热产生的裂缝的控制措施:尽量采用水化热低的水泥;优化混凝土配合比,提高骨料含量;尽量减少单方混凝土的水泥用量;延长评定混凝土强度等级的龄期;掺矿物掺合料替代部分水泥。对因冻害产生裂缝的控制措施:采用引气剂或引气减水剂;混凝土含气量宜控制在5% 左右;水胶比不宜大于0.5。
4、施工过程的质量控制
4.1、混凝土从搅拌机中卸出后,其运输延续时间受混凝土温度高低限制,当混凝土温度20℃~30℃时,不超过1h;10℃~19℃时,不超过1.5h;5℃~9℃时,不超过2h。若长距离运输宜采用混凝土运输搅拌车来运输,时间应在1h以内。当采用泵送混凝土应保证混凝土泵连续工作,泵送前先用适量的与混凝土成分相同的水泥砂浆或水泥浆润滑输送管道。混凝土从卸料、运输到泵送完毕时间不得超过1.5h,夏季还应缩短。泵送过程中,泵的受料斗内应充满混凝土,防止吸收空气形成阻塞。
4.2、混凝土自由倾落高度不宜超过2m,否则应用串筒、斜槽、溜管或振动溜管下落。当用串筒时,最后一节应拉成垂直,间距不宜大于3m;若用斜槽,坡度不宜大于60°,出口处应设有垂直挡土板,防止发生离析现象。
4.3、每层浇筑厚度按下列规定:用插入振捣棒捣时,为振动器作用部分的1.25倍;表面振动器为200mm;人工振捣时,基础或配筋稀疏的结构250 mm;配筋密肋结构为150 mm,每次浇筑向前推进长度宜为1.0~1.5m。
4.4、振捣方法
插入式振捣棒应与混凝土表面垂直或成40°~45°倾向振捣,插点应均匀排列,可以行列式或交错式顺序移动,但不能混用;每次移动距离不大于振捣棒作用半径的1.5倍,且操作时应快插慢拔,并插入下层尚未初凝的混凝土中50~100mm,以促进上下结合形成整体。振捣棒在每一点振动延续时间约在20~30秒,以混凝土表面呈水平并出现浮浆和不再有气泡、不再沉落为度,禁止振动棒触及钢筋、模板、预埋件等。
使用平板式振动器应将混凝土浇灌区划分成若干排,依次前进,移动间距应使振动器的平板能覆盖已振动好的混凝土边缘30~50mm。当混凝土表面倾斜时,振动器应由低处逐渐向高处移动。每一振捣位置的延续时间,以使混凝土停止下沉并向上泛浆,或表面平整并均匀出现浆液为度,一般约为25~40s。
4.5、对钢筋密集处,采用细石混凝土或水泥砂浆,适当增大混凝土的坍落度,采用片式、针式振动器振捣或辅以人工振捣。
4.6、墩、柱、墙连成整体的梁板结构:应在浇筑墩、柱、墙及基础的混凝土之后,停歇1~1.5h,再浇筑梁板或突出部分的混凝土,避免水平与垂直构件交接处产生裂缝。
4.7、浇筑竖向结构或大体积结构时,底部应先填以5~10cm厚与所用混凝土成份相同的水泥砂浆,以免形成离层。对大体积结构混凝土还应该采取有效的防裂措施,严格控制混凝土出现裂缝。
4.8、混凝土尽可能地连续浇筑,必须间歇时应尽量缩短时间,并不超过2h,在前层混凝土凝结之前,必须将次层混凝土浇筑完成。若因施工技术、工艺或组织上的原因不能继续浇筑,应準确地留设混凝土施工缝,混凝土达到1.2Mpa强度才能继续浇筑,浇筑前应剔除掉施工缝处水泥薄膜、松动石子或钢筋上浮浆及斑锈,加以湿润并冲洗干净,铺抹水泥浆或与混凝土成分相同的水泥砂浆一层。
4.9、混凝土模板安装不但要求轴线、平面布置、断面尺寸及标高等满足设计,而且要平整稳定,浇筑前要设专人不断检查模板是否变形、松动、跑模、跑浆,以便发现问题及时解决。
另外,在混凝土浇筑过程中,旧混凝土表面一定要清除干净,再用清水冲洗干净;填仓的砂浆一定要均匀,严格控制水灰比,混凝土浇筑速度不宜过快,同时振捣一定要振透、振匀,振捣时间以振捣至混凝土表面呈水平、不再显著下降、不再出现气泡、表面泛出灰浆为准。混凝土上部分的模板表面用塑料层覆盖,可以有效地防止裂缝的出现。在昼夜温差大时,对混凝土要采取保温措施,及时对混凝土体进行浇水养护。混凝土在运输中应保持均匀性,做到不分层、不离析、不漏浆,要有良好的坍落度等。
5、混凝土拆模后裂缝修补
混凝土拆模后若发现裂缝,通常如下处理:
(1)、一般性表面细小裂缝,可将裂缝部位清洗干净,干燥后用环氧浆液灌缝或表面涂刷封闭。
(2)、裂缝较大时,可将裂缝凿成八字形凹槽、洗净湿润,刷一层水泥浆,用1:2水泥砂浆分层压实抹光后用环氧胶泥嵌补。
(3)、对影响结构整体,防水防渗要求的结构裂缝,应根据裂缝宽度、深度情况,采用水泥压力灌浆、化学灌浆的方法修补,或表面封闭与注浆同时使用;明显降低结构刚度,承载力和严重裂缝,应根据情况,采用预应力加固或用钢筋混凝土围套、钢套箍或结构胶粘贴剂贴钢板加固等方法。
总之,只要我们不断探索,认真分析研究混凝土裂缝的成因,把好项目建设的每个环节,严格按照设计和施工规范进行操作,就完全能够避免有害裂缝的产生。
一、混凝土裂缝产生的原因及影响因素
1、 钢筋混凝土结构产生裂缝的原因: 由于混凝土的抗压强度高,而抗拉强度则低得多, 钢筋混凝土结构往往是带裂缝工作的。裂缝就其开裂深度分为表面的、贯穿的;就其在结构物表面形状可分为网状裂缝、爆裂状裂缝、不规则短裂缝、纵向裂缝、横向裂缝、斜裂缝等;裂缝按其发展情况可分为稳定的和不稳定的、能愈合的和不能愈合的;裂缝按其产生的原因,可分为荷载裂缝和变形裂缝。荷载裂缝是指因动、静荷载的直接作用引起的裂缝。变形裂缝是指因不均匀沉降、温度变化、湿度变异、膨胀、收缩、徐变等变形因素引起的裂缝。
1.1 、與材料性质和配合比有关的原因 :水泥的异常凝结和异常膨胀,其安定性很差,在混凝土浇筑后达到一定的强度以前,在凝结硬化阶段会产生小裂缝。水泥水化热引起的内外温差也可以使混凝土产生裂缝,骨料的含泥量过多及碱骨料反应、骨料级配不良也是形成收缩裂缝的一个原因。混凝土是一种水硬性材料,其放置在空气中会产生干燥收缩,产生裂缝。混凝土配合比不当(水泥用量大、用水量大、水胶比大、砂率大等)以及外加剂、硅灰等掺合料掺量过大都会造成混凝土开裂。外加剂及掺合料种类繁多,只有强度指标缺乏对水化热及收缩变形影响的长期实验资料(至少一年),有些试验资料并不严格,有许多外加剂严重的增加收缩变形,有的甚至降低耐久性。
1.2 、与施工有关的原因 :施工过程是一个非常复杂的过程,其形成裂缝的环节也比较多, 混凝土混合材料不均匀、搅拌时间不足或过长、浇筑速度过快、交接缝、模板外鼓、支撑下沉、初期快速干燥,模板拆除过早、养护措施不当、混凝土硬化前受到振动或加载,钢筋搭接、锚固不良、保护层厚度不够等方面都可引起混凝土开裂,因此在施工中必须严格控制各个环节。
1.3 、与结构设计及受力荷载有关的裂缝 :结构在不同的荷载作用下承受剪力、拉力及各种荷载组合,对混凝土产生破坏,地基的不均匀沉降等形成不同的裂缝。忽略结构约束,国内外结构设计中都经常忽略构造钢筋重要性,因而经常出现构造性裂缝。结构设计中经常忽略结构约束性质,不善于利用“抗与放”的设计原则,缺乏相应的设计施工规范、规程。结构规模日趋增大,结构形式日趋复杂,超长超厚及超静定结构成为经常采用结构形式并采用现浇施工,这种结构形式有显著约束作用,对于各种变形作用必然引起较大约束应力。
1.4、 使用及环境条件: 结构构件各区域温度、湿度差异过大;冻融、冻胀;内部钢筋锈蚀;火灾或表面遭受高温;酸、碱、盐类的化学作用; 冲剂、振动等对钢筋混凝土结构开裂均有一定影响。因此,钢筋混凝土结构内部许多微裂缝可能扩展、贯通乃至形成较宽和较长的可见裂缝。裂缝是混凝土材料释放内部过大变形能的结果,裂缝削减该处截面拉应力的峰值,并使结构构件内储存的变形能不超过一特定水平。
影响混凝土裂缝的因素除设计、施工、荷载外部原因外,内部原因主要是水泥品种、水泥用量、单位用水量、粗骨料和细骨料质量等。混凝土形成裂缝的原因及影响因素虽然极为复杂,但在实际操作种,只要严格按照设计和施工规范进行操作,有害裂缝还是完全可以避免的。
二、防治措施
1、提高全员质量意识,充分认识裂缝危害
随着建设事业的飞速发展,混凝土技术也在向功能型和智能型方向发展,这就要求参建的技术管理人员不断加强自身的学习和提高,充分认识裂缝产生的危害,加强对混凝土结构组成、各种材料对混凝土性能的影响、新工艺新过程的学习了解,监理单位、设计单位和施工单位一起对操作人员进行技术交底,对工程中的重要部位、关键工序、施工措施,与施工班组研究讨论,共同努力实现控制质量目标,有效地避免有害裂缝的产生。
2、加强设计质量监控,做好施工方案设计
设计质量是决定工程质量的重要因素,设计过程的质量控制是质量预控的重要环节。监理单位要充分发挥协调作用,汇同建设、施工单位技术人员共熟悉图纸,充分了解建设、设计意图,做好技术交底。混凝土配合比是影响裂缝的重要内部因素,施工前应做好混凝土配合比设计和试配检验,在满足混凝土设计标号的前提下,尽量减少单位用水量、拌制混凝土时掺入一定量的磨细粉煤灰,降低水泥用量以减少水化热量。另外还要对装料顺序、搅拌时间、浇筑点坍落度、入模温度、留茬部位进行规划,对模板进行设计,充分做好施工前的准备工作。
3、 材料和配合比方面的措施 为了控制混凝土结构的有害裂缝,应妥善选定组成材料和配合比,以使所制备的混凝土除符合设计和施工所要求的性能外,还应具有抵抗开裂所需要的功能。用于有外部侵入氯化物的环境时混凝土应采取下列措施之一:水胶比应控制在0.55 以下;混凝土表面宜采用密实、防渗措施;必要时可在混凝土表面涂刷防护涂料等以阻隔氯盐对钢筋混凝土的腐蚀。对因水泥水化热产生的裂缝的控制措施:尽量采用水化热低的水泥;优化混凝土配合比,提高骨料含量;尽量减少单方混凝土的水泥用量;延长评定混凝土强度等级的龄期;掺矿物掺合料替代部分水泥。对因冻害产生裂缝的控制措施:采用引气剂或引气减水剂;混凝土含气量宜控制在5% 左右;水胶比不宜大于0.5。
4、施工过程的质量控制
4.1、混凝土从搅拌机中卸出后,其运输延续时间受混凝土温度高低限制,当混凝土温度20℃~30℃时,不超过1h;10℃~19℃时,不超过1.5h;5℃~9℃时,不超过2h。若长距离运输宜采用混凝土运输搅拌车来运输,时间应在1h以内。当采用泵送混凝土应保证混凝土泵连续工作,泵送前先用适量的与混凝土成分相同的水泥砂浆或水泥浆润滑输送管道。混凝土从卸料、运输到泵送完毕时间不得超过1.5h,夏季还应缩短。泵送过程中,泵的受料斗内应充满混凝土,防止吸收空气形成阻塞。
4.2、混凝土自由倾落高度不宜超过2m,否则应用串筒、斜槽、溜管或振动溜管下落。当用串筒时,最后一节应拉成垂直,间距不宜大于3m;若用斜槽,坡度不宜大于60°,出口处应设有垂直挡土板,防止发生离析现象。
4.3、每层浇筑厚度按下列规定:用插入振捣棒捣时,为振动器作用部分的1.25倍;表面振动器为200mm;人工振捣时,基础或配筋稀疏的结构250 mm;配筋密肋结构为150 mm,每次浇筑向前推进长度宜为1.0~1.5m。
4.4、振捣方法
插入式振捣棒应与混凝土表面垂直或成40°~45°倾向振捣,插点应均匀排列,可以行列式或交错式顺序移动,但不能混用;每次移动距离不大于振捣棒作用半径的1.5倍,且操作时应快插慢拔,并插入下层尚未初凝的混凝土中50~100mm,以促进上下结合形成整体。振捣棒在每一点振动延续时间约在20~30秒,以混凝土表面呈水平并出现浮浆和不再有气泡、不再沉落为度,禁止振动棒触及钢筋、模板、预埋件等。
使用平板式振动器应将混凝土浇灌区划分成若干排,依次前进,移动间距应使振动器的平板能覆盖已振动好的混凝土边缘30~50mm。当混凝土表面倾斜时,振动器应由低处逐渐向高处移动。每一振捣位置的延续时间,以使混凝土停止下沉并向上泛浆,或表面平整并均匀出现浆液为度,一般约为25~40s。
4.5、对钢筋密集处,采用细石混凝土或水泥砂浆,适当增大混凝土的坍落度,采用片式、针式振动器振捣或辅以人工振捣。
4.6、墩、柱、墙连成整体的梁板结构:应在浇筑墩、柱、墙及基础的混凝土之后,停歇1~1.5h,再浇筑梁板或突出部分的混凝土,避免水平与垂直构件交接处产生裂缝。
4.7、浇筑竖向结构或大体积结构时,底部应先填以5~10cm厚与所用混凝土成份相同的水泥砂浆,以免形成离层。对大体积结构混凝土还应该采取有效的防裂措施,严格控制混凝土出现裂缝。
4.8、混凝土尽可能地连续浇筑,必须间歇时应尽量缩短时间,并不超过2h,在前层混凝土凝结之前,必须将次层混凝土浇筑完成。若因施工技术、工艺或组织上的原因不能继续浇筑,应準确地留设混凝土施工缝,混凝土达到1.2Mpa强度才能继续浇筑,浇筑前应剔除掉施工缝处水泥薄膜、松动石子或钢筋上浮浆及斑锈,加以湿润并冲洗干净,铺抹水泥浆或与混凝土成分相同的水泥砂浆一层。
4.9、混凝土模板安装不但要求轴线、平面布置、断面尺寸及标高等满足设计,而且要平整稳定,浇筑前要设专人不断检查模板是否变形、松动、跑模、跑浆,以便发现问题及时解决。
另外,在混凝土浇筑过程中,旧混凝土表面一定要清除干净,再用清水冲洗干净;填仓的砂浆一定要均匀,严格控制水灰比,混凝土浇筑速度不宜过快,同时振捣一定要振透、振匀,振捣时间以振捣至混凝土表面呈水平、不再显著下降、不再出现气泡、表面泛出灰浆为准。混凝土上部分的模板表面用塑料层覆盖,可以有效地防止裂缝的出现。在昼夜温差大时,对混凝土要采取保温措施,及时对混凝土体进行浇水养护。混凝土在运输中应保持均匀性,做到不分层、不离析、不漏浆,要有良好的坍落度等。
5、混凝土拆模后裂缝修补
混凝土拆模后若发现裂缝,通常如下处理:
(1)、一般性表面细小裂缝,可将裂缝部位清洗干净,干燥后用环氧浆液灌缝或表面涂刷封闭。
(2)、裂缝较大时,可将裂缝凿成八字形凹槽、洗净湿润,刷一层水泥浆,用1:2水泥砂浆分层压实抹光后用环氧胶泥嵌补。
(3)、对影响结构整体,防水防渗要求的结构裂缝,应根据裂缝宽度、深度情况,采用水泥压力灌浆、化学灌浆的方法修补,或表面封闭与注浆同时使用;明显降低结构刚度,承载力和严重裂缝,应根据情况,采用预应力加固或用钢筋混凝土围套、钢套箍或结构胶粘贴剂贴钢板加固等方法。
总之,只要我们不断探索,认真分析研究混凝土裂缝的成因,把好项目建设的每个环节,严格按照设计和施工规范进行操作,就完全能够避免有害裂缝的产生。