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在大體積的混凝土受到高溫之后,遇到開裂的主要問題就是地下室容易滲水。地下室滲水的問題不太容易解決。總是給使用者帶來很大問題,會使得室內(nèi)潮濕霉腐等。在修補(bǔ)裂縫這項工作上,花費(fèi)總是很大,而且工期比較長,使用者往往難以承受長期的不便。各種裂縫都有可能會引起剛度的降低,尤其是在基礎(chǔ)部分方面,很有可能會影響建筑物的安全穩(wěn)定。混凝土對于高溫的適應(yīng)能力并不高。因此需要混凝土能夠有著更多的適應(yīng)能力,對于建筑物的穩(wěn)定有著不容忽視的作用。因為一旦形成裂縫,長期下去就會存在安全隱患。設(shè)計的分布狀態(tài)也會因此改變。能夠使局部或者整體結(jié)構(gòu)發(fā)生相應(yīng)的改變。我們必須要注意底結(jié)構(gòu)的承載能力,保證安全。在裂縫出現(xiàn)之后,往往會影響混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu),使得其他的輔助建材如鋼筋水泥等的強(qiáng)度降低,影響整體的結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)。這樣,混凝土的耐用性就會大大降低。不論是對于結(jié)構(gòu)的使用壽命還是長期的耐用程度都有著很不利的影響。所以,要在施工過程中進(jìn)行溫度的控制,采取溫度的適當(dāng)改變和計量,減少裂縫產(chǎn)生,這樣能夠保證工程質(zhì)量的安全和安穩(wěn),為長遠(yuǎn)考慮。
混凝土的溫度裂縫形成以及研究
在過去,對于大體積的混凝凝土形成的概念很多人都沒有專業(yè)的認(rèn)識。所以要想辦法防止混凝土開裂的情況,就要采取相應(yīng)的溫度控制。在國際上,工程中都經(jīng)常會發(fā)現(xiàn)有混凝土開裂的情況,嚴(yán)重情況不一,但是都會非常影響工程。如果得不到補(bǔ)救措施,會帶來很多的麻煩,并且還會影響工程的質(zhì)量。現(xiàn)在的建筑物設(shè)計越發(fā)高大精美。因此負(fù)荷也就越來越大。在各個層次上,社會的各個方面如交通、工程、建筑等都是用鋼筋混凝土。有些工程,特別是高層建筑中,經(jīng)常會使用筏板作為基礎(chǔ)。這樣的話,一點出現(xiàn)裂縫就會引起建筑物的非正常使用,導(dǎo)致滲水甚至更大的隱患,而地下水中的雜質(zhì)也會漸漸滲入影響材質(zhì)的剛度,會使得筏板的承受力一再降低。曾有某高層的建筑連續(xù)出現(xiàn)貫穿性的大裂縫。地下室滲水,重新澆筑則會費(fèi)很大的功夫,時間上會耽誤很久,并且要耗費(fèi)更多的材料。對于混凝土的重新澆灌有著格外嚴(yán)格的要求。各種建筑的規(guī)格都非常龐大,特別是高墩的橋梁尺寸更是要求更高。所以施工中的裂縫問題就要被注意。基礎(chǔ)的部位一定不能出現(xiàn)任何的裂縫。基礎(chǔ)的部位一旦出現(xiàn)很多的裂痕,就會影響到日后的安全使用,橋梁的安全存在著很大的未知數(shù),所以這就可能會引起財產(chǎn)和生命的損失。
在實際的使用中,結(jié)構(gòu)物體可能會成受到外力的各種荷載。在承載不了荷載時,就有裂縫出現(xiàn)的可能了。所以應(yīng)對荷載的能力和溫度的相關(guān)改變等原因都可能會造成混凝土的裂縫情況。體積混凝土的常見問題主要是質(zhì)量問題,內(nèi)部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫是非常復(fù)雜的。也是綜合性的。混凝土從澆筑到投入使用之間可能會有很多原因引起裂縫。也就是說,可能是水泥的過熱引起的。水泥的使用面積往往有混凝土工程的大小來決定的。面積越大則適用的量就越多。混凝土在澆筑的過程之中,水泥放出大量的熱。這就能夠造成混凝土的溫度升高,體積大則散熱的情況比較小些、聚集的內(nèi)部熱量不容易散發(fā)出來。在升高溫度的階段,混凝土的內(nèi)部溫度相對來說更高一些,所以,根據(jù)熱脹冷縮我們可以看出內(nèi)部中心的膨脹要快于表面。中心在約束膨脹,表面之間的點子則相互凝結(jié)。但是表面的拉力如果超過了極限,就會產(chǎn)生裂縫。水泥不斷散熱的過程中熱量都是不斷向外散發(fā)的。體積隨著溫度在慢慢脹大或者收縮。混凝土的表面和中心是存在著溫度差的,因此,就算升溫時是同步的,但是依然會出現(xiàn)裂縫。這種情況就是升降溫對于混凝土的影響。現(xiàn)在的降溫收縮中,如果拉力比較大,就會引起下一次膨脹時的拉力,容易造成裂縫。
大體積混凝土溫度裂縫的控制措施
前面我們討論了很多關(guān)于混凝土裂縫的問題,包括裂縫的現(xiàn)狀以及各種出現(xiàn)的原因。筆者認(rèn)為,根據(jù)原因來采取一定的控制是完全可能的。所以很多的工程之中都能夠給與混凝土一定的散熱時間。有的是幾天,有的是幾個月。混凝土由于溫度的變化,拉應(yīng)力增長速度是比較緩慢的。但是混凝土在硬化方面是比較容易的。
設(shè)計控制措施。(1)盡可能選用強(qiáng)度等級低的混凝土將后期的強(qiáng)度充分利用整合,在高層建筑不斷出現(xiàn)的當(dāng)下,混凝土的強(qiáng)度也就被要求更高。出現(xiàn)C40-C50等高強(qiáng)混凝土,設(shè)計強(qiáng)度過高,使用水泥的量是非常大的,而且建設(shè)工期十分冗長緩慢。混凝土的早齡期,荷載遠(yuǎn)未達(dá)到設(shè)計荷載值,可以利用混凝土的60d或god后期強(qiáng)度,這樣可以減少混凝土中的水泥用量,以降低混凝土澆筑塊體的溫度升高(2)進(jìn)行結(jié)構(gòu)的溫度應(yīng)力分析和設(shè)計應(yīng)該在設(shè)計的時候充分考慮各方面的協(xié)調(diào)作用,比如溫度應(yīng)力的分析情況。將溫差最大的位置確定下來,對溫度應(yīng)力和收縮力進(jìn)行驗算,這也是充分的證據(jù),能夠作為參考的理論,同時為合理進(jìn)行分塊分層澆筑混凝土提供指導(dǎo)。(3)選擇合理的結(jié)構(gòu)形式和分縫分塊裂縫很多時候也和結(jié)構(gòu)形式方面有著千絲萬縷的聯(lián)系。大體積混凝土的設(shè)計階段應(yīng)充分考慮這種情況所帶來的影響,尤其是寒冷少用薄壁結(jié)構(gòu),因為薄壁結(jié)構(gòu)很敏感,溫度變化會影響到它的正常穩(wěn)定。
施工控制措施。再配合比例上要適度,能夠?qū)⒉煌牟牧献顑?yōu)化配置,強(qiáng)度上面則根據(jù)原材料、優(yōu)化混凝土配合來決定。絕熱溫升較小、抗拉強(qiáng)度較大、極限拉伸變形能力較大、線膨脹系數(shù)較小這些都是混凝土的特征,需要合理分配。
監(jiān)測措施大體積混凝土溫度控制的測試內(nèi)容
混凝土絕熱溫升的測試。間接法和直接法是混凝土絕熱溫升的測試的關(guān)鍵兩種方法。間接法是來計算混凝土絕熱溫升,用水泥的水化熱、混凝土比熱、水泥用量、混凝土密度。直接法是用混凝土絕熱溫升實驗儀直接測定混凝土絕熱溫升。直接法測定結(jié)果準(zhǔn)確,但是實驗設(shè)備和實驗過程比較復(fù)雜,這種情況一般都是大型的工程才會用到。其中的一種方法一般就可以滿足正常的要求了。
混凝土澆筑溫度的監(jiān)測。在混凝土的澆制監(jiān)測情況下,要注意溫度不能夠過于超標(biāo),以便控制混凝土澆筑后的溫度升高峰值。同時也包括對混凝土攪拌、運(yùn)輸過程中溫度的監(jiān)測和混凝土原材料溫度的監(jiān)測。
論文摘要:在大體積混凝土中,溫度應(yīng)力及溫度控制具有重要的現(xiàn)實意義。然而,不管采取什么措施,大體積混凝土都會產(chǎn)生溫度裂縫,不僅影響美觀,而且可能會影響到結(jié)構(gòu)的整體性和耐久性。本文扼要敘述了溫控設(shè)計的基本要點及溫度裂縫產(chǎn)生的原因。概述了提高大體積混凝土抗裂能力的主要因素及一些防裂措施。
一、前言
隨著我國建筑行業(yè)施工技術(shù)的不斷提高,大體積混凝土技術(shù)已廣泛應(yīng)用于工程項目中,大體積混凝土壩的裂縫及其防治一直水水電工程界十分關(guān)注的重大技術(shù)問題,研究溫度控制及防裂措施具有十分重要的意義。
二、溫度控制要點和溫度裂縫產(chǎn)生原因
大體積混凝土如混凝土壩的溫度控制是混凝土壩設(shè)計中的重要問題,對于保證混凝土壩工程的質(zhì)量、加快施工進(jìn)度等方面,起到關(guān)鍵性作用。在混凝土溫度控制設(shè)計中,一般以基礎(chǔ)溫差的設(shè)計為重點,以單獨(dú)澆注塊的溫度應(yīng)力為理論基礎(chǔ),在限制應(yīng)力或應(yīng)變的條件下估算允許溫差。實踐表明,澆注塊的分塊尺寸越小,應(yīng)力越小,基礎(chǔ)允許溫差就越大。
混凝土標(biāo)號高,防裂能力強(qiáng),但因水泥用量增加,故水化熱溫升也較高,從而使?jié)仓K早期約束應(yīng)力較大,后期冷卻約束拉應(yīng)力也較大。澆筑層厚度對水化熱溫升有直接的影響,薄層澆筑水化熱溫升較低,冷卻后約束應(yīng)力較小。一般澆筑塊高度超過4.5m時,大壩內(nèi)部混凝土基本上處于不散熱的絕熱狀態(tài)。
對大壩混凝土的溫度控制,最關(guān)鍵的是要掌握混凝土的溫度變化規(guī)律和將溫度應(yīng)力控制在混凝土的允許范圍內(nèi)。在施工過程中,混凝土溫度場及應(yīng)力場的變化過程是相當(dāng)復(fù)雜的。在設(shè)計計算中,需要模擬實際施工過程,考慮各種復(fù)雜因素,如混凝土的彈性模量、線脹系數(shù)、徐變、抗拉強(qiáng)度、極限拉伸值、熱力學(xué)指標(biāo)、溫度、荷載、自生體積變形等。
大體積混凝土結(jié)構(gòu),澆注后水泥的水化熱很大,由于混凝土體積大,聚集在內(nèi)部的水泥水化熱不易散發(fā),混凝土的內(nèi)部溫度將顯著升高,而混凝土表面則散熱較快,這樣形成較大的溫度梯度,引起較大的表面拉應(yīng)力而超過混凝土極限抗壓強(qiáng)度,就會在混凝土表面產(chǎn)生表面裂縫。這種裂縫多發(fā)生在混凝土澆注后的升溫階段。如果此時混凝土表面不能保持潮濕的養(yǎng)護(hù)環(huán)境,則混凝土表面由于水分蒸發(fā)較快而使初期的混凝土產(chǎn)生干縮,加劇裂縫的產(chǎn)生。這是混凝土澆注后由于溫升產(chǎn)生的第一種裂縫。
由于溫升影響產(chǎn)生的第二種裂縫是收縮裂縫。這種裂縫產(chǎn)生在混凝土的溫降階段,即當(dāng)混凝土降溫時,由于逐漸散熱而產(chǎn)生收縮,再加上混凝土硬化過程中,由于混凝土內(nèi)部拌和水的水化和蒸發(fā),以及膠質(zhì)體的膠凝等作用,促使混凝土硬化時收縮。這兩種收縮,在收縮時由于受到基底或結(jié)構(gòu)本身的約束,會產(chǎn)生很大的收縮應(yīng)力,如果產(chǎn)生的收縮應(yīng)力超過當(dāng)時的混凝土極限拉升強(qiáng)度,就會在混凝土中產(chǎn)生收縮裂縫,這種裂縫有時會貫穿全斷面,成為結(jié)構(gòu)性裂縫,帶來嚴(yán)重的危害。
三、防止混凝土裂縫的傳統(tǒng)技術(shù)措施
為了防止產(chǎn)生危害性的裂縫,必須采取一系列技術(shù)措施包括合理選擇混凝土原材料,嚴(yán)格控制施工質(zhì)量,嚴(yán)格控制混凝土溫度,選擇合理的分縫分塊和結(jié)構(gòu)形式等。
(一)水泥水化熱溫度
1、選用低熱或中熱水泥(如礦渣水泥、火山灰質(zhì)水泥或粉煤灰水泥)配制混凝土。
2、使用粗骨料:滲加粉煤灰等滲和料、或滲加減水劑,改善和易性,降低水灰比,控制塌落度,減少水泥用量,降低水化熱量。
3、利用混凝土后期(90天、180天)強(qiáng)度,降低水泥用量。
4、在基礎(chǔ)內(nèi)部預(yù)埋冷卻水管,通入循環(huán)冷卻水,降低混凝土水化熱溫度。
5、在厚大無筋或稀筋的厚大混凝土中,摻加20%以下的塊石吸熱,并節(jié)省混凝土。
(二)降低混凝土澆灌入模溫度
1、避開熱天選擇較低溫季節(jié)澆筑混凝土:對現(xiàn)澆量不大的塊體,安排在下午3時以后或夜間澆筑。
2、夏季采用低溫水或冰水拌制混凝土,對骨料噴冷水霧或冷氣進(jìn)行預(yù)冷,或?qū)橇线M(jìn)行護(hù)蓋或設(shè)置遮陽裝置,運(yùn)輸工具加蓋防止日曬,降低混凝土拌和物溫度。
3、摻加緩凝型減水劑。采取薄層澆灌,每層厚20~30cm,減緩澆筑強(qiáng)度,利用澆筑面散熱。
4、在基礎(chǔ)內(nèi)設(shè)通風(fēng)和加強(qiáng)通風(fēng)加速熱量散發(fā)。
三峽工程針對高標(biāo)準(zhǔn)的混凝土溫控標(biāo)準(zhǔn),各個環(huán)節(jié)均采取了有力、有效的溫控措施。如對混凝土用量最大的原材料——粗骨料采取兩次預(yù)冷,即在進(jìn)拌和樓前,在料倉內(nèi)吹冷風(fēng)進(jìn)行一次風(fēng)冷;進(jìn)拌和樓后,又在貯罐內(nèi)進(jìn)行二次風(fēng)冷,使各級骨料平均溫度達(dá)到零下1~6℃。拌和時,加冷制水摻片冰拌和,用以控制混凝土的澆筑溫度。在壩體內(nèi)散布安裝冷卻水管,混凝土澆筑后即開始通冷卻水,用以控制壩體最高溫度,并使壩體提前達(dá)到穩(wěn)定溫度。
(三)提高混凝土極限拉伸強(qiáng)度
1、選擇良好級配的粗骨料,嚴(yán)格控制其含泥量,加強(qiáng)混凝土振搗,提高混凝土的密實度和抗拉強(qiáng)度,減少收縮,保證施工質(zhì)量。
2、采取二次投料法,二次振搗法,澆筑后及時排除表面泌水,以提高混凝土強(qiáng)度。
3、在基礎(chǔ)內(nèi)設(shè)置必要的溫度配筋,在基礎(chǔ)突然變化、轉(zhuǎn)折部位,底板與墻轉(zhuǎn)折處、孔洞轉(zhuǎn)角及周邊部位,增加斜向構(gòu)造配筋,以改善應(yīng)力集中。
4、在基礎(chǔ)與墻、地坑等接縫部位,適當(dāng)增大配筋率,設(shè)暗梁,以減輕邊緣效應(yīng),提高抗拉伸強(qiáng)度,控制混凝土裂縫開展。
5、加強(qiáng)混凝土的早期養(yǎng)護(hù),提高早期相應(yīng)齡期的抗拉強(qiáng)度和彈性模量。
四、防裂新技術(shù)
近30年來,隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步與工程實踐經(jīng)驗的積累,通過多種途徑,采取綜合性措施來解決大壩混凝土的抗裂問題。其中氧化鎂新材料和MgO水泥混凝土筑壩新技術(shù)的出現(xiàn),打破了人們的傳統(tǒng)認(rèn)識,提出了筑壩新理論和筑壩新技術(shù)。據(jù)此,既可實現(xiàn)快速施工又大大拓寬和完善了水工混凝土筑壩防裂技術(shù)。實踐證明,MgO混凝土筑壩技術(shù)是大體積混凝土施工的革命,是國內(nèi)外筑壩技術(shù)的重大創(chuàng)新和突破。
采用MgO混凝土筑壩防裂原理是:在后天內(nèi)中摻入適量的特制的輕燒MgO,利用MgO水化所釋放的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能,使混凝土產(chǎn)生自生體積膨脹,抵消其在溫降過程中的體積收縮;也就是利用其獨(dú)特的具有延遲性的、不可逆變形及長期穩(wěn)定的微膨脹性能來補(bǔ)償大壩混凝土在溫降時的體積收縮和溫度變形。更確切地說,就是利用MgO混凝土的限制膨脹來補(bǔ)償混凝土的限制收縮,達(dá)到防裂目的。若輔以其它適當(dāng)?shù)木C合性措施,可以取代傳統(tǒng)的溫控措施,如混凝土拱壩需分橫縫,柱狀、薄層、長間歇澆筑,預(yù)埋冷卻水管冷卻,封縫灌漿等施工工藝,實施通倉連續(xù)施工,大大加快了筑壩速度,從而實現(xiàn)了工程界長期希望達(dá)到的快速施工的目標(biāo)。其防裂理論的基本特征是:把傳統(tǒng)的通過預(yù)冷來降低和控制混凝土筑壩溫度的辦法,改為調(diào)節(jié)后天控制大壩混凝土的體積變形,達(dá)到大壩防裂的目的。
這項筑壩防裂新技術(shù)從1990年初開始,已先后在我國大中型水利水電工程中得到成功應(yīng)用,其中包括常規(guī)混凝土和碾壓混凝土重力壩(拱壩),碾壓混凝土壩周邊及上游防滲體、基礎(chǔ)墊層墊座、基礎(chǔ)深槽、填塘封洞、導(dǎo)流洞封堵、閘壩工程、廠壩連接及導(dǎo)流底孔、壓力鋼管外圍回填等不同工程部位都應(yīng)用了外摻MgO混凝土筑壩防裂新技術(shù),并且都取得了成功和達(dá)到了預(yù)期效果。
2.無害裂縫與有害裂縫的區(qū)分
水泥砼裂縫是混凝土的一種常見病和多發(fā)病。病情絕大多數(shù)發(fā)生于施工階段,其原因復(fù)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(nèi)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(shè)計規(guī)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(nèi)部的裂縫中滲透出來。
宏觀裂縫寬度在0.05mm以上,并且認(rèn)為寬度(最終寬度,即裂縫不再擴(kuò)展的寬度)小于0.2~0.3mm的裂縫是無害的;繼續(xù)發(fā)展可能會影響到結(jié)構(gòu)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(qū)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(chǎn)生的裂縫。多為規(guī)則的條狀,很少交叉。常發(fā)生在結(jié)構(gòu)變截面處,往往與受力鋼筋平行。收縮裂縫多發(fā)生在大體積水泥砼中,梁、板、柱等小塊體構(gòu)件,特別是預(yù)應(yīng)力構(gòu)件極少產(chǎn)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(gòu)筑物,影響更大。如不加以防止,可能會造成嚴(yán)重后果。
3.2超載裂縫。水泥砼構(gòu)件超荷載使用時,造成變形、失穩(wěn)或因疲勞等原因產(chǎn)生裂縫。一般均發(fā)生在構(gòu)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(kuò)展方向也相反,一般沿受力鋼筋垂直方向或斜向發(fā)展。產(chǎn)生超載裂縫的原因,往往是施工階段在構(gòu)件上不適當(dāng)?shù)厥┘邮┕ず奢d或者是上部建筑過早施工。另外,溫度應(yīng)力影響也是原因之一。
3.3沉降裂縫。因地基差異沉降或構(gòu)件接合不良、剪應(yīng)力超過設(shè)計強(qiáng)度而產(chǎn)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(chǔ)與墻體。這種裂縫一般與地面垂直,或成30°~40°角方向發(fā)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(shè)計上采取有效措施,施工、使用中也要加強(qiáng)觀測、監(jiān)視。
3.4龜裂裂縫施工階段因配料、攪拌、澆筑、養(yǎng)護(hù)等各環(huán)節(jié)的操作不當(dāng)均能產(chǎn)生,其中以養(yǎng)護(hù)環(huán)節(jié)為關(guān)鍵。裂縫成龜殼狀或散射狀,無規(guī)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(chǎn)生的疏松狀態(tài)裂縫。如果它延續(xù)到水泥砼表面,則容易發(fā)現(xiàn),如果只產(chǎn)生在水泥砼內(nèi)部,則不能直接表現(xiàn)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(shè)計方面有關(guān)的裂縫。(1)超過設(shè)計荷載范圍和未考慮到的。(2)設(shè)計的構(gòu)件截面不足、鋼筋用量不足、配置位置不當(dāng)。(3)建筑結(jié)構(gòu)沉降差異、地震、風(fēng)力考慮不周。(4)溫度應(yīng)力和砼收縮應(yīng)力,估計不足。
4.2與環(huán)境條件有關(guān)的裂縫。(1)環(huán)境溫度和濕度的變化。(2)各結(jié)構(gòu)、構(gòu)件區(qū)域溫度差異過大、凍融、凍脹不一致。(3)內(nèi)部鋼筋銹蝕、火災(zāi)時表面遭受高溫。(4)酸堿、鹽類化學(xué)侵蝕,沖擊、振動等影響。
4.3與各種材料性質(zhì)和配合比有關(guān)的裂縫。(1)水泥的非正常凝結(jié)(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(fēng)化巖石及砼自身收縮。(6)混凝土配比不當(dāng)(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(dāng),外加劑不當(dāng)和匹配不當(dāng),外加劑摻量過大。
4.4與施工有關(guān)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(qiáng)度過低就進(jìn)行下一道工序施工、連續(xù)澆筑時間過長、接茬處理不當(dāng)。(4)鋼筋搭接錨固不良、鋼筋預(yù)埋件擾動和鋼筋保護(hù)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(dāng)。(6)砼硬化前、遭受擾動或承受荷載。(7)養(yǎng)護(hù)條件不到位和養(yǎng)護(hù)不及時或時間過短。(8)養(yǎng)護(hù)之前遭受急劇干燥(日曬、大風(fēng)、凍害)。(9)砼表面抹壓不及時和抹壓時間不當(dāng)。(10)大體積砼內(nèi)部溫度與表面溫度、環(huán)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(shè)計。(1)配筋設(shè)計時,改變傳統(tǒng)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(qiáng)了胸墻的整體性。(2)每個沉箱上方設(shè)置兩段胸墻,設(shè)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(huán)境。(1)砼澆注前,聽取天氣預(yù)報,雨雪天、大風(fēng)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(nèi)部鋼筋銹蝕。
6.3原材料和配合比。(1)砂石料進(jìn)場前必須經(jīng)過砼供應(yīng)商和施工方兩級檢驗,各項指標(biāo)合格后方可進(jìn)場使用。(2)比較選擇水化熱較低且性能較穩(wěn)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(dāng)延長混凝土的凝結(jié)時間,使內(nèi)部的熱量在混凝土凝結(jié)之前較多的散出;降低了混凝土凝結(jié)后內(nèi)部水化熱峰值,減小混凝土的內(nèi)外溫差。(4)配合比依據(jù)《水運(yùn)工程混凝土施工規(guī)范》(JTJ268-96)和《水運(yùn)工程混凝土質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)》(JTJ269-96)進(jìn)行設(shè)計,配合比設(shè)計采用三級配,設(shè)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(nèi),移動間距不大于25cm,分層振搗時應(yīng)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(jīng)常檢查模板支立的穩(wěn)固性。嚴(yán)格控制坍落度,每次澆注時現(xiàn)場實測坍落度,控制在80mm~100mm,若發(fā)現(xiàn)坍落度過大現(xiàn)象,則在規(guī)范允許范圍內(nèi)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(jié)合。砼澆注完成后,將上部因振倒產(chǎn)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(biāo)高滿足設(shè)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(jìn)行鑿毛處理,鑿毛時間選擇在砼強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度30%以后進(jìn)行,全部采用人工進(jìn)行,以露出1/3石子為宜。圖2加強(qiáng)沉降位移觀測,在底層胸墻相對穩(wěn)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(wǎng)狀纖維。胸墻頂面300mm厚范圍內(nèi)設(shè)置分散狀聚丙烯纖維,纖維直徑為18μ,纖維長度為12mm,纖維數(shù)量為3億根/Kg,抗拉強(qiáng)度為300MPa,用量為0.6Kg/m3。聚丙烯網(wǎng)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(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。當(dāng)聚丙烯網(wǎng)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(jié)經(jīng)混凝土自身的揉搓和摩擦作用而破壞,形成纖維單絲或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)充分張開,從而使砼更好的連結(jié)。圖3同鋼纖維相比,聚丙烯網(wǎng)狀纖維在充分分散后獲得的聚丙烯纖維單絲具有細(xì)度大、數(shù)量多的顯著優(yōu)勢,加之聚丙烯纖維自身所具備的不吸水、抗酸堿能力強(qiáng)和彈性模量與混凝土相當(dāng)?shù)忍匦裕苊黠@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(yù)埋鐵件周圍綁扎細(xì)鋼筋。按照以往經(jīng)驗,預(yù)埋鐵件四角易出現(xiàn)45°應(yīng)力裂縫。本工程中,所有預(yù)埋鐵件四周均綁扎埋設(shè)8鋼筋扎成的鋼筋網(wǎng)片,網(wǎng)片分上下兩層埋置。
5.4.5養(yǎng)護(hù)。胸墻砼澆注完畢后,清理掉頂面的浮漿,終凝后及時進(jìn)行養(yǎng)護(hù);頂面及前后墻均覆蓋土工布并保持濕潤。按照規(guī)范要求,養(yǎng)護(hù)時間不少于14天,并有完整的養(yǎng)護(hù)記錄。
6.防治效果通過對裂縫產(chǎn)生原因進(jìn)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(fā)現(xiàn)有害裂縫。
7.體會
7.1正確區(qū)分無害裂縫和有害裂縫,對指導(dǎo)工程施工具有重要意義。
7.2嚴(yán)格按照規(guī)范要求控制各工序,對于防治質(zhì)量通病有重要作用。
8.3科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展(如本工程摻加的聚丙烯纖維),能夠?qū)|(zhì)量通病的防治帶來積極影響。
關(guān)鍵詞:構(gòu)筑物裂縫分析處理
1概述
在當(dāng)今的整個社會的建設(shè)中,不論什么樣的建筑,都是采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),因為該建筑材料價廉物美,施工方便,承載力大,可裝飾強(qiáng)的特點,日益受到人們的歡迎。在我國不論是城市或在農(nóng)村,鋼筋混凝土的應(yīng)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(jié)構(gòu)物出現(xiàn)了裂縫或其他不良反映,給人們的心中造成擔(dān)憂和后怕的感覺。一些搞混凝土技術(shù)的研究人員對混凝土構(gòu)筑物的裂縫形成,進(jìn)行了大量的研究和技術(shù)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(gòu)筑物的裂縫降低到最低范圍之內(nèi)。目前對混凝土結(jié)構(gòu)物裂縫問題,是在混凝土工程建設(shè)中帶有一定普遍性的技術(shù)問題。而混凝土結(jié)構(gòu)的破壞和建筑物的倒塌,也都是從結(jié)構(gòu)裂縫的擴(kuò)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(xiàn)裂縫,將會產(chǎn)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(xiàn)裂縫后,一是影響美觀,二是影響使用壽命,有嚴(yán)重裂縫的建筑物將會威脅到人們的生命和財產(chǎn)的安全。故在某些施工驗收規(guī)范和工程都是不允許混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)有明顯的裂縫。
但是,從近代科學(xué)關(guān)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(jié)構(gòu)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(nèi)。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(xiàn)裂縫的可能性。而對出現(xiàn)裂縫后,就要分析哪些裂縫是有害裂縫,哪些是無害裂縫,經(jīng)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(guān)鍵所在。
2國內(nèi)外對混凝土裂縫控制的要求
從目前的情況看,設(shè)計上對混凝土裂縫有一定范圍。從我國的“混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范《GBJ10——89)”表3·3·4規(guī)定看,其裂縫寬度在不同的環(huán)境下,不同的混凝土結(jié)構(gòu)物其裂縫的寬度也有所不同的控制標(biāo)準(zhǔn),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(gòu)筑物的裂縫寬度也有不同的規(guī)定,如1970年歐洲混凝土專業(yè)委員會的規(guī)范所收集各個國家的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計裂縫規(guī)定如下:
美國AGl規(guī)范規(guī)定裂縫為0.108mm;法國規(guī)范規(guī)定裂縫為0.27mm;加拿大規(guī)范規(guī)定裂縫為0.064mm;前蘇聯(lián)規(guī)范規(guī)定裂縫為0.12mm;波蘭規(guī)范規(guī)定裂縫為0.182mm。
從不同的國家來看,各國的規(guī)范對混凝土構(gòu)筑物的裂縫都有不同的控制范圍和要求,要保證混凝土構(gòu)筑物不出現(xiàn)裂縫可以說是不可能的。在我國,對在不同環(huán)境下混凝土構(gòu)筑物,在不同的介質(zhì)情況下,所規(guī)定的混凝土裂縫寬度也不同。所以說,對混凝土構(gòu)筑物的裂縫我國規(guī)范規(guī)定在設(shè)計上有一定的允許寬度。國際上也都根據(jù)本國的特點,對混凝土的裂縫都有明確的規(guī)定,說明混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫在一定范圍內(nèi)是允許的,要想控制混凝土構(gòu)筑物不裂縫是很難的,關(guān)鍵是裂縫的寬度應(yīng)該控制在什么范圍內(nèi)。
3混凝土構(gòu)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(chǎn)生的毛細(xì)孔隙或蜂窩狀,在外部水壓力的作用下,導(dǎo)致滲、漏現(xiàn)象。
同時,由于設(shè)計的原因,如結(jié)構(gòu)的造型尺寸、受力情況、構(gòu)造等因素考慮不周,也會造成混凝土結(jié)構(gòu)的滲、漏現(xiàn)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(jié)前的沉降裂縫及干縮裂縫;
(2)混凝土溫度應(yīng)力裂縫;
(3)混凝土自應(yīng)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(jié)構(gòu)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(fā)生,往往是采用大流動性混凝土拌合物時而發(fā)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(jīng)過振動器械進(jìn)行了振動,內(nèi)部的孔隙也基本排除,但在混凝土內(nèi)部的粗骨料本身在自身質(zhì)量的作用下緩慢下沉,若是素混凝土,內(nèi)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(chǎn)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(dá)到初凝前,其內(nèi)部的粗骨料繼續(xù)處于下沉狀態(tài),而混凝土沿著鋼筋的下方繼續(xù)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(hù),在鋼筋上表面沿著鋼筋的走向產(chǎn)生裂縫,這種裂縫的深度一般只達(dá)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(xiàn)在混凝土較薄的結(jié)構(gòu);如現(xiàn)澆樓板混凝土、道路混凝土、地坪等混凝土,在結(jié)構(gòu)斷面≤300mm、混凝土坍落度>100mm時,最容易發(fā)生此種裂縫。這種裂縫產(chǎn)生的原因是混凝土拌合物在澆搗完畢后,混凝土拌合物內(nèi)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(fā),尤其是在干熱、風(fēng)較大的季節(jié)以及在空中的薄壁結(jié)構(gòu)板混凝土拌合物則更容易出現(xiàn)失水干縮而發(fā)生裂縫。這種裂縫出現(xiàn)的時間較早,一般混凝土在初凝前就已經(jīng)發(fā)生,若不加以處理和養(yǎng)護(hù),局部裂縫將會貫穿整個混凝土結(jié)構(gòu),部分裂縫也將達(dá)到結(jié)構(gòu)1/3~1/2的深度。象這樣的裂縫若在混凝土還沒達(dá)到初凝之前,對其表面用木抹子進(jìn)行再次拍壓抹平,并立即在表面覆蓋養(yǎng)護(hù),即可消除該種裂縫的再發(fā)生。這種裂縫在實際的施工過程中會經(jīng)常遇到,但只要引起注意,象混凝土早期出現(xiàn)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(xiàn)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(yù)先固定在鋼筋籠內(nèi),且鋼筋穿過整個混凝土結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)物內(nèi)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(xù)下沉,在混凝土凝結(jié)后,對拉鋼筋下面就形成一道水膜,在混凝土中的水泥產(chǎn)生水化和水份的蒸發(fā)以后,在螺拴下表面就形成了一道貫穿性的毛細(xì)孔,這種毛細(xì)孔在外部地下水的壓力作用下,將產(chǎn)生滲水現(xiàn)象。
但是,有的鋼止水板在焊接時焊得不嚴(yán),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(jié)構(gòu)物內(nèi)部。
3.4貫通性毛細(xì)孔和微細(xì)裂縫
在一般大流動性混凝土工程結(jié)構(gòu)上容易產(chǎn)生貫通性的毛細(xì)孔。因為泵送混凝土的流動性大,相應(yīng)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(fā),一部分在水泥水化時被水泥吸收,那么另外一部分?jǐn)嚢栌盟痛嬖诨炷羶?nèi)部,在一定的時間內(nèi),水慢慢揮發(fā),原來水所占的體積就形成了一條毛細(xì)孔隙,在混凝土結(jié)構(gòu)外部地下水的壓力下,這種貫通性的毛細(xì)孔就很容易產(chǎn)生滲漏。
微細(xì)裂縫主要反映在大流動性混凝土內(nèi)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(xù)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(xì)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(jié)構(gòu)物內(nèi)部。
3.5混凝土應(yīng)力裂縫
3.5.1混凝土溫度應(yīng)力裂縫
在混凝土硬化過程中,混凝土構(gòu)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(chǎn)生應(yīng)力裂縫,因為混凝土在內(nèi)、外約束應(yīng)力作用的情況下,混凝土構(gòu)件的自約束應(yīng)力是由于非線性的不均勻變形引起,它產(chǎn)生了局部裂縫,而混凝土構(gòu)件(結(jié)構(gòu))在外部的約束應(yīng)力由于結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)的相互約束,這種約束變形可能使混凝土構(gòu)件(結(jié)構(gòu))產(chǎn)生貫穿性斷裂和局部裂縫。
根據(jù)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(jīng)開始水化,其混凝土內(nèi)部的最高溫度峰值可按以下經(jīng)驗公式計算,即:
T0=T+C·α
式中T0——混凝土內(nèi)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(jīng)驗系數(shù);當(dāng)采用礦渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥時;α=0.1;當(dāng)采用普通水泥時α=0.105。
當(dāng)混凝土內(nèi)部溫度應(yīng)力大于混凝土的拉應(yīng)力時,混凝土結(jié)構(gòu)將會出現(xiàn)裂縫,故在“混凝土結(jié)構(gòu)工程施工及驗收規(guī)范《GB50204——92》”中第4.5.3條明確規(guī)定,“對大體積混凝土的養(yǎng)護(hù),應(yīng)根據(jù)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(nèi)部溫度,將溫差控制在設(shè)計要求的范圍內(nèi);當(dāng)設(shè)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(shè)計上無明確的規(guī)定,只能靠施工的經(jīng)驗進(jìn)行控制。
因為混凝土拌合物內(nèi)的水泥在水化時,要產(chǎn)生大量的水化熱,當(dāng)混凝土內(nèi)外溫差超過一定的限度,混凝土的拉應(yīng)力小于混凝土的熱漲應(yīng)力時,便會產(chǎn)生溫度應(yīng)力裂縫。這種裂縫主要出現(xiàn)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(shè)備基礎(chǔ)的混凝土施工中,混凝土強(qiáng)度設(shè)計為C30級,每立方米混凝土的水泥用量為360kg/m3,當(dāng)時的氣溫為33C°,為了了解混凝土內(nèi)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(nèi)部的溫度與混凝土表面的溫度,以計算混凝土內(nèi)外溫差,經(jīng)實測的溫度和計算的溫度看,兩者相差不大。兩者的溫度結(jié)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(jìn)行保溫措施。當(dāng)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(nèi)外溫差為27.3C°,大于規(guī)范規(guī)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(nèi)外溫差,使混凝土沒有因溫度應(yīng)力出現(xiàn)裂縫,保證了混凝土基礎(chǔ)的質(zhì)量。在混凝土出現(xiàn)溫度應(yīng)力裂縫的情況時,一般往往會發(fā)生在混凝土結(jié)構(gòu)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(yīng)力裂縫
在混凝土硬化后,即使在混凝土上方?jīng)]有任何荷重的作用,也因其自身的收縮而產(chǎn)生裂縫。尤其是在夏季的混凝土施工,更容易發(fā)生該方面的裂縫。這種裂縫往往是在混凝土墻板上容易產(chǎn)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(xiàn)出有規(guī)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(yǎng)護(hù)到7天后,澆灌地下室混凝土頂板,施工完后,發(fā)現(xiàn)地下室墻壁呈現(xiàn)規(guī)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(jīng)請部分專家分析,該種裂縫是混凝土的自應(yīng)力引起的,原因是混凝土在水泥水化熱達(dá)到一定的溫度的時候,混凝土的膨脹應(yīng)力開始消失而此時的混凝土開始產(chǎn)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(xiàn)出有規(guī)律性的裂縫。但是,若墻板與地下室承重相聯(lián)結(jié)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(fā)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(jié)構(gòu)還未達(dá)到設(shè)計要求的強(qiáng)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(jīng)達(dá)到了設(shè)計強(qiáng)度,而在混凝土墻壁或薄壁結(jié)構(gòu)物上撞擊或超荷載堆放而造成的裂縫。后者出現(xiàn)的裂縫一般較為明顯,屬于貫穿性的裂縫。
3.7混凝土結(jié)構(gòu)的漏水現(xiàn)象
混凝土的漏水現(xiàn)象往往會發(fā)生在以下幾個方面:
(1)蜂窩麻面滲水現(xiàn)象
蜂窩麻面直接與混凝土施工有關(guān)。這些蜂窩麻面的出現(xiàn)原因主要是在施工時漏振或者振動時間不足而發(fā)生的,這種蜂窩麻面在混凝土結(jié)構(gòu)中有的是獨(dú)立一批片存在、有的則呈連貫性的。所以,在發(fā)生滲、漏時它不是點滲、漏,而是成片滲、漏的現(xiàn)象。
(2)伸縮縫、沉降縫滲、漏
在大體積混凝土和混凝土結(jié)構(gòu)物比較長、結(jié)構(gòu)物高低相差較大的工程中,因工藝的要求一般都設(shè)有伸縮縫和沉降縫,以保證混凝土結(jié)構(gòu)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(zhì)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(jié)構(gòu)物上繼續(xù)澆灌混凝土?xí)r,原來的混凝土基礎(chǔ)表面沒有進(jìn)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(chǔ)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(xiàn)象在實際工程施工中會經(jīng)常出現(xiàn),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(shè)水泥砂漿則更容易發(fā)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(jù)混凝土滲、漏的特點,要進(jìn)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(jù)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(xué)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(jù)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(jù)不同滲、漏按不同的堵漏方法予以介紹。
4.1化學(xué)灌槳法
化學(xué)灌漿堵漏,是采用一種化學(xué)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(xué)灌漿料與快速凝結(jié)水泥和無收縮水泥砂漿配合使用,才能真正達(dá)到堵漏效果;化學(xué)灌漿料一般分為四種型號,它們的技術(shù)指標(biāo)見表1。
表1化學(xué)灌漿料技術(shù)指標(biāo)
序號
材料名稱
粘結(jié)強(qiáng)度(MPa)
抗壓強(qiáng)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(huán)氧樹脂
5.10
82.4
—
化學(xué)灌漿堵漏,一般是對漏水較為嚴(yán)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(xué)灌漿的辦法進(jìn)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(shè)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(xué)性能見表2;
表2PCCM聚合物水泥砂漿主要力學(xué)性能
性能
粘結(jié)強(qiáng)度
(MPa)
抗拉強(qiáng)度
(MPa)
極限拉值
(Eu)
抗拉彈模
(E)
抗裂系數(shù)
(k)
抗?jié)B壓力
(MPa)
指標(biāo)
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(yǎng)護(hù)5d后,用LW水溶性聚氨脂漿液進(jìn)行化學(xué)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(jìn)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(jìn)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(dá)到一定的強(qiáng)度后又作為化學(xué)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(jié)水泥凈漿予以密封,然后用上述介紹的材料進(jìn)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(xiàn)映水現(xiàn)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(nèi)的使用效果,為此,本辦法對滲水的處理應(yīng)采用嵌縫的方法進(jìn)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(nèi)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(hù):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(jīng)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(jié)后,采用潮濕的辦法養(yǎng)護(hù)3~5d;
(8)按比例配制HK——964增厚型環(huán)氧涂料,反復(fù)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(yīng)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(jié)強(qiáng)度
(MPa)
抗拉強(qiáng)度
(MPa)
抗折強(qiáng)度
(MPa)
抗壓強(qiáng)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(yù)放一個導(dǎo)水管,作為排水之用,待先抹上去的聚合物混凝土(或砂漿)達(dá)到一定的強(qiáng)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(jù)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(jìn)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(jié)時間一般在3~5分鐘),待混凝土或砂漿凝結(jié)硬化后,在其表面用高標(biāo)號砂漿抹平,在5d內(nèi)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(jié))前進(jìn)行轉(zhuǎn)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(fā)生困難或返工現(xiàn)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(jìn)行操作,在比較容易操作的高度設(shè)置排水管,待整個裂縫所封堵的材料達(dá)到設(shè)計要求后,再對排水的位置進(jìn)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(jié)構(gòu)物表面有滲漏的地方經(jīng)過處理后,直接在其表面上進(jìn)行防水處理。這種方法一般適用于混凝土結(jié)構(gòu)在施工時振搗不密實,有的是漏振而形成的混凝土內(nèi)部不密實而造成的大面積滲水情況,這種滲水現(xiàn)象一般無法用壓力灌漿和嵌入法解決,只能用涂膜法進(jìn)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(yán)格,一般都要求混凝土結(jié)構(gòu)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(jié)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(huán)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(jié)構(gòu)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(jù)不同的漏水方式,選擇不同的涂膜材料。如某種在繼續(xù)沉降的結(jié)構(gòu),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(jié)構(gòu)物在沉降時發(fā)生不脆裂而起不到防水效果。
5對堵漏工作的幾點看法
經(jīng)過對寶鋼一、二、三期的地下混凝土結(jié)構(gòu)工程出現(xiàn)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(qiáng)對混凝土的施工管理工作,避免和減少混凝土結(jié)構(gòu)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(fèi),而且要投入大量的人力和物力,在工程投入使用后也會發(fā)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(yán)格把好混凝土的施工質(zhì)量關(guān)。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(jié)構(gòu)不出現(xiàn)裂縫,但一定要控制混凝土盡量少出現(xiàn)裂縫。在萬不得已時出現(xiàn)的裂縫,再進(jìn)行對裂縫滲漏進(jìn)行封堵或進(jìn)行壓力灌漿的辦法。經(jīng)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(dá)到了預(yù)期的目的,為此我們認(rèn)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(dá)不到預(yù)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(fā)生再漏現(xiàn)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(nèi)不得存有浮灰,否則經(jīng)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(xiàn)配現(xiàn)用,防止一次配制太多,放置時間過長失效而造成浪費(fèi)。
論文摘要:變形作用會引起工程結(jié)構(gòu)中混凝土裂縫以及其他一些問題。文章憑借在大量的施工中積累的處理裂縫的經(jīng)驗以及堅實的理論研究,提出了建筑工程結(jié)構(gòu)中混凝土裂縫原因及預(yù)防措施。
混凝土結(jié)構(gòu)的施工,需要在模板及其支架的支護(hù)下進(jìn)行,由于種種不良因素對這兩種不同系統(tǒng)的作用,常常誘發(fā)施工期混凝土結(jié)構(gòu)質(zhì)量事故。目前,在工程結(jié)構(gòu)領(lǐng)域中一個相當(dāng)普遍的問題是建筑裂縫,并且近年來日趨增強(qiáng),它已影響到生產(chǎn)和生活,并困擾著大批工程技術(shù)人員和管理人員,是迫切需要解決的技術(shù)難題。
混凝土工程裂縫影響工程質(zhì)量的主要因素。裂縫產(chǎn)生的原因主要是變形作用,如溫度變形、收縮變形、基礎(chǔ)不均勻沉降變形等多因素,統(tǒng)稱為變形作用引起的裂縫問題。對于變形作用引起混凝土裂縫研究還很不成熟,國家缺乏相關(guān)規(guī)范及規(guī)程,它涉及結(jié)構(gòu)設(shè)計、地基基礎(chǔ)、施工技術(shù)、材料質(zhì)量、環(huán)境狀態(tài)等諸多因素,特別是泵送混凝土施工工藝的發(fā)展,使得混凝土裂縫控制的技術(shù)難度大大增加。
一、混凝土裂縫預(yù)防措施
(一)結(jié)構(gòu)方面
根據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)程,為避免結(jié)構(gòu)由于溫度收縮應(yīng)力引起的開裂,采取永久式伸縮的方法,根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查,引起結(jié)構(gòu)裂縫的原因是綜合性的,結(jié)構(gòu)長度是影響收縮應(yīng)力綜合因素之一,而不是惟一的因素。
根據(jù)現(xiàn)場實踐經(jīng)驗,混凝土裂縫分為有害的及無害的兩類。有害與無害的界限由使用功能而定。施工單位應(yīng)當(dāng)采取必要的設(shè)計及施工措施,以控制有害裂縫的產(chǎn)生。由于估計不足等因素,即使出現(xiàn)少量有害裂縫,也要通過化學(xué)灌漿處理,使其滿足設(shè)計使用要求。結(jié)構(gòu)所受到的外部作用分為外荷載,可看作是第一類荷載;具有十分重要的外部作用是變形作用,即第二類荷載為間接荷載。變形作用包括溫度、濕度、地基不均勻沉降,在該作用下,結(jié)構(gòu)的抗力取決于混凝土的抗拉性能,即抗拉強(qiáng)度和抗拉變形。
(二)施工方面
由施工單位委托攪拌站向現(xiàn)場供應(yīng)商品混凝土?xí)r,委托的技術(shù)依據(jù)只有設(shè)計院確定的強(qiáng)度等級,卻忽略了工程特點對大體積混凝土性能的要求,這樣對控制混凝土裂縫是不利的。施工單位應(yīng)在混凝土澆筑部門對混凝澆筑、振搗、養(yǎng)護(hù)及坍落度控制做出技術(shù)方案,并嚴(yán)格執(zhí)行,特別是對坍落度的控制更應(yīng)得到攪拌站的同意。施工新澆筑混凝土養(yǎng)護(hù)方法有:(1)潮濕養(yǎng)護(hù);(2)養(yǎng)護(hù)劑涂層;(3)自動給水養(yǎng)護(hù);(4)保濕養(yǎng)護(hù);(5)防風(fēng);(6)實現(xiàn)信息化施工養(yǎng)護(hù);(7)盡快回填。
(三)混凝土材質(zhì)方面
泵送商品混凝土對原材料供應(yīng)有很高的技術(shù)要求。由于泵送混凝土的流動性要求與抗裂的要求相互矛盾,所以應(yīng)當(dāng)選取在滿足泵送的坍落度下限條件下盡可能降低水灰比。目前國內(nèi)攪拌站對砂石骨料的含水控制波動很大,影響了混凝土的水灰比。利用較精確的含水率測定儀或傳感器,測出配料過程中的含水率,進(jìn)行計算機(jī)處理,自動調(diào)整配料的水灰比,對于控制混凝土的收縮和提高抗裂是必要的。
砂石的含泥量對混凝土的抗拉強(qiáng)度與收縮影響很大。我國對含泥量的規(guī)定比較寬,但現(xiàn)在實際施工中還經(jīng)常超標(biāo)。有的攪拌站,雖然檢驗資料是合格的,但在澆搗中發(fā)現(xiàn)有大量泥塊和雜質(zhì),這樣就會引起結(jié)構(gòu)嚴(yán)重開裂。因此在實際施工中,砂石骨料的粒徑應(yīng)盡可能大一些,以達(dá)到減少收縮的目的。
(四)環(huán)境影響
混凝土的裂縫與環(huán)境條件(施工期和施工后)有很大關(guān)系。施工過程中應(yīng)注意氣溫和濕度的變化,采取有效措施控制高溫、低溫沖擊和激烈干燥沖擊,此時,應(yīng)力狀態(tài)接近彈性應(yīng)力狀態(tài),混凝土應(yīng)力松弛效應(yīng)無法發(fā)揮出來,特別注意澆筑后經(jīng)過一定時期養(yǎng)護(hù)的混凝土仍然需要保護(hù)(維護(hù)),不宜長期。注意與氣象站的密切聯(lián)系(降溫及降雨預(yù)報),不得在雨中澆筑混凝土,否則會嚴(yán)重改變水灰比。
結(jié)構(gòu)施工后驗收投入使用,由于環(huán)境變化(如生產(chǎn)使用條件、房屋裝修改變條件),承受了新的溫度、濕度、振動(包括相鄰振動)、化學(xué)腐蝕及荷載變化影響等,都可能引起后期開裂。
二、混凝土裂縫限制標(biāo)準(zhǔn)
混凝土裂縫是不可避免的,其微觀裂縫是本身物理力學(xué)性質(zhì)決定的,但它的有害程度是可以控制的。有害程度的標(biāo)準(zhǔn)是根據(jù)使用條件決定的,如從結(jié)構(gòu)耐久性要求、承載力要求及正常使用要求,最嚴(yán)格的允許裂縫寬度為0.1mm。近年來,許多國家已根據(jù)大量試驗與泵送混凝土的經(jīng)驗將其放寬到0.2mm。
如果結(jié)構(gòu)所處的環(huán)境正常,保護(hù)層厚度滿足設(shè)計要求,無侵蝕介質(zhì),那么混凝土裂縫寬度可放寬至0.4mm;在溫氣及土封號為0.3mm;在海水及干濕交替中為0.15mm。當(dāng)沿裂縫有害程度高時,必須處理。
近年來,由于房屋產(chǎn)權(quán)體制的改變及生活水平的提高,對房屋質(zhì)量要求更加嚴(yán)格,雖然經(jīng)鑒定認(rèn)為沒有影響安全的有害裂縫,但從美觀和精神作用的要求,應(yīng)用適當(dāng)?shù)脑试S范圍;當(dāng)觀察人距離結(jié)構(gòu)20~50cm時,可看清0.05mm寬度的裂縫,是最嚴(yán)格的要求;距離1~2cm時可看清0.1~0.2mm的裂縫,是一般要求;距離5~10cm時可看清0.5~1.0mm的裂縫,是必須修補(bǔ)的裂縫,有時雖然裂縫不寬,但是呈網(wǎng)狀密布,給人一種精神上的不愉快的感覺,需要修補(bǔ);對有滲水的任何寬度裂縫必須處理。上述這類裂縫經(jīng)處理后滿足正常使用要求,不應(yīng)據(jù)此降低評定等級。
三、結(jié)語
混凝土結(jié)構(gòu)的施工,絕對安全是不可能達(dá)到的,但在可接受的概率水平上可以得到保證,該水平可以通過可靠性理論的應(yīng)用得到。當(dāng)前,可靠性理論應(yīng)用于混凝土結(jié)構(gòu)施工期質(zhì)量控制的基礎(chǔ)工作,是開展與施工期荷載、抗力有關(guān)的參量統(tǒng)計參數(shù)的觀測調(diào)查和統(tǒng)計分析,以獲取基于全國范圍數(shù)據(jù)的分析結(jié)果。
參考文獻(xiàn)
[1]徐國明.混凝土結(jié)構(gòu)綁扎箍筋長度[J].建筑結(jié)構(gòu),2005,(10).
1.1收縮裂縫。
混凝土產(chǎn)生的收縮裂縫一般分布在混凝土平面部位,為平行線或者網(wǎng)狀淺細(xì)裂縫(寬度0.05-0.20mm)。混凝土發(fā)生自身收縮也會造成裂縫的產(chǎn)生。而混凝土收縮的影響因素主要包括有水泥的用量、水用量等。當(dāng)水和水泥的用量較高,那么混凝土的收縮量就越大。不同種類的水泥干縮與收縮程度不同,由于混凝土內(nèi)外水分蒸發(fā)的不同,就會造成變形而產(chǎn)生裂縫。收縮縫還會影響混凝土的抗?jié)B性、降低混凝土承載能力,造成鋼筋銹蝕等。
1.2沉降裂縫。
公路工程建設(shè)中沉降裂縫產(chǎn)生有兩種情況,一是混凝土澆筑完成后骨料與水泥發(fā)生自動下沉,或者還伴有泌水現(xiàn)象,進(jìn)而使混凝土產(chǎn)生裂縫;二是混凝土澆筑完成后骨料與水泥下沉?xí)艿戒摻畹绕渌A(yù)埋件的阻礙,以及模板發(fā)生移動,進(jìn)而使該處的混凝土產(chǎn)生拉應(yīng)力與抗剪應(yīng)力,導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生裂縫。這種沉降裂縫通常發(fā)生在公路混凝土澆筑后1~3h內(nèi),屬于硬化前裂縫。沉降裂縫產(chǎn)生的直接原因在于沉降,而沉降則通常是由施工場地土質(zhì)不均、地基積土松軟、進(jìn)水、模板缺乏剛度造成支撐底部移動、支撐間距過大等因素造成的。如在冬季,模板支撐在凍土上,而凍土融化后也就會產(chǎn)生不均勻的沉降,使混凝土產(chǎn)生沉降裂縫。
1.3溫度裂縫。
混凝土溫度裂縫通常發(fā)生在較大面積的混凝土表面,或者混凝土結(jié)構(gòu)中溫差較大的部分。由于混凝土澆筑完成后,硬化過程中會產(chǎn)生大量的水化熱,由于水化熱不容易散發(fā)而凝集在混凝土內(nèi)部造成內(nèi)部溫度快速上升,而混凝土表面散熱卻較快,因此較大溫差的產(chǎn)生,使混凝土內(nèi)外的熱脹冷縮程度不一,導(dǎo)致混凝土表面產(chǎn)生拉應(yīng)力,拉應(yīng)力一旦超過混凝土抗拉極限,就會產(chǎn)生裂縫了。溫度裂縫通常出現(xiàn)在公路工程建設(shè)混凝土施工的中后期。
1.4化學(xué)裂縫。
在公路金蛇混凝土施工過程中,當(dāng)混凝土澆筑與振搗的質(zhì)量不高,或者鋼筋保護(hù)膜較薄,就會造成部分有害物質(zhì)進(jìn)入混凝土,并引發(fā)鋼筋的銹蝕、膨脹,造成混凝土的脹裂,出現(xiàn)裂縫。這種裂縫通常沿著鋼筋的位置出現(xiàn),屬于縱向裂縫。
2公路工程建設(shè)中混凝土施工裂縫的處理
2.1打好路基
公路的質(zhì)量受到路基質(zhì)量有著直接的關(guān)系,路基的強(qiáng)度、穩(wěn)定程度直接影響著公路路面的平整與承受能力。因此,在路基的施工中,應(yīng)考慮周圍的環(huán)境(溫度、濕度),做好排水工作。由于混凝土路面對地基的穩(wěn)定性、均勻度有著很高的要求,所以基層需要用水泥進(jìn)行穩(wěn)定,對細(xì)料進(jìn)行嚴(yán)格的控制,從而增加地基水穩(wěn)性。做好地基的驗收工作,為公路的后續(xù)施工奠定基礎(chǔ)。
2.2對混凝土材料的質(zhì)量進(jìn)行有效的控制
為確保混凝土的質(zhì)量與工程質(zhì)量,必須做好混凝土材料的質(zhì)量控制,禁止使用不合格材料。最好選用發(fā)熱量少、收縮量小的普通硅酸鹽水泥或者硅酸鹽道路水泥;禁止混合使用不同廠家、批次、標(biāo)號和種類的水泥;禁止使用安全性差、強(qiáng)度不夠、有利氧化鈣超標(biāo)的水泥。選用合格且含泥沙量較少的材料,禁止堪憂機(jī)制含量超標(biāo)的集料。嚴(yán)格根據(jù)配合比進(jìn)行配料的拌制,水泥用量準(zhǔn)確(誤差<1%)。對集料的含水量進(jìn)行及時的測定,并保證水灰比,控制用水量(誤差<設(shè)計值的1%),同時可摻入適量(低于2%)外摻劑改善混凝土的和易性。
2.3對施工質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格的控制,做好養(yǎng)護(hù)管理
在混凝土的拌和過程中,當(dāng)集料的溫度較高,需要及時進(jìn)行降溫,然后繼續(xù)拌和。當(dāng)選擇灑水進(jìn)行降溫時,需要對混凝土的行水量進(jìn)行有效的測定和控制,以確保混凝土的水灰比不便,同時在混凝土的施工中,施工人員應(yīng)注意施工的操作,應(yīng)盡量縮短混凝土的運(yùn)輸路程,減少凝土攪拌到成型的時間,防止混凝土過早凝聚而產(chǎn)生裂縫。在常溫下應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)定進(jìn)行混凝土的澆水養(yǎng)護(hù),而在高溫與低溫下則在澆水后進(jìn)行適當(dāng)?shù)母采w,防止暴曬與風(fēng)吹。
2.4采用科學(xué)的壓漿工藝,創(chuàng)新灌縫的管理
在裂縫出現(xiàn)后,應(yīng)及時采取有效的方法進(jìn)行處理。如對縱向裂縫處理可采用壓漿處理,可使用普通硅酸鹽水泥在1.5Mpa以上注漿壓力下進(jìn)行施工處理。而橫向裂縫的處理可采用普通混凝土或者SBS改性混凝土,在150~160℃下現(xiàn)場加熱并用專用容器灌注到混凝土裂縫中。
3結(jié)束語
關(guān)鍵詞:裂縫種類;成因;分析;預(yù)防
混凝土是脆性材料,而鋼筋卻是韌性材料,它們兩者在一起工作,彈性模量相差很大,而且兩者的強(qiáng)度差別就更大,因此兩種材料在一起共同發(fā)揮作用,要使鋼筋參加工作,比較多的承受力,混凝土勢必開裂。大量的工程和理論分析表明鋼筋混凝土構(gòu)件基本上都是帶裂縫工作的。裂縫一般分成不可見裂縫和可見裂縫。可見裂縫又分為無害裂縫和有害裂縫。有害裂縫在使用荷載或外界物理及化學(xué)作用下不斷產(chǎn)生和發(fā)展,引起混凝土碳化,保護(hù)層剝落及鋼筋銹蝕,直至影響結(jié)構(gòu)的安全性和使用壽命,必須加以控制。
一、混凝土橋梁設(shè)計原理
我國現(xiàn)行的公路橋涵規(guī)范規(guī)定:橋梁應(yīng)根據(jù)所在公路的使用任務(wù)、性質(zhì)和將來的發(fā)展需要,按照適用、經(jīng)濟(jì)、安全和美觀的原則進(jìn)行設(shè)計,這些要求基本上包含了人們關(guān)心的所有重要問題。混凝土橋梁具體的設(shè)計過程是按承載能力和正常使用兩種極限狀態(tài)來進(jìn)行的。按承載能力極限狀態(tài)是控制結(jié)構(gòu)在喪失服務(wù)能力臨界狀態(tài)時的承載能力,其設(shè)計的基本原則是要求荷載效應(yīng)不利組合的設(shè)計值要小于結(jié)構(gòu)抗力的設(shè)計值。同時利用荷載安全系數(shù)、材料安全系數(shù)及工作條件系數(shù)來考慮不確定因素作用下的結(jié)構(gòu)總體的安全儲備,是一種極限狀態(tài)設(shè)計法。按正常使用極限狀態(tài)是控制結(jié)構(gòu)在正常使用狀態(tài)時應(yīng)力,裂縫和變形小于一個限定值,即使用容許裂縫寬度來控制混凝土構(gòu)件的結(jié)構(gòu)設(shè)計。有關(guān)規(guī)范規(guī)定:在一般正常大氣條件下,鋼筋混凝土受彎構(gòu)件在荷載組合Ⅰ的作用下,計算得到的最大裂縫寬度不應(yīng)超過0.2mm;在荷載組合Ⅱ和Ⅲ作用下,不應(yīng)超過0.25mm;處于嚴(yán)重暴露情況(有侵蝕性氣體或海洋大氣)下的鋼筋混凝土構(gòu)件,容許裂縫寬度不應(yīng)超過0.1mm。
混凝土構(gòu)件容許裂縫的存在,是由混凝土抗拉能力差,容易開裂的缺點決定的。通過對大量的工程實例的研究發(fā)現(xiàn),幾乎所有的混凝土構(gòu)件都是帶裂縫工作的,只是有些裂縫很細(xì),一般對結(jié)構(gòu)和使用無大的影響,可允許其存在;有些裂縫在使用荷載或外界物理、化學(xué)因素的作用下,不斷產(chǎn)生和擴(kuò)展,引起混凝土明顯的病害,如保護(hù)層剝落、鋼筋腐蝕,從而導(dǎo)致混凝土的強(qiáng)度和剛度受到削弱,耐久性降低,嚴(yán)重時甚至發(fā)生垮塌事故,危害結(jié)構(gòu)的正常使用。
二、混凝土橋梁裂縫的成因分析及預(yù)防措施
隨著橋梁使用年齡的增加,車輛的超載現(xiàn)象不斷增加,會使細(xì)微裂縫不斷的擴(kuò)大,甚至?xí)嗔眩藭r困擾橋梁工程師的最大問題是對裂縫的形成原因以及對鋼筋的腐蝕作用的進(jìn)一步深入認(rèn)識,并且作出全面分析,以避免和克服因為裂縫引起的對橋梁使用性能的影響。經(jīng)過對現(xiàn)在此方面的研究成果和工程實例的分析,混凝土橋梁的裂縫形成原因可大致梳理為以下幾個方面:
(一)混凝土用料選用不當(dāng)引起的裂縫
1、水泥品種、標(biāo)號及用量。礦渣水泥、快硬水泥、低熱水泥混凝土收縮性較高;普通水泥、火山灰水泥、礬土水泥混凝土收縮性較低。此外,水泥標(biāo)號越低、單位體積用量越大、磨細(xì)度越大,則混凝土收縮越大,并且發(fā)生收縮時間越長。例如,為了提高混凝土的強(qiáng)度,施工時經(jīng)常采用強(qiáng)行增加水泥用量的做法,結(jié)果收縮應(yīng)力明顯加大。
2、骨料品種。骨料中石英、石灰?guī)r、白云巖、花崗巖、長石等吸水率較小、收縮性較低;而砂巖、板巖、角閃巖等吸水率較大、收縮性較高。此外,骨料粒徑大收縮小,含水量大收縮越大。
3、水灰比。用水量越大,水灰比越高,混凝土收縮越大。
4、外摻劑。外摻劑保水性越好,則混凝土收縮越小。
(二)設(shè)計和施工不合理產(chǎn)生的裂縫
此類裂縫是我們在工程實例中發(fā)現(xiàn)最多的裂縫形式,許多橋梁設(shè)計人員往往只滿足于規(guī)范對結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計算上的安全度需要,而忽視從結(jié)構(gòu)體系、結(jié)構(gòu)構(gòu)造、結(jié)構(gòu)材料、結(jié)構(gòu)維護(hù)、結(jié)構(gòu)耐久性以及從設(shè)計、施工到使用全過程中經(jīng)常出現(xiàn)的人為錯誤等方面去加強(qiáng)和保證結(jié)構(gòu)的安全性。有的結(jié)構(gòu)整體性和延性不足,冗余性小;有的計算圖式和受力路線不明確,造成局部受力過大;有的混凝土強(qiáng)度等級過低、保護(hù)層厚度過小、鋼筋直徑過細(xì)、構(gòu)件截面過薄。這些都削弱了結(jié)構(gòu)安全性,會嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)的使用。不少橋梁,雖然滿足了橋梁設(shè)計規(guī)范的強(qiáng)度要求,僅用了5~10年就因為出了問題影響結(jié)構(gòu)安全。例如我們發(fā)現(xiàn)在混凝土橋梁豎向有截面突變的地方(箱梁、T梁的腹板與頂?shù)装褰唤犹帲┖苋菀桩a(chǎn)生裂縫,研究分析結(jié)果顯示:混凝土在澆筑后發(fā)生水化反應(yīng)、泌水和大量水分蒸發(fā),混凝土因失水而收縮,而骨料因重力影響向下沉降,但此時混凝土的強(qiáng)度和硬度都不高,骨料下沉?xí)r受到鋼筋的阻擋,便產(chǎn)生了沿鋼筋方向的裂縫。為避免此類裂縫的產(chǎn)生,在設(shè)計階段要盡量避免截面突變的存在,不能避免時要做特殊的處理,可將突變截面做成漸變截面,同時適量的增加鋼筋數(shù)量;在施工時要注意振搗,最好是在變截面處分層澆筑。
(三)自然環(huán)境的影響產(chǎn)生的裂縫
自然環(huán)境的影響主要是溫差引起了混凝土的溫度梯度呈非線性分布,而混凝土構(gòu)件的位移又受到約束,導(dǎo)致局部應(yīng)力過大,從而出現(xiàn)了裂縫。一般失火、太陽曝曬、驟然降溫以及冬季施工均可能導(dǎo)致此類裂縫的發(fā)生。預(yù)防措施是在設(shè)計時重視溫度應(yīng)力,一些大跨徑的橋梁,溫度應(yīng)力往往是可以超過活載應(yīng)力的,另外就是杜絕冬季施工,因為此時施工混凝土在初凝時受凍,成齡后混凝土強(qiáng)度損失可達(dá)30%~50%。
(四)荷載引起的裂縫
此類裂縫是混凝土橋梁在常規(guī)動、靜荷載及次應(yīng)力作用下產(chǎn)生的,橋梁結(jié)構(gòu)所承受的車輛荷載和風(fēng)荷載都是動荷載,會在結(jié)構(gòu)內(nèi)產(chǎn)生循環(huán)變化的應(yīng)力,不但會引起結(jié)構(gòu)的振動,還會引起結(jié)構(gòu)的累積疲勞損傷。由于橋梁所采用的材料并非是均勻和連續(xù)的,實際上存在許多微小的缺陷,在循環(huán)荷載作用下,這些微缺陷會逐漸發(fā)展、合并形成損傷,并逐步在材料中形成宏觀裂紋。如果宏觀裂紋不得到有效控制,極有可能會引起材料、結(jié)構(gòu)的脆性斷裂。早期疲勞損傷往往不易被檢測到,但其帶來的后果往往是災(zāi)難性的。
工程實例中此類裂縫多出現(xiàn)在受拉區(qū)、受剪區(qū)或振動嚴(yán)重部位,且裂縫特征如下:
1、受拉。裂縫貫穿構(gòu)件橫截面,間距大體相等,且垂直于受力方向。采用螺紋鋼筋時,裂縫之間出現(xiàn)位于鋼筋附近的次裂縫。
2、受壓。沿構(gòu)件出現(xiàn)平行于受力方向的短而密的平行裂縫。
3、受彎。彎矩最大截面附近從受拉區(qū)邊沿開始出現(xiàn)與受拉方向垂直的裂縫,并逐漸向中和軸方向發(fā)展。采用螺紋鋼筋時,裂縫間可見較短的次裂縫。當(dāng)結(jié)構(gòu)配筋較少時,裂縫少而寬,結(jié)構(gòu)可能發(fā)生脆性破壞。
4、受剪。當(dāng)箍筋太密時發(fā)生斜壓破壞,沿梁端腹部出現(xiàn)大于45°方向的斜裂縫;當(dāng)箍筋適當(dāng)時發(fā)生剪壓破壞,沿梁端中下部出現(xiàn)約45°方向相互平行的斜裂縫。
5、受扭。構(gòu)件一側(cè)腹部先出現(xiàn)多條約45°方向斜裂縫,并向相鄰面以螺旋方向展開。
從大量的工程實例分析來看,此類裂縫產(chǎn)生的直接原因是內(nèi)力與配筋計算或構(gòu)造設(shè)計不當(dāng),施工階段不按照圖紙施工,擅自更改結(jié)構(gòu)施工順序,導(dǎo)致結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)的改變,從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的承載力超出使用極限。另外大量的超載車輛過橋也是主要原因之一。預(yù)防措施是加強(qiáng)設(shè)計的合理性和安全系數(shù)以及施工的合理性,并嚴(yán)格控制嚴(yán)重超載車輛。
三、結(jié)束語
混凝土橋梁產(chǎn)生裂縫的產(chǎn)生原因較為復(fù)雜,工程實例中也是允許微小裂縫產(chǎn)生的,保證不出現(xiàn)裂縫是較難實現(xiàn)的,但是我們是能夠盡量減少因為設(shè)計疏漏、施工低劣、監(jiān)理不力、運(yùn)營管理不力等諸多人為因素所產(chǎn)生的裂縫擴(kuò)展,從而保證橋梁不會因為裂縫擴(kuò)展導(dǎo)致鋼筋腐蝕、脆性斷裂等病害發(fā)生。
參考文獻(xiàn):
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關(guān)鍵詞:大體積混凝土;裂縫控制;問題分析
混凝土基礎(chǔ)建設(shè)中應(yīng)用最為廣泛的一種建筑材料,其已有一個世紀(jì)的發(fā)展歷史了。在基礎(chǔ)建設(shè)不斷發(fā)展的背景下,在一些高層建筑的基礎(chǔ)、水利大壩以及大型設(shè)施的基礎(chǔ)等大型結(jié)構(gòu)物中,大體積混凝土經(jīng)常被工程人員采用。但是,大體積混凝土結(jié)構(gòu)物的截面尺寸比較大,同時其表面在空氣中,這就會造成施工過程中,混凝土中水泥水化產(chǎn)生大量的水化熱,結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度快速升高、內(nèi)外產(chǎn)生較大的溫差,在溫度應(yīng)力的作用下出現(xiàn)裂縫,對結(jié)構(gòu)物的安全性以及正常使用造成影響。所以,研究大體積混凝土施工裂縫產(chǎn)生的機(jī)理,并在施工中進(jìn)行必要的防治就十分有必要。
1 造成大體積混凝土裂縫的因素分析
1.1 混凝土收縮因素
水泥水化需要混凝土供給拌合水,但在大體積混凝土中只有20%的拌合水是水泥水化所需要的,剩下80%的水分被蒸發(fā)。大量的水分被蒸發(fā)便導(dǎo)致混凝土在體積上發(fā)生收縮。混凝土的體積發(fā)生收縮,便和原來的體積形成很大的差距,從而造成結(jié)構(gòu)上的缺失。另外,混凝土在水飽和狀態(tài)下會發(fā)生膨脹反應(yīng),但就算發(fā)生膨脹也很難讓混凝土的體積恢復(fù)到原來的狀態(tài)。在混凝土的體積發(fā)生變化之后便會產(chǎn)生非常大的收縮應(yīng)力,從而讓大體積混凝土產(chǎn)生裂縫。
1.2 外界溫度變化因素
在施工進(jìn)行階段,大體積混凝土的澆筑溫度跟外界溫度的變化情況有著非常密切的聯(lián)系。在氣溫下降的情況下,大體積混凝土的內(nèi)層與外層溫度差會漸漸地加大,這樣就會引起大體積混凝土發(fā)生變形。另外,在高溫的狀況下,大體積混凝土便不能得到很好的散熱效果,從而讓溫度應(yīng)力發(fā)生了很大的變化。溫度應(yīng)力發(fā)生變化便會讓大體積混凝土產(chǎn)生裂縫。
1.3 水泥水化熱因素
水泥在水化過程會產(chǎn)生非常大的熱量,產(chǎn)生的熱量主要是由混凝土的內(nèi)部熱量所供給的。但混凝土的內(nèi)部熱量具有很難散失的特性,在內(nèi)外溫度差增大的情況下便很容易產(chǎn)生溫度應(yīng)力。在混凝土的抗拉強(qiáng)度小于溫度應(yīng)力的情況下,大體積混凝土變會產(chǎn)生裂縫。造成大體積混凝土裂縫的眾多因素當(dāng)中,水泥水化是最主要的因素。在大體積混凝土施工中,由水泥水化因素造成的大體積混凝土裂縫也是普遍存在的。
2 大體積混凝土裂縫的有效控制對策
2.1 對大體積混凝土采用的原材料的質(zhì)量進(jìn)行控制大體積混凝土采用的原材料主要有水泥、外加劑以及外摻料等。(1)水泥:嚴(yán)格規(guī)范水泥的質(zhì)量便需要提供水化熱偏低的水泥,在單方面混凝土當(dāng)中需要控制水泥的用量,切不可盲目使用。有效數(shù)據(jù)顯示:混凝土中水泥用量隨之減少,混凝土內(nèi)部溫度也可隨之下降,其規(guī)范是每減少一立方米水泥用量便可降低一攝氏度內(nèi)部溫度。總體水化放熱量便是通過減少水泥的用量而降低的,總體水化放熱量得到降低便能進(jìn)一步降低大體積混凝土內(nèi)外溫差。(2)外加劑:外加劑主要是使用高效緩凝減水劑。高效緩凝減水劑可以降低水泥用量,并在一定程度上降低大體積混凝土的水化熱,還可以延長大體積混凝土的凝固時間,降低產(chǎn)生裂縫的發(fā)生率。(3)外摻料:外摻料主要是摻用粉煤灰。想要降低大體積混凝土的水化熱,可以用摻用粉煤灰代替部分的水泥用量;想要提升大體積混凝土的抗?jié)B性能,也可以使用摻用粉煤灰,因為摻用粉煤灰具有活性效應(yīng)。由此可見,摻用粉煤灰對大體積混凝土有著尤為明顯的輔助作用。大致上,摻用粉煤灰能夠改變混凝土的和易性,并讓混凝土的質(zhì)量長時間保持均衡狀態(tài)。
2.2 對大體積混凝土在施工階段進(jìn)行質(zhì)量控制
工程基礎(chǔ)為C40、P6抗?jié)B混凝土,既是大體積混凝土,又有較高的抗?jié)B要求,因此必須采取如下措施,認(rèn)真施工,才能保證不漏、不裂和不滲:
(1)合理選擇混凝土原材料和最佳配合比,降低水化熱。
(2)嚴(yán)格控制混凝土的坍落度在16±2cm之間。
(3)開盤前,認(rèn)真檢修施工機(jī)械、道路、照明、原材料和人員等,確保混凝土基礎(chǔ)底板一次連續(xù)澆筑完畢,不產(chǎn)生施工冷縫。
(4) 設(shè)置專人跟班檢查混凝土的振搗、二次抹面,防止漏振、過振和表面裂縫。
(5) 專人負(fù)責(zé)測溫和養(yǎng)護(hù),及時保溫和保濕,確保混凝土的膨脹應(yīng)力
2.2.1、溫度裂縫:
混凝土澆注后,水泥水化熱較大,使混凝土溫度上升。當(dāng)聚集在混凝土內(nèi)部的水泥水化熱不易散發(fā)時,混凝土內(nèi)部溫度明顯升高。而混凝土表面通常散熱較快,形成內(nèi)外溫差,使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力,表面產(chǎn)生拉應(yīng)力,當(dāng)拉應(yīng)力超過混凝土抗拉強(qiáng)度時,混凝土就會產(chǎn)生裂縫。
2.2.2干縮裂縫:
大體積混凝土一般采用泵送,坍落度較大,含水量也較大,混凝土中約20%的水分是水泥水化所必須的,尚有80%的游離水分要蒸發(fā),當(dāng)混凝土中的多余水分蒸發(fā)時,會引起體積收縮,也叫干縮,由于受到地基或邊界條件的約束,這種收縮變形會在混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生較大的收縮應(yīng)力(拉應(yīng)力),當(dāng)拉應(yīng)力超過混凝土抗拉強(qiáng)度時,混凝土就會產(chǎn)生裂縫。
由于混凝土因溫差和干縮會產(chǎn)生表面裂縫和深層裂縫甚至貫穿裂縫,給工程帶來極大危害,直接影響結(jié)構(gòu)的安全性能和抗?jié)B性能,因此在施工中采取可靠、有效的預(yù)防控制措施是極為關(guān)鍵的。
3 大體積混凝土的養(yǎng)護(hù)分析
大體積混凝土的養(yǎng)護(hù)是建筑工程施工環(huán)節(jié)當(dāng)中非常重要的一項工作。養(yǎng)護(hù)主要是保持大體積混凝土的溫度與濕度。通過保持大體積混凝土的溫度與濕度才能對混凝土的內(nèi)表溫差進(jìn)行規(guī)范有效的控制。鑒于此,做好大體積混凝土的養(yǎng)護(hù)工作主要需要做好以下五點:(1)混凝土的中心溫度和表層溫度的差值不能大于20℃,如若混凝土結(jié)構(gòu)的抗裂能力足夠好,溫度則應(yīng)該保持在20℃~24℃之間。(2)混凝土在拆模過程中,中心溫度和表層溫暖之間以及內(nèi)部溫度與外界氣溫之間的溫差應(yīng)該在20℃以下。(3)混凝土的內(nèi)外溫差普遍是采用內(nèi)部降溫法來降低的。內(nèi)部降溫法主要是在混凝土內(nèi)部預(yù)先放入水管,在水冷卻的條件下降低混凝土內(nèi)部的最高溫度。澆筑剛完成時便可進(jìn)行冷卻。另外,降低混凝土的內(nèi)外溫差還可以用投毛石法,此種方法也能夠有效地控制混凝土發(fā)生裂縫。(4)對混凝土表面采用保溫法,主要保溫材料有濕砂、草袋等。通過對混凝土表面進(jìn)行保溫,可以達(dá)到緩慢散熱的效果,從而增強(qiáng)混凝土的強(qiáng)度,讓混凝土的內(nèi)外溫差得到有效的控制。(5)為了強(qiáng)化混凝土的抗裂性,一般可以將抗裂鋼筋網(wǎng)片布設(shè)在混凝土的表層。在混凝土表層布設(shè)抗裂鋼筋網(wǎng)片不但能夠強(qiáng)化混凝土的抗裂性,而且還能對混凝土收縮過程產(chǎn)生干裂進(jìn)行有效的控制。
4 結(jié)語
大體積混凝土在特殊工程中有著十分重要的作用,而如何采取有效的措施控制其施工中產(chǎn)生的裂縫就顯得尤為重要。在裂縫控制過程中,應(yīng)該從材料選擇以及施工控制這幾個方面采取措施,文章也從這幾個方面給出一些建議,希望能對大體積混凝土施工中的裂縫防治有一定幫助。
參考文獻(xiàn)
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論文摘要:混凝土橋梁裂縫是目前擺在養(yǎng)護(hù)管理者面前的一種新的難題,本文結(jié)合特克斯公路段管養(yǎng)的S316線86+00-K134+000路段的橋梁狀況,分析混凝土裂縫產(chǎn)生的原因與影響因素,通過去年在實際工作中引進(jìn)了一種新材料、新工藝“壁可”注入法應(yīng)用對混凝土裂縫進(jìn)行處治修復(fù),其產(chǎn)生的整體效果較好。就此淺談一些自己的認(rèn)識。
前言:隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展,公路建設(shè)取得突飛猛進(jìn)的發(fā)展,在橋梁建造和使用過程中,因裂縫而影響工程質(zhì)量甚至導(dǎo)致橋梁垮塌的報道屢見不鮮。混凝土開裂可以說是“常發(fā)病”和“多發(fā)病”,經(jīng)常困擾著橋梁工程技術(shù)人員。如果采取一定的技術(shù)措施,加強(qiáng)施工質(zhì)量管理的力度,混凝土開裂是可以克服和控制的。通過近幾年橋涵養(yǎng)護(hù)管理工作的實際經(jīng)驗,對混凝土裂縫本文初步分析了混凝土橋梁裂縫產(chǎn)生的原因,淺談一些自己的看法。
1荷載引起的裂縫原因
1.1設(shè)計計算階段,結(jié)構(gòu)計算時不計算或部分漏算;計算模型不合理;結(jié)構(gòu)受力假設(shè)與實際受力不符;荷載少算或漏算;內(nèi)力與配筋計算錯誤;結(jié)構(gòu)安全系數(shù)不夠。結(jié)構(gòu)設(shè)計時不考慮施工的可能性;設(shè)計斷面不足;鋼筋設(shè)置偏少或布置錯誤;結(jié)構(gòu)剛度不足;構(gòu)造處理不當(dāng);設(shè)計圖紙交代不清等。
1.2施工階段,不加限制地堆放施工機(jī)具、材料;不了解預(yù)制結(jié)構(gòu)受力特點,隨意翻身、起吊、運(yùn)輸、安裝;不按設(shè)計圖紙施工,擅自更改結(jié)構(gòu)施工順序,改變結(jié)構(gòu)受力模式;不對結(jié)構(gòu)做機(jī)器振動下的疲勞強(qiáng)度驗算等。
1.3使用階段,超出設(shè)計載荷的重型車輛過橋;受車輛、船舶的接觸、撞擊;發(fā)生大風(fēng)、大雪、地震、爆炸等。在超載車輛日益增加的今天,對設(shè)計荷載較低的橋梁就會造成板底裂縫。比如,S316線K103+620哈拉布拉中橋,由于超載車輛外荷載作用,造成橋板產(chǎn)生了裂縫。
2溫度變化引起的裂縫
引起溫度變化主要因素有:
2.1日照:橋面板、主梁或橋墩側(cè)面受太陽曝曬后,溫度明顯高于其它部位,溫度梯度呈非線形分布。由于受到自身約束作用,導(dǎo)致局部拉應(yīng)力較大,出現(xiàn)裂縫。日照和下述驟然降溫是導(dǎo)致結(jié)構(gòu)溫度裂縫的最常見原因。
2.2水化熱:出現(xiàn)在施工過程中,大體積混凝土(厚度超過2.0米)澆筑之后由于水泥水化放熱,致使內(nèi)部溫度很高,內(nèi)外溫差太大,致使表面出現(xiàn)裂縫。施工中應(yīng)根據(jù)實際情況,盡量選擇水化熱低的水泥品種,限制水泥單位用量,必要時可采用循環(huán)冷卻系統(tǒng)進(jìn)行內(nèi)部散熱,或采用薄層連續(xù)澆筑以加快散熱。
3收縮引起的裂縫
3.1塑性收縮:在施工過程中、混凝土澆筑后4-5小時左右,此時水泥水化反應(yīng)激烈,分子鏈逐漸形成,出現(xiàn)泌水和水分急劇蒸發(fā),混凝土失水收縮,同時骨料因自重下沉,因此時混凝土尚未硬化,稱為塑性收縮。塑性收縮所產(chǎn)生量級很大,可達(dá)1%左右。
3.2縮水收縮(干縮)。混凝土結(jié)硬以后,隨著表層水分逐步蒸發(fā),濕度逐步降低,混凝土體積減小,稱為縮水收縮(干縮)。因混凝土表層水分損失快,內(nèi)部損失慢,因此產(chǎn)生表面收縮大、內(nèi)部收縮小的不均勻收縮,表面收縮變形受到內(nèi)部混凝土的約束,致使表面混凝土承受拉力,當(dāng)表面混凝土承受拉力超過其抗拉強(qiáng)度時,便產(chǎn)生收縮裂縫。
3.3自生收縮。自生收縮是混凝土在硬化過程中,水泥與水發(fā)生水化反應(yīng),這種收縮與外界濕度無關(guān),且可以是正的(即收縮,如普通硅酸鹽水泥混凝土),也可以是負(fù)的(即膨脹,如礦渣水泥混凝土與粉煤灰水泥混凝土)。
混凝土收縮裂縫的特點是大部分屬表面裂縫,裂縫寬度較細(xì),且縱橫交錯,成龜裂狀,形狀沒有任何規(guī)律。
4地基礎(chǔ)變形引起的裂縫
地質(zhì)勘察精度不夠、試驗資料不準(zhǔn);地基地質(zhì)差異太大;結(jié)構(gòu)荷載差異太大;結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)類型差別大;水毀對橋梁基礎(chǔ)的沖刷;地基凍脹;橋梁建成以后,原有地基條件變化。
5施工材料質(zhì)量引起的裂縫
混凝土主要由水泥、砂、集料、拌和水及外加劑組成。配置混凝土所采用材料質(zhì)量不合格,是導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫的原因。
5.1水泥
(1)水泥出廠時強(qiáng)度不足,水泥受潮或過期,可能使混凝土強(qiáng)度不足,從而導(dǎo)致混凝土開裂。
(2)當(dāng)水泥含堿量較高(例如超過0.6%),同時又使用含有堿活性的骨料,可能導(dǎo)致堿骨料反應(yīng)。
5.2砂、石、集料
砂石的粒徑、級配、雜質(zhì)含量。
砂石粒徑太小、級配不良、空隙率大,將導(dǎo)致水泥和拌和水用量加大,影響混凝土的強(qiáng)度,使混凝土收縮加大,如果使用超出規(guī)定的特細(xì)砂,后果更嚴(yán)重。
5.3拌和水及外加劑。拌和水或外加劑中氯化物等雜質(zhì)含量較高時對鋼筋銹蝕有較大影響。采用含堿的外加劑,可能對堿骨料反應(yīng)有影響。
6施工工藝質(zhì)量引起的裂縫
在混凝土結(jié)構(gòu)澆筑、構(gòu)件制作、起模、運(yùn)輸、堆放、拼裝及吊裝過程中,若施工工藝不合理、施工質(zhì)量低劣,容易產(chǎn)生縱向的、橫向的、斜向的、豎向的、水平的、表面的、深進(jìn)的和貫穿的各種裂縫,特別是細(xì)長薄壁結(jié)構(gòu)更容易出現(xiàn)。裂縫出現(xiàn)的部位和走向、裂縫寬度因產(chǎn)生的原因而異,比較典型常見的有:
6.1混凝土振搗不密實、不均勻,出現(xiàn)蜂窩、麻面、空洞,導(dǎo)致鋼筋銹蝕或其它荷載裂縫的起源點。
6.2混凝土澆筑過快,混凝土流動性較低,在硬化前因混凝土沉實不足,硬化后沉實過大,容易在澆筑數(shù)小時后發(fā)生裂縫,既塑性收縮裂縫。
6.3混凝土攪拌、運(yùn)輸時間過長,使水分蒸發(fā)過多,引起混凝土塌落度過低,使得在混凝土體積上出現(xiàn)不規(guī)則的收縮裂縫。
6.4混凝土初期養(yǎng)護(hù)時急劇干燥,使得混凝土與大氣接觸的表面上出現(xiàn)不規(guī)則的收縮裂縫。
6.5混凝土分層或分段澆筑時,接頭部位處理不好,易在新舊混凝土和施工縫之間出現(xiàn)裂縫。采用分段現(xiàn)澆時,先將混凝土接觸面鑿毛、清洗不好,新舊混凝土之間粘結(jié)力小,或后澆混凝土養(yǎng)護(hù)不到位,導(dǎo)致混凝土收縮而引起裂縫。
6.6施工時拆模過早,混凝土強(qiáng)度不足,使得構(gòu)件在自重或施工荷載作用下產(chǎn)生裂縫。
6.7施工質(zhì)量控制差。任意套用混凝土配合比,水、砂石、水泥材料計量不準(zhǔn),結(jié)果造成混凝土強(qiáng)度不足和其他性能(和易性、密實度)下降,導(dǎo)致結(jié)構(gòu)開裂。S316線K103+620、K109+360、K110+100等處橋梁、墩臺、臺帽等處出現(xiàn)裂縫較多。7混凝土橋梁裂縫處治方法—“壁可注入法”
第一步表面處理
用綱絲刷沿裂縫表面清理寬約5cm范圍;用刷子丙酮或清水清除裂縫表面的浮塵并晾干。
第二步粘結(jié)注入座和密封裂縫
(1)配置封口膠按配合比(101#號的主擠、硬化擠的重量比為7:3)配料拌和均勻。
(2)布設(shè)注入座用抹灰刀將少許封口膠抹在注入座底面的四周,將注入孔對正裂縫中心輕微擠壓,并用封口膠將注入座包覆,沿裂縫的走向每隔30-40cm布設(shè)一個注入座,裂縫分岔處也應(yīng)布設(shè)注入座。
(3)封閉裂縫用工具抹灰刀將封口膠沿裂縫的走向5cm寬的范圍封閉,封口膠厚度為2mm左右,盡量一次性完成。
第三步封口膠的固化
封閉完成后,讓封口膠自然固化,固化時間:在正常溫度下(6小間-12小間)
第四步注入灌注膠
(1)可配置封口膠按配合比(主劑、硬化劑的重量比為2:1)配料拌和均勻。
(2)注膠將注入器的連接端牢固地安裝在注入座上,將灌注膠裝入注入泵黃油槍內(nèi),將黃油槍倒置,打開伐門推動活塞排除系統(tǒng)中的空氣。將它連接
到注入器的注入端,推動黃油槍的活塞,開始注入。
第五步灌注膠的固化
讓灌注膠自行固化,固化時間:大約24小時,與溫度有關(guān)。
第六步“壁可注入法”的特點
(1)灌注膠具有超低粘度性、滲透力強(qiáng)、粘結(jié)力強(qiáng)、具有較高強(qiáng)度。
(2)可恢復(fù)混凝土構(gòu)件的強(qiáng)度,恢復(fù)受損構(gòu)件的承載力。
(3)利用注入器“橡膠管”膨脹后產(chǎn)生恒壓力,將膠液自動注入到裂縫深處,持續(xù)的低壓能避免產(chǎn)生氣阻,保證修補(bǔ)質(zhì)量。
(4)施工工藝簡便,易操作使用,節(jié)省人工,安全環(huán)保。
第七步“壁可注入法”使用效果
2007年6月特克斯公路段通過使用“壁可注入法”對管轄路段的S316線路段,25座橋梁構(gòu)件,墩臺、梁板底、的縱橫超限值的裂縫,經(jīng)過現(xiàn)場使用效果良好。截止目前為止未出現(xiàn)開裂,擴(kuò)張現(xiàn)象。
結(jié)論:公路建設(shè)是一項基本建設(shè),只要我們在設(shè)計、施工工藝、材料選擇以及后期的養(yǎng)護(hù)過程中能夠充分考慮各種因素的影響,還是完全可以避免的,危害結(jié)構(gòu)的裂縫的產(chǎn)生。
參考文獻(xiàn)
[1]《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》(JTJ041-2000).
[2]《公路橋涵設(shè)計規(guī)范》(JTJ025-86).