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关键词:混凝土;裂缝;成因;预防
一、混凝土裂缝的分类
混凝土裂缝是混凝土的一种常见病和多发病。病情绝大多数发生于施工阶段,其原因复杂多变,一般可分为无害裂缝和有害裂缝两大类。无害裂缝是指肉眼看不到的、砼内部固有的一种裂缝,它是不连贯的。宽度一般在0.05mm以下,这种砼本身固有的微观裂缝,荷载不超过设计规定的条件下,一般视为无害。有害裂缝宽度在0.05mm以上,并且认为宽度小于0.2~0.3mm的裂缝是无害的,但是这里必须有个前提,即裂缝不再扩展,为最终宽度。
二、混凝土裂缝的成因
裂缝产生的形式和种类很多,有设计方面的原因,但更多的是施工过程的各种因素组合产生的。
(一)砼的收缩
收缩是砼的一个主要特性,对砼的性能有很大影响。由于收缩而产生的微观裂缝一旦发展,则有可能引起结构物的开裂、变形甚至破坏。产生收缩裂缝的原因,一般认为在施工阶段因水泥水化热及外部气温的作用引起砼收缩而产生的裂缝。多为规则的条状,很少交叉。常发生在结构变截面处,往往与受力钢筋平行。收缩裂缝多发生在大体积砼中,梁、板、柱等小块体构件,预应力构件极少产生收缩裂缝。砼收缩裂缝危害较大,尤其是暴露在大气中的构筑物,影响更大。如不加以防止,可能会造成严重后果。
(二)混凝土材料及配合比
配合比设计不当直接影响砼的抗拉强度,是造成砼开裂不可忽视的原因。配合比不当指水泥用量过大,水灰比大,含砂率不适当,骨料种类不佳,选用外加剂不当等,这几个因素是互相关联的。有关试验资料显示:用水量不变时。水泥用量每增加10%,混凝土收缩增加5%;水泥用量不变时,用水量每增加10%,混凝土强度降低20%,混凝土与钢筋的粘结力降低10%。合肥市近两年发现不少商品混凝土浇捣的楼板出现裂缝,总结的原因有如下方面:
1、粗细集料含泥量过大,造成混凝土收缩增大。集料颗粒级配不良或采取不恰当的间断级配,容易造成混凝土收缩的增大,诱导裂缝的产生。
2、骨料粒径越细、针片含量越大,混凝土单方用灰量、用水量增多,收缩量增大。
3、混凝土外加剂、掺和料选择不当、或掺量不当,严重增加混凝土收缩。
4、水泥品种原因,矿渣硅酸盐水泥收缩比普通硅酸盐水泥收缩大。
5、水泥等级及混凝土强度等级原因:水泥等级越高、细度越细、早强越高对混凝土开裂影响很大。混凝土设计强度等级越高,混凝土脆性越大、越易开裂。
(三)施工及现场养护原因
1、现场浇捣混凝土时,振捣或插入不当,漏振、过振或振捣棒抽撤过快,均会影响混凝土的密实性和均匀性,诱导裂缝的产生。
2、高空浇注混凝土,风速过大、烈日暴晒,混凝土收缩值大。
3、对大体积混凝土工程,缺少两次抹面,易产生表面收缩裂缝。
4、大体积混凝土浇注,对水化计算不准、现场混凝土降温及保温工作不到位,引起混凝土内部温度过高或内外温差过大,混凝土产生温度裂缝。
5、现场养护措施不到位,混凝土早期脱水,引起收缩裂缝。
6、现场模板拆除不当,引起拆模裂缝或拆模过早。
7、现场预应力张拉不当(超张、偏心),引起混凝土张拉裂缝。
这些因素都会造成砼较大的收缩,产生龟裂裂缝或疏松裂缝,致使砼微观裂缝迅速扩展,形成宏观裂缝。
养护是使砼正常硬化的重要手段。养护条件对裂缝的出现有着关键的影响。在标准养护条件下,砼硬化正常,不会开裂,但只适用于试块或是工厂的预制件生产,现场施工中不可能拥有这种条件。但是必须注意到,现场砼养护越接近标准条件,砼开裂可能性就越小。
(四)使用原因(外界因素)
1、构筑物基础不均匀沉降,产生沉降裂缝。
2、使用荷载超负。
3、野蛮装修,随意拆除承重墙或凿洞等,引起裂缝。
4、周围环境影响,酸、碱、盐等对构筑物的侵蚀,引起裂缝。
5、意外事件,火灾、轻度地震等引起构筑物的裂缝。
三、混凝土裂缝预防措施
根据砼裂缝成因,采取适当措施进行预防要比事后补救有效的多。也就是说采取以防为主的方法,归纳起来,可以从以下几个方面着手:
1、设计
在设计上要注意到那些容易开裂的部位,如深基与浅基、高低跨处等,应考虑到由于地基的差异沉降或结构原因而引起的薄弱环节,在设计中加以解决。在构件截面允许、配筋率不变而且浇筑方便的条件下,钢筋直径越细、间距越小则对预防开裂越有利。
2、施工方案
好的施工方案与预防、控制裂缝有很大的关系。施工方案主要应确定一定浇筑量、施工缝间距、位置及构造、浇筑时间、运输及振捣等。一次浇筑长度由垂直施工缝分割,最好是设置在变截面处或承受拉、剪、弯应力较小的部位。除控制一次浇筑厚度外,分层位置即水平施工缝留设位置也应加以注意,一般来说,因尽量留在变截面处,或远离受拉钢筋部位而设在砼的受压区,确定浇筑时间的原则应尽量避开炎热天气和昼夜温差大的日子。如果必须在夏季施工,则应采取材料降温措施来控制砼入模温度。
3、施工质量
由于施工质量原因而产生的裂缝发生率在95%以上。如果在施工阶段控制住了裂缝,则在使用阶段开裂的可能性就很小了。因此,施工阶段是裂缝预防的主要阶段,在施工阶段要注意以下几个问题:首先砼要有合适的配合比,选择合适的配合比,不仅要满足强度要求、施工要求,还要从防止产生裂缝的需要出发。其次适当地选择好水灰比,在满足强度要求的原则下,尽可能减少水泥用量。其次钢筋的成型和模板安装位置要准确、牢固,以免施工中变形。钢筋上的污物和氧化铁皮要清除,以免影响粘结力。最后是浇筑、振捣操作合理,特别是振捣操作技术,往往不被人们重视。过分地振捣对砼均匀性有害,振捣不足也不能保证砼应有的密实度,要恰到好处。
4、养护
养护的目的是使砼正常硬化,强度增长,不受或少受外界影响。技术关键是设法使砼温度级慢慢下降到接近外界气温,缩小降温过程中的温差。以便减小温度应力,阻力裂缝的产生。
如何解决人防工程的混凝土非荷载裂缝问题,对于保证人防工程建设质量具有重要意义。在发现的问题中,80%以上混凝土结构裂缝与非荷载变形有关,混凝土的非荷载变形并不必然导致混凝土结构裂缝的产生,裂缝的产生与非荷载变形分布的不均匀性以及变形受到的约束程度有关。混凝土非荷载变形受到的约束分为内约束和外约束。内约束指一个物体或一个构件本身各质点之间的相互约束作用。外约束指一个构件变形受到其它构件的阻碍,或一个结构变形受到另一个结构的阻碍。无论内约束或外约束,变形不协调或变形受到约束都将导致拉应力产生,在拉应力作用下,混凝土中会产生大量的“微观裂缝”,“微观裂缝”不断发展为“宏观裂缝”,即非荷载裂缝。下面以人防工程为例,介绍一下非荷载裂缝的种类和预防措施。
一、干缩裂缝及预防
干缩裂缝是混凝土干燥收缩变形导致的裂缝。干燥收缩
变形是混凝土凝结硬化后,由于含水孔隙失水导致的体积收缩,是混凝土内部和环境之间存在湿度梯度造成的。混凝土干燥收缩变形本质上是水泥石的收缩,骨料由于弹性模量大实际上是不收束的,且起着约束水泥石收束的作用。混凝土干燥收束变形的大小取决于水泥石的数量、水泥石中的孔隙含量、孔径分布和含水状态、混凝土材料组成、配合比以及构件的尺寸,且受湿度影响大,具有明显的时变性。
主要预防措施:一是选用收缩量较小的水泥,降低水泥的用量。二是在混凝土配合比设计中应尽量控制好水灰比的选用,同时掺加合适的减水剂。三是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。四是加强早期养护,适当延长养护时间。冬季要延长保温覆盖时间,并涂刷养护剂养护,五是设置伸缩缝。
二、塑性收缩裂缝及预防
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。影响混凝土塑性收缩开裂的主要因素有水灰比、混凝土的凝结时间、环境温差、风速、相对湿度等。
主要预防措施:一是选用干缩值较小早期强度较高的硅酸盐或普通硅酸盐水泥。二是严格控制水灰比,掺加高校减水剂来增加混凝土的坍落度和和易性,减少水泥及水的用量。三是浇筑前,将基层和模板浇水均匀湿透。四是及时覆盖塑料薄膜或者潮湿的草垫、麻片等,或者在混凝土表面喷洒养护剂等进行养护。五是在高温和大风天气要设置遮阳和挡风设施,及时养护。
三、塑性塌落裂缝及预防
塑性塌落裂缝,一般在混凝土浇筑时或浇筑成型后、初凝前,由于混凝土沉降收缩所致。当混凝土沉降收缩受到阻挡时,将在阻挡部位上部混凝土中产生拉应力,当拉应力大于混凝土的张拉应力时,混凝土表面即产生塑性坍塌裂缝。可分为3种类型。一是混凝土结构中的钢筋或固定模板的螺栓阻碍了混凝土的沉降,在浇注面上形成塑性坍塌裂缝。二是混凝土细柱和薄墙会因两边模板凹凸不平或构件尺寸变化限制了混凝土的均匀下沉。同时模板吸水太快造成部分混凝土很快失去流动性时,也会形成塑性坍塌裂缝。三是厚混凝土较薄混凝土的沉降量大,在连续浇筑变截面结构时,由于混凝土沉降速度的差异,塑性坍落裂缝在变截面部分也极易产生。
主要预防措施:一是及时对混凝土进行二次振捣,二是分批浇筑。
四、沉陷裂缝及预防
建筑物地基处理不满足规范要求或地基承载力不足时,因上部建筑物压力的作用将产生沉陷变形。若地基沉陷变形不均匀,将在结构内部产生拉应力而导致建筑物开裂,这种裂缝称为沉陷裂缝。沉陷裂缝一般出现在严重湿陷性黄土、冻胀土、膨胀土、软弱土等承载力不足且不均匀地基上的建筑物中。同时地基承载力均匀,但所受荷载差别过大,建筑物刚度差别悬殊时,也会因不均匀沉陷导致裂缝发生。
主要预防措施:一是对松软土、回填土地基在上部结构施工前应进行必要的夯实和加固。二是设置沉降缝。三是防止混凝土浇筑过程中地基被水浸泡。四是模板拆除的时间不能太早,且要注意拆模的先后次序。
五、温度裂缝及预防
一是大体积混凝土浇筑后,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,大量的水化热聚集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,较大的内外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,这种裂缝多发生在混凝土施工中后期。二是在温差变化较大地区的混凝土施工中或者是混凝土受到寒潮的袭击,会导致混凝土表面温度急剧下降,而产生收缩,表面收缩的混凝土受内部混凝土的约束将产生很大的拉应力而产生裂缝,这种裂缝通常只在混凝土表面较浅的范围内产生。此种裂缝的出现会引起钢筋的锈蚀,混凝土的碳化,降低混凝土的抗冻融、抗疲劳及抗渗能力等。
主要预防措施:一是设置温度裂缝。二是布置温度钢筋。三是选用适当的保温措施。四是尽量选用低热或中热水泥。五是减少水泥用量。六是降低水灰比。七是改善骨料级配,降低水化热。
六、冻融裂缝及预防
寒冷或严寒地区,处于潮湿环境下的混凝土结构,由于内部水分结冰将产生体积膨胀,在反复冻融循环作用下,混凝土将产生冻融裂缝。有时地基土体的冻胀也可能导致混凝土开裂。冻融裂缝的产生与混凝土的密度和长期受潮有关。一般冻融裂缝大部分出现在顶层混凝土挑槽、女儿墙、混凝土压顶等部分,少部分在低层勒角部分出现。卫生间、盥洗室靠近外墙的混凝土,有时也会出现裂缝。冻融裂缝的特点是裂缝附近混凝土酥松、表面沙浆剥落、钢筋,产生锈蚀。同时开裂情况伴随时间的推移将不断恶化。
主要预防措施:一是提供混凝土早期强度;二是实施保温措施;三是惨加引气剂、防冻剂、早强剂。
七、化学反应引起的裂缝及预防
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。
混凝土拌合后会产生一些碱性离子,这些离子与某些活性骨料产生化学反应并吸收周围环境中的水而体积增大,造成混凝土酥松、膨胀开裂。这种裂缝一般出现在混凝土结构使用期间,一旦出现很难补救,因此应在施工中采取有效措施进行预防。
在混凝土楼板的浇筑过程中,由于施工人员的长时间振捣,结果使混凝土中的石子﹑骨料下沉,浆体上浮,造成作业面砂浆层。这就使它的干缩性能增大,等到水分蒸发后,混凝土失去水分而变得更加干燥,从而使毛细孔收缩或沉缩引起了混凝土楼板的龟裂。(1)由于在施工中各工种操作人员没有相互配合,人为地将楼板钢筋的成品(板面负筋)踏坏﹑压弯,出现了支座的负弯矩,在浇筑混凝土后便出现了板面裂缝。(2)在施工中由于要提前预埋线管,而且加上预埋线管外表光滑,混凝土经过振捣,石子滑落,水泥砂浆浮于预埋线管上层,这就会使混凝土楼板沿管线预埋方向产生干缩裂缝。(3)施工方为了赶超进度,节约替换模板和支撑系统,当混凝土没有达到规定的强度标准时,操作人员就过早地将模板拆除;或者在混凝土还没有完全终凝后,就在上面加压重荷,甚至上人作业等。这都会使混凝土楼板的弹性发生变性,破坏混凝土楼板结构,从而出现裂缝。(4)混凝土浇筑后,还有大量的水化热量得不到散发,在内部就产生了温度应力。由于混凝土抗拉强度低,容易被温度引起的拉应力拉裂,从而产生温度裂缝,这就给施工后的养护带来了难度。如果在楼板养护时没有采取覆盖或覆盖措施不到位,养护时间不够,也会使楼板产生裂缝。
因此,民居工程的施工中应从以下几方面来控制商品混凝土楼板裂缝的发生。施工方要选择有资质的商品混凝土生产厂家,根据混凝土强度等级﹑和易性及实验室配合比的要求,确定各种标号混凝土配合比,严格按照配合比控制水灰比和水泥用量;选择级配良好的石子,减少孔隙率以减少收缩量;严格控制砂子的含泥量﹑泥块含量,采用中粗砂,避免使用过量粉砂。同时,要求严格审查出厂合格证及设计配合比报告,严格控制混凝土的坍落度,以便提高它的抗裂性能。
先进合理的施工技术和方法,不仅能降低建筑成本,提高工作效率,还能有效控制混凝土楼板的裂缝。(1)梁、柱浇筑完成后,制定混凝土楼板施工方案,并对楼板模板支撑系统编制专项施工方案。要求模板及支撑系统除满足强度要求外,还必须有足够的刚度和稳定性;而且根据工期要求要准备充足的模板,以确保按标准﹑按要求拆除模板。梁、板、柱宜采用同一标号混凝土。(2)混凝土浇筑前,应将模板用水浇湿润,避免模板干燥而吸收水分。同时,要严格控制振捣时间,以防止混凝土产生不均匀沉降收缩,使楼板出现裂缝。(3)现浇楼板中的预埋线管必须布置在底部钢筋网片之上,交叉布线处可采用接线盒集中钢筋网带,严禁将水管水平埋设在现浇混凝土楼板中;而且在埋管集中的地方,切不可管与管紧密相列,要留有适当的间距。(4)现浇混凝土楼板浇筑完毕后,应在12h内进行覆盖并作保湿养护,12h后应浇水养护,养护时间不得少于1个星期。对于掺用缓凝型外加剂的混凝土,养护时间不得少于2个星期。同时,对于已浇筑完毕的混凝土楼板,严格禁止人或重物加荷其上,以防止浇筑混凝土楼板结构的人为破坏,从而导致裂缝的出现。综上所述,混凝土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居民楼层与层之间的抗渗能力,影响居民的正常生活,还会降低楼板的耐久性,影响整个居民楼的使用寿命。因此,建筑施工单位必须严格加强混凝土原材料的质量控制、混凝土生产质量控制和现浇混凝土楼板施工质量管理,民居工程中混凝土楼板的裂缝就能得到有效的控制。
本文作者:柴燕仑工作单位:大同煤矿集团公司企划部
关键词:构筑物裂缝分析处理
1概述
在当今的整个社会的建设中,不论什么样的建筑,都是采用钢筋混凝土结构,因为该建筑材料价廉物美,施工方便,承载力大,可装饰强的特点,日益受到人们的欢迎。在我国不论是城市或在农村,钢筋混凝土的应用面可以说是无处不在。但是,在使用混凝土的同时,由于对混凝土的性能了解不深,在工程完毕后的十几天,一个月或者更长一点的时间后,混凝土结构物出现了裂缝或其他不良反映,给人们的心中造成担忧和后怕的感觉。一些搞混凝土技术的研究人员对混凝土构筑物的裂缝形成,进行了大量的研究和技术探讨,提出解决混凝土裂缝的办法和意见,也取得了较大的科研成果,使混凝土构筑物的裂缝降低到最低范围之内。目前对混凝土结构物裂缝问题,是在混凝土工程建设中带有一定普遍性的技术问题。而混凝土结构的破坏和建筑物的倒塌,也都是从结构裂缝的扩展开始而引起的。如地下工程(地下室、地下仓库、地下变电所、地下人防工程等),若出现裂缝,将会产生大量的渗水,使地下工程的使用性能降低或不能使用;而厂房、住宅、办公楼的墙、板、柱、梁出现裂缝后,一是影响美观,二是影响使用寿命,有严重裂缝的建筑物将会威胁到人们的生命和财产的安全。故在某些施工验收规范和工程都是不允许混凝土结构出现有明显的裂缝。
但是,从近代科学关于混凝土工作的研究及大量的混凝土工程实践证明,混凝土结构裂缝是不可避免的,裂缝是人们可以接受的一种材料特性,只是如何使有害程度控制在某一有效范围之内。因为使用的混凝土是多种材料组成的一种混合体,且又是一种脆性材料,在受到温度、压力和外力的作用下,都有出现裂缝的可能性。而对出现裂缝后,就要分析哪些裂缝是有害裂缝,哪些是无害裂缝,经分析后,对有害裂缝的形成原因和如何处理,这是本文所提出的关键所在。
2国内外对混凝土裂缝控制的要求
从目前的情况看,设计上对混凝土裂缝有一定范围。从我国的“混凝土结构设计规范《GBJ10——89)”表3·3·4规定看,其裂缝宽度在不同的环境下,不同的混凝土结构物其裂缝的宽度也有所不同的控制标准,允许裂缝宽度为0.2~0.3mm。而从国外的情况看,不同的国家对混凝土构筑物的裂缝宽度也有不同的规定,如1970年欧洲混凝土专业委员会的规范所收集各个国家的标准设计裂缝规定如下:
美国AGl规范规定裂缝为0.108mm;法国规范规定裂缝为0.27mm;加拿大规范规定裂缝为0.064mm;前苏联规范规定裂缝为0.12mm;波兰规范规定裂缝为0.182mm。
从不同的国家来看,各国的规范对混凝土构筑物的裂缝都有不同的控制范围和要求,要保证混凝土构筑物不出现裂缝可以说是不可能的。在我国,对在不同环境下混凝土构筑物,在不同的介质情况下,所规定的混凝土裂缝宽度也不同。所以说,对混凝土构筑物的裂缝我国规范规定在设计上有一定的允许宽度。国际上也都根据本国的特点,对混凝土的裂缝都有明确的规定,说明混凝土结构的裂缝在一定范围内是允许的,要想控制混凝土构筑物不裂缝是很难的,关键是裂缝的宽度应该控制在什么范围内。
3混凝土构筑物裂缝的种类及渗、漏原因
混凝土渗、漏的主要原因是在其拌合物在浇灌振捣过程中漏振和振捣不密实而产生的毛细孔隙或蜂窝状,在外部水压力的作用下,导致渗、漏现象。
同时,由于设计的原因,如结构的造型尺寸、受力情况、构造等因素考虑不周,也会造成混凝土结构的渗、漏现象。从以往的实际情况看,混凝土的裂缝大致可分为以下几种:
(1)混凝土拌合物凝结前的沉降裂缝及干缩裂缝;
(2)混凝土温度应力裂缝;
(3)混凝土自应力裂缝;
(4)混凝土受外力及荷重影响裂缝。
从实际情况来看,地下混凝土工程结构的裂缝情况可分为以下几个方面,笔者予以分别介绍。
3.1混凝土拌合物沉降裂缝
这种裂缝的发生,往往是采用大流动性混凝土拌合物时而发生的裂缝,大家知道,大流动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终处于一种自由体,虽然经过振动器械进行了振动,内部的孔隙也基本排除,但在混凝土内部的粗骨料本身在自身质量的作用下缓慢下沉,若是素混凝土,内部的下沉是均匀的,在混凝土硬化过程中,表面的裂缝一般均为施工人员在操作过程中所留下的脚窝因用素浆找平后而形成的,因为这些裂缝是素浆在硬化时产生的收缩(干裂)裂缝;但是只要在混凝土初凝时予以压光即可解决。另外一方面是钢筋混凝土,在混凝土没有达到初凝前,其内部的粗骨料继续处于下沉状态,而混凝土沿着钢筋的下方继续下沉,由于在钢筋的作用下,钢筋上面的混凝土被钢筋的支护,在钢筋上表面沿着钢筋的走向产生裂缝,这种裂缝的深度一般只达到钢筋表面为止。
3.2早期混凝土干缩裂缝
这种裂缝一般出现在混凝土较薄的结构;如现浇楼板混凝土、道路混凝土、地坪等混凝土,在结构断面≤300mm、混凝土坍落度>100mm时,最容易发生此种裂缝。这种裂缝产生的原因是混凝土拌合物在浇捣完毕后,混凝土拌合物内部的水份一部分泌出流失,一部分被水泥水化所用,另外一部分被蒸发,尤其是在干热、风较大的季节以及在空中的薄壁结构板混凝土拌合物则更容易出现失水干缩而发生裂缝。这种裂缝出现的时间较早,一般混凝土在初凝前就已经发生,若不加以处理和养护,局部裂缝将会贯穿整个混凝土结构,部分裂缝也将达到结构1/3~1/2的深度。象这样的裂缝若在混凝土还没达到初凝之前,对其表面用木抹子进行再次拍压抹平,并立即在表面覆盖养护,即可消除该种裂缝的再发生。这种裂缝在实际的施工过程中会经常遇到,但只要引起注意,象混凝土早期出现初凝前的裂缝完全可以避免。
3.3对拉螺栓钢筋端头处漏水现象
在实际工程的施工中,对拉螺栓是用来固定模板的,在混凝土浇灌前已预先固定在钢筋笼内,且钢筋穿过整个混凝土结构物。在施工时,该对拉钢筋在±0.00以下都要求在对拉钢筋中焊接有钢板止水垫,防止地下水从钢筋周围直接渗入混凝土结构物内部,要求止水钢板与钢筋四周用电焊焊满,不得有漏焊和点焊,确保对拉螺栓的止水效果,若止水垫焊不满,在混凝土振捣过程中,对拉螺栓下方的骨料颗粒还在继续下沉,在混凝土凝结后,对拉钢筋下面就形成一道水膜,在混凝土中的水泥产生水化和水份的蒸发以后,在螺拴下表面就形成了一道贯穿性的毛细孔,这种毛细孔在外部地下水的压力作用下,将产生渗水现象。
但是,有的钢止水板在焊接时焊得不严,有漏焊点或漏焊处,在外部水压力的作用下,水就会通过止水板的漏焊处,顺着钢筋螺栓渗透到结构物内部。
3.4贯通性毛细孔和微细裂缝
在一般大流动性混凝土工程结构上容易产生贯通性的毛细孔。因为泵送混凝土的流动性大,相应地混凝土单位用水量也要比普通混凝土用水要多。在混凝土浇捣完后,一部分水泌掉,一部分蒸发,一部分在水泥水化时被水泥吸收,那么另外一部分搅拌用水就存在混凝土内部,在一定的时间内,水慢慢挥发,原来水所占的体积就形成了一条毛细孔隙,在混凝土结构外部地下水的压力下,这种贯通性的毛细孔就很容易产生渗漏。
微细裂缝主要反映在大流动性混凝土内部,由于在振捣时漏振或振捣不够,在混凝土硬化前,尤其是在钢筋下方的骨料仍在继续下沉,而钢筋上部的混凝土中的骨料被钢筋所支撑不能下沉,在钢筋的下表面就形成了一道微细的水膜,日后它则会形成一条孔隙,地下水便会从此缝隙渗漏到混凝土结构物内部。
3.5混凝土应力裂缝
3.5.1混凝土温度应力裂缝
在混凝土硬化过程中,混凝土构筑物可能要承受各种温度和湿度及其它原因引起变形而产生应力裂缝,因为混凝土在内、外约束应力作用的情况下,混凝土构件的自约束应力是由于非线性的不均匀变形引起,它产生了局部裂缝,而混凝土构件(结构)在外部的约束应力由于结构与结构的相互约束,这种约束变形可能使混凝土构件(结构)产生贯穿性断裂和局部裂缝。
根据王铁梦教授的理论,在混凝土尤其是大体积混凝土浇捣完后,水泥已经开始水化,其混凝土内部的最高温度峰值可按以下经验公式计算,即:
T0=T+C·α
式中T0——混凝土内部峰值温度(C°);
T——混凝土浇灌入模时的温度(C°);
C——每立方米混凝土水泥用量(kg/m3);
α——经验系数;当采用矿渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥时;α=0.1;当采用普通水泥时α=0.105。
当混凝土内部温度应力大于混凝土的拉应力时,混凝土结构将会出现裂缝,故在“混凝土结构工程施工及验收规范《GB50204——92》”中第4.5.3条明确规定,“对大体积混凝土的养护,应根据气候条件采取控温措施,并按需要测定浇筑后的混凝土表面和内部温度,将温差控制在设计要求的范围内;当设计无具体要求时,温差不宜超过25C°”。而在大体积混凝土施工中,往往设计上无明确的规定,只能靠施工的经验进行控制。
因为混凝土拌合物内的水泥在水化时,要产生大量的水化热,当混凝土内外温差超过一定的限度,混凝土的拉应力小于混凝土的热涨应力时,便会产生温度应力裂缝。这种裂缝主要出现在大体积混凝土或在冬期施工的混凝土。
例如:我们在宝钢某大型设备基础的混凝土施工中,混凝土强度设计为C30级,每立方米混凝土的水泥用量为360kg/m3,当时的气温为33C°,为了了解混凝土内部升温峰值,我们采取了电热偶测温和测温孔的办法测定混凝土内部的温度与混凝土表面的温度,以计算混凝土内外温差,经实测的温度和计算的温度看,两者相差不大。两者的温度结果为:
(1)实际测试的温度峰值为71.3C°;
(2)计算温度为:T0=34.5+(360×0.1)=70.5C°;
从两者的温度情况看,温度相差仅为0.8C°。说明计算的温度与实测的温度相差不大,完全可以以计算的温度对混凝土进行保温措施。当时该工程混凝土温度最高时所测混凝土外表面温度为44C°,内外温差为27.3C°,大于规范规定的25C°要求,故立即采取混凝土表面的保温措施,提高混凝土表面温度,缩小内外温差,使混凝土没有因温度应力出现裂缝,保证了混凝土基础的质量。在混凝土出现温度应力裂缝的情况时,一般往往会发生在混凝土结构物的变截面和混凝土断面较小的部位,为此,在施工大体积混凝土或者较厚的混凝土墙版时,施工单位要予以注意。
3.5.2混凝土自应力裂缝
在混凝土硬化后,即使在混凝土上方没有任何荷重的作用,也因其自身的收缩而产生裂缝。尤其是在夏季的混凝土施工,更容易发生该方面的裂缝。这种裂缝往往是在混凝土墙板上容易产生,它的形式一般为上下贯通的裂缝,在整个混凝土墙壁上呈现出有规律性的裂缝,一般在1.8~2.2m一道。如我们在上海市某研究所大楼地下室的墙板的混凝土施工中,混凝土的养护到7天后,浇灌地下室混凝土顶板,施工完后,发现地下室墙壁呈现规律性的裂缝,裂缝宽度为0.15mm左右,长度为整个墙壁的高度。经请部分专家分析,该种裂缝是混凝土的自应力引起的,原因是混凝土在水泥水化热达到一定的温度的时候,混凝土的膨胀应力开始消失而此时的混凝土开始产生收缩。这种收缩是均匀的收缩,所以在此种条件下,混凝土墙板的裂缝呈现出有规律性的裂缝。但是,若墙板与地下室承重相联结蹬地方,往往会在柱与墙的交点处裂缝以及在墙板的变截面发生裂缝。
3.6荷载变形裂缝
这种裂缝一般可分为两种情况造成:一是在混凝土结构还未达到设计要求的强度时,被车辆或重物的碾压或撞、砸而造成的变形缝;二是即使混凝土已经达到了设计强度,而在混凝土墙壁或薄壁结构物上撞击或超荷载堆放而造成的裂缝。后者出现的裂缝一般较为明显,属于贯穿性的裂缝。
3.7混凝土结构的漏水现象
混凝土的漏水现象往往会发生在以下几个方面:
(1)蜂窝麻面渗水现象
蜂窝麻面直接与混凝土施工有关。这些蜂窝麻面的出现原因主要是在施工时漏振或者振动时间不足而发生的,这种蜂窝麻面在混凝土结构中有的是独立一批片存在、有的则呈连贯性的。所以,在发生渗、漏时它不是点渗、漏,而是成片渗、漏的现象。
(2)伸缩缝、沉降缝渗、漏
在大体积混凝土和混凝土结构物比较长、结构物高低相差较大的工程中,因工艺的要求一般都设有伸缩缝和沉降缝,以保证混凝土结构在部分变形时而不影响其它整体变形的需要。这些部位往往在施工时因某些原因使伸缩缝和沉降缝不能完全保证其质量,造成这些部位的渗、漏,它在处理时往往要比其它部位的渗、漏要难处理得多。
(3)新旧混凝土接茬(缝)的渗、漏
在原有的混凝土结构物上继续浇灌混凝土时,原来的混凝土基础表面没有进行凿毛处理或凿毛后未清理干净,或者是未用水冲洗,就在原混凝土基础上浇灌混凝土拌合物。这样就会造成新旧混凝土的接茬(缝)之间形成一道掺、漏的缝隙。这种渗水现象在实际工程施工中会经常出现,尤其是在混凝土塌落度较小时(一般在50mm以下),接茬(缝)又未铺设水泥砂浆则更容易发生。这种缝隙在混凝土施工时特别要加以注意,引起重视。
4裂缝渗、漏的处理方法
根据混凝土渗、漏的特点,要进行分析该渗、漏的原因和渗水形成的部位,以及渗、漏的程度,根据不同的形式可采取不同的堵漏办法,我们实际的堵漏方法如下:
对混凝土的堵漏的方法一般是采用四种办法,在日常的实施中这四种方法是比较合适的,也是可行的,这些方法是:
(1)化学灌浆法;(2)嵌缝堵漏法;(3)堵封堵漏法;(4)涂模(布)堵漏法。
以上四种堵漏方法是根据不同的渗、漏情况而选择不同培漏方式来解决混凝土渗、漏问题,下面笔者根据不同渗、漏按不同的堵漏方法予以介绍。
4.1化学灌桨法
化学灌浆堵漏,是采用一种化学灌浆料来解决混凝土形成的线型掺、漏的部位,一般这种渗、漏是一条线,堵漏时要采取化学灌浆料与快速凝结水泥和无收缩水泥砂浆配合使用,才能真正达到堵漏效果;化学灌浆料一般分为四种型号,它们的技术指标见表1。
表1化学灌浆料技术指标
序号
材料名称
粘结强度(MPa)
抗压强度(MPa)
遇水膨胀率(%)
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
低粘度环氧树脂
5.10
82.4
—
化学灌浆堵漏,一般是对漏水较为严重的部位,它们的裂缝一般均是贯通性的,在堵漏处理上是比较困难的一种渗、漏,为此需要采取化学灌浆的办法进行堵漏,堵漏时,先将渗、漏水的裂缝部位予以确定,研究处理的方法,然后确定堵漏方案,对该种裂缝漏水的处理方法如下:
(1)在漏水处凿出一道“V”型槽,用掺入速凝剂的水泥净浆埋设灌浆嘴,用聚合物水泥砂浆PCCM封缝;
(2)对混凝土基层面用钢丝刷清理浮灰,并用清水冲洗干净;
(3)在混凝土基层表面无浮水时,喷涂5mm厚的PCCM——聚合物水泥砂浆。PCCM聚合物水泥砂浆主要力学性能见表2;
表2PCCM聚合物水泥砂浆主要力学性能
性能
粘结强度
(MPa)
抗拉强度
(MPa)
极限拉值
(Eu)
抗拉弹模
(E)
抗裂系数
(k)
抗渗压力
(MPa)
指标
3.5~4.2
3.7~4.7
700~800×10-6
700~800(MPa)
5.5~7.5×10-4
>S1.2
(4)对喷涂的聚合物养护5d后,用LW水溶性聚氨脂浆液进行化学灌浆,灌浆的压力一般为0.3(MPa),防止在灌浆时的压力过大,造成进塑料管的爆裂。
在实际的堵漏的处理中,采用油毡或铝箔的目的是为了防止水泥浆进入金属阀(金属阀一端连接透明塑料注浆软管作为引水管,在混凝土表面达到一定的强度后又作为化学灌浆的输送管)的注浆孔使堵塞。用油毡或者铝箔套住金属阀,然后在油毡或铝箔四周用快速凝结水泥净浆予以密封,然后用上述介绍的材料进行面层处理。
4.2嵌缝堵漏法
采用该种堵漏方法,一般是混凝土表面只出现映水现象,在长时间后,能把混凝土墙面映湿成大片的水迹和地下存有积水,如果不处理,将会影响整个表面的美观及室内的使用效果,为此,本办法对渗水的处理应采用嵌缝的方法进行,嵌缝的处理方法是:
(1)沿着混凝土渗水的缝隙凿出“v”型槽,清除槽内的杂物,然后用清水冲洗干净;
(2)在清洁、干燥的缝面上均匀涂刷SR塑料止水材料专用基液;
(3)在基液实干前,嵌填SR塑性止水材料;
(4)修理及保护:密封胶在表面干燥以前,用小刮刀等工具抹平,将表面修理平整;
(5)在经过嵌缝的缝面上用喷水壶撤上水,保持缝面的潮湿;
(6)将按比例配制的PCCM砂浆用刮刀将其嵌入缝中,并用抹刀将其抹平;
(7)待PCCM砂浆凝结后,采用潮湿的办法养护3~5d;
(8)按比例配制HK——964增厚型环氧涂料,反复搅拌均匀后使用;
(9)在干燥、平整的缝表面上,均匀涂刷964弹性涂料二道,要一刷压一刷操作,防止漏刷;
(10)在整个堵漏工作完毕后,对所使用SR、964涂料的工具,要及时用溶剂清洗干净待用。
4.3封堵堵漏法
该种堵漏的方法,主要是应用在水下或地下混凝土在涌水的条件下的孔隙、孔洞和裂缝的快速封堵。在封堵这样的漏水部位,往往要比其它的渗、漏要困难得多,且堵水效果要略差一些,但只要在处理时按要求操作,可保证混凝土表面不掺水。这种材料有的叫快速堵漏剂,也有的称为PBM聚合物,其聚合物混凝土的水下性能见表3。
表3PBM—7聚合物混凝土的水下性能
龄期性能
粘结强度
(MPa)
抗拉强度
(MPa)
抗折强度
(MPa)
抗压强度
(MPa)
1d
2.0
5.2
13.7
42.6
30d
2.1
5.9
15.1
56.4
采用本办法堵漏时一定先把基底处理干净,在混凝土表面不得留有混凝土杂物和粉末,若是点涌水,先把漏水处凿一个直径为80~150mm深50~80mm的工作坑,在坑中的漏水处预放一个导水管,作为排水之用,待先抹上去的聚合物混凝土(或砂浆)达到一定的强度后,再用聚合物砂浆用力给堵上。在处理渗漏时,一般要根据漏水的流水量的大小来采取不同的堵漏方法,若是有水向外踊,可采取上述方法进行。若漏水量很小,可以在漏水处按上述的办法先凿除一个堵漏工作坑,用清水冲洗干净后,立即用聚合物混凝土或聚合物砂浆一次封堵,并用力将聚合物混凝土或聚合物砂浆压实(这种聚合物拌入混凝土或水泥砂浆后,其凝结时间一般在3~5分钟),待混凝土或砂浆凝结硬化后,在其表面用高标号砂浆抹平,在5d内保持表面潮湿即可。
注意,在有涌水的堵漏过程中,一定要对钢管或竹筒混凝土或砂浆在硬化(凝结)前进行转动,防止混凝土或砂浆在硬化后无法取出,造成在最后堵流时发生困难或返工现象。
另外,如果漏水呈上下裂缝,在堵这种形式的裂缝时,要注意从上至下进行操作,在比较容易操作的高度设置排水管,待整个裂缝所封堵的材料达到设计要求后,再对排水的位置进行封堵。也可以分段封堵,方法同上。
4.4涂膜(布)堵漏法
涂膜堵漏是将混凝土结构物表面有渗漏的地方经过处理后,直接在其表面上进行防水处理。这种方法一般适用于混凝土结构在施工时振捣不密实,有的是漏振而形成的混凝土内部不密实而造成的大面积渗水情况,这种渗水现象一般无法用压力灌浆和嵌入法解决,只能用涂膜法进行表面防水处理。这种处理方法比较简单,但在操作时要求较严格,一般都要求混凝土结构表面没有浮灰和杂物,否则将会影响混凝土面与涂膜的粘结力,影响防水效果。
涂膜(布)防水所使用的材料为HK——96系列增厚型环氧涂料,它们的用途性能分别为:
961——用于干燥的混凝土表面;962——用于潮湿的混凝土表面;963——用于水下混凝土或结构物表面;964——为弹性涂料。
在选用以上四种涂膜材料时,一定要根据不同的漏水方式,选择不同的涂膜材料。如某种在继续沉降的结构,但沉降量很小,这时要选择有弹性的涂料,不能选择硬脆性涂膜材料,防止结构物在沉降时发生不脆裂而起不到防水效果。
5对堵漏工作的几点看法
经过对宝钢一、二、三期的地下混凝土结构工程出现渗、漏后的处理工作看,对混凝土堵漏只是一种事后的解决办法,首先在混凝土施工时要加强对混凝土的施工管理工作,避免和减少混凝土结构的裂缝,这才是我们的唯一目的。堵漏堵得再好,它不过是一种消极的办法,它不但要造成浪费,而且要投入大量的人力和物力,在工程投入使用后也会发生种种意想不到的问题。为此,我们的精力首先要放在混凝土的施工管理上,严格把好混凝土的施工质量关。但是,由于混凝土是由多种材料组成的一种脆性材料,在施工过程中往往很难保证混凝土结构不出现裂缝,但一定要控制混凝土尽量少出现裂缝。在万不得已时出现的裂缝,再进行对裂缝渗漏进行封堵或进行压力灌浆的办法。经过在宝钢一、二、三期的地下混凝土工程渗漏的处理情况看,效果是明显的,达到了预期的目的,为此我们认识到:
(1)要确定混凝土渗、漏部位的情况,确定堵漏方案,选择合理的堵漏材料,避免堵漏达不到预期的效果。
(2)堵漏前,不论是凿洞或是凿“V”型槽,深度一定要超过钢筋以下,一般所凿的深度为50~80mm,太浅容易发生再漏现象。
(3)所有被凿的洞或“V”型槽,均要用清水冲洗干净,洞和槽内不得存有浮灰,否则经过一时期后,洞口周围将会重新渗、漏。
(4)采用PBM——7聚合物速凝胶泥时,要现配现用,防止一次配制太多,放置时间过长失效而造成浪费。
受到其客观环境的影响,在水利工程施工过程中,混凝土开裂情况是常见的,正是由于这种情况的出现,就容易导致混凝土内部钢筋材料出现腐蚀情况,从而不利于钢筋砼结构整体承载力的提升,也不利于耐久性及其使用寿命的提升,不利于人们的生命及财产安全的维护。为了保证人们的生命财产及安全,保证水利施工工作体系的健全是必要的,从而实现内部各个环节的协调。这就需要针对混凝土裂缝产生原因进行分析,从而提升建筑物的整体安全性,保证其综合效益的提升。为了实现混凝土的有效凝固,做好影响混凝土面积收缩原因的分析是必要的,因为混凝土在凝固过程中,会出现蒸发或者散热等情况,特别是一些大体积混凝土。受到外界环境的约束,混凝土就会出现一系列的收缩,这就导致收缩应力的形成。如果这种应力超过混凝土的自身极限抗拉强度,就会导致混凝土裂缝的出现。裂缝的出现也是因为材料的不连续性,其是一种物理性的病害,正是因为这样,其严重影响了水工混凝土的耐久性。即使在施工期,裂缝的出现也是常见的,有的虽然在施工完毕后出现,但是在较短时间内出现,工程投入运行并不是裂缝出现的主要原因,裂缝的出现多半是在工程初始阶段。由于裂缝的导致了混凝土抗拉性能的降低,从而导致有害物质进入混凝土内部,导致钢筋锈蚀,从而使混凝土结构产生破坏。在实际应用过程中,如果水库蓄水发电及其灌溉不合理,就会导致挡水混凝土结构出现问题,从而导致渗漏情况的出现。如果渗漏量超过一定程度,就会影响到工程的整体蓄水能力。我们需要考虑的是混凝土重力坝的应用,裂缝出现一系列的宽度及深度就需要引起重视。就会出现坝体内部压力的增长,从而不利于坝体抗滑能力的提升,更不利于进行结构的抗震性提升,从而影响到坝体的整体抗滑能力,导致结构抗震性下降,从而不利于大坝的整体结构性控制。受到混凝土内外部温差的控制,温度裂缝由此产生,这也是因为水泥的水化热情况,比如混凝土内部及其外部的温差较大,从而导致温度的正负交替变化,在这种情况下,混凝土微孔内部的水就会是过冷,如果其体积出现膨胀,就会产生一系列的冻胀情况,由于冷水的出现,渗透压力会增大,从而不利于混凝土整体抗拉强度的提升,从而出现一系列的混凝土破坏状况。在实际工作中,温差裂缝的产生因素是非常的多,比如施工过程中水工混凝土的出现,会导致很多的水化热反应,也就影响到其内外温差,从而出现一系列的裂缝。在混凝土拆模过程中,混凝土表面也会出现温度下降,从而导致其裂缝的出现,如果混凝土的内部温度达到应用极限,但是热量散发并没有得到有效控制,也会出现温差裂缝情况。大体积混凝土很可能因为温差而出现一系列的裂缝,这也需要进行龟裂情况的考虑,进行混凝土自身质量情况的分析,进行外界腐蚀性的分析,从而做好混凝土裂缝的防治工作。
2水工砼裂缝防治方案的优化
为了有效提升水利工程的应用效益,进行混凝土设计配合比的控制是必要的,比如需要进行原材料的试拌,保证水泥用量的比例控制,进行粉煤灰、水胶比等控制,将其控制在有效范围内。在粗骨料的应用过程中,可以实现二级配应用,实现对粉煤灰、水胶比等有效控制。保证适合的粉煤灰的添加。保证混凝土和易性的改善,从而保证其温度控制,保证其收缩性的优化,保证其整体抗侵蚀性。在裂缝的发生部位,可以进行斜筋的配置,保证钢筋的良好应用,实现混凝土的承载力分担,从而实现裂缝的有效控制。为了最大程度的进行裂缝控制,进行设计过程中的中低强度水泥的有效利用是必要的,从而保证混凝土后期强度的利用。在工程结构设计过程中,我们需要进行结构的约束度控制。保证混凝土钢筋保护层的厚度控制,从而避免混凝土的不良养护。混凝土拆模完毕后,可以进行草帘挂设,从而保证养护效益的提升。在养护过程中,要给予积极的养护。通过对混凝土保养方案更新,更有利于进行预期裂缝,有利于提升混凝土的后期稳定性,保证整体承压能力的提升,保证强韧性的提升。在混凝土养护过程中,需要做好水利工程的充分认识及其重视工作,比如针对其钢筋锈蚀情况进行分析,针对氧化情况进行分析。提升混凝土整体密实度,避免其空气进入,提升混凝土防氧化能力。为了方便抗氧化工作的开展,可以进行混凝土避免水泥砂浆的应用,保证防腐层设置。从而提升混凝土的使用效益。这就需要进行结构的耐久性影响分析,进行碱骨料的化学反应分析,进行优质骨料的选择,保证混凝土整体密实度的提升。这里需要避免单纯结构重量的减轻模式应用,从而进行沉降性的控制,更有利于实现其结构的整体重量控制,保证其稳定性的提升,避免不均匀沉降情况的出现,并且针对这个特点做好相关的保护措施。在塑性收缩裂缝的预防过程中,我们需要进行合适材料的选择,可以进行良好强度的硅酸盐选择,进行浇筑环节的控制,需要保证基层及模板的浇水均匀性,保证混凝土表面的薄膜良好覆盖,从而提升混凝土的湿度,保证混凝土相关养护工作的开展。为了做好水利工程工作,进行施工管理体系的健全是必要的,从而实现其内部各个环节的协调,保证其技术含量的增加,实现其技术管理,保证施工工艺流程的协调性,保证施工技术整体效益的提升,从而提升工程整体质量及安全性,这就需要按照施工技术规范进行分析,做好质量标准的检验工作,保证质量检测工作的良好开展,从而满足实际工作的要求,这需要工作人员落实好自身的工作职责,保证其整体施工水平的提升。为了提升工程质量,进行质量管理体系的健全是必要的,从而保证工程质量整体措施的优化。在全面质量管理过程中,要实现质量环节及全部管理目标的协调,认真进行事后检验工作,进行预防性措施的应用,这里强调必须就事论事,也需要避免单一性的质量管理,保证质量整体管理体系的健全,有效提升工程质量,保证系统性的管理应用,落实好综合管理的各个细节,保证质量工作的良好开展,提升工程的整体质量。
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