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由于裂縫的存在和發展通常會使內部的鋼筋等材料產生腐蝕,降低鋼筋混凝土材料的承載能力、耐久性及抗滲能力,影響建筑物的外觀、使用壽命等。因而防止樓板開裂已經成為大家共同關心的課題,本文試從施工的角度出發,探討樓板裂縫產生的原因以及防治措施。
一、樓板裂縫的開展大多有以下幾種情況
(一)裂縫在板面沿樓板支座邊300mm范圍內平行于支座開展,甚至板的四周都出現裂縫并且連續;
(二)在板角處裂縫與相鄰兩支座成45度角展開;
(三)與施工井架位置相接的樓板常出現裂縫。
這些裂縫大多在工程竣工后一段時間才被發現,往往這時樓板還幾乎沒有使用荷載。有時裂縫寬度在水泥沙漿找平層表面被放大了,實際上在混凝土樓板的裂縫寬度大多在0.3mm以下,裂縫的深度在15mm左右。
二、樓板裂縫的原因主要有以下幾種
(一)干縮裂縫
混凝土干縮主要和混凝土的水灰比、水泥的成分、水泥的用量、骨料的性質和用量、外加劑的用量等有關。硬化混凝土在約束條件下的干縮是樓板產生裂縫的一個比較常見的原因。水泥的水化或混凝土中水分的蒸發會引起混凝土干縮。此外,樓板混凝土的收縮也受到結構的另一部分(如混凝土梁、柱)的約束而引起拉應力,拉應力超過混凝土抗拉強度時混凝土將會產生裂縫,并且能夠在比開裂應力小得多的應力作用下擴展延伸。
(二)塑性收縮裂縫
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,受高溫或較大風力的影響,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。
(三)支撐沉陷裂縫
新澆混凝土樓板容易在模板、支撐變形的情況下產生裂縫。由于支撐的剛度不足或梁板支撐剛度差異較大,在荷載作用下變形沉陷,施工期間的過度震動使支撐剛度變異部位多次瞬間相對位移以及過早拆模等等都可能使混凝土在發展足夠強度以支撐其自身重量之前產生裂縫。沉陷變形也是混凝土樓板裂縫開展的另一個常見原因。
(四)溫度裂縫
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,大量的水化熱聚積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,這樣就形成內外的較大溫差,較大的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。
(五)化學反應引起的裂縫
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。
就施工因素來說,樓板的模板、支撐變形或沉陷,混凝土的制作和搗實工藝等許多方面的施工質量問題以及缺乏養護都會增加產生裂縫或引致裂縫發展的可能性。因此,裂縫的發生和延伸開展與混凝土內在的特性和多種施工因素可能同時存在某種關系。也就是說,同一條裂縫的開展往往由多個原因所造成。[三、針對裂縫產生的原因,在施工因素方面采取相應措施,以減少樓板裂縫的產生。為此,在混凝土施工中,在工序和工藝方面應當注意下列幾個問題
(一)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,混凝土應使用設計允許的最小水泥用量和能滿足和易性要求的最小用水量,設備允許情況下,不要用過大的塌落度。使用各種外加劑時要注意,盡量不要選用增加混凝土干縮的外加劑;選擇合適的水泥品種,使混凝土收縮減少,凝固時間合適;混凝土內砂石水泥的級配力求最優。[(二)澆筑混凝土之前,將模板澆水均勻濕透。
(三)模板及其支撐系統要有足夠的剛度,且支撐牢固,并使地基受力均勻。樓板模板支撐的間距要適宜,使樓板模板剛度與梁模板剛度不至于相差太大。在與施工井架相接的或施工運輸頻繁經過的樓板模板中適當加強模板支撐系統。
(四)了解預拌混凝土的級配情況,對某些級配的混凝土,不要過度振搗樓板混凝土,過度的振搗會使混凝土產生離析和泌水,使混凝土樓板表面形成水泥含量較多的沙漿層和水泥漿層,容易產生干縮裂縫。由于一般樓板的厚度不大,使用平板振動器勻速拖過一次就可使樓板的混凝土成型密實。要在混凝土沉淀收縮基本完成后才開始樓板的最終抹面。
(五)在樓板的混凝土施工完成后,要等樓板混凝土有一定的強度后才進行下一道工序的施工。在混凝土終凝初期應避免施工荷載對樓板產生較大的震動。特別是與施工井架相接的樓板,其混凝土施工完成是最后的,而上施工荷載受震動是最早和最頻繁的。有些施工單位為了搶工期,在樓板混凝土搗制完成后第二天就上人上材料進行下一道工序施工,往往導致這位置的樓板多處產生裂縫。
(六)施工期間不要過早拆除樓板的模板支架,且要注意拆模的先后次序。必要時可在拆除模板后在適當位置上安裝回頭頂。施工機具和材料不要集中堆放在一塊樓板上,避免造成較大的荷載使還未達到強度的混凝土樓板產生裂縫。
(七)了解預拌混凝土的收縮曲線,加強混凝土養護,保持混凝土樓板表面濕潤。在常溫下養護不少于兩周,特別是在混凝土終凝初期,要嚴格按要求進行澆水養護。養護期后,在施工期間特別干燥的時候也應進行澆水養護。
四、裂縫的處理
修補前需要對樓板裂縫進行檢測與研究以確定裂縫部位、開裂程度和裂縫產生的原因等。根據裂縫的性質和具體情況我們要區別對待、及時處理,以保證建筑物的混凝土裂縫的修補措施主要有以下一些方法:表面修補法,灌漿、嵌逢封堵法,結構加固法,混凝土置換法,電化學防護法以及仿生自愈合法等。
五、結束語
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建筑物的抗滲能力,影響建筑物的使用功能,而且會引起鋼筋的銹蝕,混凝土的碳化,降低材料的耐久性,影響建筑物的承載能力,因此要對混凝土樓板裂縫進行認真研究、區別對待,采用合理的方法進行處理,并在施工中采取各種有效的預防措施來預防裂縫的出現和發展,保證建筑物和構件安全、穩定地工作。
參考文獻:
[1]鋼筋混凝土結構設計規范.中國建筑工業出版社,1999.2.
1.工程概況
韓家店1號特大橋是國道主干線重慶至湛江公路貴州省境內崇溪河至遵義高速公路上的一座特大型三跨預應力混凝土連續剛構橋,該橋主橋全長為454m,跨徑設置為122m+210m+122m。該橋箱梁0號段長15m,其中橋墩兩側各外伸1.5m,每個“T”構沿縱橋方向分為36個對稱梁段,梁段數及梁段長度從根部至跨中分別為10×2.2m,10×2.5m,13×3m,3×3.5m。橋體按整幅設計,箱梁采用單箱單室截面,頂板寬22.5m,底板寬11m,外翼板懸臂長5.57m,梁高由0號塊處的12.5m以半拋物線形式從根部過度到跨中的3.5m。
2.掛籃形式的選取
2.1分段施工法與懸灌掛籃的演化
預應力混凝土橋梁的分段施工法是從預應力原理、箱梁設計和懸臂施工法綜合演進而成的。自從二十世紀五十年代PC箱梁的分段施工法在西歐誕生以來[1],國內外大跨度橋梁多采用此法。除懸臂拼裝法以外,尤其是特大橋梁中更是普遍應用平衡懸臂灌筑法——即單“T”的每一個設計節段利用掛籃對稱就地澆筑混凝土。懸臂灌筑法中不需要象滿堂支架法那樣大量的施工支架和臨時設備,不影響橋下通航和通車,施工不受季節、河道水位的影響。
平衡懸灌法施工的成敗及質量控制的優劣在于掛籃的工藝設計,掛籃設計的好壞直接影響到施工進度,它是特大橋梁施工中的一項關鍵技術。
就掛籃總重與懸澆最大梁段的重量比而言,PC橋梁的懸臂施工掛籃的演化過程[2][3]大致經歷了從平行桁架式,三角型組合梁式,曲弦桁架式(或稱弓弦式),菱形式到滑動斜拉式的階段變化。特點是結構越來越輕型化,受力越來越合理,有些掛籃的行走系統還設計有統一的液壓伺服裝置來控制掛籃的升降和行走,使得掛籃操作及施工控制越來越趨向智能化[4]。
2.2掛籃設計的輕型化
目前,掛籃已向輕型、重載方向發展。其中可以用兩個主要控制指標β,β’來反映掛籃的設計優化與否。設定β=掛籃總重/懸澆節段重量,β’=主承重結構/懸澆節段重量。
β值越低,表示承受節段單位重量使用的掛籃材料越省,整個掛籃(包括模板)設計越合理;β’值越低,表示掛籃主承重構件使用的材料越省,設計越合理。另外,減輕掛籃自重采用的手段除優化結構形式外,最重要的措施是不設平衡重,并改善滑移系統,同時改進力的傳遞系統。
圖1列出了國內外20座大橋的的β值分布,其中最大為2.18,最小為0.31。
圖1國內外20座大橋的β值分布
2.3韓家店掛籃形式的選取
因懸灌施工中有多種因素制約掛籃的布置和結構設計,如施工狀態大橋主梁的強度及變形要求,近海施工風荷載的影響,吊機的噸位及安裝位置等等。一般來說,采用的掛籃須滿足:結構簡單,重量輕,安裝、拆除方便,安全可靠,灌注混凝土過程中變形小等特點。
韓家店掛籃形式在參考了平弦無平衡重掛籃、菱形掛籃、弓弦式掛籃、斜拉式掛籃等結構形式后,從中選取了三角形掛籃形式,該掛籃與其它形式掛籃比較有如下突出特點:
⑴、三角形掛籃與菱形掛籃相比,降低了前橫梁高度,即掛籃重心位置大大降低,從而提高了掛籃走行時的穩定性。
⑵、結構簡單,拆裝方便,重量較輕。設計中三角形掛籃主桁架和主要結構體系采用鋼板和型鋼焊制的箱形結構,單件重量較輕,主桁架桿件間采用法蘭結構用高強螺栓連接,易于搬運和拆裝。
⑶、該三角形掛籃平衡重系統利用已成形梁段豎向預應力鋼筋作為后錨點,取消了平衡重的壓重結構。
⑷、掛籃走行采用液壓走行系統,由導梁、走行輪、反扣輪、走行油缸組成,該系統具有掛籃就位準確、走行速度快、安全可靠等特點。
⑸、該掛籃通用性強,稍做改裝即可用于其它幅寬和梁高的橋上。
3.掛籃結構布置
該三角形掛籃由主桁、前橫梁、底籃系統、前吊系統、內外模滑梁系統、后錨系統組成,掛籃總重(含內外模)約為1160kN,因模板以及吊桿隨施工過程中截面高度的不斷降低有一部分將會移去,對跨中合攏梁段所要求的支架重量須小于1300kN是顯然滿足的,所以減小荷載后的掛籃仍然可以作為中跨合攏的支架方案使用。總體布置圖以及吊掛系統如圖2-1、2-2所示。
4.掛籃的設計
4.1掛籃構件的傳力過程
考察主梁設計截面的形狀,單箱單室的截面形式至多可用8個相對獨立的內外模板(外頂模2塊+外側模2塊+底模1塊+內頂模1塊+內側模2塊)拼接而成。作為待澆梁段混凝土的支撐面,內、外頂模支撐翼緣板與頂板的混凝土重量,模板以上的重量則由間隔分布的8根內、外縱滑梁承受,內、外縱滑梁則把力傳遞到已澆梁段的頂板和前上橫梁上安裝的吊桿上。待澆腹板和底板混凝土的重量則通過底模傳遞給底欄縱、橫梁,通過前、后下橫梁上安裝的吊帶傳力給已澆梁段的底板和前上橫梁。而前上橫梁的所有荷載則都傳遞到三角形主桁架上,三角形主桁架的前支點和后錨點把力再傳給已澆梁段的頂板。澆注某一節段混凝土時掛籃構件的傳力過程如圖3所示。
圖3澆注混凝土時掛籃構件的傳力過程
4.2構件內力的計算
掛籃必須適應整個施工過程,因施工過程中節段荷載的不斷變化,掛籃中各桿件的受力也是在不斷變化之中,因此擬訂一個最不利的施工過程進行計算,既可以優化桿件的設計,又可以確保施工安全。一般而言,擬訂最不利施工過程的依據是待澆梁段混凝土的總體積最大,總重量最重。按設計劃分的單“T”沿36個梁段的體積分布如圖4所示。因為各構件在所有施工過程中的受力具有相對的獨立性,有必要根據設計分段的情況把主梁截面細分,如34#節段(最長3.5m梁段)混凝土重量可能會對翼緣板外滑梁和頂板內滑梁產生最不利影響,1#節段(最重2.2m梁段)可能會對底模縱橫梁以及前后吊掛構件產生最不利影響。事實上,根據設計節段長度的變化,擬訂1#,11#,21#,34#四個施工節段混凝土重量對掛籃構件的效應可以涵蓋其它施工節段,掛籃構件內力計算即以這四個施工節段為基準,空掛籃狀態則以1#施工節段為基準計算。
圖4單“T”沿36個梁段的體積
計算中掛籃系統采用空間(桿系+板塊)有限元進行彈性分析,其中三角形主桁桿件、橫聯,上、下橫梁,底籃縱梁,內、外縱滑梁用梁單元來模擬;吊桿、吊帶用只拉桿單元來模擬;底籃模板采用具有較大剛性的板單元來模擬,計算模型如圖5所示。這種空間模型較一般采用的平面桿系模型更能反映每根桿件或每塊模板的受力和變形情況,避免了平面桿系模型中三角形主桁片桿件合并帶來的桿件受力、變形平均化問題,對分析各桿件的真實受力狀態有益,也對掛籃總體變形及施工標高的控制有益。
有限元法計算中的部分參數如表1所示。
表1掛籃構件內力計算中參數的選定
序號
材料
序號
荷載
⑴
16Mn鋼
[σ]=200MPa
⑴
施工臨時荷載重
2.0kN/m2
⑵
A3鋼
[σ]=140MPa
⑵
施工沖擊荷載重
1.5kN/m2
⑶
混凝土
容重γ
26.0kN/m3
⑶
模板重量根據該節
所用數量確定
模板采用
定型鋼模
⑷
結構自重
程序自動加載
圖5空間計算模型示意(其中符號:,分別表示支點和吊點)
圖中A:三角形主桁架;B,C,D:上、下橫梁;E:內、外滑梁;F,G:底籃前后吊帶;H:縱滑梁吊桿;I:底籃模板及縱梁
4.3計算結果及分析
表2列出了掛籃在4個澆筑階段(1#,11#,21#,34#施工節段)和空掛籃在1個行走階段(1#2#施工節段)的構件應力計算結果。
表2澆筑階段和行走階段掛籃構件的最大應力(絕對值)(MPa)
桿件
編號
桿件
名稱
澆筑階段
行走階段
1#
11#
21#
34#
1#2#
⑴
前后下弦桿
27.2
23.6
23.3
23.1
11.2
⑵
立柱
13.0
11.1
11.0
10.9
4.6
⑶
前后斜桿
40.7
35.1
34.5
34.2
15.0
⑷
前上橫梁
38.4
33.5
34.8
36.2
14.9
⑸
前下橫梁
18.7
15.1
13.1
9.4
4.5
⑹
后下橫梁
22.3
17.5
10.5
6.6
6.0
⑺
底籃縱梁
93.8
73.8
48.8
26.0
3.0
⑻
前吊帶
15.5
13.1
10.2
6.7
3.1
⑼
后吊帶(繩)
35.1
28.1
19.7
11.4
74.7*
⑽
內外滑梁
112.4
99.6
113.4
125.1
97.5
⑾
滑梁吊桿
83.0
87.9
94.3
97.9
40.1
注:表中“*”號表示行走階段后吊點采用鋼絲繩。
與表2中五種工況對應的掛籃底籃的最大變形分別為:1#:11.3mm;11#:9.4mm;21#:8.8mm;34#:8.0mm;掛籃從1#行走至2#節段時為15.8mm。
從計算結果看,掛籃在整個施工過程中構件的應力是能夠滿足材料的允許值要求的。澆注混凝土過程中掛籃的變形較小說明掛籃的整體剛度較大,這有益于在實際施工中對線型及標高的控制,進而提高施工質量。
5結束語
韓家店1號特大橋通過選擇三角形掛籃這種合理的掛籃形式,設計中充分了解了掛籃在施工過程和走行過程中各構件的傳力機理,對掛籃在各種工況下建立了適用、合理的三維空間有限元模型,以至于能夠比較完整地了解各桿件的受力和變形情況,計算結果滿足各施工過程受力和變形的要求。
每一座懸灌施工的大橋都有其自身的特點,這需要綜合考慮大橋本身因素以及圍繞大橋伴生的各種因素對掛籃選擇的影響。技術層面上,對選定的掛籃還需進一步優化結構形式和桿件的設計。輕型、重載的掛籃結構形式對增強施工現場的可操作性、創造經濟效益有著重要意義!
參考文獻:
[1]預應力混凝土橋梁分段施工和設計,[美]小沃爾特·波多爾尼[法]J·M·米勒爾,1986.4,萬國朝,黃邦本譯
近年來,伴隨著城市化建設和現代工程技術的蓬勃發展,現澆鋼筋混凝土結構的建筑在各種規模城市得到了廣泛應用。與此同時現澆樓板解決了以往工程中預應力空心板拼縫縱裂縫的質量通病,加強了結構抗震性能,但在現澆鋼筋混凝土樓板的施工中也遇到不少新的問題。現澆結構樓板的裂縫,就是其中比較常見且又難以解決的工程實際問題之一。針對這個質量通病,根據多年來的實踐施工經驗和教訓,對其形成原因及控制作一下簡要分析。
1現澆混凝土樓板裂縫原因分析
現澆樓板產生裂縫的原因很多,可以從設計、混凝土原材料和施工條件這三方面來歸納分析。
1.1設計方面
從住宅工程現澆混凝土樓板裂縫發生的部位分析,最普遍的是房屋四周陽臺處的房間在離開陽角1m左右,即在樓板配置的負彎矩筋以及角部放射筋末端或外側發生45度左右的樓板斜角裂縫,這在現澆樓板任何一種類型的建筑中都普遍存在。主要是混凝土的收縮特性和溫差沉降等作用所引起,并且越靠近最頂層處的樓板往往越大。從設計角度看,現行設計規范側重于強度,對溫差和混凝土收縮特性等多種因素綜合考慮不足,配筋構造量達不到要求。而房屋的四周陽角由于受到縱、橫兩個方向剪力墻或剛度相對較大的梁約束,限制了樓板的自由變形,因此在溫差和混凝土收縮變化時,樓板在配筋薄弱處首先一裂,產生45度左右的斜角裂縫。雖然樓板斜角裂縫對結構安全使用沒有影響,但在有水源的情況下產生滲漏缺陷,易引起住戶投訴,是裂縫防治的重點。
1.2混凝土原材料質量方面
材料質量問題引起的樓板裂縫較常見的原因是水泥、砂、石等質量不好,應嚴格控制原材料質量和配合比,避免材料不良引起的裂縫。
1.2.1水泥。水泥水化熱是混凝土產生溫度應力的主要因素,宜選擇中熱或低熱的水泥品種,嚴禁使用安定性不穩定的水泥,因水泥中含有生石灰或氧化鎂,這些成分在和水化合后產生積膨脹,產生裂縫。
1.2.2如果骨料中含泥量過多,則隨著混凝土的干燥,會產生不規則的網狀裂縫。
1.2.3堿-骨料反應:混凝土在固化以后,其內部所含的堿與其砂、石骨料中所含的堿活性物質將發生一種化學反應。化學反應以后將產一種膠凝物質,而此種膠凝物質吸收水分會發生膨脹,盡管這一過程比較緩慢,但最終將造成混凝土樓板的裂縫。
1.2.4水灰比、塌落度過大,或使用過量細砂。混凝土強度值對水灰比的變化十分敏感,基本上是水泥等膠凝材料計量變動對強度影響的疊加。因此,水、水泥、外摻混合材料外加劑溶液的計量偏差,將直接影響混凝土的強度。而采用含泥量大的細砂配制的混凝土收縮大,抗拉強度低,容易因塑性收縮而產生裂縫,泵送混凝土為了滿足泵送的條件:塌落度大,流動性好,易產生局部粗骨料少,砂漿多的現象,此時,混凝土脫水干縮時,就會產生表面裂縫。
1.3施工條件方面
1.3.1在現澆混凝土樓板中,我們還常常發現一種沉陷裂縫。產的原因:由于模板支撐剛度不夠,梁板支撐剛度差異或模板撓度過大,在荷載作用下變形沉陷;其次是施工過程中的過度震動使支撐剛度變異部位多次發生瞬間相對位移,或者在混凝土還未獲得足夠強度之前就過早地拆模。
1.3.2目前大型和高層建筑施工中,利用跨度較大的施工現澆樓板通過豎向支撐變為短跨受力狀態,達到早拆模板的支撐體系,以便提高模板利用率的目的。通過大量工程實踐證明,早拆模會出現斷斷續續的細小裂縫,在個別位置有的細小裂縫十分明顯。
1.3.3施工中未能及時測定混凝土強度,模板在拆除前應對相應部位混凝土的同條件試塊進行抗壓強度試驗,混凝土強度達到28天設計值時才能拆除模板,而實際施工中,往往人為地規定混凝土的拆模時間,不對混凝土強度進行測試,也未進行水泥、粗細骨料品種、外加劑類型等自身特性和氣溫等環境條件的綜合考慮。
樓板施工時,拆模后樓板立刻承受較大的集中荷載,如堆放鋼筋、堆放加氣混凝土塊或空心磚等。這些荷載的集中堆放,超過了控制荷載范圍,導致支撐系統負彎矩超過混凝土的開裂彎矩,產生裂縫。
1.3.4針對以上問題應采取的措施
模板與支撐系統要有足夠的剛度。樓板模板支撐的間距要適宜,使其剛試想與梁的模板剛度不至于有太大的差距。
對于高層及小高層住宅中,對多跨連續板邊跨的板邊往往簡化處理為簡支,這就需要設計人員或施工管理者在施工過程中在構造上予以配置構造鋼筋補充強度,所配置的構造鋼筋對應的直徑不能過細,間距不能過大。同時也建議設計部門、設計者對邊跨支座配筋時按固定端考慮邊支點,對該跨跨中及內支座配筋時邊支座仍可按簡支考慮,并適當增大板邊的構造配筋率。在施工中做好上部鋼筋的保護作用,以防施工時被踩踏到下部,上部鋼筋直徑應大于10-12mm,最好采用冷軋帶肋鋼筋。在房屋角部及柱的四周板面適當配置防45度裂縫的放射構造鋼筋。
若想提早拆模,可在樓板混凝土中摻用復合高效減水早強劑,7天強度可達到90%。
對于早期拆模板的支撐系統,應嚴格控制樓板混凝土的拆模強度和早拆模后樓板上的施工荷載。在資金允許的情況下,宜配兩個流水段的早拆模板,以適應小段的流水的作業方式,也有利于適應快速施工中的現澆樓板的工序、工藝的銜接。
2施工管理控制
2.1根據設計方面原因分析,建議業主和設計單位對四周的陽角處樓板配筋進行加強,負筋應由分離式切斷,改為沿房間全長配置,并且適當加密加粗。多年來的實踐充分證明,凡采納或按上述設計方法的房屋,基本上不再發生45度斜角裂縫,已能較滿意地解決好樓板裂縫中的主要矛盾,效果顯著。
2.2商品混凝土已被廣泛應用于建筑施工中,它的現場質量控制,直接影響到施工后結構的質量。但由于交通不便等多種原因,從攪拌站裝運商品混凝土至施工現場需要較長時間。這樣混凝土的塌落度損失很大,夏季高溫損失就更大,再加上施工管理不嚴、常常出現隨意向已預拌好的混凝土中加水的現象,嚴重影響了混凝土拌合物的質量,造成混凝土水灰比增大,混凝土離析,同時增加了混凝土硬化,漿體的空隙率增大,削弱了混凝土中水泥和骨料的界面粘結力,為產生混凝土裂縫留下了隱患。
2.3由于施工管理不當,在樓板近支座處的上部負彎矩鋼筋綁扎結束后,樓板混凝土澆筑前,部分上部鋼筋常被工作人員踩踏下沉,又未得到及時糾正,使其不能有效發揮抵抗外荷載的能力,裂縫就容易出現。
2.4混凝土施工完成后,待強度達到要求方能進行下一道工序的施工。在混凝土終凝初期應避免施工荷載對樓板產生較大的震動。但在搶工期階段,在混凝土澆筑后第二天就上人上材料進行下道工序施工,而導致混凝土裂縫的產生。
2.5混凝土的養護對其強度增長和各類性能的提高十分重要,特別是早期的妥善養護可以避免表面脫水并大量減少混凝土初期伸縮裂縫發生。但實際施工中由于搶趕工期和澆水將影響彈線及施工人員作業,因此樓面混凝土往往缺乏較充分和較足夠的澆水養護延續時間。為此,施工中必須堅持覆蓋麻袋或草包進行一周左右的妥善養護,并建議采用噴HL等品種和養護液進行養護,達到降低成本和提高工效,并可避免或減少對施工的影響。
結論
現澆混凝土樓板容易出現的非結構性的裂縫雖然是一種常見的建筑質量通病,但經過分析研究和施工總結,已經積累了比較豐富的防裂經驗。只要我們加強混凝土樓板的施工工藝的管理,嚴格按照施工規范、規程操作,就能大大減少混凝土樓板裂縫的產生,從而保證混凝土樓板的施工質量,并能為企業贏得良好信譽。
2、混凝土裂縫的類型、產生原因及預防措施
施工和使用階段的荷載、由于溫度、濕度及不均勻沉降引起的變形以及制作、振搗等施工操作都會造成裂縫產生。根據裂縫的形狀和方向可以將裂縫分為水平、橫向、縱向以及放射狀等;根據裂縫的深度可以將裂縫分為貫通裂縫、表面裂縫、深裂縫三種;根據裂縫的形成因素可以將裂縫分為收縮裂縫、溫度裂縫、不均勻沉降裂縫和由于材料質量形成的裂縫四種。
2.1收縮裂縫
2.1.1裂縫現象
收縮裂縫通常出現在結構的表面,裂縫的形狀通常也是不規則的,并且裂縫的長短不一、寬窄不定,裂縫之間也是互不相連的,通常呈龜裂狀。收縮裂縫的深度通常在50毫米以下,和干燥的泥漿面類似,是裂縫中較為普遍的一種類型。
2.1.2裂縫原因
收縮裂縫的產生的主要原因是混凝土澆筑完成之后的三倒四小時混凝土表面沒有經過適當的覆蓋處理。在這一階段,混凝土表面經過風吹日曬時表面的水分會大量蒸發,再加上混凝土自身水化熱的影響,混凝土的體積會出現急劇收縮。在混凝土澆筑完成后的三倒四小時,混凝土的強度很低,不能抵扣收縮產生的應力,因而很容易產生混凝土收縮裂縫。并且,混凝土水分蒸發速度越快,就越容易產生收縮裂縫。
2.1.3預防措施
針對這種類型的裂縫在配制混凝土時要嚴格控制混凝土的水灰比。同時,選擇水化熱程度較低的水泥類型和級配良好的水泥。并且通過嚴格控制骨料的含泥量來減少混凝土的孔隙率和砂率。在混凝土澆筑之前,應做好基層和模板的潤濕、振搗、收面等工作;在混凝土初凝之后終凝前進行二次抹壓從而提高混凝土的密實程度和抗拉強度,使混凝土的收縮量得到減少;在混凝土澆筑完成之后,及時對混凝土進行覆蓋養護,保證在混凝土的養護階段混凝土表面始終處于濕潤狀態;最后,在保證混凝土的和易性的前提之下盡量減小混凝土的坍落度。在混凝土養護階段如果發現混凝土表面出現細微裂縫,應及時進行抹壓和覆蓋養護
2.2溫度裂縫
2.2.1裂縫現象
溫度裂縫通常產生比較早,并且裂縫的形狀也多為不規則的。溫度裂縫是表面裂縫,深度較淺。溫度裂縫通常在施工期間產生,并且縫的寬度受到溫度的影響較為嚴重。
2.2.2裂縫原因
在混凝土澆筑尤其是大體積混凝土澆筑階段水泥的硬化會產生大量的熱,使得混凝土內部的溫度升高,造成混凝土內外之間產生溫度混凝土內外部之間的溫度差會使混凝土內部產生壓應力而混凝土表面產生拉應力。當混凝土表面附近的溫度形成溫度梯度之后,就會產生一個較大的拉應力。在這個階段混凝土的齡期較短,能夠承受的拉應力也較低,因而很容易產生裂縫。
2.2.3預防措施
預防溫度措施可以總結為以下幾點:第一點、選擇凝結時間長水化熱程度低的水泥,從而降低混凝土的溫度;第二點、在混凝土中添加緩凝劑或者減水劑,從而減少混凝土的用水量和水泥用量,并提高混凝土的強度,減少混凝土的收縮現象;第三點、在選擇粗骨料時要選擇顆粒直徑大的、形狀好的級配良好的骨料從而減少砂量過大產生的不良影響
2.3不均勻沉降裂縫
2.3.1裂縫現象
不均勻沉降裂縫多為貫通性裂縫,裂縫的走向和沉降情況有關。這類裂縫的位置不固定并且上下左右之間有一定的差距。這類裂縫的寬度受溫度的影響較小,裂縫的寬度因荷載的大小有所差異。
2.3.2裂縫原因
這類裂縫產生的原因主要有三點:第一點、在混凝土澆筑后的3小時之內混凝土處于塑性狀態,在這一階段混凝土骨料沉降時受到一定的阻礙,產生的主要原因是坍落度較大以及沉陷過高;第二點、地基沒有經過必要的夯實或者必要的加固處理,因而在混凝土澆筑滯后容易由于地基的不均勻沉降造成裂縫的產生;第三點、由于模板剛度的不足,在模板的移動或者拆除階段由于模板額沉陷或者過早的拆除模板也會造成這種裂縫的產生。
2.3.3預防措施
針對這種類型的裂縫,在施工過程中應做好以下幾點工作:第一點、減小混凝土的坍落度,保證混凝土的均質性了第二點、對地基進行必要的處理,通過地基夯實和加固避免地基的不均勻沉降;第三點、保證模板及支架有足夠的承載力和穩定性,在混凝土強度達到標準后再進行模板的拆除。
2.4原材料質量引起的裂縫
2.4.1裂縫現象
由于原材料質量引起的裂縫不具有規律性,也容易和其他類型的裂縫混淆。由于原材料質量問題產生的裂縫如果不能正確識別即使采取預防措施裂縫也是難以避免的。
2.4.2裂縫原因
原材料質量引起裂縫主要是由于原材料的含泥量過大,混凝土的強度和抗滲性較低或者砂石的級配差。除此之外,骨料中的酸性和堿性物質相遇發生骨料反應會形成膠質物,洗水后造成局部膨脹進而產生裂縫。
2.4.3預防措施
預防這一類裂縫應從材料的選取入手,在原材料的原則過程中選用含泥量較少的砂石同時控制好砂石級配,并控制好堿含量,避免骨料之間化學反應。
1.2低壓注漿法修補裂縫
低壓注漿法適用于裂縫寬度為0.2mm~0.3mm的混凝土裂縫修補。修補工序如下:裂縫清理-試漏-配制注漿液-壓力注漿-二次注漿-清理表面。
當裂縫數量較多時,先要在裂縫位置上貼醫用白膠布,再用窄毛刷沾漿沿裂縫來回涂刷封縫,使裂縫封閉,大約10分鐘后,揭去膠布條,露出小縫,粘貼注漿嘴用鍵包嚴。固化后周邊可能有裂口,必須反復用漿補上,以避免注漿漏漿。注漿操作一般在粘嘴的第二天進行,若氣溫高的話,半天就可注漿。操作時先用補縫器吸取注漿液,插入注漿嘴,用手推動補縫器活塞,使漿液通過注漿嘴壓入裂縫,當相鄰的嘴中流出漿液時,就可拔出補縫器,堵上鋁鉚釘。一般由上往下注漿,水平縫一般從一端到另一端逐個注漿。為了保證漿液充滿,在注漿后約半小時可以對每個注漿嘴再次補漿。
1.3表面覆蓋法修補裂縫
這是一種在微細裂縫(一般寬度小于0.2mm)的表面上涂膜,以達到修補混凝土微細裂縫的目的。分涂覆裂縫部分及全部涂覆兩種方法,這種方法的缺點是修補工作無法深入到裂縫內部,對延伸裂縫難以追蹤其變化。
表面覆蓋法所用材料視修補目的及建筑物所處環境不同而異,通常采用彈性涂膜防水材料,聚合物水泥膏、聚合物薄膜(粘貼)等。施工時,首先用鋼絲刷子將混凝土表面打毛,清除表面附著物,用水沖洗干凈后充分干燥,然后用樹脂充填混凝土表面的氣孔,再用修補材料涂覆表面。
結論。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建筑物的抗滲能力,影響建筑物的使用功能,而且會引起鋼筋的銹蝕,混凝土的碳化,降低材料的耐久性,影響建筑物的承載能力,因此嚴格按規程、規范要求施工,嚴把質量關,防患于未來,盡可能地降低混凝土裂縫的出現;對混凝土裂縫進行認真研究、區別對待,采用合理的方法進行處理,并在施工中采取各種有效的預防措施來預防裂縫的出現和發展,保證建筑物和構件安全、穩定地工作。
參考文獻
豐樂水庫大壩為變圓心變半徑的等厚拱混凝土雙曲拱壩,壩頂高程211.0m,壩底最低高程157.0m,最大壩高54.0m;壩頂厚2.5m,壩底厚12.5m,厚高比0.23;壩頂弧長216.15m,壩頂弦長168.2m,弧高比4.0,弦高比3.1。大壩沿拱壩軸線分為16個壩塊,各壩塊寬約12m。拱壩的結構尺寸見表1。
壩頂設有開敞式自由挑流溢洪道,溢流壩段弧長56.1m,堰頂高程204.0m,最大泄量2060m3/s。
大壩于1973年1月開始混凝土澆筑,1976年6月完成大壩混凝土施工,1978年3月大壩橫縫重復灌漿結束,至此,拱壩已形成整體結構,具備蓄水運用條件。但因庫內公路改線工程未能按期完成,為維持屯溪市至黃山的公路交通,壩內放水底孔一直敞開,水庫遲遲不能蓄水。1978年夏季,該地區出現百年不遇的長期高溫干旱氣候,水庫同時處于空庫狀態,致使壩體長期處于空庫+自重+溫升荷載組合下運行。1978年冬季在左、右岸下游壩面分別出現9條和3條裂縫,后于1986年進行了裂縫灌漿處理。
大壩裂縫分布見圖1。圖中裂縫編號1~20系1979~1986年間年出現的,其中有12條裂縫即為1978年冬季在下游壩面產生的(左岸9條、右岸3條);圖中未編號的裂縫是1986~2001年間發展的裂縫。
2壩身裂縫及其發展
2.11986年灌漿前下游壩面裂縫狀況
由于1978年夏季高溫干旱,大壩處于空庫狀態,而拱壩較薄,拱圈曲率又較大,溫度荷載引起拱壩向上游變位,在下游壩面拱座附近產生較大拉應力。1978年5月7日到8月26日,在大壩左岸下游2號壩塊195m高程至6號壩塊165m高程發現裂縫,裂縫基本上平行于岸坡方向,總長度達80m左右,縫寬達1.0mm;右岸12號壩塊175m高程至14號壩塊176.3m高程裂縫沿175m高程水平建筑縫延伸29.35m長。1979年初用環氧樹脂封堵裂縫,當年10月發現裂縫繼續張開并向兩端延伸。1979年12月,南京水利科學研究所用超聲波對大壩左岸下游拱座附近184m高程裂縫進行探測,裂縫深度大于2.3m,該處壩厚6.9m。
由于大壩裂縫未能及時修補,1979年水庫蓄水后至1986年9月,大壩裂縫已發展到20條,總長度達260.8m,在裂縫和橫縫相交處,壩面潮濕、滲水,高水位時局部裂縫有噴射水霧現象。1986年冬季用改性環氧樹脂進行灌漿,共灌了19條裂縫,共計灌入改性環氧樹脂漿液331.2L,灌后縫面不再滲漏,通過超聲波檢測,大多數裂縫的波幅都有很大程度的提高,有的已接近無縫混凝土的波幅。
2.2壩身裂縫的發展
裂縫灌漿后,大壩運行一直比較正常。從1986年至1994年的觀測資料看,左岸壩后裂縫寬度有增大的趨勢,但沒有發現新的裂縫,已灌漿的裂縫也沒有被拉開。
1996年以后,下游壩面陸續發現新的裂縫,下游壩面漏水點增多,至2001年底共發現有40多處漏水點,并拌有白色的氫氧化鈣析出,部分裂縫和橫縫交叉處漏水,且滲水縫段較長,出現新的裂縫。2001年12月14日檢查發現,6號、8號、10號、11號壩塊出現水平裂縫或斜裂縫共6條,總長度28.1m。
2.3壩身裂縫的性狀
通過1979年和1986年分別由南京水科所和蚌埠水科所用超聲波對裂縫進行檢測,裂縫最大深度分別為2.3m和2.14m,縫寬不大于1.0mm,2002年初由淮河流域水工程質量檢測中心對新、老裂縫進行檢測,裂縫寬度為0.05~0.45mm。
從幾次裂縫檢測結果看,豐樂拱壩下游面裂縫均為表面裂縫。
3裂縫原因分析
3.11978年大壩裂縫分析
3.1.1拱壩體型對大壩變形的影響
豐樂拱壩是等厚圓弧拱,拱壩中心角較大,以196m高程拱圈為例,該層拱圈厚6.1m,拱圈中心半徑86.75m,中心角126°。如按目前的扁平拱壩布置,相同壩高處中心角約80°,拱圈中心半徑120.25m。可見,在拱圈厚度相同、跨度相同時,豐樂拱壩拱圈弧長比一般扁平拱壩多22.87m,在拱圈受到相同溫升荷載的作用時,豐樂拱壩拱圈向上游膨脹比一般扁平拱壩要大的多,而豐樂拱壩有六分之五的壩高段的中心角都大于120°,拱圈膨脹使下游壩面拱座附近產生的拉應力相當大。同時,豐樂拱壩是圓弧拱且中心角較大,造成左、右岸坡梁向上游倒懸度達到1∶0.33,在拱壩自重荷載作用下,左、右岸坡下游將產生0.7~0.8MPa的拉應力,并使拱壩產生向上游的變位。
3.1.2下游壩面溫度變化對拱壩應力的影響
豐樂河水在壩址附近由北向南流,拱壩中心線走向為NE18°25′,下游壩面朝南,在夏季高溫期間,陽光直射下游壩面。在空庫期間,上游壩面一直處在陽光照射不到的壩陰下,由于山區晝夜溫差較大,因此上游壩面溫度比下游壩面低得多;而兩岸坡梁又向上游倒懸,下游壩面接收陽光的熱量更多,上、下游壩面溫差更大。下游壩面溫度高于上游壩面,使岸坡梁向上游變形,在自重和溫升荷載作用下,用多拱梁法計算下游壩面的最大拉應力為3.56MPa,該計算結果還未考慮拱壩朝向和實際日照溫差的影響。
綜上所述,豐樂拱壩受體型及方位的制約,在空庫溫升條件下運行必然會產生裂縫。實際運行情況是,1978年8月26日在左、右岸坡發現的裂縫,即由上述原因所造成。因受上部拱圈的約束作用,岸坡梁向上游的變形受到限制,所以受拉裂縫沒有向壩的深部延伸。
3.2后期裂縫發展成因
豐樂拱壩由15條橫縫將大壩分成16個壩塊,每個壩塊的下游面寬度都小于12m。橫縫雖然經過接縫灌漿,但其承受拉應力的能力仍然低于壩身混凝土。從1986年以后壩下游面出現的36條豎向裂縫看,6號壩塊和4號壩塊中部都各有一條長12m和8m的長縫,其余34條豎縫長1~5m,縫寬0.05~0.45mm,縫深均小于2.0m,以上裂縫大多發生在河床至左岸壩塊。從裂縫分布和橫縫位置看,因較大的拱圈拉應力可以通過橫縫釋放,故兩橫縫之間的壩體混凝土不致被拉裂。
豐樂拱壩下游面朝南,拱冠附近壩體向下游倒懸,兩岸是拱座山脊,盛夏高溫期,下午2時至3時,壩下游好似大烤箱,行人不能停留,下游壩面溫度可達55~60℃。壩體內1.0m深處的混凝土溫度達34.6℃,壩面附近的混凝土溫度可能達到40℃以上,而夜晚山谷的溫度可很快降低到30℃以下,壩面下的混凝土溫度則下降較慢,內、外溫差可達20℃以上,由此產生的拉應力,可將壩面混凝土拉裂。由于拱壩中心線為NE18°25′,左岸下游壩面日照時間較長,右岸山脊較高,下午四點鐘以后,右岸壩下即照不到陽光,因此左岸下游壩面溫度應力較大,大壩實際運行也是在左岸壩下出現較多的豎向裂縫。
由上可知,下游壩面后期出現的裂縫多是由壩面的非線性溫差引起的表面裂縫。
4日照對壩面溫度的影響
《混凝土拱壩設計規范》(SD145-85)在關于邊界溫度的確定中規定:下游表面年平均溫度等于年平均氣溫加日照影響,下游表面溫度年變幅等于氣溫年變幅加日照影響(約1~2℃)。規范中對下游壩面溫度的計算,不管下游壩面是朝南還是向北,日照影響都定為1~2℃,對下游壩面朝北的拱壩可能差別不大,但對于下游壩面朝南的拱壩,其日照影響決不是1~2℃。
豐樂拱壩處的年平均氣溫為16.4℃,按規范規定計算下游表面溫度年變幅為18.4℃,按以上溫度荷載,用多拱梁法程序計算,左岸坡梁的拉應力為3.56MPa;而實測的下游壩面內1.0m處混凝土的溫度達34.6℃,靠近壩面處混凝土溫度會更高,因而豐樂拱壩實際承受的溫度荷載應比計算值要大得多,這也是豐樂拱壩前期產生裂縫的重要原因之一。
5預防壩面溫度裂縫的措施
在拱壩設計中,可能會遇到下游壩面朝南的中小型薄拱壩,有類似豐樂拱壩這樣的問題,如處理不好顯然將會在下游壩面出現較多的溫度裂縫。這些裂縫雖然不深,但對薄拱壩來說,裂縫切斷拱圈的深度占拱厚的比例較大,必然會引起拱圈應力的再分配,也可能在縫端產生應力集中,對拱壩安全造成不利,因此防止壩面出現溫度裂縫的問題不可輕視。
從豐樂拱壩實測溫度資料及分析可以看出,夏季日照對壩面溫度的影響不可忽視。較好的解決辦法是在下游壩面貼上保溫層,使每天日照高溫來不及傳到壩面混凝土就到了晚上的降溫時間。中國水利水電科學院研究的發泡聚胺脂保溫層是較好的保溫材料,聚胺脂和混凝土壩面的黏結力為0.1MPa,5~6cm厚的發泡聚胺脂可相當于4.0m厚的混凝土的保溫效果,足以阻止日曬高溫傳至下游壩面,從而使下游壩面溫度能長期保持在夏季的平均溫度。此外,保溫層對冬季氣溫驟降也有很好的防護作用。
6結語
經以上對豐樂拱壩壩面裂縫的分析可知,其1978年發生的裂縫是1978年夏季高溫+空庫+自重荷載組合引起的,而后期發生的壩面裂縫中的少部分水平縫是由于拱壩應力重分配引起的,大量的裂縫是線性溫差和表面非線性溫差引起的淺層短小細縫。豐樂拱壩特有的體型及方位布置進一步促使了上述裂縫的產生,應引起足夠的重視。
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
前言
自2001年起,蘇州市從預制多孔板體系轉化為商品混凝土現澆板體系。現澆鋼筋混凝土樓板在結構安全和使用功能方面比預制板優越得多,但是樓板裂縫不斷增加。大多數消費者對樓板裂縫缺乏必要常識,統視裂縫為有害,擔心樓板裂縫會引起建筑物倒塌,反應極為敏感,近年來成為投訴熱點,開發商和承包商為此的花費亦逐年增長。
1樓板裂縫種類
1.1溫差裂縫
由于溫度變化,混凝土熱脹冷縮而形成的裂縫,此類裂縫一般集中在東西單元的房間、屋面層和上部樓層的樓板。
1.2結構裂縫
雖然現澆樓板承載力均能滿足設計要求,但由于預制多孔板改為現澆板后,墻體剛度相對增大,樓板剛度相對減弱。因此在一些薄弱部位和截面突變處。往往容易產生一些結構性裂縫。例如:墻角應力集中處的45°斜裂縫,板端負彎矩較大處的板面裂縫等。
1.3構造裂縫
PVC管處混凝土厚度減薄,容易出現裂縫。
1.4收縮裂縫
混凝土在塑性收縮、硬化收縮、碳化收縮、失水收縮過程中易形成各種收縮裂縫。
2樓板裂縫形式
2.145°斜裂縫
該裂縫常出現在墻角,特別是房屋東西兩端房間,呈45°狀。
2.2縱橫向裂縫
該裂縫一般出現在跨中、負彎距鋼筋端部、PVC電線暗管敷埋處。
2.3長裂縫
一部分房間預埋PVC電線管的板面上出現裂縫,裂縫寬度達0.2mm~0.3mm左右。這種裂縫僅在樓板表面出現,板底無裂縫。
2.4不規則裂縫
裂縫出現部位形狀無規則,或散狀或龜裂狀。一般發生在房屋東西兩單元、閣樓頂層部位。
3從設計方面分析裂縫及控制方法
造成現澆鋼筋混凝土樓板開裂有設計原因、施工原因、材料原因,本文僅從設計方面進行探討。隨著蘇州市經濟的快速發展、建設任務增加迅猛,勘察設計隊伍亦在迅速擴大,蘇州市住宅工程相當一部分是由乙級和丙級設計單位承擔。住宅設計單位低資質,或由于設計市場管理的不到位,造成低資格設計人員掛靠設計,而掛靠單位收取一定比例管理費后,就盲目蓋章、簽字,根本不對圖紙的結構安全、合理性、完整性等認真審核。結果是一部分住宅工程勘察設計質量低下,問題較多。另一個原因是,一些住宅開發商任意壓價,片面降低勘察設計費,以收費最低為主要條件選擇勘察設計單位,同時又不講合理設計時間,限期開工,逼迫提前出圖,造成施工圖設計深度不夠,問題必然較多。
3.1建筑設計方面原因
3.1.1斜屋面、露臺、外墻節能保溫措施不夠
蘇州市一年之內氣溫變化較大,夏季最高溫度可達40℃以上,冬季溫度最低可達-4℃~-7℃,由于夏天室外墻體溫度高于室內溫度,結構外墻面在高溫下發生受熱膨脹,如果未采取保溫措施,在縱橫兩外墻面的變形對樓板產生牽拉作用下,東西單元的臥室樓板被外墻向外拉伸就容易引起裂縫。同樣,屋面如果未設保溫層,頂層樓板會因熱脹冷縮而引起開裂。
目前與溫度有關的裂縫計算公式有:
連續式約束條件下樓板、長板、剪力墻、大底板等最大約束應力計算公式:
σ*xmax=-EaT1-1chβL2H(t,τ)(1)
或按時間增量的計算公式:
σ*xmax=∑ni=1Δσi=-a1-u∑ni=11-1chβiL2ΔTiεi(t)H(t,τ)(2)
當應力超過混凝土的抗拉強度時,可求出裂縫間距:
Lmax=2EHCxarcchaTaT-εp(3)
L=1.5EHCxarcchaTaT-εp(4)
Lmin=12Lmax(5)
式中,T-包含水化熱、氣溫差及收縮當量溫差。同號疊加,異號取差,由此可見,夏天炎熱季節澆筑混凝土到秋冬冷縮都是疊加的,拉應力較大;
H(t,τ)-松弛系數。在保溫保濕養護條件下(緩慢降溫即緩慢收縮),松弛系數取0.3或0.5,當寒潮襲擊或激烈干燥時,松弛系數取0.8,應力接近彈性應力,容易開裂;
T=T1+T2+T3(T1為水化熱溫差、T2為氣溫差、T3為收縮當量差,取代數和);
εp-混凝土的極限拉伸。級配不良,養護不佳,取0.5×10-4~0.8×10-4;正常級配,一般養護,取1.0×10-4~1.5×10-4;級配良好,養護優良,取2×10-4;配筋合理(細一些,密一些),可提高極限拉伸20%~40%。構造配筋宜為0.3%~0.5%;
H-均拉層厚度(強約束區);
E-混凝土彈性模量;
Cx-水平約束系數;
ch、arcch-雙曲余弦及雙曲余弦反函數;
a-線膨脹系數,一般情況εp≤|aT|,當εp≥|aT|時取εp=|aT|,[L]∞。
裂縫開展寬度:
δf=2ψEHCxaTthβL2(6)
δfmax=2ψEHCxaTthβLmax2(7)
δf=2ψEHCxaTthβLmin2(8)
β=CxEH(9)
式中,ψ-裂縫寬度經驗系數;
Cx-約束系數。
3.1.2住宅長度超長
住宅平面超長,由于溫差和材料變形,會造成墻體和樓板橫向開裂。僅就長度而言,結構長度與應力呈非線性關系,如結構長度小于規范要求,結構內力影響很小。
3.1.3平面形狀
當住宅臥室沿長度、寬度方向尺寸變化,由于樓板剛度不一致,會產生不相同變形,引起薄弱部位開裂。
3.2結構設計方面原因
3.2.1近代國際上結構的設計原則是,整個建筑結構的功能必須滿足兩種狀態的要求:①承載力極限狀態,以保證結構不產生破壞,不失去平衡,不產生破壞時過大變形,不失去穩定。②正常使用極限狀態,以確保結構不產生超過正常使用狀態的變形、裂縫及耐久性、振動及其它影響使用的極限狀態。目前人們對第一極限狀態已給于足夠重視并嚴格執行,而對第二種極限狀態卻經常被忽視。
3.2.2從鋼筋混凝土現澆樓板各種受力體系分析,無論是按單向板設計還是按雙向板設計,是單跨還是多跨連續板設計;無論是板端支承在磚墻上還是支承在過梁或剪力墻內,受力狀態考慮都是局限于樓板平面的應力變化(按彎矩配置抵抗正、負彎矩的受力鋼筋)、板平面的受剪變形。即使是考慮板端嵌固端節點產生彎矩,也只是考慮板平面彎曲或屈曲所產生的應力。在樓板受力體系分析時,對于現澆結構構件之間在三維空間中如何分配內力、協調變形,根本沒有考慮。
3.2.3目前不少設計人員只按單向板計算方法來設計配置樓板鋼筋,支座處僅設置分離式負彎矩鋼筋。由于計算受力與實際受力情況不符,單向高強鋼筋或粗鋼筋使混凝土樓面抗拉能力不均,局部較弱處易產生裂縫。部分設計人員對構造配筋,放射筋設置不重視或不合理,薄弱環節無加強筋。
3.2.4結構設計對板內布線引起裂縫的構造考慮不夠。住宅電器、電信快速發展的今日,現澆樓板內暗敷PVC電線管越來越多,甚至有些部位三根交錯疊放,兩根管交錯疊放更為普遍。PVC管錯疊處板的抗彎高度大大降低,從而減弱了板的抗彎性能。
3.2.5對開口樓板,特別是開洞口比較大的雙向板,設計時往往只考慮樓板在豎向荷載作用下的洞口四周加強配筋。由于縱向的受力鋼筋被切斷,而忽視了板與墻體或板與梁的變形協調問題。這時如墻或梁的剛度較大,板的孔邊凹角處未必出現應力集中現象,開洞板易發生翹曲。
3.3建筑設計控制措施
3.3.1屋面與外墻采取保溫措施按照國外建筑設計常規的做法,屋面設保溫隔熱層,使屋面的傳熱系數≤1.0W/m2·K;外墻外表面或內表面相應設置保溫隔熱層,同時外墻面宜采用淺色裝飾材料,增強熱反射,減少對日照熱量吸收。根據蘇州的具體情況,屋面和外墻的保溫設計應通過熱工計算,在不同季節均應能達到《夏熱冬冷地區居住建筑節能設計標準》和《江蘇省民用建筑熱環境與節能設計標準》要求,徹底解決溫度應力對屋面和墻體的破壞。
3.3.2適當控制建筑物長度根據《混凝土結構設計規范》(GB50010-2002)和《砌體結構設計規范》(GB50003-2001),為避免結構由于溫度收縮應力引起的開裂,宜采取設置伸縮縫,伸縮縫間距為30m~50m。多層住宅建筑控制長度建議不大于50m,高層應控制在45m以內。如果超過此長度,應設置伸縮縫。超長量不大時,可采用設置后澆帶的方法,以減少混凝土樓板收縮開裂。
3.3.3住宅平面形狀控制住宅平面宜規則,避免平面形狀突變。當樓板平面形狀不規則時,宜設置梁使之形成較規則平面。當平面有凹口時,凹口周邊樓板的配筋宜適當加強。
3.4結構設計控制措施
3.4.1工程裂縫產生的主要原因是混凝土的變形。如溫度變形、收縮變形、基礎不均勻沉降變形等,此類因變形引起的裂縫幾乎占到全部裂縫的80%以上。在變形作用下,結構抗力取決于混凝土的抗拉性能,當抗拉應力超過設計強度時,應驗算裂縫間距,再根據裂縫間距驗算裂縫寬度。
3.4.2現澆板板厚宜控制在跨度的1/30,最小板厚不宜小于110mm(廚房、浴廁、陽臺板最小厚度不小于90mm)。有交叉管線時板厚不宜小于120mm。
3.4.3樓板宜采用熱軋帶肋鋼筋以增加其握裹力,不宜采用光圓鋼筋。分布鋼筋與構造鋼筋宜采用變形鋼筋來增加與現澆混凝土的握裹力,對控制樓板裂縫的效果較好。
3.4.4設計時注意構造鋼筋的布置十分重要,它對構造抗裂影響很大。對連續板不宜采用分離式配筋,應采用上、下兩層連續式配筋;洞口處配加強筋;對混凝土梁的腰部增配構造筋,其直徑為8mm~14mm,間距約200mm。
3.4.5屋面層陽角處、東西單元房間和跨度≥3.9m時,應設置雙層雙向鋼筋,陽角處鋼筋間距不宜大于100mm,跨度≥3.9m的樓板鋼筋間距不宜大于150mm。跨度<3.9m的現澆樓板上面負彎矩鋼筋應一隔一拉通。外墻轉角處應設置放射鋼筋,配筋范圍應大于板跨的1/3,且長度不小于2.0m,每一轉角處放射鋼筋數量不少于7根,鋼筋間距不宜大于100mm。
3.4.6現澆樓板的混凝土強度等級不宜大于C30,特殊情況須采用高強度等級混凝土或高強度等級水泥時,要考慮采用低水化熱的水泥和加強澆水養護,便于混凝土凝固時的水化熱釋放。
3.4.7在預埋PVC電線管時,必須有一定的措施,PVC管要有支架固定,嚴禁兩根管線交叉疊放,確須交叉時應采用專門設計的塑料接線盒,以防止塑料管在管線交叉對混凝土厚度削弱過多。在預埋電線管上部應配置鋼筋網片,(4@100mm寬度600mm)。若用鐵管作為預埋管時,宜采用內壁涂塑黑鐵管,一方面既能保證黑鐵管(不鍍鋅鋼管)與混凝土的粘結力,同時也有利于穿線和不影響混凝土的計算高度。
3.4.8后澆帶處理
(1)后澆帶應設置在對結構受力影響較小部位,一般應從梁、板的1/3跨部位通過或從縱橫相交部位或門洞口的連梁處通過。后澆帶間距不宜超過30m。
(2)后澆帶寬度為700mm~1000mm,板和墻鋼筋搭接長度應不低于45d,且同一截面受力筋搭接不超過50%。梁、板主筋不宜斷開,使其保持一定聯系性。
(3)后澆帶澆筑時間不宜過早,以能將混凝土總降溫及收縮變形完成一半以上時間為佳。從目前混凝土的收縮量來看,估計3~6月方能取得明顯效果,最短不少于45天。在蘇州這樣軟土地區,后澆帶澆筑時間應在主體封頂以后,方可有效地釋放沉降的應力。
(4)后澆帶中垃圾應清理干凈,接縫應密實,新老混凝土界面用1:1水泥砂漿接漿。后澆帶混凝土強度等級比原混凝土強度等級提高一級,且采用微膨脹混凝土,以防止新老混凝土界面產生裂縫。
水泥砼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,從裂縫外觀可分成微觀裂縫和宏觀裂縫兩大類。
微觀裂縫是指肉眼看不到的、水泥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,但是要比肉眼可見的即宏觀裂縫多得多。這種水泥砼本身固有的微觀裂縫,在荷載不超過設計規定的條件下,一般視為無害。用實體顯微鏡觀察、X射線或超聲波探測儀等物理檢驗手段都可鑒定出這種裂縫。另外一種最直接的方法就是用滲水觀察,一定壓力的水可以從水泥砼內部的裂縫中滲透出來。
宏觀裂縫寬度在0.05mm以上,并且認為寬度(最終寬度,即裂縫不再擴展的寬度)小于0.2~0.3mm的裂縫是無害的;繼續發展可能會影響到結構性能、使用功能和耐久性的裂縫稱為有害裂縫。本文中的裂縫指有害裂縫。
3.有害裂縫的區分有害裂縫按照成因可分為以下幾種:
3.1收縮裂縫。在施工階段因水泥水化熱及外部氣溫的作用引起水泥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水泥砼中,梁、板、柱等小塊體構件,特別是預應力構件極少產生收縮裂縫。水泥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。
3.2超載裂縫。水泥砼構件超荷載使用時,造成變形、失穩或因疲勞等原因產生裂縫。一般均發生在構件受彎矩最大的部位,成條狀,但分布不象收縮裂縫那樣均勻,擴展方向也相反,一般沿受力鋼筋垂直方向或斜向發展。產生超載裂縫的原因,往往是施工階段在構件上不適當地施加施工荷載或者是上部建筑過早施工。另外,溫度應力影響也是原因之一。
3.3沉降裂縫。因地基差異沉降或構件接合不良、剪應力超過設計強度而產生的一種水泥砼裂縫,多見于填土地基、樁基沉降不均勻的各種基礎與墻體。這種裂縫一般與地面垂直,或成30°~40°角方向發展,寬度因荷載大小而異,與沉降值成比例。沉降裂縫危害極大,并且極難處理。因此必須在設計上采取有效措施,施工、使用中也要加強觀測、監視。
3.4龜裂裂縫施工階段因配料、攪拌、澆筑、養護等各環節的操作不當均能產生,其中以養護環節為關鍵。裂縫成龜殼狀或散射狀,無規律,長度、寬度也不一致。
3.5疏松裂縫。水泥砼澆筑時因下料不均,致使水泥砼材料離析,或因漏振、過振而產生的疏松狀態裂縫。如果它延續到水泥砼表面,則容易發現,如果只產生在水泥砼內部,則不能直接表現出來。這種疏松帶長度不等,視下料或振搗情況而異。
4.砼有害裂縫的成因
4.1與設計方面有關的裂縫。(1)超過設計荷載范圍和未考慮到的。(2)設計的構件截面不足、鋼筋用量不足、配置位置不當。(3)建筑結構沉降差異、地震、風力考慮不周。(4)溫度應力和砼收縮應力,估計不足。
4.2與環境條件有關的裂縫。(1)環境溫度和濕度的變化。(2)各結構、構件區域溫度差異過大、凍融、凍脹不一致。(3)內部鋼筋銹蝕、火災時表面遭受高溫。(4)酸堿、鹽類化學侵蝕,沖擊、振動等影響。
4.3與各種材料性質和配合比有關的裂縫。(1)水泥的非正常凝結(受潮水泥和水泥溫度過高)。(2)水泥的非正常膨脹、氧化鎂、氧化鈣過高,含堿量過高。(3)水泥的水化熱不正常。(4)骨料含泥量過大,級配不良。(5)使用堿活性骨料和風化巖石及砼自身收縮。(6)混凝土配比不當(水泥用量過大、水灰比過大、用水量大、水膠比大、砂率過大)。(7)選用水泥品種不當,外加劑不當和匹配不當,外加劑摻量過大。
4.4與施工有關的裂縫。(1)拌和不均勻,攪拌時間不足或過長,拌和后澆筑時間過長,泵送時增加了用水量和水泥用量。(2)澆筑順序有誤、澆筑不均勻、振動趕漿、鋼筋過密。(3)搗實不良、坍落度過大、粗骨料下沉、泌水、砼表面強度過低就進行下一道工序施工、連續澆筑時間過長、接茬處理不當。(4)鋼筋搭接錨固不良、鋼筋預埋件擾動和鋼筋保護層不夠。(5)模板變形、漏漿、滲水、剛度不夠、下沉、過早拆除和拆除不當。(6)砼硬化前、遭受擾動或承受荷載。(7)養護條件不到位和養護不及時或時間過短。(8)養護之前遭受急劇干燥(日曬、大風、凍害)。(9)砼表面抹壓不及時和抹壓時間不當。(10)大體積砼內部溫度與表面溫度、環境溫度差異過大。
5.本工程對有害裂縫的控制方法按照本工程的特點,我們通過重點控制以下幾項措施,最大限度的減少胸墻砼有害裂縫。
5.1設計。(1)配筋設計時,改變傳統的深梁式理論,采用全新的實體元理論;從而改變了以往工程中只在軌道梁下方配筋的方式,在胸墻整個斷面大范圍配筋,從而整個增強了胸墻的整體性。(2)每個沉箱上方設置兩段胸墻,設計長度由24.03m/段改為12.015m/段,從而減少了每段胸墻的體積。
6.2環境。(1)砼澆注前,聽取天氣預報,雨雪天、大風天不施工。(2)砼澆注前,使用淡水沖刷底面。(3)砼澆注前,使用鋼絲刷對下層鋼筋除銹,防止內部鋼筋銹蝕。
6.3原材料和配合比。(1)砂石料進場前必須經過砼供應商和施工方兩級檢驗,各項指標合格后方可進場使用。(2)比較選擇水化熱較低且性能較穩定的普通硅酸鹽水泥水泥。本工程通過比對實驗,確定采用三菱水泥。(3)適當延長混凝土的凝結時間,使內部的熱量在混凝土凝結之前較多的散出;降低了混凝土凝結后內部水化熱峰值,減小混凝土的內外溫差。(4)配合比依據《水運工程混凝土施工規范》(JTJ268-96)和《水運工程混凝土質量控制標準》(JTJ269-96)進行設計,配合比設計采用三級配,設計坍落度80~100mm。
5.4施工
5.4.1砼澆注。澆筑時控制落灰高度不大于2米、均勻下灰人工平倉,避免粗骨料堆積。采用插入式振搗棒分層振搗,操作時快插慢拔,振點呈梅花形均勻排列,每一振點振至表面不再翻漿為止,振搗順序為從模板處開始,先外后內,移動間距不大于25cm,分層振搗時應插到下層砼中不低于5cm,不得漏振、過振。并且在砼澆筑過程中,安排專人經常檢查模板支立的穩固性。嚴格控制坍落度,每次澆注時現場實測坍落度,控制在80mm~100mm,若發現坍落度過大現象,則在規范允許范圍內適量減水。頂層胸墻澆注前,先用淡水潤濕底層砼表面,以利于上下層砼更好的結合。砼澆注完成后,將上部因振倒產生的浮漿刮除、清理干凈。
5.4.2分層澆注。為保證前沿線順直,標高滿足設計要求,胸墻分兩層澆注。頂層胸墻澆注前,底層胸墻頂面必須進行鑿毛處理,鑿毛時間選擇在砼強度達到設計強度30%以后進行,全部采用人工進行,以露出1/3石子為宜。圖2加強沉降位移觀測,在底層胸墻相對穩定時及時澆注頂層胸墻,以減少兩層胸墻澆注的間隔時間。
5.4.3面層砼摻加聚丙烯網狀纖維。胸墻頂面300mm厚范圍內設置分散狀聚丙烯纖維,纖維直徑為18μ,纖維長度為12mm,纖維數量為3億根/Kg,抗拉強度為300MPa,用量為0.6Kg/m3。聚丙烯網狀纖維是以聚丙烯為原材料,通過特殊工藝制造而成的。其外觀為多根纖維單絲相互交連而成網狀結構。當聚丙烯網狀纖維投入到混凝土后,在混凝土攪拌過程中,纖維單絲間的橫向連結經混凝土自身的揉搓和摩擦作用而破壞,形成纖維單絲或網狀結構充分張開,從而使砼更好的連結。圖3同鋼纖維相比,聚丙烯網狀纖維在充分分散后獲得的聚丙烯纖維單絲具有細度大、數量多的顯著優勢,加之聚丙烯纖維自身所具備的不吸水、抗酸堿能力強和彈性模量與混凝土相當等特性,能明顯抑制或減少因混凝土塑性收縮、干縮、溫度變化等因素引起的裂縫。
5.4.4預埋鐵件周圍綁扎細鋼筋。按照以往經驗,預埋鐵件四角易出現45°應力裂縫。本工程中,所有預埋鐵件四周均綁扎埋設8鋼筋扎成的鋼筋網片,網片分上下兩層埋置。
5.4.5養護。胸墻砼澆注完畢后,清理掉頂面的浮漿,終凝后及時進行養護;頂面及前后墻均覆蓋土工布并保持濕潤。按照規范要求,養護時間不少于14天,并有完整的養護記錄。
6.防治效果通過對裂縫產生原因進行深入的分析,有針對性的采取了治理措施,目前為止,本工程胸墻頂面及墻面未發現有害裂縫。
7.體會
7.1正確區分無害裂縫和有害裂縫,對指導工程施工具有重要意義。
7.2嚴格按照規范要求控制各工序,對于防治質量通病有重要作用。
混凝土裂縫產生的主要原因是溫度和濕度的,混凝土在施工階段常受外界氣溫變化的影響。混凝內部溫度為水泥水化熱的絕熱溫度和澆筑溫度二者的疊加值,其中澆筑溫度與外界溫有直接關系。一般而言,外界氣溫愈高,混凝土在硬化期間水泥放出大量水化熱,混凝土的澆筑溫度也愈高,當氣溫下降,會大大增加外層混凝土混凝土內部的溫度梯度,造成溫差和溫度應力,使大體積混凝土出現裂縫。
為了防止裂縫,減輕溫度應力可以從控制溫度和改善約束條件兩個方面著手。
控制溫度的措施如下:
(1)采用改善骨料級配,用干硬性混凝土,摻混合料,加引氣劑或塑化劑等措施以減少混凝土中的水泥用量;
(2)拌合混凝土時加水或用水將碎石冷卻以降低混凝土的澆筑溫度;
(3)熱天澆筑混凝土時減少澆筑厚度,利用澆筑層面散熱;
(4)在混凝土中埋設水管,通入冷水降溫;
(5)規定合理的拆模時間,氣溫驟降時進行表面保溫,以免混凝土表面發生急劇的溫度梯度;
(6)施工中長期暴露的混凝土澆筑塊表面或薄壁結構,在寒冷季節采取保溫措施;
改善約束條件的措施是:
①合理地分縫分塊;
②避免基礎過大起伏;
③合理的安排施工工序,避免過大的高差和側面長期暴露;
此外,改善混凝土的性能,提高抗裂能力,加強養護,防止表面干縮,特別是保證混凝土的質量對防止裂縫是十分重要,應特別注意避免產生貫穿裂縫,出現后要恢復其結構的整體性是十分困難的,因此施工中應以預防貫穿性裂縫的發生為主。
在混凝土的施工中,為了提高模板的周轉率,往往要求新澆筑的混凝土盡早拆模。當混凝土溫度高于氣溫時應適當考慮拆模時間,以免引起混凝土表面的早期裂縫。新澆筑早期拆模,在表面引起很大的拉應力,出現“溫度沖擊”現象。在混凝土澆筑初期,由于水化熱的散發,表面引起相當大的拉應力,此時表面溫度亦較氣溫為高,此時拆除模板,表面溫度驟降,必然引起溫度梯度,從而在表面附加一拉應力,與水化熱應力迭加,再加上混凝土干縮,表面的拉應力達到很大的數值,就有導致裂縫的危險,但如果在拆除模板后及時在表面覆蓋一輕型保溫材料,如泡沫海棉等,對于防止混凝土表面產生過大的拉應力,具有顯著的效果。
為保證混凝土工程質量,防止開裂,提高混凝土的耐久性,正確使用外加劑也是減少開裂的措施之一。例如使用減水防裂劑,其主要作用為:
(1)混凝土中存在大量毛細孔道,水蒸發后毛細管中產生毛細管張力,使混凝土干縮變形。增大毛細孔徑可降低毛細管表面張力,但會使混凝土強度降低。這個表面張力理論早在六十年代就已被國際上所確認。
(2)水灰比是影響混凝土收縮的重要因素,使用減水防裂劑可使混凝土用水量減少25%。
(3)水泥用量也是混凝土收縮率的重要因素,摻加減水防裂劑的混凝土在保持混凝土強度的條件下可減少15%的水泥用量,其體積用增加骨料用量來補充。
(4)減水防裂劑可以改善水泥漿的稠度,減少混凝土泌水,減少沉縮變形(5)提高水泥漿與骨料的粘結力,提高的混凝土抗裂性能。
(6)混凝土在收縮時受到約束產生拉應力,當拉應力大于混凝土抗拉強度時裂縫就會產生。減水防裂劑可有效的提高的混凝土抗拉強度,大幅提高混凝土的抗裂性能。
(7)摻加外加劑可使混凝土密實性好,可有效地提高混凝土的抗碳化性,減少碳化收縮。
(8)摻減水防裂劑后混凝土緩凝時間適當,在有效防止水泥迅速水化放熱基礎上,避免因水泥長期不凝而帶來的塑性收縮增加。
(9)摻外加劑混凝土和易性好,表面易摸平,形成微膜,減少水分蒸發,減少干燥收縮。
許多外加劑都有緩凝、增加和易性、改善塑性的功能,我們在工程實踐中應多進行這方面的實驗對比和研究,比單純的靠改善外部條件,可能會更加簡捷、經濟。
實踐證明,混凝土常見的裂縫,大多數是不同深度的表面裂縫,其主要原因是溫度梯度造成寒冷地區的溫度驟降也容易形成裂縫。因此說混凝土的保溫對防止表面早期裂縫尤其重要。
溫度應力觀點出發,保溫應達到下述要求:
①防止混凝土內外溫度差及混凝土表面梯度,防止表面裂縫。
②防止混凝土超冷,應該盡量設法使混凝土的施工期最低溫度不低于混凝土使用期的穩定溫度。
③防止老混凝土過冷,以減少新老混凝土間的約束。
混凝土的早期養護,主要目的在于保持適宜的溫濕條件,以達到兩個方面的效果,一方面使混凝土免受不利溫、濕度變形的侵襲,防止有害的冷縮和干縮。一方面使水泥水化作用順利進行,以期達到設計的強度和抗裂能力。