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商品混凝土主体结构裂缝成因及对策

发布日期:2022-09-01 来源:欧宝体育pc客户端 作者:欧宝体育pc客户端免费版

  混凝土作为主要的建筑材料已广泛应用于工业与民用建筑之中,混凝土的裂缝问题成为设计单位、混凝土公司、施工单位头疼而又不得不面对的问题。现在混凝土普遍采用泵送技术,使混凝土的高水泥用量、大坍落度、大砂率、低水胶比,使得混凝土的收缩变大,是造成混凝土早期开裂的内在原因;施工单位为了缩短施工周期和模板周转周期,较少考虑现代混凝土的特性,过早拆模,早期养护、振捣不到位等施工工艺不匹配,是造成混凝土裂缝的直接原因;结构工程设计人员过度地从结构强度出发,未能充分考虑混凝土的自身收缩特性;当然,少数砼公司的混凝土离析、跑浆、扳结也是造成结构质量问题的原因之一。

  我们指的“可见裂缝”,是指肉眼正常视力在明视距离(约1m)能目视到的可见裂缝。对这种裂缝在≥0.2mm时,视为有害裂缝,在常压下对≤0.1mm的,称之为无害裂缝。混凝土本来就是一个多组分、无机有机相结合、多种孔隙的不连续的复合固体材料。从宏观到微观完全消除孔隙是不可能的。笔者认为混凝土界为此讨论了三十多年,特别是商品混凝土出现以后,裂缝成为混凝土科技界的议论焦点,而且经久不衰。

  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建筑物的抗渗能力,影响建筑物的使用功能,而且会引起钢筋的锈蚀,混凝土的碳化,降低材料的耐久性,影响建筑物的承载能力,因此要对混凝土裂缝进行认真研究、区别对待,采用合理的方法进行处理,并在施工中采取各种有效的预防措施来预防裂缝的出现和发展,保证建筑物和构件安全、稳定地工作。

  对此问题的研究不少专家学者做了很有价值的贡献,特别值得提出的是清华大学的廉慧珍和覃维祖两位资深教授,他们在裂缝问题上从试验到理论做了深入的探讨,笔者从他们的著作中学到不少有关这一问题的知识;浙江大学的钱小倩教授针对现代混凝土的特点,在总结工程实际和理论研究的基础上提出的“八小时内养护理念”;甘昌成高工在总结大量工程实践的基础上提出混凝土早期的“完美湿养护”;同济大学的孙振平教授对现代混凝土工作环境的复杂性及早期裂缝形成的原因深入研究分析,总结出“混凝土早期开裂的三位一体的预防体系”。这些研究成果为我们更好认识混凝土裂缝、预防裂缝具有很好的指导意义。

  在建筑工程中常见的墙体结构高厚比为1/15~1/8。主要结构形式:高层建筑地下室土墙挡土墙和剪力墙的墙体,混凝土的强度等级常为C30~C50。墙体混凝土内分布双排双向钢筋,模板体系常用木模板或钢模板,用穿墙螺栓固定模板,混凝土通过泵管下料,振捣密实,混凝土凝结硬化,经保温、保湿养护后,脱模形成混凝土墙体结构。

  墙体垂直裂缝通常在拆模时或拆模后隔数日出现,相邻两裂缝间的距离2~4m,基本裂缝宽度0.1~0.3mm,垂直向下中间宽两端细直至消失。当墙两侧外露在大气环境中,墙体内外裂缝呈对称分布,墙体厚度300~400mm,裂缝宽度大于0.3mm时,裂缝就贯穿了。

  墙体结构属于薄壁结构,面积也比较大,表面温度散失也快。混凝土是一种准脆性材料,抗压强度高,抗拉强度低,拉压比在1/7~1/15之间。混凝土等级大于C30,厚度为300~400mm的墙体,墙体混凝土浇筑早期﹙1~3d﹚内部的水化热,可使温度可以达到40℃~50℃,墙体施工时,在春、秋季节,昼夜温差变化大,白天15~20℃,夜间降温至5~10℃,此时如过早拆模,势必造成墙体内外温差超过25℃,增加混凝土开裂的机率。因之,施工单位未根据墙体的强度等级和施工季节对模板采取保温措施,拆模过早。墙柱变截面转角降温收缩不均匀,而未采取相应措施,是墙体裂缝的重要原因。

  另一种常见的墙体裂缝,是由于一次浇筑的墙体过长。混凝土墙体因其底部受基础约束,上部自由收缩而开裂。因此,一般情况下,墙体浇筑长度一般不超过6m。

  在混凝土配合比设计时,根据工程结构情况充分考虑混凝土内部温升,控制胶凝材料总量、掺合料的掺量,水胶比和浆骨比。水泥品种的应优先选用水泥比表面积小,放热量小的中热水泥或低热水泥,用粉煤灰、矿渣粉等矿物掺和料替代部分水泥,降低混凝土水化热。使用缓凝型高效减水剂(如萘系、脂肪族与葡萄糖酸钠、三聚磷酸钠复合),延缓水泥的水化速度,控制温升速度。

  结构设计人员对于长墙结构应设置伸缩缝,采用细而密的墙体构造筋,高强度等级的混凝土墙体宜加入有肌纤维或增加铁丝网片,增加混凝土的抗裂性能。

  在春、秋季节昼夜温差变化大的情况下进行墙体施工时,应选择在低温和无风的傍晚浇筑混凝土,浇筑的混凝土,终凝一般发生在太阳快升起的时候,混凝土的温升和空气的温升同步上升,这样混凝土内外温差较小。

  施工人员应根据当时的气温,做好测温工作,若发现混凝土内外温差超过25℃,混凝土表面温度与大气温差超过20℃,立即采取保温措施,并适当推迟拆模时间。对已完全终凝的混凝土墙体应及时洒水养护,应注意混凝土表面温度与养护水的温差控制在15℃以内。在秋季转冬季或有寒流气温剧降时,混凝土日平均降温速率建议不超过3℃/d。控制拆模时混凝土表面与最低环境温度的差值,建议不小于10℃时方可拆模。封闭通风口,防止冷风快速冷却墙体形成新的温差裂缝。

  墙体水平裂缝一般宽度0.1~0.5mm,分布高度在1~3米,长度由数米到十多米不等,走向基本水平或走向与地面成45º~60º夹角斜裂缝,长度较长,非连续撕裂状裂缝。

  混凝土浇注过程中,在浇筑混凝土时,同一下料点浇筑厚度过大,用振动棒驱赶混凝土流动,造成混凝土离析分层,接缝处欠振;拌合物粘稠,在施工过程中为加快施工,在工地加水增大混凝土坍落度造成混凝土离析,在水化过程中混凝土收缩不同;泵送混凝土连续浇注入模,分层振捣不够,拌和物供应不及时,形成水平施工冷缝;沉降不匀,造成拉裂;钢筋保护层厚度不够,拌合物沿模板下滑较慢,从而形成撕裂状裂缝。

  对连续浇注高度超过3m的墙体时,一般每层不超过500mm,浇筑高度以不离析为准,两下料口间的距离不大于3m,浇注混凝土时应移动下料,使料面均匀上升,以利于墙体内混凝土均匀,强度发展均匀,不造成薄弱环节;分层振捣,使混凝土充满端头角落,应留有等待时间,让墙体内拌合物充分均匀沉降;应在下一层混凝土初凝前将上一层混凝土浇筑完毕,在浇筑上层混凝土时,必须将振捣器插入下一层混凝土5cm左右以便形成整体,尽量不留施工缝。

  受重力影响,沉降、泌水是泵送混凝土的必然现象。在此一过程中混凝土体积因下沉而收缩,并形成泌水开口毛细管通路;塑性收缩是发生在泌水被吸收和蒸发以后,裂缝大多在混凝土初凝后,当外界的风速大、气温高、空气湿度低的情况下,蒸发量大于1~1.5kg/(m2·h)时,构件表面有可能出现,宽度为0.05~0.2mm的裂缝,中间宽两端细,其走向呈鸡爪型、平行线状、网状,裂缝较浅,如果裂缝出现后不采取及时抹压收光措施进行控制,有可能形成贯穿性裂缝。裂缝分布不均,梁、板类构件多沿短方向分布,整体结构多发生在结构变截面处;地下大体积混凝土,因湿度较大,受风速影响较小较为少见,但侧面也常出现;预制构件多产生在箍筋位置。

  混凝土表面失水是造成混凝土塑性收缩裂缝的主要原因,混凝土表面失水的速度及程度取决于混凝土自身保水性,气温和风速产生的水分蒸发速率。 当泌水速率<蒸发速率时,混凝土有可能因失水而开裂。现代混凝土普遍采用低水胶比,大量使用粉煤灰、矿粉等掺和料,混凝土密实性好,泌水量小,即使在蒸发速率小于0.2~0.7kg/(m2·h)的环境下,混凝土泌水率仍小于混凝土表面蒸发量,如果不采取保湿养护,仍有出现塑性收缩裂缝的可能。

  混凝土表面的水分蒸发速率主要和相对湿度、空气温度、风速和太阳辐射等环境因素有关。在蒸发量大于1~1.5kg/(m2·h)的高温、大风天气,混凝土泌水速度小于蒸发速度,表面游离水被迅速蒸发,产生急剧的体积收缩,而此时混凝土强度很低,还不足以抵抗这种变形应力从而导致混凝土塑形开裂。另外,混凝土过度振捣,造成石子下沉浆体上浮,破坏混凝土的匀质性,造成混凝土表面收缩过大,增加开裂的可能性。

  混凝土楼板施工时,混凝土应振捣密实,应根据实际情况,振捣时间以5~1s/次为宜,采用快插、慢拔的方式,适度振捣。欠振不利于密实成型,过振造成混凝土离析,都对强度增长不利。不振捣则达不到设计强度。适度振捣的标志是:气泡不再显著发生,混凝土不再显著下沉,并已充满模型。混凝土成型后立即进行养护,做到混凝土不失水,这样才算养护充分。在夏季高温、大风天气,宜采用聚丙烯彩条布覆盖以遮阳和防风,在高气温时,还应在其上洒水降温,减少混凝土表面蒸发和混凝土表面的阳光直射,因其温度过高凝结化过快而成“肚皮现象”。

  由于塑性收缩裂缝在混凝土初凝前后均有出现的可能,必须进行二次抹压。二次抹压的作用是压实混凝土表面并将浮浆赶走,堵住毛细孔,防止内部水分继续蒸发出现表面塑性裂缝,增强混凝土的密实度和抗裂性能并起到消除混凝土表面已经形成的塑性裂缝。初凝(手指按压混凝土,可以按出1~2mm小坑,不粘手为初凝)至终凝(按压混凝土表面不能按压下去为终凝)这段时间,应注意观察混凝土表面情况,并根据需要在进行一次或一次以上的收光。抹压过迟,混凝土表面干硬,难以消除裂缝。特别是对于使用缓凝型减水剂并大掺量使用粉煤灰的混凝土更需要多次收光,施工面积大时宜用平板振动器或抹光机压实。

  混凝土表面洒水养护工艺,一定在混凝土终凝后发热前不要到峰值出现时进行。终凝前过早的养护对混凝土强度发展有害无益。并以洒水养护湿草帘进行保湿为主,或塑料簿膜覆盖保湿。

  在混凝土浇筑后1~3h,裂缝多沿结构上表面钢筋通长方向或箍筋上断续出现,或在埋设件的附近周围出现,裂缝中部较宽、两端较窄、呈梭状呈棱形,宽度不等,裂缝的深度通常达到钢筋上表面。多在混凝土浇筑后发生,混凝土硬化后即停止。

  这种裂缝产生的原因主要是混凝土保护层过薄,混凝土坍落度过大、流动性过大,混凝土过振造成离析分层,粗骨料下沉、水泥浆上浮。上浮的水泥浆导致混凝土表面收缩率增大,致使混凝土表面出现裂缝。下沉的粗骨料被钢筋阻隔而产生不均匀下沉,致使被阻隔的部位出现裂缝。

  严格按照混凝土设计配合比搅拌混凝土,混凝土搅拌时间要适当,时间过短、过长都会造成拌合物均匀性变坏而增大沉陷。要严格控制混凝土单位用水量,在满足泵送和浇筑要求时,宜尽可能减少坍落度;混凝土浇筑时,下料不宜太快,防止堆积或振捣不充分。由于上部钢筋阻挡混凝土沉降不均产生的裂纹,做好混凝土的养护工作,在混凝土达到终凝前必须完成二次抹面、收浆、压实的工序。若等到混凝土终凝后,在洒水抹面,但裂缝已经形成。对混凝土进行二次抹压程序。在炎热的夏季和大风天气,采取缓凝或覆盖等措施,减少因表层水分迅速蒸发而形成的内外硬化不均匀而造成的裂缝。混凝土硬化后保水养护不低于七天,头三天是很重要,第一天是关键。

  在两个相交的外墙角处的现浇楼板,时常会出现与两个外墙呈45º的条形裂缝。裂缝与外墙角垂直距离在50~100cm,宽度0.1~0.3mm左右,中间宽两端窄,端头消失在梁边,多数是沿楼板厚度的贯穿性裂缝。这种裂缝对多层住宅从第3层开始到顶层为常见,沿各楼层45º夹角裂缝在顶层从上部楼层比下部楼层裂缝的宽度要大,越往下层,裂缝宽度逐渐减小,直至消失。

  这种裂缝产生的原因是:由于气温高,混凝土水灰比大和养护不良,快速失水形成的收缩裂缝,另外因框架梁、柱的相对刚度大,约束了板的自由收缩而形成与墙体45º的板角裂缝。

  现行设计规范侧重于满足结构强度,在楼板的配筋量和构造配筋方面较少考虑混凝土收缩性和温差变形等多种因素,尤其是未考虑在平面变化处(如阳角)的配筋,应采用双向双层加密或设置放射筋等措施,在施工过程中注意保湿、保温养护,减少内部应力。

  竖向裂缝一般沿梁长度方向基本等距,呈中间大两头小的趋势,深度不一,严重时裂缝深度可达100~200mm,更严重时则出现穿透裂缝;龟裂缝沿梁长非均匀分布,裂缝深度浅,为表层裂缝,多在梁上下表面边缘出现。竖向裂缝产生的原因是混凝土养护时浇水不够,特别是在拆模后未做潮湿养护,夏季施工容易发生,是一种干缩裂缝;龟裂缝产生的原因是模板浇水不够,特别是采用未经水湿透的模板时,容易产生这类裂缝。

  这类裂缝特征是一般都在拆模或拆模后发生。水纹裂缝多沿柱四角出现,多为不规则龟裂裂纹;严重者则沿柱高每个一段距离出现一条横向裂缝,这种裂缝宽度大小不一,小的如发丝,严重的缝宽可达2~3mm,裂缝深度一般不超过30mm,属于塑性收缩裂缝。裂缝产生的主要原因有:一是木模板干燥吸收了混凝土的水分,致使产生水纹裂缝;其二是未经行充分潮湿养护,致使产生横向裂纹。

  梁、柱、墙的养护存在着困难,洒水不易保留。成功的经验是: 柱子在折模浇透水后,用塑料薄膜包裏,而梁与墙的养护可用喷涂养护剂的方法。养护剂是一种高分子塑料乳液,喷涂于梁、墙结构的表面,待乳液中水份蒸发后,相当于包裹一层半渗透性的塑料簿膜,可阻止水份蒸发。利用混凝土自身多余的水份,起到自养护作用,可不必再洒水养护。

  一般网状小裂缝尽量在梁板结构做面层时将其消除,水泥砂浆中加入防水剂、膨胀剂防止渗漏和钢筋锈蚀。如果裂缝较深可采用灌注法或防水涂料处理。

  第一种方法:采用冶金部建筑科学院工程裂缝处理中心研制的自动低压灌浆器及配套AB灌浆树脂,处理0.05~3mm裂缝。该设备采用6kg弹簧作压力源,可在无电源、有障碍、高空环境下作业。

  a.材料准备。环氧树脂、稀释液(一般为丙酮)、固化剂(乙二胺因有毒和刺激性气体,现不在采用)、兽用20mL针管和针头。

  b.注浆液配制。环氧树脂加温至30℃,环氧树脂加入到稀释剂,不断搅拌,其稀释稠度以能通过兽用针头为宜,配好待用。

  c.贯穿性裂缝板下部处理。用环氧树脂液加适量的水泥调匀后,掺少量固化剂,用刮刀将板下裂缝堵死,环氧胶泥随用随配。

  e.注浆。注浆液使用前,视气温加入适量的固化剂配成灌缝胶,用针管抽出灌缝胶,迅速注入裂缝中,经多次注浆待浆液灌满后即可。注射器可用稀释液清洗反复使用。

  混凝土的早期裂缝并不是单一的因素造成的,是环境、温度、养护、原材料的多种因素共同作用的结果,各个因素在各个阶段的作用并不相同。辨证地分析和看待新问题,不断更新的认识论,从整体论角度认识事物的本质,全面地解决问题。因时、因环境、因工程条件的差异,不能简单照搬、套用别人、别处、别国的经验,有利必有弊、过犹不及。

  混凝土主体结构早期裂缝的控制我们要在充分认识现代混凝土变化的基础上,混凝土材料设计者、结构工程设计者、施工人员根据具体的工程部位,在充分考虑当时、当地的气候环境的基础上,因时、因地地设计、施工。并注意对混凝土进行早期养护,做到混凝土材料设计者、结构工程设计者、施工人员有效沟通,共同解决混凝土主体结构的早期裂缝问题。

  在处理裂缝时应根据实际情况做到具体问题具体分析,不能生搬硬套,针对不同裂缝的特点及危害程度提出不同的处理方案。有效解决裂缝问题,保证混凝土主体结构工程质量。



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