时间:2023-03-15 17:31:52
1.1原材料质量引起的裂缝
混凝土主要由水泥、砂、骨料、拌和水及外加剂组成。混凝土所采用材料的质量不合格,可能导致结构出现裂缝。
1.2砂石含泥量超过规定,不仅降低混凝土的强度和抗渗性,还会使混凝土干燥时产生不规则的网状裂缝。砂石的级配差,或砂颗粒过细,用这种材料拌制的混凝土常造成侧面裂缝。碱骨料反应。骨料中含有泥性硅化物质与碱性物质相遇,水、硅反应会生成膨胀的胶质,吸水后造成局部膨胀和拉应力,则构件产生爆裂状裂缝,在潮湿地方较为多见。
1.3拌和用水及外加剂拌和用水或外加剂中氯化物等杂质含量较高时对钢筋锈蚀有较大影响。采用海水或含碱泉水拌制混凝土,或采用含碱的外加剂,可能对碱骨料反应有影响。
1.4施工违反操作规程
常见因素有搅拌、运输时间过长;振捣不良;浇筑速度过快;塑性混凝土下沉;施工缝接茬处理不好;初期养护不当,早期受冻;钢筋骨架构造不当(主箍筋配置、主箍筋间距、主筋搭焊接锚固、辅筋和预埋件问题等);乱踩配筋致使保护层减小;模型板刚度不足;模板支架下沉或失稳;过早拆模等;其中多数属物理性缺陷。
1.5构件受力、变形使内应力超越材料强度
常见的受力有拉伸(中、偏拉)、压缩(中、偏压局压)、弯曲(少筋、适筋、超筋)、剪切(少箍、适箍、超箍、冲切)、扭转等状态;常见的变形有因过大不均匀沉降、因收缩和温度变形受到约束待状态。它们所造成的缺陷均属物理性缺陷。
1.6温度变形
混凝土具有热胀冷缩的性质,其线膨胀系数一般为1×10-5/℃。当环境温度发生变化时,就会产生温度变形,由此产生附加应力,当这种应力超过混凝土的抗拉强度时,就会产生裂缝。在工程中,这类裂缝较多见,譬如现浇屋面板上的裂缝,大体积混凝土的裂缝等。
1.7湿度变形
混凝土在空气中结硬时,体积会逐渐减小,一般谓之干缩。收缩裂缝较普遍,常见于现浇墙板式结构、现浇框架结构等,通常是因为养护不良造成。混凝土的收缩值一般为0.2~0.4‰。其发展规律是早期快,后期缓慢。因此对于超长的建筑物或构筑物,通常是每隔20~40m设置一道后浇带,或采用在混凝土中掺加微膨胀剂等,这样可基本解决混凝土的早期干缩。
2预防措施
2.1材料选用
水泥:应选用水化热较低的水泥,严禁使用安定性不合格的水泥。粗骨料:宜用表面粗糙、质地坚硬的石料。级配良好,空隙率小,无碱性反应;有害物质及粘土含量不超过规定。细骨料:宜用颗粒较粗、空隙较小,含泥量较低的中砂。外掺料:宜采用碱水剂等外加剂,以改善混凝土工作性能,降低用水量,减少收缩。
2.2配料
配合比设计:应采用低水灰比、低用水量,以减少混凝土的收缩;禁止任意增加水泥用量;配制混凝土时计量应准确,要严格控制水灰比和水泥用量,搅拌要均匀,离析的混凝土必须重新拌匀后,方可浇灌。
2.3模板工程
钢筋混凝土结构裂缝的预防,在模板工程中应注意以下各点:模板构造要合理,以防止模板各杆件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(特别是动荷载)作用下,模板变形过大造成开裂。例题掌握拆模时机,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介入时机。
2.4混凝土浇筑
混凝土浇筑时应防止离析现象,振捣应均匀、适度。加强混凝土的早期养护,并适当延长养护时间。在气温高、湿度低或风速大的条件下,更应及早进行喷水养护。当浇水养护有困难,或者不能保证其充分湿润时,可采用覆盖保温材料等方法。
2.5施工技术
加强地基的检查与验收工作,基坑开挖后应及时通知勘察及设计单位到场验收。对较复杂的地基,设计方在基坑开挖后应要求勘察补钻探,当探出有不利地质情况时,必须先对其加固处理,并经验收合格后,方可进行下一步施工。
开挖基槽时,要注意不扰动其原状结构。
合理安排施工顺序。当相邻建(构)筑物间距较近时,一般应先施工较深的基础,以防止基坑开挖破坏已建基础的地基。当建(构)筑物各部份荷载相差较大时,一般应先施工重、高部分,后施工轻、低部分。
2.6对因使用及环境条件变化而发生的裂缝,要根据其不同性质区别采用不同的防治措施。
2.7设计构造
建筑平面选型在满足使用要求的前提下,力求简单。平面复杂的建筑物,容易产生扭曲等附加应力而造成墙体及楼板开裂。
合理布置纵横墙,纵墙开洞应尽可能小。控制建筑物的长高比。长高比越小,整体刚度越大,调整不均匀沉降的能力越强。减少地基的不均匀沉降。除了前述的措施外,在基础设计中还可以采取调整基础的埋置深度、不同的地基计算强度和采用不同的垫层厚度等方法,来调整地基的不均匀变形。层层设置圈梁、构造柱,可以增加建筑物的整体性,提高砖石砌体的抗剪、抗拉强度,防止或减少裂缝。即使出现了裂缝,也能阻止其进一步发展。
正确地设置沉降缝。沉降缝位置和缝宽的选定合适,构造要合理,可以和其它结构缝合并设置。
论文关键词:混凝土;温度变形;裂缝
【论文摘要】:在建筑施工中,现场浇注的混凝土楼板常常会出现大小不等,深浅不一的裂缝现象,文章通过分析现浇混凝土楼板常见裂缝的表现状况,揭示了裂缝产生的原因,并且提出了如何控制预防和处理的根本性措施。
钢筋混凝土的裂缝控制问题是建筑工程中很重要的问题之一,现浇混凝土楼板裂缝是公认的建筑施工中最难解决的问题之一,这些裂缝不仅影响建筑物的美观,而且影响建筑物的使用功能,大大降低了房屋结构的耐久性;破坏结构的整体性、降低其刚度;引起钢筋腐蚀。因此如何解决这种常见的混凝土裂缝,是设计者和施工者都不可忽视的问题。
一、裂缝表现
斜向裂缝:多分布在房屋外墙转角所在房间的楼板上,裂缝一般成45o斜向,有时一只角同时出现两条裂缝,裂缝基本上为上下贯通。如某七层框架商住楼工程,结构总长度约为100m,设有两道温度缝,其基础一侧为条形基础,其余为独立承台基础。在工程交接时后两个月左右突然发现在靠其中一条温度缝的一跨柱角楼板有45。裂缝,从三层至六层楼板每层均有3条,但均未贯穿楼板。
纵横向裂缝:主要表现为纵横向裂缝。如某教学楼,其现浇钢筋混凝土楼板大面积出现宽度0.1-0.3mm不等的纵横向裂缝。
表面龟裂:此类裂缝主要表现在施工过程中产生的裂缝,容易控制与处理。如某在建工程,因板面面积大,在晚上浇混凝土,第二天早上派人浇水,但前面浇,后面就干掉,到中午时板面出现龟裂缝,用肉眼可辩识。
二、混凝土楼板裂缝产生的原因
1.混凝土组成材料的影响
(1)水泥方面的影响:水泥的收缩值般取决于C3A、SO3、石膏的含量及水泥细度等。即C3A含量大,细度较细的水泥收缩较大。石膏含量不足的水泥,具有较大的收缩,而SO3的含量对混凝土收缩的影响显著。
(2)骨料方面的影响:混凝土收缩随骨料含量的增加而减小,随骨料弹性模量的增加而减小,同时,又随骨料中粘土含量的增加而增大。另外,在预拌混凝土中,其骨料的级配不十分合理也是造成混凝土出现裂缝的主要因素。
(3)混凝土配合比方面的影响:包括单位用水量,单位水泥用量,水灰比,砂率及灰浆比等参数。混凝土收缩主要取决于单位用水量和水泥用量,而用水量的影响比水泥用量大;在用水量一定的条件下,混凝土干缩随水泥用量的增大而增加,但增大的幅度较小;在骨灰比一定条件下,混凝土干缩随水灰比的增加而明显增大;在配合比相同条件下,混凝土干缩随砂率的增大而加大,但增大的幅度较小。
(4)外加剂的种类和掺量方面的影响:掺用化学外加剂会使混凝土收缩有不同程度的增大。掺减水剂用于改善混凝土和易性,增大坍落度时,掺减水剂的混凝土收缩略大于不掺的收缩值;掺减水剂用于减水,提高强度或节约水泥时,掺减水剂混凝土的收缩接近或小于不掺的收缩值。
2.施工方面的原因
(1)水灰比的变化对混凝上强度值的影响十分明显,基本上分别是水和水泥量变动对强度影响的叠加,故此,水、水泥、外加剂的计量变化,将直接影响混凝土的强度。对于大流动性的混凝土,其塑性收缩值为200×l0-4,中等流动性混凝土,其塑性收缩值约为(60~100)×l0-4。表现较明显的是:满足坍落度大、流动性好的泵送条件的泵送混凝土,较易产生粗骨料少、砂浆多的现象,混凝土脱水凝固时,就会较易产生塑性收缩裂缝。
(2)混凝土是由砂、石、水泥等粗细骨料按一定的配合比,经过水化反应而形成的水硬性胶凝材料,如果混凝土材料中的砂、石颗粒级配不好,则浇灌出的混凝土强度将降低,抵抗外界应力的能力也同时减弱,极易造成混凝土裂缝。
(3)施工过程中过分振捣混凝土后,粗骨料沉落,水、空气被挤出,混凝土表面因泌水而形成竖向体积缩小沉落,从而成表面砂浆层,它比下层混凝土有较大的干缩性能,待水分蒸发后,容易形成塑性收缩裂缝。
(4)模板、垫层在浇筑混凝土前淋水不足,过分干燥,浇筑混凝土后,因模板吸水量大,导致混凝土的收缩,产生塑性收缩裂缝。
(5)工程施工中各工种交叉作业,楼面负筋位置的正确性难以得到有效的保证,经踩踏后将令钢筋弯曲、变形,减低了部分板负筋的有效高度,使该位置钢筋混凝土楼板上部抗拉能力大幅降低,从而导致该部混凝土楼板出现裂缝。
(6)浇筑混凝土后过分抹平压光,会使较多的细骨料浮到混凝土表面,形成含水量很大的水泥浆层。空气中的二氧化碳与水泥浆中的氢氧化钙发生作用生成碳酸钙,其化学反应式为CO2+Ca(OH)2=CaCO3+H20,于是浇筑硬化后期(56d后)引起混凝土明显收缩,即碳化收缩,导致混凝土楼板出现裂缝。(7)混凝土的保湿养护对其强度增长和各类性能的提高十分重要,特别是早期的妥善养护可以避免表面脱水,并大量减少混凝土初期收缩裂缝的产生。过早的养护会影响混凝土的胶结能力;而过迟的养护,混凝土会因受日晒风吹令其表面游离水分过快蒸发,水泥由于缺乏必要的水化水,从而产生急剧的体积收缩(据有关资料反映,当混凝土表面的水分蒸发率超过0.5kg/m2*h时,混凝土体积将急剧收缩),此时的混凝土早期强度低,未能抵抗该种收缩应力而产生开裂。特别是在夏、冬两季,因昼夜温差较大,养护不当最容易产生温差裂缝。
三、混凝土裂缝的控制措施
(1)优选水泥品种。混凝土结构引起裂缝的主要原因之一是由于水泥水化热的大量积聚致使混凝土出现早期升温及后期降温而产生的温差变化,为此,在施工中可采取一些措施,如选用矿渣水泥、粉煤灰水泥等低热水泥品种来配制混凝土。
(2)控制材料的使用。根据施工的具体条件降低水灰比,减少水的用量,提高混凝土的密实度,可以减少混凝土的泌水、离析等现象,使混凝土的收缩变形减小。施工时尽可能选用良好的颗粒级配方案,用颗粒级配大的粗中砂来拌制混凝土,严格控制砂、石中的含泥量。另外,还应控制施工工期,尽量不要在高温季节施工,可减少温差应力对混凝土变形的影响。
(3)提高操作水平。加强混凝土振捣,可以提高混凝土的密实性和抗拉强度;加强对混凝土成品的保护和养护,避免温差裂缝的产生;对已浇筑好的混凝土应在浇筑后lO到12小时内及时做好浇水养护,以使混凝土有足够的湿度保持水化反应,并且连续养护日期一般不少于半个月。这样,不仅有利于混凝土在规定龄期内达到设计要求的强度,而且还可以在养护时降低混凝土的表面温度,减少混凝土内部的约束作用,防止收缩裂缝的产生。
(4)控制钢筋位置。在绑扎构造钢筋时为防止钢筋走位,可以用一些技术措施进行控制,从而有效地控制和减少板面裂缝的发生。
四、混凝土裂缝处理
依据混凝土裂缝宽度,深度以及扩展情况,采取不同的处理方法。
(一)对于浅表面裂缝(沉缩裂缝,干缩裂缝),缝宽小于0.5m,可用下列方法:
1.裂缝表面清理干净,用水泥浆刮抹。
2.稍深一些的裂缝,沿裂缝凿去薄弱部分,用水冲洗后,用1:2水泥砂浆修补。
(二)裂缝较深(10mm以上)
1.注射环氧树脂黏合剂。注射前,用电吹风吹干裂缝,然后用注射器把黏合剂缓慢注入,至全部充满。
2.裂缝口扩成v型,用毛刷清除粉末,用电吹风吹干,在扩口内填入环氧树脂胶泥即可。
结束语
论文摘要:混凝土的裂缝问题是一个普遍存在而又难于解决的工程实际问题,本文对混凝土工程因施工过程中产生的裂缝问题进行了探讨分析,并针对具体情况提出了一些预防、处理措施。
由于裂缝的存在和发展通常会使内部的钢筋等材料产生腐蚀,降低钢筋混凝土材料的承载能力、耐久性及抗渗能力,影响建筑物的外观、使用寿命等。因而防止楼板开裂已经成为大家共同关心的课题,本文试从施工的角度出发,探讨楼板裂缝产生的原因以及防治措施。
一、楼板裂缝的开展大多有以下几种情况
(一)裂缝在板面沿楼板支座边300mm范围内平行于支座开展,甚至板的四周都出现裂缝并且连续;
(二)在板角处裂缝与相邻两支座成45度角展开;
(三)与施工井架位置相接的楼板常出现裂缝。
这些裂缝大多在工程竣工后一段时间才被发现,往往这时楼板还几乎没有使用荷载。有时裂缝宽度在水泥沙浆找平层表面被放大了,实际上在混凝土楼板的裂缝宽度大多在0.3mm以下,裂缝的深度在15mm左右。
二、楼板裂缝的原因主要有以下几种
(一)干缩裂缝
混凝土干缩主要和混凝土的水灰比、水泥的成分、水泥的用量、骨料的性质和用量、外加剂的用量等有关。硬化混凝土在约束条件下的干缩是楼板产生裂缝的一个比较常见的原因。水泥的水化或混凝土中水分的蒸发会引起混凝土干缩。此外,楼板混凝土的收缩也受到结构的另一部分(如混凝土梁、柱)的约束而引起拉应力,拉应力超过混凝土抗拉强度时混凝土将会产生裂缝,并且能够在比开裂应力小得多的应力作用下扩展延伸。
(二)塑性收缩裂缝
塑性收缩是指混凝土在凝结之前,表面因失水较快而产生的收缩。其产生的主要原因为:混凝土在终凝前几乎没有强度或强度很小,或者混凝土刚刚终凝而强度很小时,受高温或较大风力的影响,混凝土表面失水过快,造成毛细管中产生较大的负压而使混凝土体积急剧收缩,而此时混凝土的强度又无法抵抗其本身收缩,因此产生龟裂。
(三)支撑沉陷裂缝
新浇混凝土楼板容易在模板、支撑变形的情况下产生裂缝。由于支撑的刚度不足或梁板支撑刚度差异较大,在荷载作用下变形沉陷,施工期间的过度震动使支撑刚度变异部位多次瞬间相对位移以及过早拆模等等都可能使混凝土在发展足够强度以支撑其自身重量之前产生裂缝。沉陷变形也是混凝土楼板裂缝开展的另一个常见原因。
(四)温度裂缝
混凝土浇筑后,在硬化过程中,水泥水化产生大量的水化热,由于混凝土的体积较大,大量的水化热聚积在混凝土内部而不易散发,导致内部温度急剧上升,而混凝土表面散热较快,这样就形成内外的较大温差,较大的温差造成内部与外部热胀冷缩的程度不同,使混凝土表面产生一定的拉应力,当拉应力超过混凝土的抗拉强度极限时,混凝土表面就会产生裂缝。
(五)化学反应引起的裂缝
碱骨料反应裂缝和钢筋锈蚀引起的裂缝是钢筋混凝土结构中最常见的由于化学反应而引起的裂缝。
就施工因素来说,楼板的模板、支撑变形或沉陷,混凝土的制作和捣实工艺等许多方面的施工质量问题以及缺乏养护都会增加产生裂缝或引致裂缝发展的可能性。因此,裂缝的发生和延伸开展与混凝土内在的特性和多种施工因素可能同时存在某种关系。也就是说,同一条裂缝的开展往往由多个原因所造成。
三、针对裂缝产生的原因,在施工因素方面采取相应措施,以减少楼板裂缝的产生。为此,在混凝土施工中,在工序和工艺方面应当注意下列几个问题
(一)严格控制混凝土搅拌和施工中的配合比,混凝土的用水量绝对不能大于配合比设计所给定的用水量,混凝土应使用设计允许的最小水泥用量和能满足和易性要求的最小用水量,设备允许情况下,不要用过大的塌落度。使用各种外加剂时要注意,尽量不要选用增加混凝土干缩的外加剂;选择合适的水泥品种,使混凝土收缩减少,凝固时间合适;混凝土内砂石水泥的级配力求最优。(二)浇筑混凝土之前,将模板浇水均匀湿透。
(三)模板及其支撑系统要有足够的刚度,且支撑牢固,并使地基受力均匀。楼板模板支撑的间距要适宜,使楼板模板刚度与梁模板刚度不至于相差太大。在与施工井架相接的或施工运输频繁经过的楼板模板中适当加强模板支撑系统。
(四)了解预拌混凝土的级配情况,对某些级配的混凝土,不要过度振捣楼板混凝土,过度的振捣会使混凝土产生离析和泌水,使混凝土楼板表面形成水泥含量较多的沙浆层和水泥浆层,容易产生干缩裂缝。由于一般楼板的厚度不大,使用平板振动器匀速拖过一次就可使楼板的混凝土成型密实。要在混凝土沉淀收缩基本完成后才开始楼板的最终抹面。
(五)在楼板的混凝土施工完成后,要等楼板混凝土有一定的强度后才进行下一道工序的施工。在混凝土终凝初期应避免施工荷载对楼板产生较大的震动。特别是与施工井架相接的楼板,其混凝土施工完成是最后的,而上施工荷载受震动是最早和最频繁的。有些施工单位为了抢工期,在楼板混凝土捣制完成后第二天就上人上材料进行下一道工序施工,往往导致这位置的楼板多处产生裂缝。
(六)施工期间不要过早拆除楼板的模板支架,且要注意拆模的先后次序。必要时可在拆除模板后在适当位置上安装回头顶。施工机具和材料不要集中堆放在一块楼板上,避免造成较大的荷载使还未达到强度的混凝土楼板产生裂缝。
(七)了解预拌混凝土的收缩曲线,加强混凝土养护,保持混凝土楼板表面湿润。在常温下养护不少于两周,特别是在混凝土终凝初期,要严格按要求进行浇水养护。养护期后,在施工期间特别干燥的时候也应进行浇水养护。
四、裂缝的处理
修补前需要对楼板裂缝进行检测与研究以确定裂缝部位、开裂程度和裂缝产生的原因等。根据裂缝的性质和具体情况我们要区别对待、及时处理,以保证建筑物的混凝土裂缝的修补措施主要有以下一些方法:表面修补法,灌浆、嵌逢封堵法,结构加固法,混凝土置换法,电化学防护法以及仿生自愈合法等。
五、结束语
楼板裂缝是混凝土结构中普遍存在的一种现象,它的出现不仅会降低建筑物的抗渗能力,影响建筑物的使用功能,而且会引起钢筋的锈蚀,混凝土的碳化,降低材料的耐久性,影响建筑物的承载能力,因此要对混凝土楼板裂缝进行认真研究、区别对待,采用合理的方法进行处理,并在施工中采取各种有效的预防措施来预防裂缝的出现和发展,保证建筑物和构件安全、稳定地工作。
参考文献:
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[论文摘要]混凝土结构在建设和使用过程中出现不同程度、不同形式的裂缝,这是一个相当普遍的现象。只有采取精心设计混凝土配合比、增配构造筋提高抗裂性能、在易裂的边缘部位设置暗梁,提高该部位的配筋率,提高混凝土的极限拉伸等措施,才能杜绝危险的发生。此外最关键的就在于采取措施控制水泥水化热引起的温度变化,这样才能解决大体积混凝土裂缝的质量问题。
一、引言
混凝土是一种由砂石骨料、水泥、水及其他外加材料混合而形成的非均质脆性材料。由于混凝土施工和本身变形、约束等一系列问题,硬化成型的混凝土中存在着众多的微孔隙、气穴和微裂缝,正是由于这些初始缺陷的存在才使混凝土呈现出一些非均质的特性。微裂缝通常是一种无害裂缝,对混凝土的承重、防渗及其他一些使用功能不产生危害。但是在混凝土受到荷载、温差等作用之后,微裂缝就会不断的扩展和连通,最终形成我们肉眼可见的宏观裂缝,也就是混凝土工程中常说的裂缝。
二、大体积混凝土的裂缝
混凝土结构在建设和使用过程中出现不同程度、不同形式的裂缝,这是一个相当普遍的现象。大体积混凝土结构出现裂缝更普遍。因而。混凝土结构的裂缝是建筑工程长期困扰的一个技术难题,一直未能很好地解决。根据国内外的调查资料,工程实践中结构物的裂缝原因,属于由变形变化(温度、湿度、地基变形)引起的约占80%以上,属于荷载引起的约占20%左右。在大体积混凝土工程施工中,由于水泥水化热引起混凝土浇筑内部温度和温度应力剧烈变化,从而导致混凝土发生裂缝。因此,控制混凝土浇筑块体因水化热引起的温升、混凝土浇筑块体的内外温差及降温速度,防止混凝土出现有害的温度裂缝(包括混凝土收缩)是其施工技术的关键问题。我国的工程技术人员科学实验的基础,以防为主,采用了温控施工技术,在大体积混凝土结构的设计、混凝土材料的选择、配合比设计、拌制、运输、浇筑、保温养护及施工过程中混凝土浇筑内部温度和温度应力的监测等环节,采取了一系列的技术措施,成功地完成了我国许多钢铁企业和工业民用建筑、高层建筑的大体积混凝土工程的施工,取得丰富的施工经验。
三、大体积混凝土裂缝的可能原因
大体积混凝土墩台身或基础等结构裂缝的发生是由多种因素引起的。各类裂缝产生的主要影响因素有几种::一是结构型裂缝,是由外荷载引起的,包括常规结构计算中的主要应力以及其他的结构次应力造成的受力裂缝。二是材料型裂缝,是由非受力变形变化引起的,主要是由温度应力和混凝土的收缩引起的。
(一)收缩裂缝。混凝土的收缩引起收缩裂缝。收缩的主要影响因素是混凝土中的用水量和水泥用量,用水量和水泥用量越高,混凝土的收缩就越大。选用水泥品种的不同,干缩、收缩的量也不同。
混凝土逐渐散热和硬化过程引起的收缩,会产生很大的收缩应力。如果产生的收缩应力超过当时的混凝土极限抗拉强度,就会在混凝土中产生收缩裂缝。在大体积混凝土里,即使水灰比并不低,自身收缩量值也不大,但是它与温度收缩叠加到一起,就要使应力增大,所以在水工大坝施工时早就将自身收缩作为一项性能指标进行测定和考虑
(二)温差裂缝。混凝土内外部温差过大会产生裂缝。主要影响因素是水泥水化热引起的混凝土内部和混凝土表面的温差过大。特别是大体积混凝土更易发生此类裂缝。
大体积混凝土结构一般要求一次性整体浇筑。浇筑后,水泥因水化引起水化热,由于混凝土体积大,聚集在内部的水泥水化热不易散发,混凝土内部温度将显著升高,而其表面则散热较快,形成了较大的温度差,使混凝土内部产生压应力,表面产生拉应力。此时,混凝龄期短,抗拉强度很低。当温差产生的表面抗拉应力超过混凝土极限抗拉强度,则会在混凝土表面产生裂缝。
(三)安定性裂缝。安定性裂缝表现为龟裂,主要是因水泥安定性不合格而引起的。
四、裂缝的防治措施
(一)设计措施
1.精心设计混凝土配合比。在保证混凝土具有良好工作性的情况下,应尽可能地降低混凝土的单位用水量,采用“三低(低砂率、低坍落度、低水胶比)二掺(掺高效减水剂和高性能引气剂)一高(高粉煤灰掺量)”的设计准则,生产出高强、高韧性、中弹、低热和高极拉值的抗裂混凝土。2.增配构造筋提高抗裂性能。配筋应采用小直径、小间距。全截面的配筋率应在0.3-0.5%之间。
3.避免结构突变产生应力集中,在易产生应力集中的薄弱环节采取加强措施。
4.在易裂的边缘部位设置暗梁,提高该部位的配筋率,提高混凝土的极限拉伸。
5.在结构设计中应充分考虑施工时的气候特征,合理设置后浇缝,保留时间一般不小于60天。如不能预测施工时的具体条件,也可临时根据具体情况作设计变更。
(二)施工措施
1.严格控制混凝土原材料质量和技术标准,选用低水化热水泥,粗细骨料的含泥量应尽量减少(1-1.5%以下)。优选混凝土各种原材料。在条件许可情况下,应优先选用收缩性小的或具有微膨胀性的水泥。骨料在大体积混凝土中所占比例一般为混凝土绝对体积的80%-83%,应选择线膨胀系数小、岩石弹模较低、表面清洁无弱包裹层、级配良好的骨料。砂除满足骨料规范要求外,应适当放宽石粉或细粉含量,砂子中石粉比例一般在15%-18%之间为宜。粉煤灰只要细度与水泥颗粒相当,烧失量小,含硫量和含碱量低,需水量比小,均可掺用在混凝土中使用。高效减水剂和引气剂复合使用对减少大体积混凝土单位用水量和胶凝材料用量,改善新拌混凝土的工作度,提高硬化混凝土的力学、热学、变形、耐久性等性能起着极为重要的作用,也是混凝土向高性能化发展不可或缺的重要组分。
2.细致分析混凝土集料的配比,控制混凝土的水灰比,减少混凝土的坍落度,合理掺加塑化剂和减少剂。
3.采用综合措施,控制混凝土初始温度。
4.根据工程特点,充分利用混凝土后期强度,可以减少用水量,减少水化热和收缩。
5.加强混凝土的浇灌振捣,提高密实度。
6.混凝土尽可能晚拆模,拆模后混凝土表面温度不应下降15℃以上。
7.采用两次振捣技术,改善混凝土强度,提高抗裂性。
8.根据具体工程特点,采用UEA补偿收缩混凝土技术。
9.对于高强混凝土,应尽量使用中热微膨胀水泥,掺超细矿粉和膨胀剂,使用高效减水剂。通过试验掺入粉煤灰,掺量15%-50%。
五、结语
1.1水泥品种的优选
优先选用C3A含量低的中、低热的普通水泥或复合、矿渣水泥等,除冬期施工外,不宜选早强型水泥;也不宜采用火山灰水泥,因火山灰水泥需水量大,易泌水。
水泥等级和混凝土等级应相匹配,一般C25以下混凝土宜选32.5级水泥,C30以上混凝土宜选42.5级水泥,但水泥品种不能混用,不同产家、不同品种即是同一水泥等级也不能混用,同厂家、同品种不同批号的水泥原则上也不能混用。因不同厂、不同品种虽说强度等级相同,但其中所含的矿物成分不同,水泥掺合料不同,所产生的水化热亦不同,其收缩、变形、凝结时间等不同,水化时反映了各自水泥的水化个性,所以不能混用,如果混用:(1)可能造成收缩、变形不同,而影响结构的耐久性;(2)凝结时间、需水量、水化速度不同,所产生的混凝土强度不同,将使混用后的混凝土强度降低5%—20%,(3)由于收缩变形不同,产生裂缝隐患存在。不同水泥应分别使用,只能待上一品种水泥产生一定强度后,才可向其上面浇筑其他品种、等级的水泥。在保证混凝土强度的前提下,商品混凝土的水泥用量,应降低到最低程度。
1.2细骨料
细骨料宜采用中、粗砂。泵送砼宜采用中砂并靠上限,0.315mm筛孔筛余量不应少于15%。实践证明,采用细度模数2.8的中砂比采用细度模数2.3的中砂,可减少用水量20kg/m3—25kg/m3,可降低水泥用量28kg/m3—35kg/m3,因而降低了水泥水化热、降低了混凝土温升和收缩。细骨料的含泥量不超过3%,泥块含量不得大于1%。其他质量指标应符合现行行业标准《普通混凝土用砂质量标准及检验方法》的规定。
为保证混凝土的流动性、粘聚性和保水性,以便于运输、泵送和浇筑,泵送混凝土的砂率要比普通流动性混凝土增大约6%,为38%—45%。但是砂率过大,不仅会影响混凝土的工作度和强度,而且能增大收缩和裂缝。
1.3粗骨料是混凝土的重要组成
它在混凝土中主要起到骨架的作用,并且对胶凝材料的收缩具有一定抵抗作用。集料的级配越好,所组成的混凝土骨架越稳定,抵抗变形能力越好。同时,集料的级配越好,能降低混凝土中单方水和水泥的用量,降低混凝土的收缩。此外,粗骨料的含泥量、泥块含量对混凝土的收缩也有很大的影响。
1.4砂
采用中、粗砂,细度模数必须控制在2.3以上,含泥量控制在2%以下。因为采用细度模数为2.8:2.3的中砂每立方混凝土可减少水泥用量约30kg,减少水用量20kg—25kg,从而降低混凝土水化热和温差引起的收缩。泵送混凝土时,砂率应控制在38%—45%。
1.5选用优质高效的外加剂
为达到抗裂、防水的目的,在配制混凝土时,一般需要掺人减水剂、缓凝剂、膨胀剂等。外加剂的质量对混凝土的影响非常大,有些膨胀剂与其他外加剂一起使用可能会产生副作用,因此在使用前应经试验确定。
2设计方面
结构设计规范主要解决的是结构的安全问题。但个别设计者未能作全过程(包括施工过程)数理分析。以混凝土收缩裂缝问题为例。一般的设计文件只给出混凝土的强度等级,没有针对结构具体情况对混凝土的收缩量的限制值及收缩量制值相匹配的后浇带设置。特别是某些工程师盲目地相信某些补偿收缩混凝土的作用,不留混凝土后浇带甚至不留形缝,使得裂缝发展得很快。另外,混凝土收缩裂缝与现在设计的板和墙的尺寸越来越大也有关系。混凝土梁、板和墙的尺寸增大。尺寸大,构件总的收缩量大,容易出现混凝土收缩裂缝。
3施工技术控制
(1)混凝土施工过分振捣,模板、垫层过于干燥。混凝土浇筑振捣后,粗骨料沉落,挤出水分、空气,表面呈现泌水而形成竖向体积缩小沉落,造成表面砂浆层,它比下层混凝土有较大的干缩性能,待水分蒸发后,易形成凝缩裂缝。而模板、垫层在浇筑混凝土之时洒水不够,过于干燥,则模板吸水量大,引起混凝土的塑性收缩,产生裂缝。混凝土浇捣后,过分抹干压光会使混凝土的细骨料过多地浮到表面,形成含水量很大的水泥浆层,水泥浆中的氢氧化钙与空气中二氧化碳作用生成碳酸钙,引起表面体积碳水化收缩,导致混凝土板表面龟裂。
(2)混凝土施工过分振捣,模板、垫层过于干燥。混凝土浇筑振捣后,粗骨料沉落,挤出水分、空气,表面呈现泌水而形成竖向体积缩小沉落,造成表面砂浆层,它比下层混凝土有较大的干缩性能,待水分蒸发后,易形成凝缩裂缝。而模板、垫层在浇筑混凝土之时洒水不够,过于干燥,则模板吸水量大,引起混凝土的塑性收缩,产生裂缝。混凝土浇捣后,过分抹干压光会使混凝土的细骨料过多地浮到表面,形成含水量很大的水泥浆层,水泥浆中的氢氧化钙与空气中二氧化碳作用生成碳酸钙,引起表面体积碳水化收缩,导致混凝土板表面龟裂。
(3)现场养护。现场养护不当是造成混凝土收缩开裂最主要的原因。混凝土浇筑后,若表面不及时覆盖、浇水养护,表面水分迅速蒸发,很容易产生收缩裂缝。特别是在气温高、相对湿度低、风速大的情况下,干缩更容易发生。有资料表明,当风速为16m/s时,混凝土中的水分蒸发速度为无风时的四倍。一些高层建筑的楼面为什么更容易产生裂缝,就是因为高空中的风速比地面大。
4施工后期商品混凝土的养护
由于商品混凝土流动性较大,容易在早期发生混凝土半和物沉缩裂缝,塑性收缩裂缝,干燥收缩裂缝,温度裂缝等,因此必须加强早期养护。养护主要是保持适当的温度和湿度条件。混凝土浇注后应覆盖一定厚度的草袋、麻袋片或塑料薄膜,过高过低的环境温度以及激剧的温度变化都会引起表面开裂。保温能减少混凝土表面的热扩散,降低混凝土表层的温差,防止表面裂缝。但由于热扩散时间延长,混凝土强度和松弛作用得到充分发挥,使混凝土总温差产生的拉应力小于混凝土的抗拉强度,防止贯穿裂缝的产生。浇筑时间不长的混凝土,仍然处于凝结、硬化过程中,水泥水化速度较快,适宜的潮湿条件可防止混凝土表面脱水而产生收缩裂缝。
5裂缝部分处理技术
(1)涂抹:以涂为主,在裂缝表面涂抹新型高分子防水涂料,这种涂料是以合成橡胶或者合成树脂作为成膜材料,效果很好。目前常有聚氨脂,环氧树脂、丙烯酸橡胶、聚酯树脂防水涂料。
(2)封堵:多用于水平面上的裂缝,其宽度大于0.3mm。裂缝较小时,采用低粘度树脂;在干燥自然环境下可采用的材料很多,如高分子涂料,聚合物水泥砂浆及掺有速凝剂的防水砂浆等;在渗漏潮湿环境下必须进行封堵再进行表面处理,封堵用堵漏灵、堵漏王、水不漏等速凝材料;在漏水情况下可采用PBM—7聚合物混凝土封堵。
(3)嵌缝:在裂缝处凿八字形槽,并在槽内嵌填不同材质的密封材料处理。
(4)灌浆:适用于修补较深的裂缝和混凝土内部有空洞、疏散等情况。
(5)增大截面加固法:用同等级混凝土,加大原结构截面,以达到满足承载力的要求。
(6)外包角钢加固法:用角钢镶嵌在四角,并用扁钢将角钢箍紧,以提高结构承载能力。
(7)粘钢加固法:在混凝土表面用结构胶粘贴钢板,以提高混凝土承载力。
(8)增设支点加固法:用增设支点减少结构跨度,达到减少结构受力。
(9)增设剪力墙加固法:结构在地震作用下,其强度与变形不能满足规范要求时,还可以在房屋适当位置增设剪力墙以抵抗地震作用。
(10)外加力加固法:采用外加力或压力、改变原结构的受力状态或减少原结构薄弱处的受力,以提高结构的总体承载能力。
论文关键词:建筑;商品混凝土;裂缝;控制
混凝土一般都采用柱塞泵泵送,泵送时会产生比较大的冲击力,因此模板支撑系统必须经过严格的计算,要复核钢管强度、整体刚度、抗倾覆能力,并适当加密立杆间距,减小和控制模板下挠程度,以保证模板支撑系统有足够的刚度来承受混凝土的浇筑冲力。混凝土模板支撑系统要做到构造合理、重点加强,特别是扫地杆不能缺少。模板拼缝要满足施工及规范要求,做到不漏水、漏浆,为保证楼板厚度应严格控制模板和混凝土顶标高。
尤其要注意的是,楼面堆载不能过早。施工过程中,严格根据楼面混凝土实际强度确定下一层周转材料和柱钢筋的上楼面时间。现浇板上不要过早上人、堆料、增加施工荷载,因混凝土浇筑后要有一个硬化过程,才会有强度,在这个过程中,应对混凝土加以保养,不能对混凝土施加任何外力。必须在混凝土强度达到1.2N/mm2以后,才允许在其上踩踏或安装模板及支架。控制方法很简单,就是要求塔吊司机在接到项目部通知后方允许吊运材料,并且注意严禁集中堆载,才可避免因人为因素造成破坏性裂缝。
2塑性收缩裂缝
塑性收缩裂缝出现在暴露于空气中的混凝土表面,裂缝较浅,长短不一,短的仅20cm-30cm,长的可达2m-3m,宽Imm-5mm,裂缝互不连贯,类似干燥的泥浆面。
防止收缩裂缝的措施
2.1选用水泥时,宜选用铝酸三钙谷量较低,细度不宜过细,矿渣含量不宜过多的水泥,砂不宜用特细砂。在确定配合比时,应采用低水灰比,低水泥用量和低用水量,选用级配良好的砂子和石子。气温较低时,在混凝土中掺加促凝刑,以加速混凝土的凝结和强度发展。
2.2浇筑混凝土前,将基层和模板浇水湿透,避免吸收混凝土中的水分。
2.3振捣密实,减少混凝土的收缩量。施工中应加强振捣,提高密实度,加强浇水养护,延迟收缩发生,以避免在早期混凝土强度较低时,出现过大的收缩而造成裂缝。
2.4混凝土浇筑后,在初凝前完成抹平工作,终凝前完成压光工作。建议推广二次抹压工艺。抹光后及时用潮湿的草袋或塑料薄膜覆盖,认真养护,也可喷涂混凝土养护剂。
2.5在气温高、风速大、干燥的天气时施工,加挡风设施。混凝土浇筑后应及早进行喷水养护,使其保持湿润。大面积混凝土宜浇完一段,养护一段。在炎热季节,需加强表面的抹压和养护。必要时加设遮阳挡风及喷雾设施等。
2.6采用合理的构造措施。收缩裂缝多出现在伸缩缝间距过大的建筑中,有的建筑物温度收缩的间距虽符合规范中使用要求,但由于施工周期长,结构在较长时间内为暴露在大气中的露天结构,其收缩变化明显比室内结构要大,因此,大多在施工期间出现裂缝,故在结构中断面薄弱处、应力集中处宜采取各种加强措施。
2.7避免各种应力叠加。混凝土体积较大时,要防止各种收缩应力叠加,在结构应力复杂、应力集中或应力较大的部位,特别要防止出现过大的收缩应力。
2.8掺加外加料。例如掺加膨胀剂可以抵消或大部分抵消混凝土的收缩应力,从而控制裂缝的产生。
3温度裂缝
水泥水化过程中放出大量的热,且主要集中在浇筑后的前7d内,一般每克水泥可以放出502J的热量,如果以水泥用量350kg/m3-550kg/m3来计算,每m3混凝土将放出17500kJ-27500kJ的热量,从而使混凝土内部温度升高。尤其对大体积混凝土来说,这种现象更严重。因为混凝土内部和表面的散热条件不同,所以,混凝生中心温度低,形成温度梯度,造成温度变形和温度应力。温度应力和温度成正比,当这种温度应力超过混凝土的内外约束应力(包括混凝土抗拉强度)时,就会产生裂缝。这种裂缝初期出现时很细,随着时间的发展而继续扩大,甚至达到贯穿的情况。
温度裂缝的控制措施:
3.1考虑选择粉煤灰水泥、矿渣水泥、火山灰水泥或复合水泥,对于体积较大的结构,应优先选择中热水泥甚至低热水泥。其次,可充分利用混凝土后期强度,以减少水泥用量。为更好地控制水化热所造成的温度升高,减少温度应力,可根据工程结构实际承受荷载时的情况,并和设计单位协商,以56d或90d抗压强度代替28d抗压强度作为设计强度。对大体积钢筋混凝土基础的高层建筑,28d不可能影响混凝土结构,特别是大体积钢筋混凝土基础施加设计荷载,因此,将试验混凝土标准强度的龄期推迟到56d或90d是合理的。
3.2浇筑大体积混凝土结构不得已而采用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥时,应考虑在保证强度指标的情况下,掺加一定量活性掺合料(如粉煤灰、矿渣微粉等),活性掺合料对水泥的替代越大,降低混凝土温升的效果越好。掺加粉煤灰混凝土的温度和水化热,在1d-28d龄期内,掺入粉煤灰的百分数就是温度和水化热降低的百分数,即掺加20%粉煤灰的水泥混凝土,其温升和水化热约为未掺粉煤灰的水泥混凝土的80%,可见掺加粉煤灰对降低混凝土的水化热和温升的效果是非常显著的。
3.3在混凝土中掺加一定量的具有减水、增塑、缓凝、引气剂的外加剂,可以改善混凝土拌合物的流动性、粘聚性和保水性。由于其减水作用和分散作用,在降低用水量和提高强度的同时,还可以降低水化热,推迟放热峰的出现时间,因而减少温度裂缝。
摘要:本文对混凝土裂缝产生的原因及控制措施从以下几个方面进行阐述。
2.大体积混凝土的浇筑方案大体积钢筋混凝土结构在工业建筑中多为设备基础、高层建筑中的厚大基础底板等,这类结构由于承受巨大的荷载,整体性要求高,往往不允许留施工缝,要求一次浇筑完毕。因此,每遇到此类结构,在施工前,我就定出混凝土的施工方案,可分为全面分层、分段分层、斜面分层三种。
2.1全面分层浇筑方案。是将结构全面分成厚度相等的浇筑层,每层皆从一边向另一边推进浇筑,要求每层混凝土必须在下面一层混凝土初凝前浇筑完毕。采用该方案时,结构的平面尺寸不宜过大,否则混凝土强度(指单位时间内浇筑混凝土的数量)过大,造成施工困难。
2.2分段分层浇筑方案将结构适当分成若干段,每段再分若干层,逐层逐段浇筑混凝土,该方案适用于厚度不大而面积或长度较大的结构。(3)斜面分层浇筑方案。当结构长度较大而厚度不大时,可采用斜面分层浇筑方案。浇筑时混凝土一次浇筑到顶,让混凝土自然流淌,形成一定的斜面。这时混凝土的振捣应从下端开始,逐步向上,这种方案较适合泵送混凝土工艺,因为可免去混凝土输送管反复拆装。
3分析大体积混凝土裂缝产生的原因
3.1干缩裂缝。混凝土干缩主要和混凝土的水灰比、水泥的成分、水泥的用量、集料的性质和用量、外加剂的用量等有关。是混凝土内外水分蒸发程度不同而导致变形不同的结果:混凝土受外部条件的影响,表面水分损失过快,变形较大,内部湿度变化较小变形较小,较大的表面干缩变形受到混凝土内部约束,产生较大拉应力而产生裂缝。
3.2塑性收缩裂缝。塑性收缩裂缝一般在干热或大风天气出现,裂缝多呈中间宽、两端细,且长短不一,互不连贯状态。常发生在混凝土板或比表面积较大的墙面上,较短的裂缝一般长20~30cm,较长的裂缝可达2~3m,宽1~5mm。从外观分为无规则网络状和稍有规则的斜纹状或反映出混凝土布筋情况和混凝土构件截面变化等规则的形状,深度一般3~10cm,通常延伸不到混凝土板的边缘。
3.3沉陷裂缝。沉陷裂缝的产生是由于结构地基土质不匀、松软,或回填土不实或浸水而造成不均匀沉降所致。或者因为模板刚度不足,模板支撑间距过大或支撑底部松动等导致混凝土出现沉陷裂缝。特别是在冬季,模板支撑在冻土上,冻土化冻后产生不均匀沉降,致使混凝土结构产生裂缝。
3.4温度裂缝。温度裂缝多发生在大体积混凝土表面或温差变化较大地区的混凝土结构中。混凝土浇注后,在硬化过程中,水泥水化产生大量的水化热。由于混凝土的体积较大,大量的水化热聚积在混凝土内部而不易散发,导致内部温度急剧上升。而混凝土表面散热较快,这样就形成内外的较大温差。较大的温差造成混凝土内部与外部热胀冷缩的程度不同,使混凝土表面产生一定的拉应力。当拉应力超过混凝土的抗拉强度极限时,混凝土表面就会产生裂缝,这种裂缝多发生在混凝土施工中后期。
4.对大体积混凝土裂缝采用材料控制技术
4.1水泥的合理选取。优先选用收缩小的或具有微膨胀性的水泥。因为这种水泥在水化膨胀期(1~5d)可产生一定的预压应力,而在水化后期预压应力部分抵消温度徐变应力,减少混凝土内的拉应力,提高混凝土的抗裂能力。
4.2骨料的合理选取。选择线膨胀系数小、岩石弹性模量低、表面清洁无弱包裹层、级配良好的骨料,这样可以获得较小的空隙率及表面积,从而减少水泥的用量,降低水化热,减少干缩,减小了混凝土裂缝的开展。
4.3尽可能减少水的用量。混凝土具有双重作用,水化反应离不开水的存在,但多余水贮存于混凝土体内,不仅会对混凝土的凝胶体结构和骨料与凝胶体间的界面过度区间的结构发展带来影响,而且一旦这些水分损失后,凝胶体体积会收缩,如果收缩产生的内应力超过界面过度区间的抗力,就有可能在此界面区产生微裂缝,降低混凝土内部抵抗拉应力的能力。
5.加强混凝土的养护混凝土拌合物经浇筑捣密后,即进入静置养护期,其中水泥和水逐渐起水化作用而增长强度。在这期间应该设法为水泥的顺利水化创造条件,称混凝土的养护。水泥的水化要有一定的温度和湿度的条件。温度的高低主要影响水泥水化的速度,而湿度条件则影响水泥水化能力。混凝土如在炎热气候下浇筑,又不及时洒水养护,会使混凝土中的水分蒸发过快,出现脱水现象,使已形成凝胶状态的水泥颗粒不能充分水化,不能转化为稳定的结晶而失去了粘结力,混凝土表面就会出现片状或粉状剥落,降低了混凝土的强度,另外,混凝土过早失水,还会因收缩变形而出现干缩裂缝,影响混凝土的整体性和耐久性。所以在一定温度条件下混凝土养护的关键是防止混凝土脱水。
6.掺入外加剂与掺合材料提高混凝土耐久性
6.1粉煤灰。混凝土中掺用粉煤灰后,可提高混凝土的抗渗性、耐久性,减少收缩,降低胶凝材料体系的水化热,提高混凝土的抗拉强度,抑制碱集料反应,减少新拌混凝土的泌水等。这些诸多好处均将有利于提高混凝土的抗裂性能。但是同时会显着降低混凝土的早期强度,对抗裂不利。试验表明,当粉煤灰取代率超过20%时,对混凝土早期强度影响较大,对于抗裂尤其不利。
6.2硅粉。(1)抗冻性:微硅粉在经过300~500次快速冻解循环,相对弹性模量隆低10~20%,而普通混凝土通过25~50次循环,相对弹性模量隆低为30~73%.(2)早强性:微硅粉混凝土使诱导期缩短,具有早强的特性。(3)抗冲磨、控空蚀性:微硅粉混凝土比普通混凝土抗冲磨能力提高0.5~2.5倍,抗空蚀能力提高3~16倍。
6.3减水剂。缓凝高效减水剂能够提高混凝土的抗拉强度,并对减少混凝土单位用水量和胶凝材料用量,改善新拌混凝土的工作度,提高硬化混凝土的力学、热学、变形等性能起着极为重要的作用。
6.4引气剂。引气剂除了能显着提高混凝土抗冻融循环和抗侵蚀环境的能力外,能起着降低新拌混凝土的泌水,提高混凝土的工作度,降低混凝土的弹性模量,优化混凝土体内微观结构,提高混凝土的抗冻性能。
7.结束语总之,大体积混凝土结构裂缝的发生是由多种因素引起的。各类裂缝产生的主要影响因素有几种:一是结构型裂缝,由外荷载引起的。对外荷载引起的裂缝可通过计算予以控制;二是材料型裂缝,主要由温度应力和混凝土的收缩引起的。因此,首先应根据裂缝的特征,分析裂缝产生的原因,再考虑采取相应的预防或处理措施。对混凝土温度裂缝的预防首先在配料方面就应选用级配良好的骨料,严格控制砂、石的含泥量,降低水灰比以提高混凝土的密实性和抗拉性能;浇筑混凝土时可采用分层浇筑加快热量散发;浇筑混凝土后应加强养护并应注意构件升温、降温过快而引起过大的温度应力等等。合理配置构造钢筋对预防裂缝也能起到较好的效果,所以施工中应重视有关构造规定,还要注意在工程实践中积累和吸取经验。【摘要】大体积混凝土的裂缝问题是实际工程中长期困扰工程技术人员的问题,其控制技术的研究是混凝土结构研究的热点问题,具有重大的学术价值和潜伏的工程背景。
关键词:连续刚构悬臂施工挂篮设计有限元
1.工程概况
韩家店1号特大桥是国道主干线重庆至湛江公路贵州省境内崇溪河至遵义高速公路上的一座特大型三跨预应力混凝土连续刚构桥,该桥主桥全长为454m,跨径设置为122m+210m+122m。该桥箱梁0号段长15m,其中桥墩两侧各外伸1.5m,每个“T”构沿纵桥方向分为36个对称梁段,梁段数及梁段长度从根部至跨中分别为10×2.2m,10×2.5m,13×3m,3×3.5m。桥体按整幅设计,箱梁采用单箱单室截面,顶板宽22.5m,底板宽11m,外翼板悬臂长5.57m,梁高由0号块处的12.5m以半抛物线形式从根部过度到跨中的3.5m。
2.挂篮形式的选取
2.1分段施工法与悬灌挂篮的演化
预应力混凝土桥梁的分段施工法是从预应力原理、箱梁设计和悬臂施工法综合演进而成的。自从二十世纪五十年代PC箱梁的分段施工法在西欧诞生以来[1],国内外大跨度桥梁多采用此法。除悬臂拼装法以外,尤其是特大桥梁中更是普遍应用平衡悬臂灌筑法——即单“T”的每一个设计节段利用挂篮对称就地浇筑混凝土。悬臂灌筑法中不需要象满堂支架法那样大量的施工支架和临时设备,不影响桥下通航和通车,施工不受季节、河道水位的影响。
平衡悬灌法施工的成败及质量控制的优劣在于挂篮的工艺设计,挂篮设计的好坏直接影响到施工进度,它是特大桥梁施工中的一项关键技术。
就挂篮总重与悬浇最大梁段的重量比而言,PC桥梁的悬臂施工挂篮的演化过程[2][3]大致经历了从平行桁架式,三角型组合梁式,曲弦桁架式(或称弓弦式),菱形式到滑动斜拉式的阶段变化。特点是结构越来越轻型化,受力越来越合理,有些挂篮的行走系统还设计有统一的液压伺服装置来控制挂篮的升降和行走,使得挂篮操作及施工控制越来越趋向智能化[4]。
2.2挂篮设计的轻型化
目前,挂篮已向轻型、重载方向发展。其中可以用两个主要控制指标β,β’来反映挂篮的设计优化与否。设定β=挂篮总重/悬浇节段重量,β’=主承重结构/悬浇节段重量。
β值越低,表示承受节段单位重量使用的挂篮材料越省,整个挂篮(包括模板)设计越合理;β’值越低,表示挂篮主承重构件使用的材料越省,设计越合理。另外,减轻挂篮自重采用的手段除优化结构形式外,最重要的措施是不设平衡重,并改善滑移系统,同时改进力的传递系统。
图1列出了国内外20座大桥的的β值分布,其中最大为2.18,最小为0.31。
图1国内外20座大桥的β值分布
2.3韩家店挂篮形式的选取
因悬灌施工中有多种因素制约挂篮的布置和结构设计,如施工状态大桥主梁的强度及变形要求,近海施工风荷载的影响,吊机的吨位及安装位置等等。一般来说,采用的挂篮须满足:结构简单,重量轻,安装、拆除方便,安全可靠,灌注混凝土过程中变形小等特点。
韩家店挂篮形式在参考了平弦无平衡重挂篮、菱形挂篮、弓弦式挂篮、斜拉式挂篮等结构形式后,从中选取了三角形挂篮形式,该挂篮与其它形式挂篮比较有如下突出特点:
⑴、三角形挂篮与菱形挂篮相比,降低了前横梁高度,即挂篮重心位置大大降低,从而提高了挂篮走行时的稳定性。
⑵、结构简单,拆装方便,重量较轻。设计中三角形挂篮主桁架和主要结构体系采用钢板和型钢焊制的箱形结构,单件重量较轻,主桁架杆件间采用法兰结构用高强螺栓连接,易于搬运和拆装。
⑶、该三角形挂篮平衡重系统利用已成形梁段竖向预应力钢筋作为后锚点,取消了平衡重的压重结构。
⑷、挂篮走行采用液压走行系统,由导梁、走行轮、反扣轮、走行油缸组成,该系统具有挂篮就位准确、走行速度快、安全可靠等特点。
⑸、该挂篮通用性强,稍做改装即可用于其它幅宽和梁高的桥上。
3.挂篮结构布置
该三角形挂篮由主桁、前横梁、底篮系统、前吊系统、内外模滑梁系统、后锚系统组成,挂篮总重(含内外模)约为1160kN,因模板以及吊杆随施工过程中截面高度的不断降低有一部分将会移去,对跨中合拢梁段所要求的支架重量须小于1300kN是显然满足的,所以减小荷载后的挂篮仍然可以作为中跨合拢的支架方案使用。总体布置图以及吊挂系统如图2-1、2-2所示。
4.挂篮的设计
4.1挂篮构件的传力过程
考察主梁设计截面的形状,单箱单室的截面形式至多可用8个相对独立的内外模板(外顶模2块+外侧模2块+底模1块+内顶模1块+内侧模2块)拼接而成。作为待浇梁段混凝土的支撑面,内、外顶模支撑翼缘板与顶板的混凝土重量,模板以上的重量则由间隔分布的8根内、外纵滑梁承受,内、外纵滑梁则把力传递到已浇梁段的顶板和前上横梁上安装的吊杆上。待浇腹板和底板混凝土的重量则通过底模传递给底栏纵、横梁,通过前、后下横梁上安装的吊带传力给已浇梁段的底板和前上横梁。而前上横梁的所有荷载则都传递到三角形主桁架上,三角形主桁架的前支点和后锚点把力再传给已浇梁段的顶板。浇注某一节段混凝土时挂篮构件的传力过程如图3所示。
图3浇注混凝土时挂篮构件的传力过程
4.2构件内力的计算
挂篮必须适应整个施工过程,因施工过程中节段荷载的不断变化,挂篮中各杆件的受力也是在不断变化之中,因此拟订一个最不利的施工过程进行计算,既可以优化杆件的设计,又可以确保施工安全。一般而言,拟订最不利施工过程的依据是待浇梁段混凝土的总体积最大,总重量最重。按设计划分的单“T”沿36个梁段的体积分布如图4所示。因为各构件在所有施工过程中的受力具有相对的独立性,有必要根据设计分段的情况把主梁截面细分,如34#节段(最长3.5m梁段)混凝土重量可能会对翼缘板外滑梁和顶板内滑梁产生最不利影响,1#节段(最重2.2m梁段)可能会对底模纵横梁以及前后吊挂构件产生最不利影响。事实上,根据设计节段长度的变化,拟订1#,11#,21#,34#四个施工节段混凝土重量对挂篮构件的效应可以涵盖其它施工节段,挂篮构件内力计算即以这四个施工节段为基准,空挂篮状态则以1#施工节段为基准计算。
图4单“T”沿36个梁段的体积
计算中挂篮系统采用空间(杆系+板块)有限元进行弹性分析,其中三角形主桁杆件、横联,上、下横梁,底篮纵梁,内、外纵滑梁用梁单元来模拟;吊杆、吊带用只拉杆单元来模拟;底篮模板采用具有较大刚性的板单元来模拟,计算模型如图5所示。这种空间模型较一般采用的平面杆系模型更能反映每根杆件或每块模板的受力和变形情况,避免了平面杆系模型中三角形主桁片杆件合并带来的杆件受力、变形平均化问题,对分析各杆件的真实受力状态有益,也对挂篮总体变形及施工标高的控制有益。
有限元法计算中的部分参数如表1所示。
表1挂篮构件内力计算中参数的选定
序号
材料
序号
荷载
⑴
16Mn钢
[σ]=200MPa
⑴
施工临时荷载重
2.0kN/m2
⑵
A3钢
[σ]=140MPa
⑵
施工冲击荷载重
1.5kN/m2
⑶
混凝土
容重γ
26.0kN/m3
⑶
模板重量根据该节
所用数量确定
模板采用
定型钢模
⑷
结构自重
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图5空间计算模型示意(其中符号:,分别表示支点和吊点)
图中A:三角形主桁架;B,C,D:上、下横梁;E:内、外滑梁;F,G:底篮前后吊带;H:纵滑梁吊杆;I:底篮模板及纵梁
4.3计算结果及分析
表2列出了挂篮在4个浇筑阶段(1#,11#,21#,34#施工节段)和空挂篮在1个行走阶段(1#2#施工节段)的构件应力计算结果。
表2浇筑阶段和行走阶段挂篮构件的最大应力(绝对值)(MPa)
杆件
编号
杆件
名称
浇筑阶段
行走阶段
1#
11#
21#
34#
1#2#
⑴
前后下弦杆
27.2
23.6
23.3
23.1
11.2
⑵
立柱
13.0
11.1
11.0
10.9
4.6
⑶
前后斜杆
40.7
35.1
34.5
34.2
15.0
⑷
前上横梁
38.4
33.5
34.8
36.2
14.9
⑸
前下横梁
18.7
15.1
13.1
9.4
4.5
⑹
后下横梁
22.3
17.5
10.5
6.6
6.0
⑺
底篮纵梁
93.8
73.8
48.8
26.0
3.0
⑻
前吊带
15.5
13.1
10.2
6.7
3.1
⑼
后吊带(绳)
35.1
28.1
19.7
11.4
74.7*
⑽
内外滑梁
112.4
99.6
113.4
125.1
97.5
⑾
滑梁吊杆
83.0
87.9
94.3
97.9
40.1
注:表中“*”号表示行走阶段后吊点采用钢丝绳。
与表2中五种工况对应的挂篮底篮的最大变形分别为:1#:11.3mm;11#:9.4mm;21#:8.8mm;34#:8.0mm;挂篮从1#行走至2#节段时为15.8mm。
从计算结果看,挂篮在整个施工过程中构件的应力是能够满足材料的允许值要求的。浇注混凝土过程中挂篮的变形较小说明挂篮的整体刚度较大,这有益于在实际施工中对线型及标高的控制,进而提高施工质量。
5结束语
韩家店1号特大桥通过选择三角形挂篮这种合理的挂篮形式,设计中充分了解了挂篮在施工过程和走行过程中各构件的传力机理,对挂篮在各种工况下建立了适用、合理的三维空间有限元模型,以至于能够比较完整地了解各杆件的受力和变形情况,计算结果满足各施工过程受力和变形的要求。
每一座悬灌施工的大桥都有其自身的特点,这需要综合考虑大桥本身因素以及围绕大桥伴生的各种因素对挂篮选择的影响。技术层面上,对选定的挂篮还需进一步优化结构形式和杆件的设计。轻型、重载的挂篮结构形式对增强施工现场的可操作性、创造经济效益有着重要意义!
参考文献:
[1]预应力混凝土桥梁分段施工和设计,[美]小沃尔特·波多尔尼[法]J·M·米勒尔,1986.4,万国朝,黄邦本译
[2]PC桥梁悬臂灌注施工挂篮的发展,王武勤,桥梁建设,1997年第4期,p55~p57
[3]轻型鹰式挂篮的总体设计,刘刚亮,王中文,桥梁建设,1998年第4期,p62~p64
该法适合于修补较宽裂缝大于0.5mm,采用环氧树脂:10,聚硫橡胶:3,水泥:12.5,砂:28。首先用人工将晒干筛后的砂、水泥按比例配好搅拌均匀后,将环氧树脂聚硫橡胶也按配比拌匀。然后掺入已拌好的砂、水泥当中,再用人工继续搅拌。最后用少量的丙酮将已拌好的砂浆稀释到适中稠度(约0.4斤丙酮就可以了)。及时将已拌好的改性环氧树脂砂浆用橡胶桶装到已凿好洗净吹干后的混凝土凿槽内进行嵌入。
1.2低压注浆法修补裂缝
低压注浆法适用于裂缝宽度为0.2mm~0.3mm的混凝土裂缝修补。修补工序如下:裂缝清理-试漏-配制注浆液-压力注浆-二次注浆-清理表面。
当裂缝数量较多时,先要在裂缝位置上贴医用白胶布,再用窄毛刷沾浆沿裂缝来回涂刷封缝,使裂缝封闭,大约10分钟后,揭去胶布条,露出小缝,粘贴注浆嘴用键包严。固化后周边可能有裂口,必须反复用浆补上,以避免注浆漏浆。注浆操作一般在粘嘴的第二天进行,若气温高的话,半天就可注浆。操作时先用补缝器吸取注浆液,插入注浆嘴,用手推动补缝器活塞,使浆液通过注浆嘴压入裂缝,当相邻的嘴中流出浆液时,就可拔出补缝器,堵上铝铆钉。一般由上往下注浆,水平缝一般从一端到另一端逐个注浆。为了保证浆液充满,在注浆后约半小时可以对每个注浆嘴再次补浆。
1.3表面覆盖法修补裂缝
这是一种在微细裂缝(一般宽度小于0.2mm)的表面上涂膜,以达到修补混凝土微细裂缝的目的。分涂覆裂缝部分及全部涂覆两种方法,这种方法的缺点是修补工作无法深入到裂缝内部,对延伸裂缝难以追踪其变化。
表面覆盖法所用材料视修补目的及建筑物所处环境不同而异,通常采用弹性涂膜防水材料,聚合物水泥膏、聚合物薄膜(粘贴)等。施工时,首先用钢丝刷子将混凝土表面打毛,清除表面附着物,用水冲洗干净后充分干燥,然后用树脂充填混凝土表面的气孔,再用修补材料涂覆表面。
结论。裂缝是混凝土结构中普遍存在的一种现象,它的出现不仅会降低建筑物的抗渗能力,影响建筑物的使用功能,而且会引起钢筋的锈蚀,混凝土的碳化,降低材料的耐久性,影响建筑物的承载能力,因此严格按规程、规范要求施工,严把质量关,防患于未来,尽可能地降低混凝土裂缝的出现;对混凝土裂缝进行认真研究、区别对待,采用合理的方法进行处理,并在施工中采取各种有效的预防措施来预防裂缝的出现和发展,保证建筑物和构件安全、稳定地工作。
参考文献
[1]钢筋混凝土结构设计规范.中国建筑工业出版社,1999.2.
[2]鞠丽艳.混凝土裂缝抑制措施的研究进展.混凝土,2002.5.
论文摘要:变形作用会引起工程结构中混凝土裂缝以及其他一些问题。文章凭借在大量的施工中积累的处理裂缝的经验以及坚实的理论研究,提出了建筑工程结构中混凝土裂缝原因及预防措施。
混凝土结构的施工,需要在模板及其支架的支护下进行,由于种种不良因素对这两种不同系统的作用,常常诱发施工期混凝土结构质量事故。目前,在工程结构领域中一个相当普遍的问题是建筑裂缝,并且近年来日趋增强,它已影响到生产和生活,并困扰着大批工程技术人员和管理人员,是迫切需要解决的技术难题。
混凝土工程裂缝影响工程质量的主要因素。裂缝产生的原因主要是变形作用,如温度变形、收缩变形、基础不均匀沉降变形等多因素,统称为变形作用引起的裂缝问题。对于变形作用引起混凝土裂缝研究还很不成熟,国家缺乏相关规范及规程,它涉及结构设计、地基基础、施工技术、材料质量、环境状态等诸多因素,特别是泵送混凝土施工工艺的发展,使得混凝土裂缝控制的技术难度大大增加。
一、混凝土裂缝预防措施
(一)结构方面
根据混凝土结构设计规程,为避免结构由于温度收缩应力引起的开裂,采取永久式伸缩的方法,根据现场调查,引起结构裂缝的原因是综合性的,结构长度是影响收缩应力综合因素之一,而不是惟一的因素。
根据现场实践经验,混凝土裂缝分为有害的及无害的两类。有害与无害的界限由使用功能而定。施工单位应当采取必要的设计及施工措施,以控制有害裂缝的产生。由于估计不足等因素,即使出现少量有害裂缝,也要通过化学灌浆处理,使其满足设计使用要求。结构所受到的外部作用分为外荷载,可看作是第一类荷载;具有十分重要的外部作用是变形作用,即第二类荷载为间接荷载。变形作用包括温度、湿度、地基不均匀沉降,在该作用下,结构的抗力取决于混凝土的抗拉性能,即抗拉强度和抗拉变形。
(二)施工方面
由施工单位委托搅拌站向现场供应商品混凝土时,委托的技术依据只有设计院确定的强度等级,却忽略了工程特点对大体积混凝土性能的要求,这样对控制混凝土裂缝是不利的。施工单位应在混凝土浇筑部门对混凝浇筑、振捣、养护及坍落度控制做出技术方案,并严格执行,特别是对坍落度的控制更应得到搅拌站的同意。施工新浇筑混凝土养护方法有:(1)潮湿养护;(2)养护剂涂层;(3)自动给水养护;(4)保湿养护;(5)防风;(6)实现信息化施工养护;(7)尽快回填。
(三)混凝土材质方面
泵送商品混凝土对原材料供应有很高的技术要求。由于泵送混凝土的流动性要求与抗裂的要求相互矛盾,所以应当选取在满足泵送的坍落度下限条件下尽可能降低水灰比。目前国内搅拌站对砂石骨料的含水控制波动很大,影响了混凝土的水灰比。利用较精确的含水率测定仪或传感器,测出配料过程中的含水率,进行计算机处理,自动调整配料的水灰比,对于控制混凝土的收缩和提高抗裂是必要的。
砂石的含泥量对混凝土的抗拉强度与收缩影响很大。我国对含泥量的规定比较宽,但现在实际施工中还经常超标。有的搅拌站,虽然检验资料是合格的,但在浇捣中发现有大量泥块和杂质,这样就会引起结构严重开裂。因此在实际施工中,砂石骨料的粒径应尽可能大一些,以达到减少收缩的目的。
(四)环境影响
混凝土的裂缝与环境条件(施工期和施工后)有很大关系。施工过程中应注意气温和湿度的变化,采取有效措施控制高温、低温冲击和激烈干燥冲击,此时,应力状态接近弹性应力状态,混凝土应力松弛效应无法发挥出来,特别注意浇筑后经过一定时期养护的混凝土仍然需要保护(维护),不宜长期。注意与气象站的密切联系(降温及降雨预报),不得在雨中浇筑混凝土,否则会严重改变水灰比。
结构施工后验收投入使用,由于环境变化(如生产使用条件、房屋装修改变条件),承受了新的温度、湿度、振动(包括相邻振动)、化学腐蚀及荷载变化影响等,都可能引起后期开裂。
二、混凝土裂缝限制标准
混凝土裂缝是不可避免的,其微观裂缝是本身物理力学性质决定的,但它的有害程度是可以控制的。有害程度的标准是根据使用条件决定的,如从结构耐久性要求、承载力要求及正常使用要求,最严格的允许裂缝宽度为0.1mm。近年来,许多国家已根据大量试验与泵送混凝土的经验将其放宽到0.2mm。
如果结构所处的环境正常,保护层厚度满足设计要求,无侵蚀介质,那么混凝土裂缝宽度可放宽至0.4mm;在温气及土封号为0.3mm;在海水及干湿交替中为0.15mm。当沿裂缝有害程度高时,必须处理。
近年来,由于房屋产权体制的改变及生活水平的提高,对房屋质量要求更加严格,虽然经鉴定认为没有影响安全的有害裂缝,但从美观和精神作用的要求,应用适当的允许范围;当观察人距离结构20~50cm时,可看清0.05mm宽度的裂缝,是最严格的要求;距离1~2cm时可看清0.1~0.2mm的裂缝,是一般要求;距离5~10cm时可看清0.5~1.0mm的裂缝,是必须修补的裂缝,有时虽然裂缝不宽,但是呈网状密布,给人一种精神上的不愉快的感觉,需要修补;对有渗水的任何宽度裂缝必须处理。上述这类裂缝经处理后满足正常使用要求,不应据此降低评定等级。
三、结语
混凝土结构的施工,绝对安全是不可能达到的,但在可接受的概率水平上可以得到保证,该水平可以通过可靠性理论的应用得到。当前,可靠性理论应用于混凝土结构施工期质量控制的基础工作,是开展与施工期荷载、抗力有关的参量统计参数的观测调查和统计分析,以获取基于全国范围数据的分析结果。
参考文献
[1]徐国明.混凝土结构绑扎箍筋长度[J].建筑结构,2005,(10).
[2]王东海.水工混凝土建筑物裂缝产生原因与处理方法[J].山西建筑,2007,(16).