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關鍵詞:混凝土;裂縫;成因;預防
一、混凝土裂縫的分類
混凝土裂縫是混凝土的一種常見病和多發病。病情絕大多數發生于施工階段,其原因復雜多變,一般可分為無害裂縫和有害裂縫兩大類。無害裂縫是指肉眼看不到的、砼內部固有的一種裂縫,它是不連貫的。寬度一般在0.05mm以下,這種砼本身固有的微觀裂縫,荷載不超過設計規定的條件下,一般視為無害。有害裂縫寬度在0.05mm以上,并且認為寬度小于0.2~0.3mm的裂縫是無害的,但是這里必須有個前提,即裂縫不再擴展,為最終寬度。
二、混凝土裂縫的成因
裂縫產生的形式和種類很多,有設計方面的原因,但更多的是施工過程的各種因素組合產生的。
(一)砼的收縮
收縮是砼的一個主要特性,對砼的性能有很大影響。由于收縮而產生的微觀裂縫一旦發展,則有可能引起結構物的開裂、變形甚至破壞。產生收縮裂縫的原因,一般認為在施工階段因水泥水化熱及外部氣溫的作用引起砼收縮而產生的裂縫。多為規則的條狀,很少交叉。常發生在結構變截面處,往往與受力鋼筋平行。收縮裂縫多發生在大體積砼中,梁、板、柱等小塊體構件,預應力構件極少產生收縮裂縫。砼收縮裂縫危害較大,尤其是暴露在大氣中的構筑物,影響更大。如不加以防止,可能會造成嚴重后果。
(二)混凝土材料及配合比
配合比設計不當直接影響砼的抗拉強度,是造成砼開裂不可忽視的原因。配合比不當指水泥用量過大,水灰比大,含砂率不適當,骨料種類不佳,選用外加劑不當等,這幾個因素是互相關聯的。有關試驗資料顯示:用水量不變時。水泥用量每增加10%,混凝土收縮增加5%;水泥用量不變時,用水量每增加10%,混凝土強度降低20%,混凝土與鋼筋的粘結力降低10%。合肥市近兩年發現不少商品混凝土澆搗的樓板出現裂縫,總結的原因有如下方面:
1、粗細集料含泥量過大,造成混凝土收縮增大。集料顆粒級配不良或采取不恰當的間斷級配,容易造成混凝土收縮的增大,誘導裂縫的產生。
2、骨料粒徑越細、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、或摻量不當,嚴重增加混凝土收縮。
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。
5、水泥等級及混凝土強度等級原因:水泥等級越高、細度越細、早強越高對混凝土開裂影響很大。混凝土設計強度等級越高,混凝土脆性越大、越易開裂。
(三)施工及現場養護原因
1、現場澆搗混凝土時,振搗或插入不當,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,誘導裂縫的產生。
2、高空澆注混凝土,風速過大、烈日暴曬,混凝土收縮值大。
3、對大體積混凝土工程,缺少兩次抹面,易產生表面收縮裂縫。
4、大體積混凝土澆注,對水化計算不準、現場混凝土降溫及保溫工作不到位,引起混凝土內部溫度過高或內外溫差過大,混凝土產生溫度裂縫。
5、現場養護措施不到位,混凝土早期脫水,引起收縮裂縫。
6、現場模板拆除不當,引起拆模裂縫或拆模過早。
7、現場預應力張拉不當(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,產生龜裂裂縫或疏松裂縫,致使砼微觀裂縫迅速擴展,形成宏觀裂縫。
養護是使砼正常硬化的重要手段。養護條件對裂縫的出現有著關鍵的影響。在標準養護條件下,砼硬化正常,不會開裂,但只適用于試塊或是工廠的預制件生產,現場施工中不可能擁有這種條件。但是必須注意到,現場砼養護越接近標準條件,砼開裂可能性就越小。
(四)使用原因(外界因素)
1、構筑物基礎不均勻沉降,產生沉降裂縫。
2、使用荷載超負。
3、野蠻裝修,隨意拆除承重墻或鑿洞等,引起裂縫。
4、周圍環境影響,酸、堿、鹽等對構筑物的侵蝕,引起裂縫。
5、意外事件,火災、輕度地震等引起構筑物的裂縫。
三、混凝土裂縫預防措施
根據砼裂縫成因,采取適當措施進行預防要比事后補救有效的多。也就是說采取以防為主的方法,歸納起來,可以從以下幾個方面著手:
1、設計
在設計上要注意到那些容易開裂的部位,如深基與淺基、高低跨處等,應考慮到由于地基的差異沉降或結構原因而引起的薄弱環節,在設計中加以解決。在構件截面允許、配筋率不變而且澆筑方便的條件下,鋼筋直徑越細、間距越小則對預防開裂越有利。
2、施工方案
好的施工方案與預防、控制裂縫有很大的關系。施工方案主要應確定一定澆筑量、施工縫間距、位置及構造、澆筑時間、運輸及振搗等。一次澆筑長度由垂直施工縫分割,最好是設置在變截面處或承受拉、剪、彎應力較小的部位。除控制一次澆筑厚度外,分層位置即水平施工縫留設位置也應加以注意,一般來說,因盡量留在變截面處,或遠離受拉鋼筋部位而設在砼的受壓區,確定澆筑時間的原則應盡量避開炎熱天氣和晝夜溫差大的日子。如果必須在夏季施工,則應采取材料降溫措施來控制砼入模溫度。
3、施工質量
由于施工質量原因而產生的裂縫發生率在95%以上。如果在施工階段控制住了裂縫,則在使用階段開裂的可能性就很小了。因此,施工階段是裂縫預防的主要階段,在施工階段要注意以下幾個問題:首先砼要有合適的配合比,選擇合適的配合比,不僅要滿足強度要求、施工要求,還要從防止產生裂縫的需要出發。其次適當地選擇好水灰比,在滿足強度要求的原則下,盡可能減少水泥用量。其次鋼筋的成型和模板安裝位置要準確、牢固,以免施工中變形。鋼筋上的污物和氧化鐵皮要清除,以免影響粘結力。最后是澆筑、振搗操作合理,特別是振搗操作技術,往往不被人們重視。過分地振搗對砼均勻性有害,振搗不足也不能保證砼應有的密實度,要恰到好處。
4、養護
養護的目的是使砼正常硬化,強度增長,不受或少受外界影響。技術關鍵是設法使砼溫度級慢慢下降到接近外界氣溫,縮小降溫過程中的溫差。以便減小溫度應力,阻力裂縫的產生。
如何解決人防工程的混凝土非荷載裂縫問題,對于保證人防工程建設質量具有重要意義。在發現的問題中,80%以上混凝土結構裂縫與非荷載變形有關,混凝土的非荷載變形并不必然導致混凝土結構裂縫的產生,裂縫的產生與非荷載變形分布的不均勻性以及變形受到的約束程度有關。混凝土非荷載變形受到的約束分為內約束和外約束。內約束指一個物體或一個構件本身各質點之間的相互約束作用。外約束指一個構件變形受到其它構件的阻礙,或一個結構變形受到另一個結構的阻礙。無論內約束或外約束,變形不協調或變形受到約束都將導致拉應力產生,在拉應力作用下,混凝土中會產生大量的“微觀裂縫”,“微觀裂縫”不斷發展為“宏觀裂縫”,即非荷載裂縫。下面以人防工程為例,介紹一下非荷載裂縫的種類和預防措施。
一、干縮裂縫及預防
干縮裂縫是混凝土干燥收縮變形導致的裂縫。干燥收縮
變形是混凝土凝結硬化后,由于含水孔隙失水導致的體積收縮,是混凝土內部和環境之間存在濕度梯度造成的。混凝土干燥收縮變形本質上是水泥石的收縮,骨料由于彈性模量大實際上是不收束的,且起著約束水泥石收束的作用。混凝土干燥收束變形的大小取決于水泥石的數量、水泥石中的孔隙含量、孔徑分布和含水狀態、混凝土材料組成、配合比以及構件的尺寸,且受濕度影響大,具有明顯的時變性。
主要預防措施:一是選用收縮量較小的水泥,降低水泥的用量。二是在混凝土配合比設計中應盡量控制好水灰比的選用,同時摻加合適的減水劑。三是嚴格控制混凝土攪拌和施工中的配合比,混凝土的用水量絕對不能大于配合比設計所給定的用水量。四是加強早期養護,適當延長養護時間。冬季要延長保溫覆蓋時間,并涂刷養護劑養護,五是設置伸縮縫。
二、塑性收縮裂縫及預防
塑性收縮是指混凝土在凝結之前,表面因失水較快而產生的收縮。其產生的主要原因為:混凝土在終凝前幾乎沒有強度或強度很小,或者混凝土剛剛終凝而強度很小時,受高溫或較大風力影響,混凝土表面失水過快,造成毛細管中產生較大的負壓而使混凝土體積急劇收縮,而此時混凝土的強度又無法抵抗其本身收縮,因此產生龜裂。影響混凝土塑性收縮開裂的主要因素有水灰比、混凝土的凝結時間、環境溫差、風速、相對濕度等。
主要預防措施:一是選用干縮值較小早期強度較高的硅酸鹽或普通硅酸鹽水泥。二是嚴格控制水灰比,摻加高校減水劑來增加混凝土的坍落度和和易性,減少水泥及水的用量。三是澆筑前,將基層和模板澆水均勻濕透。四是及時覆蓋塑料薄膜或者潮濕的草墊、麻片等,或者在混凝土表面噴灑養護劑等進行養護。五是在高溫和大風天氣要設置遮陽和擋風設施,及時養護。
三、塑性塌落裂縫及預防
塑性塌落裂縫,一般在混凝土澆筑時或澆筑成型后、初凝前,由于混凝土沉降收縮所致。當混凝土沉降收縮受到阻擋時,將在阻擋部位上部混凝土中產生拉應力,當拉應力大于混凝土的張拉應力時,混凝土表面即產生塑性坍塌裂縫。可分為3種類型。一是混凝土結構中的鋼筋或固定模板的螺栓阻礙了混凝土的沉降,在澆注面上形成塑性坍塌裂縫。二是混凝土細柱和薄墻會因兩邊模板凹凸不平或構件尺寸變化限制了混凝土的均勻下沉。同時模板吸水太快造成部分混凝土很快失去流動性時,也會形成塑性坍塌裂縫。三是厚混凝土較薄混凝土的沉降量大,在連續澆筑變截面結構時,由于混凝土沉降速度的差異,塑性坍落裂縫在變截面部分也極易產生。
主要預防措施:一是及時對混凝土進行二次振搗,二是分批澆筑。
四、沉陷裂縫及預防
建筑物地基處理不滿足規范要求或地基承載力不足時,因上部建筑物壓力的作用將產生沉陷變形。若地基沉陷變形不均勻,將在結構內部產生拉應力而導致建筑物開裂,這種裂縫稱為沉陷裂縫。沉陷裂縫一般出現在嚴重濕陷性黃土、凍脹土、膨脹土、軟弱土等承載力不足且不均勻地基上的建筑物中。同時地基承載力均勻,但所受荷載差別過大,建筑物剛度差別懸殊時,也會因不均勻沉陷導致裂縫發生。
主要預防措施:一是對松軟土、回填土地基在上部結構施工前應進行必要的夯實和加固。二是設置沉降縫。三是防止混凝土澆筑過程中地基被水浸泡。四是模板拆除的時間不能太早,且要注意拆模的先后次序。
五、溫度裂縫及預防
一是大體積混凝土澆筑后,在硬化過程中,水泥水化產生大量的水化熱。由于混凝土的體積較大,大量的水化熱聚集在混凝土內部而不易散發,導致內部溫度急劇上升,而混凝土表面散熱較快,較大的內外溫差造成內部與外部熱脹冷縮的程度不同使混凝土表面產生一定的拉應力。當拉應力超過混凝土的抗拉強度極限時,混凝土表面就會產生裂縫,這種裂縫多發生在混凝土施工中后期。二是在溫差變化較大地區的混凝土施工中或者是混凝土受到寒潮的襲擊,會導致混凝土表面溫度急劇下降,而產生收縮,表面收縮的混凝土受內部混凝土的約束將產生很大的拉應力而產生裂縫,這種裂縫通常只在混凝土表面較淺的范圍內產生。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、抗疲勞及抗滲能力等。
主要預防措施:一是設置溫度裂縫。二是布置溫度鋼筋。三是選用適當的保溫措施。四是盡量選用低熱或中熱水泥。五是減少水泥用量。六是降低水灰比。七是改善骨料級配,降低水化熱。
六、凍融裂縫及預防
寒冷或嚴寒地區,處于潮濕環境下的混凝土結構,由于內部水分結冰將產生體積膨脹,在反復凍融循環作用下,混凝土將產生凍融裂縫。有時地基土體的凍脹也可能導致混凝土開裂。凍融裂縫的產生與混凝土的密度和長期受潮有關。一般凍融裂縫大部分出現在頂層混凝土挑槽、女兒墻、混凝土壓頂等部分,少部分在低層勒角部分出現。衛生間、盥洗室靠近外墻的混凝土,有時也會出現裂縫。凍融裂縫的特點是裂縫附近混凝土酥松、表面沙漿剝落、鋼筋,產生銹蝕。同時開裂情況伴隨時間的推移將不斷惡化。
主要預防措施:一是提供混凝土早期強度;二是實施保溫措施;三是慘加引氣劑、防凍劑、早強劑。
七、化學反應引起的裂縫及預防
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。
混凝土拌合后會產生一些堿性離子,這些離子與某些活性骨料產生化學反應并吸收周圍環境中的水而體積增大,造成混凝土酥松、膨脹開裂。這種裂縫一般出現在混凝土結構使用期間,一旦出現很難補救,因此應在施工中采取有效措施進行預防。
在混凝土樓板的澆筑過程中,由于施工人員的長時間振搗,結果使混凝土中的石子﹑骨料下沉,漿體上浮,造成作業面砂漿層。這就使它的干縮性能增大,等到水分蒸發后,混凝土失去水分而變得更加干燥,從而使毛細孔收縮或沉縮引起了混凝土樓板的龜裂。(1)由于在施工中各工種操作人員沒有相互配合,人為地將樓板鋼筋的成品(板面負筋)踏壞﹑壓彎,出現了支座的負彎矩,在澆筑混凝土后便出現了板面裂縫。(2)在施工中由于要提前預埋線管,而且加上預埋線管外表光滑,混凝土經過振搗,石子滑落,水泥砂漿浮于預埋線管上層,這就會使混凝土樓板沿管線預埋方向產生干縮裂縫。(3)施工方為了趕超進度,節約替換模板和支撐系統,當混凝土沒有達到規定的強度標準時,操作人員就過早地將模板拆除;或者在混凝土還沒有完全終凝后,就在上面加壓重荷,甚至上人作業等。這都會使混凝土樓板的彈性發生變性,破壞混凝土樓板結構,從而出現裂縫。(4)混凝土澆筑后,還有大量的水化熱量得不到散發,在內部就產生了溫度應力。由于混凝土抗拉強度低,容易被溫度引起的拉應力拉裂,從而產生溫度裂縫,這就給施工后的養護帶來了難度。如果在樓板養護時沒有采取覆蓋或覆蓋措施不到位,養護時間不夠,也會使樓板產生裂縫。
因此,民居工程的施工中應從以下幾方面來控制商品混凝土樓板裂縫的發生。施工方要選擇有資質的商品混凝土生產廠家,根據混凝土強度等級﹑和易性及實驗室配合比的要求,確定各種標號混凝土配合比,嚴格按照配合比控制水灰比和水泥用量;選擇級配良好的石子,減少孔隙率以減少收縮量;嚴格控制砂子的含泥量﹑泥塊含量,采用中粗砂,避免使用過量粉砂。同時,要求嚴格審查出廠合格證及設計配合比報告,嚴格控制混凝土的坍落度,以便提高它的抗裂性能。
先進合理的施工技術和方法,不僅能降低建筑成本,提高工作效率,還能有效控制混凝土樓板的裂縫。(1)梁、柱澆筑完成后,制定混凝土樓板施工方案,并對樓板模板支撐系統編制專項施工方案。要求模板及支撐系統除滿足強度要求外,還必須有足夠的剛度和穩定性;而且根據工期要求要準備充足的模板,以確保按標準﹑按要求拆除模板。梁、板、柱宜采用同一標號混凝土。(2)混凝土澆筑前,應將模板用水澆濕潤,避免模板干燥而吸收水分。同時,要嚴格控制振搗時間,以防止混凝土產生不均勻沉降收縮,使樓板出現裂縫。(3)現澆樓板中的預埋線管必須布置在底部鋼筋網片之上,交叉布線處可采用接線盒集中鋼筋網帶,嚴禁將水管水平埋設在現澆混凝土樓板中;而且在埋管集中的地方,切不可管與管緊密相列,要留有適當的間距。(4)現澆混凝土樓板澆筑完畢后,應在12h內進行覆蓋并作保濕養護,12h后應澆水養護,養護時間不得少于1個星期。對于摻用緩凝型外加劑的混凝土,養護時間不得少于2個星期。同時,對于已澆筑完畢的混凝土樓板,嚴格禁止人或重物加荷其上,以防止澆筑混凝土樓板結構的人為破壞,從而導致裂縫的出現。綜上所述,混凝土樓板裂縫是混凝土結構中普遍存在的一種現象,它的出現不僅會降低居民樓層與層之間的抗滲能力,影響居民的正常生活,還會降低樓板的耐久性,影響整個居民樓的使用壽命。因此,建筑施工單位必須嚴格加強混凝土原材料的質量控制、混凝土生產質量控制和現澆混凝土樓板施工質量管理,民居工程中混凝土樓板的裂縫就能得到有效的控制。
本文作者:柴燕侖工作單位:大同煤礦集團公司企劃部
關鍵詞:構筑物裂縫分析處理
1概述
在當今的整個社會的建設中,不論什么樣的建筑,都是采用鋼筋混凝土結構,因為該建筑材料價廉物美,施工方便,承載力大,可裝飾強的特點,日益受到人們的歡迎。在我國不論是城市或在農村,鋼筋混凝土的應用面可以說是無處不在。但是,在使用混凝土的同時,由于對混凝土的性能了解不深,在工程完畢后的十幾天,一個月或者更長一點的時間后,混凝土結構物出現了裂縫或其他不良反映,給人們的心中造成擔憂和后怕的感覺。一些搞混凝土技術的研究人員對混凝土構筑物的裂縫形成,進行了大量的研究和技術探討,提出解決混凝土裂縫的辦法和意見,也取得了較大的科研成果,使混凝土構筑物的裂縫降低到最低范圍之內。目前對混凝土結構物裂縫問題,是在混凝土工程建設中帶有一定普遍性的技術問題。而混凝土結構的破壞和建筑物的倒塌,也都是從結構裂縫的擴展開始而引起的。如地下工程(地下室、地下倉庫、地下變電所、地下人防工程等),若出現裂縫,將會產生大量的滲水,使地下工程的使用性能降低或不能使用;而廠房、住宅、辦公樓的墻、板、柱、梁出現裂縫后,一是影響美觀,二是影響使用壽命,有嚴重裂縫的建筑物將會威脅到人們的生命和財產的安全。故在某些施工驗收規范和工程都是不允許混凝土結構出現有明顯的裂縫。
但是,從近代科學關于混凝土工作的研究及大量的混凝土工程實踐證明,混凝土結構裂縫是不可避免的,裂縫是人們可以接受的一種材料特性,只是如何使有害程度控制在某一有效范圍之內。因為使用的混凝土是多種材料組成的一種混合體,且又是一種脆性材料,在受到溫度、壓力和外力的作用下,都有出現裂縫的可能性。而對出現裂縫后,就要分析哪些裂縫是有害裂縫,哪些是無害裂縫,經分析后,對有害裂縫的形成原因和如何處理,這是本文所提出的關鍵所在。
2國內外對混凝土裂縫控制的要求
從目前的情況看,設計上對混凝土裂縫有一定范圍。從我國的“混凝土結構設計規范《GBJ10——89)”表3·3·4規定看,其裂縫寬度在不同的環境下,不同的混凝土結構物其裂縫的寬度也有所不同的控制標準,允許裂縫寬度為0.2~0.3mm。而從國外的情況看,不同的國家對混凝土構筑物的裂縫寬度也有不同的規定,如1970年歐洲混凝土專業委員會的規范所收集各個國家的標準設計裂縫規定如下:
美國AGl規范規定裂縫為0.108mm;法國規范規定裂縫為0.27mm;加拿大規范規定裂縫為0.064mm;前蘇聯規范規定裂縫為0.12mm;波蘭規范規定裂縫為0.182mm。
從不同的國家來看,各國的規范對混凝土構筑物的裂縫都有不同的控制范圍和要求,要保證混凝土構筑物不出現裂縫可以說是不可能的。在我國,對在不同環境下混凝土構筑物,在不同的介質情況下,所規定的混凝土裂縫寬度也不同。所以說,對混凝土構筑物的裂縫我國規范規定在設計上有一定的允許寬度。國際上也都根據本國的特點,對混凝土的裂縫都有明確的規定,說明混凝土結構的裂縫在一定范圍內是允許的,要想控制混凝土構筑物不裂縫是很難的,關鍵是裂縫的寬度應該控制在什么范圍內。
3混凝土構筑物裂縫的種類及滲、漏原因
混凝土滲、漏的主要原因是在其拌合物在澆灌振搗過程中漏振和振搗不密實而產生的毛細孔隙或蜂窩狀,在外部水壓力的作用下,導致滲、漏現象。
同時,由于設計的原因,如結構的造型尺寸、受力情況、構造等因素考慮不周,也會造成混凝土結構的滲、漏現象。從以往的實際情況看,混凝土的裂縫大致可分為以下幾種:
(1)混凝土拌合物凝結前的沉降裂縫及干縮裂縫;
(2)混凝土溫度應力裂縫;
(3)混凝土自應力裂縫;
(4)混凝土受外力及荷重影響裂縫。
從實際情況來看,地下混凝土工程結構的裂縫情況可分為以下幾個方面,筆者予以分別介紹。
3.1混凝土拌合物沉降裂縫
這種裂縫的發生,往往是采用大流動性混凝土拌合物時而發生的裂縫,大家知道,大流動性混凝土拌合物在混凝土初凝前,混凝土拌合物中的粗骨料始終處于一種自由體,雖然經過振動器械進行了振動,內部的孔隙也基本排除,但在混凝土內部的粗骨料本身在自身質量的作用下緩慢下沉,若是素混凝土,內部的下沉是均勻的,在混凝土硬化過程中,表面的裂縫一般均為施工人員在操作過程中所留下的腳窩因用素漿找平后而形成的,因為這些裂縫是素漿在硬化時產生的收縮(干裂)裂縫;但是只要在混凝土初凝時予以壓光即可解決。另外一方面是鋼筋混凝土,在混凝土沒有達到初凝前,其內部的粗骨料繼續處于下沉狀態,而混凝土沿著鋼筋的下方繼續下沉,由于在鋼筋的作用下,鋼筋上面的混凝土被鋼筋的支護,在鋼筋上表面沿著鋼筋的走向產生裂縫,這種裂縫的深度一般只達到鋼筋表面為止。
3.2早期混凝土干縮裂縫
這種裂縫一般出現在混凝土較薄的結構;如現澆樓板混凝土、道路混凝土、地坪等混凝土,在結構斷面≤300mm、混凝土坍落度>100mm時,最容易發生此種裂縫。這種裂縫產生的原因是混凝土拌合物在澆搗完畢后,混凝土拌合物內部的水份一部分泌出流失,一部分被水泥水化所用,另外一部分被蒸發,尤其是在干熱、風較大的季節以及在空中的薄壁結構板混凝土拌合物則更容易出現失水干縮而發生裂縫。這種裂縫出現的時間較早,一般混凝土在初凝前就已經發生,若不加以處理和養護,局部裂縫將會貫穿整個混凝土結構,部分裂縫也將達到結構1/3~1/2的深度。象這樣的裂縫若在混凝土還沒達到初凝之前,對其表面用木抹子進行再次拍壓抹平,并立即在表面覆蓋養護,即可消除該種裂縫的再發生。這種裂縫在實際的施工過程中會經常遇到,但只要引起注意,象混凝土早期出現初凝前的裂縫完全可以避免。
3.3對拉螺栓鋼筋端頭處漏水現象
在實際工程的施工中,對拉螺栓是用來固定模板的,在混凝土澆灌前已預先固定在鋼筋籠內,且鋼筋穿過整個混凝土結構物。在施工時,該對拉鋼筋在±0.00以下都要求在對拉鋼筋中焊接有鋼板止水墊,防止地下水從鋼筋周圍直接滲入混凝土結構物內部,要求止水鋼板與鋼筋四周用電焊焊滿,不得有漏焊和點焊,確保對拉螺栓的止水效果,若止水墊焊不滿,在混凝土振搗過程中,對拉螺栓下方的骨料顆粒還在繼續下沉,在混凝土凝結后,對拉鋼筋下面就形成一道水膜,在混凝土中的水泥產生水化和水份的蒸發以后,在螺拴下表面就形成了一道貫穿性的毛細孔,這種毛細孔在外部地下水的壓力作用下,將產生滲水現象。
但是,有的鋼止水板在焊接時焊得不嚴,有漏焊點或漏焊處,在外部水壓力的作用下,水就會通過止水板的漏焊處,順著鋼筋螺栓滲透到結構物內部。
3.4貫通性毛細孔和微細裂縫
在一般大流動性混凝土工程結構上容易產生貫通性的毛細孔。因為泵送混凝土的流動性大,相應地混凝土單位用水量也要比普通混凝土用水要多。在混凝土澆搗完后,一部分水泌掉,一部分蒸發,一部分在水泥水化時被水泥吸收,那么另外一部分攪拌用水就存在混凝土內部,在一定的時間內,水慢慢揮發,原來水所占的體積就形成了一條毛細孔隙,在混凝土結構外部地下水的壓力下,這種貫通性的毛細孔就很容易產生滲漏。
微細裂縫主要反映在大流動性混凝土內部,由于在振搗時漏振或振搗不夠,在混凝土硬化前,尤其是在鋼筋下方的骨料仍在繼續下沉,而鋼筋上部的混凝土中的骨料被鋼筋所支撐不能下沉,在鋼筋的下表面就形成了一道微細的水膜,日后它則會形成一條孔隙,地下水便會從此縫隙滲漏到混凝土結構物內部。
3.5混凝土應力裂縫
3.5.1混凝土溫度應力裂縫
在混凝土硬化過程中,混凝土構筑物可能要承受各種溫度和濕度及其它原因引起變形而產生應力裂縫,因為混凝土在內、外約束應力作用的情況下,混凝土構件的自約束應力是由于非線性的不均勻變形引起,它產生了局部裂縫,而混凝土構件(結構)在外部的約束應力由于結構與結構的相互約束,這種約束變形可能使混凝土構件(結構)產生貫穿性斷裂和局部裂縫。
根據王鐵夢教授的理論,在混凝土尤其是大體積混凝土澆搗完后,水泥已經開始水化,其混凝土內部的最高溫度峰值可按以下經驗公式計算,即:
T0=T+C·α
式中T0——混凝土內部峰值溫度(C°);
T——混凝土澆灌入模時的溫度(C°);
C——每立方米混凝土水泥用量(kg/m3);
α——經驗系數;當采用礦渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥時;α=0.1;當采用普通水泥時α=0.105。
當混凝土內部溫度應力大于混凝土的拉應力時,混凝土結構將會出現裂縫,故在“混凝土結構工程施工及驗收規范《GB50204——92》”中第4.5.3條明確規定,“對大體積混凝土的養護,應根據氣候條件采取控溫措施,并按需要測定澆筑后的混凝土表面和內部溫度,將溫差控制在設計要求的范圍內;當設計無具體要求時,溫差不宜超過25C°”。而在大體積混凝土施工中,往往設計上無明確的規定,只能靠施工的經驗進行控制。
因為混凝土拌合物內的水泥在水化時,要產生大量的水化熱,當混凝土內外溫差超過一定的限度,混凝土的拉應力小于混凝土的熱漲應力時,便會產生溫度應力裂縫。這種裂縫主要出現在大體積混凝土或在冬期施工的混凝土。
例如:我們在寶鋼某大型設備基礎的混凝土施工中,混凝土強度設計為C30級,每立方米混凝土的水泥用量為360kg/m3,當時的氣溫為33C°,為了了解混凝土內部升溫峰值,我們采取了電熱偶測溫和測溫孔的辦法測定混凝土內部的溫度與混凝土表面的溫度,以計算混凝土內外溫差,經實測的溫度和計算的溫度看,兩者相差不大。兩者的溫度結果為:
(1)實際測試的溫度峰值為71.3C°;
(2)計算溫度為:T0=34.5+(360×0.1)=70.5C°;
從兩者的溫度情況看,溫度相差僅為0.8C°。說明計算的溫度與實測的溫度相差不大,完全可以以計算的溫度對混凝土進行保溫措施。當時該工程混凝土溫度最高時所測混凝土外表面溫度為44C°,內外溫差為27.3C°,大于規范規定的25C°要求,故立即采取混凝土表面的保溫措施,提高混凝土表面溫度,縮小內外溫差,使混凝土沒有因溫度應力出現裂縫,保證了混凝土基礎的質量。在混凝土出現溫度應力裂縫的情況時,一般往往會發生在混凝土結構物的變截面和混凝土斷面較小的部位,為此,在施工大體積混凝土或者較厚的混凝土墻版時,施工單位要予以注意。
3.5.2混凝土自應力裂縫
在混凝土硬化后,即使在混凝土上方沒有任何荷重的作用,也因其自身的收縮而產生裂縫。尤其是在夏季的混凝土施工,更容易發生該方面的裂縫。這種裂縫往往是在混凝土墻板上容易產生,它的形式一般為上下貫通的裂縫,在整個混凝土墻壁上呈現出有規律性的裂縫,一般在1.8~2.2m一道。如我們在上海市某研究所大樓地下室的墻板的混凝土施工中,混凝土的養護到7天后,澆灌地下室混凝土頂板,施工完后,發現地下室墻壁呈現規律性的裂縫,裂縫寬度為0.15mm左右,長度為整個墻壁的高度。經請部分專家分析,該種裂縫是混凝土的自應力引起的,原因是混凝土在水泥水化熱達到一定的溫度的時候,混凝土的膨脹應力開始消失而此時的混凝土開始產生收縮。這種收縮是均勻的收縮,所以在此種條件下,混凝土墻板的裂縫呈現出有規律性的裂縫。但是,若墻板與地下室承重相聯結蹬地方,往往會在柱與墻的交點處裂縫以及在墻板的變截面發生裂縫。
3.6荷載變形裂縫
這種裂縫一般可分為兩種情況造成:一是在混凝土結構還未達到設計要求的強度時,被車輛或重物的碾壓或撞、砸而造成的變形縫;二是即使混凝土已經達到了設計強度,而在混凝土墻壁或薄壁結構物上撞擊或超荷載堆放而造成的裂縫。后者出現的裂縫一般較為明顯,屬于貫穿性的裂縫。
3.7混凝土結構的漏水現象
混凝土的漏水現象往往會發生在以下幾個方面:
(1)蜂窩麻面滲水現象
蜂窩麻面直接與混凝土施工有關。這些蜂窩麻面的出現原因主要是在施工時漏振或者振動時間不足而發生的,這種蜂窩麻面在混凝土結構中有的是獨立一批片存在、有的則呈連貫性的。所以,在發生滲、漏時它不是點滲、漏,而是成片滲、漏的現象。
(2)伸縮縫、沉降縫滲、漏
在大體積混凝土和混凝土結構物比較長、結構物高低相差較大的工程中,因工藝的要求一般都設有伸縮縫和沉降縫,以保證混凝土結構在部分變形時而不影響其它整體變形的需要。這些部位往往在施工時因某些原因使伸縮縫和沉降縫不能完全保證其質量,造成這些部位的滲、漏,它在處理時往往要比其它部位的滲、漏要難處理得多。
(3)新舊混凝土接茬(縫)的滲、漏
在原有的混凝土結構物上繼續澆灌混凝土時,原來的混凝土基礎表面沒有進行鑿毛處理或鑿毛后未清理干凈,或者是未用水沖洗,就在原混凝土基礎上澆灌混凝土拌合物。這樣就會造成新舊混凝土的接茬(縫)之間形成一道摻、漏的縫隙。這種滲水現象在實際工程施工中會經常出現,尤其是在混凝土塌落度較小時(一般在50mm以下),接茬(縫)又未鋪設水泥砂漿則更容易發生。這種縫隙在混凝土施工時特別要加以注意,引起重視。
4裂縫滲、漏的處理方法
根據混凝土滲、漏的特點,要進行分析該滲、漏的原因和滲水形成的部位,以及滲、漏的程度,根據不同的形式可采取不同的堵漏辦法,我們實際的堵漏方法如下:
對混凝土的堵漏的方法一般是采用四種辦法,在日常的實施中這四種方法是比較合適的,也是可行的,這些方法是:
(1)化學灌漿法;(2)嵌縫堵漏法;(3)堵封堵漏法;(4)涂模(布)堵漏法。
以上四種堵漏方法是根據不同的滲、漏情況而選擇不同培漏方式來解決混凝土滲、漏問題,下面筆者根據不同滲、漏按不同的堵漏方法予以介紹。
4.1化學灌槳法
化學灌漿堵漏,是采用一種化學灌漿料來解決混凝土形成的線型摻、漏的部位,一般這種滲、漏是一條線,堵漏時要采取化學灌漿料與快速凝結水泥和無收縮水泥砂漿配合使用,才能真正達到堵漏效果;化學灌漿料一般分為四種型號,它們的技術指標見表1。
表1化學灌漿料技術指標
序號
材料名稱
粘結強度(MPa)
抗壓強度(MPa)
遇水膨脹率(%)
1
LW水溶性聚氨脂
1.70
—
273
2
HW水溶性聚氨脂
2.70
19.8
—
3
LW∶HW=60∶40
1.86
11.8
30
4
低粘度環氧樹脂
5.10
82.4
—
化學灌漿堵漏,一般是對漏水較為嚴重的部位,它們的裂縫一般均是貫通性的,在堵漏處理上是比較困難的一種滲、漏,為此需要采取化學灌漿的辦法進行堵漏,堵漏時,先將滲、漏水的裂縫部位予以確定,研究處理的方法,然后確定堵漏方案,對該種裂縫漏水的處理方法如下:
(1)在漏水處鑿出一道“V”型槽,用摻入速凝劑的水泥凈漿埋設灌漿嘴,用聚合物水泥砂漿PCCM封縫;
(2)對混凝土基層面用鋼絲刷清理浮灰,并用清水沖洗干凈;
(3)在混凝土基層表面無浮水時,噴涂5mm厚的PCCM——聚合物水泥砂漿。PCCM聚合物水泥砂漿主要力學性能見表2;
表2PCCM聚合物水泥砂漿主要力學性能
性能
粘結強度
(MPa)
抗拉強度
(MPa)
極限拉值
(Eu)
抗拉彈模
(E)
抗裂系數
(k)
抗滲壓力
(MPa)
指標
3.5~4.2
3.7~4.7
700~800×10-6
700~800(MPa)
5.5~7.5×10-4
>S1.2
(4)對噴涂的聚合物養護5d后,用LW水溶性聚氨脂漿液進行化學灌漿,灌漿的壓力一般為0.3(MPa),防止在灌漿時的壓力過大,造成進塑料管的爆裂。
在實際的堵漏的處理中,采用油氈或鋁箔的目的是為了防止水泥漿進入金屬閥(金屬閥一端連接透明塑料注漿軟管作為引水管,在混凝土表面達到一定的強度后又作為化學灌漿的輸送管)的注漿孔使堵塞。用油氈或者鋁箔套住金屬閥,然后在油氈或鋁箔四周用快速凝結水泥凈漿予以密封,然后用上述介紹的材料進行面層處理。
4.2嵌縫堵漏法
采用該種堵漏方法,一般是混凝土表面只出現映水現象,在長時間后,能把混凝土墻面映濕成大片的水跡和地下存有積水,如果不處理,將會影響整個表面的美觀及室內的使用效果,為此,本辦法對滲水的處理應采用嵌縫的方法進行,嵌縫的處理方法是:
(1)沿著混凝土滲水的縫隙鑿出“v”型槽,清除槽內的雜物,然后用清水沖洗干凈;
(2)在清潔、干燥的縫面上均勻涂刷SR塑料止水材料專用基液;
(3)在基液實干前,嵌填SR塑性止水材料;
(4)修理及保護:密封膠在表面干燥以前,用小刮刀等工具抹平,將表面修理平整;
(5)在經過嵌縫的縫面上用噴水壺撤上水,保持縫面的潮濕;
(6)將按比例配制的PCCM砂漿用刮刀將其嵌入縫中,并用抹刀將其抹平;
(7)待PCCM砂漿凝結后,采用潮濕的辦法養護3~5d;
(8)按比例配制HK——964增厚型環氧涂料,反復攪拌均勻后使用;
(9)在干燥、平整的縫表面上,均勻涂刷964彈性涂料二道,要一刷壓一刷操作,防止漏刷;
(10)在整個堵漏工作完畢后,對所使用SR、964涂料的工具,要及時用溶劑清洗干凈待用。
4.3封堵堵漏法
該種堵漏的方法,主要是應用在水下或地下混凝土在涌水的條件下的孔隙、孔洞和裂縫的快速封堵。在封堵這樣的漏水部位,往往要比其它的滲、漏要困難得多,且堵水效果要略差一些,但只要在處理時按要求操作,可保證混凝土表面不摻水。這種材料有的叫快速堵漏劑,也有的稱為PBM聚合物,其聚合物混凝土的水下性能見表3。
表3PBM—7聚合物混凝土的水下性能
齡期性能
粘結強度
(MPa)
抗拉強度
(MPa)
抗折強度
(MPa)
抗壓強度
(MPa)
1d
2.0
5.2
13.7
42.6
30d
2.1
5.9
15.1
56.4
采用本辦法堵漏時一定先把基底處理干凈,在混凝土表面不得留有混凝土雜物和粉末,若是點涌水,先把漏水處鑿一個直徑為80~150mm深50~80mm的工作坑,在坑中的漏水處預放一個導水管,作為排水之用,待先抹上去的聚合物混凝土(或砂漿)達到一定的強度后,再用聚合物砂漿用力給堵上。在處理滲漏時,一般要根據漏水的流水量的大小來采取不同的堵漏方法,若是有水向外踴,可采取上述方法進行。若漏水量很小,可以在漏水處按上述的辦法先鑿除一個堵漏工作坑,用清水沖洗干凈后,立即用聚合物混凝土或聚合物砂漿一次封堵,并用力將聚合物混凝土或聚合物砂漿壓實(這種聚合物拌入混凝土或水泥砂漿后,其凝結時間一般在3~5分鐘),待混凝土或砂漿凝結硬化后,在其表面用高標號砂漿抹平,在5d內保持表面潮濕即可。
注意,在有涌水的堵漏過程中,一定要對鋼管或竹筒混凝土或砂漿在硬化(凝結)前進行轉動,防止混凝土或砂漿在硬化后無法取出,造成在最后堵流時發生困難或返工現象。
另外,如果漏水呈上下裂縫,在堵這種形式的裂縫時,要注意從上至下進行操作,在比較容易操作的高度設置排水管,待整個裂縫所封堵的材料達到設計要求后,再對排水的位置進行封堵。也可以分段封堵,方法同上。
4.4涂膜(布)堵漏法
涂膜堵漏是將混凝土結構物表面有滲漏的地方經過處理后,直接在其表面上進行防水處理。這種方法一般適用于混凝土結構在施工時振搗不密實,有的是漏振而形成的混凝土內部不密實而造成的大面積滲水情況,這種滲水現象一般無法用壓力灌漿和嵌入法解決,只能用涂膜法進行表面防水處理。這種處理方法比較簡單,但在操作時要求較嚴格,一般都要求混凝土結構表面沒有浮灰和雜物,否則將會影響混凝土面與涂膜的粘結力,影響防水效果。
涂膜(布)防水所使用的材料為HK——96系列增厚型環氧涂料,它們的用途性能分別為:
961——用于干燥的混凝土表面;962——用于潮濕的混凝土表面;963——用于水下混凝土或結構物表面;964——為彈性涂料。
在選用以上四種涂膜材料時,一定要根據不同的漏水方式,選擇不同的涂膜材料。如某種在繼續沉降的結構,但沉降量很小,這時要選擇有彈性的涂料,不能選擇硬脆性涂膜材料,防止結構物在沉降時發生不脆裂而起不到防水效果。
5對堵漏工作的幾點看法
經過對寶鋼一、二、三期的地下混凝土結構工程出現滲、漏后的處理工作看,對混凝土堵漏只是一種事后的解決辦法,首先在混凝土施工時要加強對混凝土的施工管理工作,避免和減少混凝土結構的裂縫,這才是我們的唯一目的。堵漏堵得再好,它不過是一種消極的辦法,它不但要造成浪費,而且要投入大量的人力和物力,在工程投入使用后也會發生種種意想不到的問題。為此,我們的精力首先要放在混凝土的施工管理上,嚴格把好混凝土的施工質量關。但是,由于混凝土是由多種材料組成的一種脆性材料,在施工過程中往往很難保證混凝土結構不出現裂縫,但一定要控制混凝土盡量少出現裂縫。在萬不得已時出現的裂縫,再進行對裂縫滲漏進行封堵或進行壓力灌漿的辦法。經過在寶鋼一、二、三期的地下混凝土工程滲漏的處理情況看,效果是明顯的,達到了預期的目的,為此我們認識到:
(1)要確定混凝土滲、漏部位的情況,確定堵漏方案,選擇合理的堵漏材料,避免堵漏達不到預期的效果。
(2)堵漏前,不論是鑿洞或是鑿“V”型槽,深度一定要超過鋼筋以下,一般所鑿的深度為50~80mm,太淺容易發生再漏現象。
(3)所有被鑿的洞或“V”型槽,均要用清水沖洗干凈,洞和槽內不得存有浮灰,否則經過一時期后,洞口周圍將會重新滲、漏。
(4)采用PBM——7聚合物速凝膠泥時,要現配現用,防止一次配制太多,放置時間過長失效而造成浪費。
受到其客觀環境的影響,在水利工程施工過程中,混凝土開裂情況是常見的,正是由于這種情況的出現,就容易導致混凝土內部鋼筋材料出現腐蝕情況,從而不利于鋼筋砼結構整體承載力的提升,也不利于耐久性及其使用壽命的提升,不利于人們的生命及財產安全的維護。為了保證人們的生命財產及安全,保證水利施工工作體系的健全是必要的,從而實現內部各個環節的協調。這就需要針對混凝土裂縫產生原因進行分析,從而提升建筑物的整體安全性,保證其綜合效益的提升。為了實現混凝土的有效凝固,做好影響混凝土面積收縮原因的分析是必要的,因為混凝土在凝固過程中,會出現蒸發或者散熱等情況,特別是一些大體積混凝土。受到外界環境的約束,混凝土就會出現一系列的收縮,這就導致收縮應力的形成。如果這種應力超過混凝土的自身極限抗拉強度,就會導致混凝土裂縫的出現。裂縫的出現也是因為材料的不連續性,其是一種物理性的病害,正是因為這樣,其嚴重影響了水工混凝土的耐久性。即使在施工期,裂縫的出現也是常見的,有的雖然在施工完畢后出現,但是在較短時間內出現,工程投入運行并不是裂縫出現的主要原因,裂縫的出現多半是在工程初始階段。由于裂縫的導致了混凝土抗拉性能的降低,從而導致有害物質進入混凝土內部,導致鋼筋銹蝕,從而使混凝土結構產生破壞。在實際應用過程中,如果水庫蓄水發電及其灌溉不合理,就會導致擋水混凝土結構出現問題,從而導致滲漏情況的出現。如果滲漏量超過一定程度,就會影響到工程的整體蓄水能力。我們需要考慮的是混凝土重力壩的應用,裂縫出現一系列的寬度及深度就需要引起重視。就會出現壩體內部壓力的增長,從而不利于壩體抗滑能力的提升,更不利于進行結構的抗震性提升,從而影響到壩體的整體抗滑能力,導致結構抗震性下降,從而不利于大壩的整體結構性控制。受到混凝土內外部溫差的控制,溫度裂縫由此產生,這也是因為水泥的水化熱情況,比如混凝土內部及其外部的溫差較大,從而導致溫度的正負交替變化,在這種情況下,混凝土微孔內部的水就會是過冷,如果其體積出現膨脹,就會產生一系列的凍脹情況,由于冷水的出現,滲透壓力會增大,從而不利于混凝土整體抗拉強度的提升,從而出現一系列的混凝土破壞狀況。在實際工作中,溫差裂縫的產生因素是非常的多,比如施工過程中水工混凝土的出現,會導致很多的水化熱反應,也就影響到其內外溫差,從而出現一系列的裂縫。在混凝土拆模過程中,混凝土表面也會出現溫度下降,從而導致其裂縫的出現,如果混凝土的內部溫度達到應用極限,但是熱量散發并沒有得到有效控制,也會出現溫差裂縫情況。大體積混凝土很可能因為溫差而出現一系列的裂縫,這也需要進行龜裂情況的考慮,進行混凝土自身質量情況的分析,進行外界腐蝕性的分析,從而做好混凝土裂縫的防治工作。
2水工砼裂縫防治方案的優化
為了有效提升水利工程的應用效益,進行混凝土設計配合比的控制是必要的,比如需要進行原材料的試拌,保證水泥用量的比例控制,進行粉煤灰、水膠比等控制,將其控制在有效范圍內。在粗骨料的應用過程中,可以實現二級配應用,實現對粉煤灰、水膠比等有效控制。保證適合的粉煤灰的添加。保證混凝土和易性的改善,從而保證其溫度控制,保證其收縮性的優化,保證其整體抗侵蝕性。在裂縫的發生部位,可以進行斜筋的配置,保證鋼筋的良好應用,實現混凝土的承載力分擔,從而實現裂縫的有效控制。為了最大程度的進行裂縫控制,進行設計過程中的中低強度水泥的有效利用是必要的,從而保證混凝土后期強度的利用。在工程結構設計過程中,我們需要進行結構的約束度控制。保證混凝土鋼筋保護層的厚度控制,從而避免混凝土的不良養護。混凝土拆模完畢后,可以進行草簾掛設,從而保證養護效益的提升。在養護過程中,要給予積極的養護。通過對混凝土保養方案更新,更有利于進行預期裂縫,有利于提升混凝土的后期穩定性,保證整體承壓能力的提升,保證強韌性的提升。在混凝土養護過程中,需要做好水利工程的充分認識及其重視工作,比如針對其鋼筋銹蝕情況進行分析,針對氧化情況進行分析。提升混凝土整體密實度,避免其空氣進入,提升混凝土防氧化能力。為了方便抗氧化工作的開展,可以進行混凝土避免水泥砂漿的應用,保證防腐層設置。從而提升混凝土的使用效益。這就需要進行結構的耐久性影響分析,進行堿骨料的化學反應分析,進行優質骨料的選擇,保證混凝土整體密實度的提升。這里需要避免單純結構重量的減輕模式應用,從而進行沉降性的控制,更有利于實現其結構的整體重量控制,保證其穩定性的提升,避免不均勻沉降情況的出現,并且針對這個特點做好相關的保護措施。在塑性收縮裂縫的預防過程中,我們需要進行合適材料的選擇,可以進行良好強度的硅酸鹽選擇,進行澆筑環節的控制,需要保證基層及模板的澆水均勻性,保證混凝土表面的薄膜良好覆蓋,從而提升混凝土的濕度,保證混凝土相關養護工作的開展。為了做好水利工程工作,進行施工管理體系的健全是必要的,從而實現其內部各個環節的協調,保證其技術含量的增加,實現其技術管理,保證施工工藝流程的協調性,保證施工技術整體效益的提升,從而提升工程整體質量及安全性,這就需要按照施工技術規范進行分析,做好質量標準的檢驗工作,保證質量檢測工作的良好開展,從而滿足實際工作的要求,這需要工作人員落實好自身的工作職責,保證其整體施工水平的提升。為了提升工程質量,進行質量管理體系的健全是必要的,從而保證工程質量整體措施的優化。在全面質量管理過程中,要實現質量環節及全部管理目標的協調,認真進行事后檢驗工作,進行預防性措施的應用,這里強調必須就事論事,也需要避免單一性的質量管理,保證質量整體管理體系的健全,有效提升工程質量,保證系統性的管理應用,落實好綜合管理的各個細節,保證質量工作的良好開展,提升工程的整體質量。
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