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    混凝土構筑物裂縫的原因

    時間:2011-12-07 09:27:54  來源:網絡  作者:

     

     

    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0.20.3mm。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張相寶,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1/31/2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1.82.2m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。

     

     



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