商品混凝土現澆結構裂縫原因分析及預防措施

2021-08-16 19:36:24 字數 4606 閱讀 8595

近幾年來,商品混凝土現澆結構的裂縫問題越來越突出,有的甚至影響到結構安全和正常使用,這在住宅工程中尤為突出。因此,如何採取措施,最大限度地減少或消除商品混凝土裂縫的產生,已成為工程技術人員急需解決的難題之一。

本人依據幾年來的施工管理經驗和學到的理論知識,並結合曾施工過的某新村住宅樓、徐莊礦鍋爐房、湖州嘉欣金世紀廣場商務樓等工程的實踐,就商品混凝土現澆結構裂縫產生的原因及預防,作如下闡述。

一、商品混凝土現澆結構產生裂縫的原因

商品混凝土是由水泥、骨料、水和各種外加劑及摻合料組成的複雜結構,俗稱人工石,其內部是非緻密、非均勻的,具有較高的抗壓強度、良好的耐久性及抗拉強度低、抗變形能力差、易開裂等特性。混凝土產生裂縫其原因多方面的,如荷載、溫度、收縮、腐蝕、結構變形等,且大多不是單方面作用的結果,而是多種因素相互交織影響、共同作用的結果。但究其根本原因,不外乎是設計、材料、施工及使用四個方面。

下面就四方面的原因分別作出闡述:

(一)設計方面的原因

1、計算有誤,構件截面尺寸設計不合理,斷面配筋不足,鋼筋排列順序不當

這是造成構件的承載力和剛度不足、變形過大而產生裂縫的原因。由此造成的垂直裂縫,通常出現在梁、板結構彎矩最大的地方,對柱裂縫則出現在中部,而斜裂縫則通常發生在剪力最大的部位。一般來說支座附近較多,由下部開始,多數沿45°角向跨中上方延伸。

2、梁柱的節點構造不合理,板的厚度過小

例如在徐莊礦鍋爐房工程梁板澆築中,板的厚度只有9cm,而在裝置區域附近,安裝的預埋管道卻十分密集,彼此間還相互交叉,造成預埋管道的混凝土保護層厚度不足而沿管道混凝土發生開裂。再如在湖州嘉欣金世紀廣場商務樓工程大跨度梁柱結點的澆築中,為考慮抗震,梁柱的鋼筋相互彎折錨固,造成某個側面的鋼筋過分密集且鋼筋很粗,鋼筋間缺少足夠的混凝土包裹而沿著鋼筋混凝土發生開裂。

3、構件的構造筋配置不足

在設計中,往往只對正常使用的荷載情況進行驗算,未考慮構件澆築過程中產生的各種變形因素,而這種變形恰恰對構件的影響很大。商品混凝土因為坍落度大,引起的變形也大,再加上變形的存在,其出現裂縫的機率自然要比普通混凝土大。例如在某新村住宅樓現澆板中,板跨中的上部鋼筋未部分拉通,且板角未留置放射鋼筋,以致造成裂縫的產生。

這種裂縫,一般來說板麵多於板底,尤以板角居多,裂縫無規律性,多由混凝土在硬化過程中的收縮變形和缺少相應部位的構造鋼筋約束所產生。

4、結構沉降產生裂縫

這類裂縫通常是因基礎的剛度不足,或者地基的壓縮變形不一致而發生不均勻沉降,使上部結構發生較大變形,這種變形所形成的拉應力超過了結構的抗力,從而引起裂縫。

(二)材料方面的原因

混凝土收縮是其自身的特性。有關資料表明,混凝土的拌和水中只有約20%的水,是水泥水化所必須的,其餘80%的水分都要被蒸發。而這多餘水分的蒸發就是引起混凝土收縮的主要原因。

當收縮產生的拉應力超過混凝土的抗拉強度時,混凝土就會出現裂縫,這類裂縫通常顯示規律性。而商品混凝土由於需要幫浦送,收縮性更大,且越是高標號的混凝土,其收縮性就越大。

1、水泥漿的含量高

為減少幫浦送對機械裝置的磨損,商品混凝土**單位所用的水泥,比一般混凝土用的水泥多,相應的砂率也大,這必然導致商品混凝土比普通混凝土的收縮性大,出現裂縫的機率也比普通混凝土要大得多。

2、坍落度大

一般商品混凝土的坍落度在100mm~180mm之間,有的甚至達到250mm,而普通混凝土的坍落度多在70mm~90mm之間。商品混凝土攪拌站為保證幫浦送的順利,施工單位為提高施工效率,加上施工人員為便於施工,都希望混凝土的坍落度保持在150mm~180 mm之間。為達到大坍落度要求,必然要求增加較多的水泥用量、拌和水用量和外力a劑用量。

由於這三種因素的共同影響,造成商品混凝土的收縮值比普通混凝土要大得多,極易導致商品混凝土裂縫的產生。

3、水化熱的影響

為了提高施工效率,商品混凝土中的水泥用量往往比普通混凝土要大,而且又因加了外加劑,造成初期的水化速度快,產生的水化熱也較多,從而降溫時因自身約束引起的溫度應力也比普通混凝土要大得多。當混凝土抗拉強度不足以抵抗該溫度應力時,便開始產生裂縫。這在大體積混凝土中尤為顯著,極易造成積聚於內部的水化熱不易散發的情況,形成與表面溫差較大的梯度而產生結構的淺表裂縫。

4、骨料粒徑的影響

為滿足幫浦送的要求,商品混凝土都採用粒徑較小的骨料,減少粗骨料的用量。粗骨料的粒徑往往受本地的骨料種類、幫浦送管道的直徑、鋼筋的最小間距、板厚及設計所需的流動度這五種條件的約束,而普通混凝土粗骨料的粒徑僅受到鋼筋最小間距和板厚這兩種條件的約束。因此,商品混凝土粗骨料的粒徑相對較小,直接導致單位水泥用量和拌和水用量比普通混凝土多。

另外,因受大用水量和富漿量的影響,也會導致混凝土單位粗骨料用量的減少。在混凝土的組成材料中,由於粗骨料是制約水泥石收縮的主要成分,因此粒徑較小的粗骨料和較少的粗骨料用量對制約混凝土收縮是不利的,使得混凝土的抗拉強度降低,易出現裂縫。

5、粗細骨料含泥量的影響

骨料的含泥量越高,混凝土的收縮性就越大,也越容易造成開裂。因為泥的出現弱化了骨料與水泥石之間的粘結面,降低了介面的粘結強度,也就降低了混凝土的抗拉強度,導致商品混凝土出現裂縫、特別是硬化過程中的早期裂縫。據有關資料統計,骨料的含泥量增加1%,混凝土的強度就會降低5%。

因此,應限制骨料的含泥量。

6、外加劑的影響

為保持良好的工作效能和可幫浦性,在商品混凝土生產過程中都會使用外加劑,其中大多是兼有減水、幫浦送、緩凝等綜合作用的高效復合外加劑。由於國內缺乏外加劑對混凝土影響的系統理論研究,所以外加劑加入如不能科學控制,就會在一些部位形成薄弱區域,並在外力的作用下產生裂縫。

(三)施工方面的原因

1、混凝土終凝前未仔細收光

商品混凝土由於坍落度大,水泥漿含量高,在終凝前因表面收縮極易出現收縮裂縫,對於摻加了活性摻和料的混凝土就尤為顯著。如果在終凝前未仔細收光,則收縮裂縫不會自行閉和,導致混凝土非結構性淺表裂縫的產生。

2、現場擅自加水

施工人員為提高混凝土的施工速度,未經有關方面認可,就擅自向混凝土中加水。現場加水不但增加了混凝土硬化過程中的泌水通道,降低了混凝土的強度,更嚴重的,將導致混凝土區域性形成了軟弱層,增加了混凝土出現裂縫的可能性。

3、結構構件養護不到位

養護問題可以說一直是商品混凝土的關鍵問題,很多裂縫的產生都與商品混凝土養護未到位有關。隨著幫浦送混凝土的普遍使用,外加劑和活性摻合料的加入,養護問題顯得越加重要。混凝土澆築後,若表面在規定的時間內未覆蓋或者澆水不及時,表面水分迅速蒸發,很容易產生收縮裂縫,特別是在氣溫高、濕度小、風速大的情況下,收縮更易發生。

現在有不少施工現場,對混凝土的養護往往採取終凝後才澆水養護,表面也未覆蓋,澆水不及時、不定時且時間短,這與國家規範規定的養護要求相差很遠。國家規範規定對採用矽酸鹽水泥、普通矽酸鹽水泥或礦渣水泥拌製的混凝土,其養護時間不得少於7天,對摻有緩凝型外加劑或有抗滲要求的混凝土,其養護時間不得少於14天。類似以上這種不良的養護狀況,極易造成商品混凝土的早期開裂。

4、模板支撐拆除過早和結構受荷載過早

商品混凝土由於其使用的特殊性,如為保證具有一定的坍落度要求以及運輸、停置、施工所需要的時間,往往要加入具有緩凝作用的外加劑和粉煤灰以滿足施工要求,因此商品混凝土具有比普通混凝土初凝時間長、早期強度低等特點。現在有一些施工單位為了趕進度,或為了模板的周轉而擅自提前拆除模板支撐,並在結構上放置過多的堆載,而此時混凝土並未達到規範要求的拆模強度,使結構受荷載過早而出現裂縫。

(四)使用過程中的原因

混凝土構件不正確的使用也會引起各種裂縫的產生。如在有關構件上堆放過多的荷載,或者是區域性改變了承重體系,超過了結構的承載力而引起裂縫。這在住宅的裝修過程中表現尤為突出,如在樓板上砌築承重分隔牆,在樓板上隨處開洞等。

又如結構長期處於高溫,會引起水泥與骨料間的粘結力減弱,水泥石也因脫水而內部產生空隙,使粘結力與彈性模量降低,這也增加了混凝土出現開裂的可能性。另外,混凝土結構在酸、鹼、鹽的長期侵蝕下,也會產生裂縫。

二、商品混凝土裂縫的預防措施

根據以上對商品混凝土出現裂縫原因的分析,結合現場施工的情況,為避免商品混凝土結構裂縫的產生,建議採取如下預防措施。

(一)設計方面的措施

1、採用正確的理論計算力學模型,使計算結果與實際相接近。要進行正確的荷載計算,選擇合適的結構構件斷面,鋼筋的排列既要滿足構件產生抗力的需要,又要便於施工。

2、進行正確的節點構造設計,設計中不能只顧抗力要求而忽視構造的要求。

3、要考慮施工實際情況,進行合理的構造設計。如在現澆板的設計中,支座上部的鋼筋不應在跨中全部切斷,跨中上部的貫通鋼筋不應小於相應支座鋼筋面積的30%。位於板角的地方,往往是各種應力互相迭加的區域,應予以加強。

建議在設計中對此類部位除雙層雙向的鋼筋不可少之外,還應增加45°斜向鋼筋予以補強。板鋼筋應相對細一點、密一點,宜採用連續式配筋,不宜採用分離式配筋,以抵抗結構產生的收縮應力。混凝土現澆板的強度不要過大,以不超過c30為宜。

4、結構設計中不應只考慮地基的承載力而忽視地基的變形,要採用合理的基礎構造形式,調整基礎各部位的剛度。要根據工程實際情況,採用「放」、「抗」及「調」的形式進行基礎設計,避免應基礎的不均勻沉降而引起上部結構產生裂縫。

(二)混凝土材料方面的措施

因為混凝土是一種收縮性的材料,當產生的收縮應力超過混凝土自身的抗拉強度時,結構便會產生裂縫。對此商品混凝土攪拌站應採取以下措施:

1、儘量減少收縮量大、需水量多的水泥使用,建議採用需水量小,與混凝土外加劑適應性好的水泥。要根據工程的實際情況,採用合適品種的水泥。在滿足條件的情況下,要儘量減少水泥的用量,根據我們的經驗,商品混凝土的水泥用量不宜超過550kg/m3。

2、在滿足可幫浦性及和易性的條件下,要盡可能減少混凝土的水灰比,減小坍落度。建議在一般情況下,商品混凝土的坍落度控制在l20mm-l60mm之間,以降低其收縮應力。

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