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2.大體積混凝土的澆筑方案大體積鋼筋混凝土結構在工業建筑中多為設備基礎、高層建筑中的厚大基礎底板等,這類結構由于承受巨大的荷載,整體性要求高,往往不允許留施工縫,要求一次澆筑完畢。因此,每遇到此類結構,在施工前,我就定出混凝土的施工方案,可分為全面分層、分段分層、斜面分層三種。
2.1全面分層澆筑方案。是將結構全面分成厚度相等的澆筑層,每層皆從一邊向另一邊推進澆筑,要求每層混凝土必須在下面一層混凝土初凝前澆筑完畢。采用該方案時,結構的平面尺寸不宜過大,否則混凝土強度(指單位時間內澆筑混凝土的數量)過大,造成施工困難。
2.2分段分層澆筑方案將結構適當分成若干段,每段再分若干層,逐層逐段澆筑混凝土,該方案適用于厚度不大而面積或長度較大的結構。(3)斜面分層澆筑方案。當結構長度較大而厚度不大時,可采用斜面分層澆筑方案。澆筑時混凝土一次澆筑到頂,讓混凝土自然流淌,形成一定的斜面。這時混凝土的振搗應從下端開始,逐步向上,這種方案較適合泵送混凝土工藝,因為可免去混凝土輸送管反復拆裝。
3分析大體積混凝土裂縫產生的原因
3.1干縮裂縫。混凝土干縮主要和混凝土的水灰比、水泥的成分、水泥的用量、集料的性質和用量、外加劑的用量等有關。是混凝土內外水分蒸發程度不同而導致變形不同的結果:混凝土受外部條件的影響,表面水分損失過快,變形較大,內部濕度變化較小變形較小,較大的表面干縮變形受到混凝土內部約束,產生較大拉應力而產生裂縫。
3.2塑性收縮裂縫。塑性收縮裂縫一般在干熱或大風天氣出現,裂縫多呈中間寬、兩端細,且長短不一,互不連貫狀態。常發生在混凝土板或比表面積較大的墻面上,較短的裂縫一般長20~30cm,較長的裂縫可達2~3m,寬1~5mm。從外觀分為無規則網絡狀和稍有規則的斜紋狀或反映出混凝土布筋情況和混凝土構件截面變化等規則的形狀,深度一般3~10cm,通常延伸不到混凝土板的邊緣。
3.3沉陷裂縫。沉陷裂縫的產生是由于結構地基土質不勻、松軟,或回填土不實或浸水而造成不均勻沉降所致。或者因為模板剛度不足,模板支撐間距過大或支撐底部松動等導致混凝土出現沉陷裂縫。特別是在冬季,模板支撐在凍土上,凍土化凍后產生不均勻沉降,致使混凝土結構產生裂縫。
3.4溫度裂縫。溫度裂縫多發生在大體積混凝土表面或溫差變化較大地區的混凝土結構中。混凝土澆注后,在硬化過程中,水泥水化產生大量的水化熱。由于混凝土的體積較大,大量的水化熱聚積在混凝土內部而不易散發,導致內部溫度急劇上升。而混凝土表面散熱較快,這樣就形成內外的較大溫差。較大的溫差造成混凝土內部與外部熱脹冷縮的程度不同,使混凝土表面產生一定的拉應力。當拉應力超過混凝土的抗拉強度極限時,混凝土表面就會產生裂縫,這種裂縫多發生在混凝土施工中后期。
4.對大體積混凝土裂縫采用材料控制技術
4.1水泥的合理選取。優先選用收縮小的或具有微膨脹性的水泥。因為這種水泥在水化膨脹期(1~5d)可產生一定的預壓應力,而在水化后期預壓應力部分抵消溫度徐變應力,減少混凝土內的拉應力,提高混凝土的抗裂能力。
4.2骨料的合理選取。選擇線膨脹系數小、巖石彈性模量低、表面清潔無弱包裹層、級配良好的骨料,這樣可以獲得較小的空隙率及表面積,從而減少水泥的用量,降低水化熱,減少干縮,減小了混凝土裂縫的開展。
4.3盡可能減少水的用量。混凝土具有雙重作用,水化反應離不開水的存在,但多余水貯存于混凝土體內,不僅會對混凝土的凝膠體結構和骨料與凝膠體間的界面過度區間的結構發展帶來影響,而且一旦這些水分損失后,凝膠體體積會收縮,如果收縮產生的內應力超過界面過度區間的抗力,就有可能在此界面區產生微裂縫,降低混凝土內部抵抗拉應力的能力。
5.加強混凝土的養護混凝土拌合物經澆筑搗密后,即進入靜置養護期,其中水泥和水逐漸起水化作用而增長強度。在這期間應該設法為水泥的順利水化創造條件,稱混凝土的養護。水泥的水化要有一定的溫度和濕度的條件。溫度的高低主要影響水泥水化的速度,而濕度條件則影響水泥水化能力。混凝土如在炎熱氣候下澆筑,又不及時灑水養護,會使混凝土中的水分蒸發過快,出現脫水現象,使已形成凝膠狀態的水泥顆粒不能充分水化,不能轉化為穩定的結晶而失去了粘結力,混凝土表面就會出現片狀或粉狀剝落,降低了混凝土的強度,另外,混凝土過早失水,還會因收縮變形而出現干縮裂縫,影響混凝土的整體性和耐久性。所以在一定溫度條件下混凝土養護的關鍵是防止混凝土脫水。
6.摻入外加劑與摻合材料提高混凝土耐久性
6.1粉煤灰。混凝土中摻用粉煤灰后,可提高混凝土的抗滲性、耐久性,減少收縮,降低膠凝材料體系的水化熱,提高混凝土的抗拉強度,抑制堿集料反應,減少新拌混凝土的泌水等。這些諸多好處均將有利于提高混凝土的抗裂性能。但是同時會顯著降低混凝土的早期強度,對抗裂不利。試驗表明,當粉煤灰取代率超過20%時,對混凝土早期強度影響較大,對于抗裂尤其不利。
6.2硅粉。(1)抗凍性:微硅粉在經過300~500次快速凍解循環,相對彈性模量隆低10~20%,而普通混凝土通過25~50次循環,相對彈性模量隆低為30~73%.(2)早強性:微硅粉混凝土使誘導期縮短,具有早強的特性。(3)抗沖磨、控空蝕性:微硅粉混凝土比普通混凝土抗沖磨能力提高0.5~2.5倍,抗空蝕能力提高3~16倍。
6.3減水劑。緩凝高效減水劑能夠提高混凝土的抗拉強度,并對減少混凝土單位用水量和膠凝材料用量,改善新拌混凝土的工作度,提高硬化混凝土的力學、熱學、變形等性能起著極為重要的作用。
6.4引氣劑。引氣劑除了能顯著提高混凝土抗凍融循環和抗侵蝕環境的能力外,能起著降低新拌混凝土的泌水,提高混凝土的工作度,降低混凝土的彈性模量,優化混凝土體內微觀結構,提高混凝土的抗凍性能。
混凝土一般都采用柱塞泵泵送,泵送時會產生比較大的沖擊力,因此模板支撐系統必須經過嚴格的計算,要復核鋼管強度、整體剛度、抗傾覆能力,并適當加密立桿間距,減小和控制模板下撓程度,以保證模板支撐系統有足夠的剛度來承受混凝土的澆筑沖力。混凝土模板支撐系統要做到構造合理、重點加強,特別是掃地桿不能缺少。模板拼縫要滿足施工及規范要求,做到不漏水、漏漿,為保證樓板厚度應嚴格控制模板和混凝土頂標高。
尤其要注意的是,樓面堆載不能過早。施工過程中,嚴格根據樓面混凝土實際強度確定下一層周轉材料和柱鋼筋的上樓面時間。現澆板上不要過早上人、堆料、增加施工荷載,因混凝土澆筑后要有一個硬化過程,才會有強度,在這個過程中,應對混凝土加以保養,不能對混凝土施加任何外力。必須在混凝土強度達到1.2N/mm2以后,才允許在其上踩踏或安裝模板及支架。控制方法很簡單,就是要求塔吊司機在接到項目部通知后方允許吊運材料,并且注意嚴禁集中堆載,才可避免因人為因素造成破壞性裂縫。
2塑性收縮裂縫
塑性收縮裂縫出現在暴露于空氣中的混凝土表面,裂縫較淺,長短不一,短的僅20cm-30cm,長的可達2m-3m,寬Imm-5mm,裂縫互不連貫,類似干燥的泥漿面。
防止收縮裂縫的措施
2.1選用水泥時,宜選用鋁酸三鈣谷量較低,細度不宜過細,礦渣含量不宜過多的水泥,砂不宜用特細砂。在確定配合比時,應采用低水灰比,低水泥用量和低用水量,選用級配良好的砂子和石子。氣溫較低時,在混凝土中摻加促凝刑,以加速混凝土的凝結和強度發展。
2.2澆筑混凝土前,將基層和模板澆水濕透,避免吸收混凝土中的水分。
2.3振搗密實,減少混凝土的收縮量。施工中應加強振搗,提高密實度,加強澆水養護,延遲收縮發生,以避免在早期混凝土強度較低時,出現過大的收縮而造成裂縫。
2.4混凝土澆筑后,在初凝前完成抹平工作,終凝前完成壓光工作。建議推廣二次抹壓工藝。抹光后及時用潮濕的草袋或塑料薄膜覆蓋,認真養護,也可噴涂混凝土養護劑。
2.5在氣溫高、風速大、干燥的天氣時施工,加擋風設施。混凝土澆筑后應及早進行噴水養護,使其保持濕潤。大面積混凝土宜澆完一段,養護一段。在炎熱季節,需加強表面的抹壓和養護。必要時加設遮陽擋風及噴霧設施等。
2.6采用合理的構造措施。收縮裂縫多出現在伸縮縫間距過大的建筑中,有的建筑物溫度收縮的間距雖符合規范中使用要求,但由于施工周期長,結構在較長時間內為暴露在大氣中的露天結構,其收縮變化明顯比室內結構要大,因此,大多在施工期間出現裂縫,故在結構中斷面薄弱處、應力集中處宜采取各種加強措施。
2.7避免各種應力疊加。混凝土體積較大時,要防止各種收縮應力疊加,在結構應力復雜、應力集中或應力較大的部位,特別要防止出現過大的收縮應力。
2.8摻加外加料。例如摻加膨脹劑可以抵消或大部分抵消混凝土的收縮應力,從而控制裂縫的產生。
3溫度裂縫
水泥水化過程中放出大量的熱,且主要集中在澆筑后的前7d內,一般每克水泥可以放出502J的熱量,如果以水泥用量350kg/m3-550kg/m3來計算,每m3混凝土將放出17500kJ-27500kJ的熱量,從而使混凝土內部溫度升高。尤其對大體積混凝土來說,這種現象更嚴重。因為混凝土內部和表面的散熱條件不同,所以,混凝生中心溫度低,形成溫度梯度,造成溫度變形和溫度應力。溫度應力和溫度成正比,當這種溫度應力超過混凝土的內外約束應力(包括混凝土抗拉強度)時,就會產生裂縫。這種裂縫初期出現時很細,隨著時間的發展而繼續擴大,甚至達到貫穿的情況。
溫度裂縫的控制措施:
3.1考慮選擇粉煤灰水泥、礦渣水泥、火山灰水泥或復合水泥,對于體積較大的結構,應優先選擇中熱水泥甚至低熱水泥。其次,可充分利用混凝土后期強度,以減少水泥用量。為更好地控制水化熱所造成的溫度升高,減少溫度應力,可根據工程結構實際承受荷載時的情況,并和設計單位協商,以56d或90d抗壓強度代替28d抗壓強度作為設計強度。對大體積鋼筋混凝土基礎的高層建筑,28d不可能影響混凝土結構,特別是大體積鋼筋混凝土基礎施加設計荷載,因此,將試驗混凝土標準強度的齡期推遲到56d或90d是合理的。
3.2澆筑大體積混凝土結構不得已而采用硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥時,應考慮在保證強度指標的情況下,摻加一定量活性摻合料(如粉煤灰、礦渣微粉等),活性摻合料對水泥的替代越大,降低混凝土溫升的效果越好。摻加粉煤灰混凝土的溫度和水化熱,在1d-28d齡期內,摻入粉煤灰的百分數就是溫度和水化熱降低的百分數,即摻加20%粉煤灰的水泥混凝土,其溫升和水化熱約為未摻粉煤灰的水泥混凝土的80%,可見摻加粉煤灰對降低混凝土的水化熱和溫升的效果是非常顯著的。
3.3在混凝土中摻加一定量的具有減水、增塑、緩凝、引氣劑的外加劑,可以改善混凝土拌合物的流動性、粘聚性和保水性。由于其減水作用和分散作用,在降低用水量和提高強度的同時,還可以降低水化熱,推遲放熱峰的出現時間,因而減少溫度裂縫。
關鍵詞:現澆鋼筋混凝土樓板裂縫建筑設計結構設計
前言
自2001年起,蘇州市從預制多孔板體系轉化為商品混凝土現澆板體系。現澆鋼筋混凝土樓板在結構安全和使用功能方面比預制板優越得多,但是樓板裂縫不斷增加。大多數消費者對樓板裂縫缺乏必要常識,統視裂縫為有害,擔心樓板裂縫會引起建筑物倒塌,反應極為敏感,近年來成為投訴熱點,開發商和承包商為此的花費亦逐年增長。
1樓板裂縫種類
1.1溫差裂縫
由于溫度變化,混凝土熱脹冷縮而形成的裂縫,此類裂縫一般集中在東西單元的房間、屋面層和上部樓層的樓板。
1.2結構裂縫
雖然現澆樓板承載力均能滿足設計要求,但由于預制多孔板改為現澆板后,墻體剛度相對增大,樓板剛度相對減弱。因此在一些薄弱部位和截面突變處。往往容易產生一些結構性裂縫。例如:墻角應力集中處的45°斜裂縫,板端負彎矩較大處的板面裂縫等。
1.3構造裂縫
PVC管處混凝土厚度減薄,容易出現裂縫。
1.4收縮裂縫
混凝土在塑性收縮、硬化收縮、碳化收縮、失水收縮過程中易形成各種收縮裂縫。
2樓板裂縫形式
2.145°斜裂縫
該裂縫常出現在墻角,特別是房屋東西兩端房間,呈45°狀。
2.2縱橫向裂縫
該裂縫一般出現在跨中、負彎距鋼筋端部、PVC電線暗管敷埋處。
2.3長裂縫
一部分房間預埋PVC電線管的板面上出現裂縫,裂縫寬度達0.2mm~0.3mm左右。這種裂縫僅在樓板表面出現,板底無裂縫。
2.4不規則裂縫
裂縫出現部位形狀無規則,或散狀或龜裂狀。一般發生在房屋東西兩單元、閣樓頂層部位。
3從設計方面分析裂縫及控制方法
造成現澆鋼筋混凝土樓板開裂有設計原因、施工原因、材料原因,本文僅從設計方面進行探討。隨著蘇州市經濟的快速發展、建設任務增加迅猛,勘察設計隊伍亦在迅速擴大,蘇州市住宅工程相當一部分是由乙級和丙級設計單位承擔。住宅設計單位低資質,或由于設計市場管理的不到位,造成低資格設計人員掛靠設計,而掛靠單位收取一定比例管理費后,就盲目蓋章、簽字,根本不對圖紙的結構安全、合理性、完整性等認真審核。結果是一部分住宅工程勘察設計質量低下,問題較多。另一個原因是,一些住宅開發商任意壓價,片面降低勘察設計費,以收費最低為主要條件選擇勘察設計單位,同時又不講合理設計時間,限期開工,逼迫提前出圖,造成施工圖設計深度不夠,問題必然較多。
3.1建筑設計方面原因
3.1.1斜屋面、露臺、外墻節能保溫措施不夠
蘇州市一年之內氣溫變化較大,夏季最高溫度可達40℃以上,冬季溫度最低可達-4℃~-7℃,由于夏天室外墻體溫度高于室內溫度,結構外墻面在高溫下發生受熱膨脹,如果未采取保溫措施,在縱橫兩外墻面的變形對樓板產生牽拉作用下,東西單元的臥室樓板被外墻向外拉伸就容易引起裂縫。同樣,屋面如果未設保溫層,頂層樓板會因熱脹冷縮而引起開裂。
目前與溫度有關的裂縫計算公式有:
連續式約束條件下樓板、長板、剪力墻、大底板等最大約束應力計算公式:
σ*xmax=-EaT1-1chβL2H(t,τ)(1)
或按時間增量的計算公式:
σ*xmax=∑ni=1Δσi=-a1-u∑ni=11-1chβiL2ΔTiεi(t)H(t,τ)(2)
當應力超過混凝土的抗拉強度時,可求出裂縫間距:
Lmax=2EHCxarcchaTaT-εp(3)
L=1.5EHCxarcchaTaT-εp(4)
Lmin=12Lmax(5)
式中,T-包含水化熱、氣溫差及收縮當量溫差。同號疊加,異號取差,由此可見,夏天炎熱季節澆筑混凝土到秋冬冷縮都是疊加的,拉應力較大;
H(t,τ)-松弛系數。在保溫保濕養護條件下(緩慢降溫即緩慢收縮),松弛系數取0.3或0.5,當寒潮襲擊或激烈干燥時,松弛系數取0.8,應力接近彈性應力,容易開裂;
T=T1+T2+T3(T1為水化熱溫差、T2為氣溫差、T3為收縮當量差,取代數和);
εp-混凝土的極限拉伸。級配不良,養護不佳,取0.5×10-4~0.8×10-4;正常級配,一般養護,取1.0×10-4~1.5×10-4;級配良好,養護優良,取2×10-4;配筋合理(細一些,密一些),可提高極限拉伸20%~40%。構造配筋宜為0.3%~0.5%;
H-均拉層厚度(強約束區);
E-混凝土彈性模量;
Cx-水平約束系數;
ch、arcch-雙曲余弦及雙曲余弦反函數;
a-線膨脹系數,一般情況εp≤|aT|,當εp≥|aT|時取εp=|aT|,[L]∞。
裂縫開展寬度:
δf=2ψEHCxaTthβL2(6)
δfmax=2ψEHCxaTthβLmax2(7)
δf=2ψEHCxaTthβLmin2(8)
β=CxEH(9)
式中,ψ-裂縫寬度經驗系數;
Cx-約束系數。
3.1.2住宅長度超長
住宅平面超長,由于溫差和材料變形,會造成墻體和樓板橫向開裂。僅就長度而言,結構長度與應力呈非線性關系,如結構長度小于規范要求,結構內力影響很小。
3.1.3平面形狀
當住宅臥室沿長度、寬度方向尺寸變化,由于樓板剛度不一致,會產生不相同變形,引起薄弱部位開裂。
3.2結構設計方面原因
3.2.1近代國際上結構的設計原則是,整個建筑結構的功能必須滿足兩種狀態的要求:①承載力極限狀態,以保證結構不產生破壞,不失去平衡,不產生破壞時過大變形,不失去穩定。②正常使用極限狀態,以確保結構不產生超過正常使用狀態的變形、裂縫及耐久性、振動及其它影響使用的極限狀態。目前人們對第一極限狀態已給于足夠重視并嚴格執行,而對第二種極限狀態卻經常被忽視。
3.2.2從鋼筋混凝土現澆樓板各種受力體系分析,無論是按單向板設計還是按雙向板設計,是單跨還是多跨連續板設計;無論是板端支承在磚墻上還是支承在過梁或剪力墻內,受力狀態考慮都是局限于樓板平面的應力變化(按彎矩配置抵抗正、負彎矩的受力鋼筋)、板平面的受剪變形。即使是考慮板端嵌固端節點產生彎矩,也只是考慮板平面彎曲或屈曲所產生的應力。在樓板受力體系分析時,對于現澆結構構件之間在三維空間中如何分配內力、協調變形,根本沒有考慮。
3.2.3目前不少設計人員只按單向板計算方法來設計配置樓板鋼筋,支座處僅設置分離式負彎矩鋼筋。由于計算受力與實際受力情況不符,單向高強鋼筋或粗鋼筋使混凝土樓面抗拉能力不均,局部較弱處易產生裂縫。部分設計人員對構造配筋,放射筋設置不重視或不合理,薄弱環節無加強筋。
3.2.4結構設計對板內布線引起裂縫的構造考慮不夠。住宅電器、電信快速發展的今日,現澆樓板內暗敷PVC電線管越來越多,甚至有些部位三根交錯疊放,兩根管交錯疊放更為普遍。PVC管錯疊處板的抗彎高度大大降低,從而減弱了板的抗彎性能。
3.2.5對開口樓板,特別是開洞口比較大的雙向板,設計時往往只考慮樓板在豎向荷載作用下的洞口四周加強配筋。由于縱向的受力鋼筋被切斷,而忽視了板與墻體或板與梁的變形協調問題。這時如墻或梁的剛度較大,板的孔邊凹角處未必出現應力集中現象,開洞板易發生翹曲。
3.3建筑設計控制措施
3.3.1屋面與外墻采取保溫措施按照國外建筑設計常規的做法,屋面設保溫隔熱層,使屋面的傳熱系數≤1.0W/m2·K;外墻外表面或內表面相應設置保溫隔熱層,同時外墻面宜采用淺色裝飾材料,增強熱反射,減少對日照熱量吸收。根據蘇州的具體情況,屋面和外墻的保溫設計應通過熱工計算,在不同季節均應能達到《夏熱冬冷地區居住建筑節能設計標準》和《江蘇省民用建筑熱環境與節能設計標準》要求,徹底解決溫度應力對屋面和墻體的破壞。
3.3.2適當控制建筑物長度根據《混凝土結構設計規范》(GB50010-2002)和《砌體結構設計規范》(GB50003-2001),為避免結構由于溫度收縮應力引起的開裂,宜采取設置伸縮縫,伸縮縫間距為30m~50m。多層住宅建筑控制長度建議不大于50m,高層應控制在45m以內。如果超過此長度,應設置伸縮縫。超長量不大時,可采用設置后澆帶的方法,以減少混凝土樓板收縮開裂。
3.3.3住宅平面形狀控制住宅平面宜規則,避免平面形狀突變。當樓板平面形狀不規則時,宜設置梁使之形成較規則平面。當平面有凹口時,凹口周邊樓板的配筋宜適當加強。
3.4結構設計控制措施
3.4.1工程裂縫產生的主要原因是混凝土的變形。如溫度變形、收縮變形、基礎不均勻沉降變形等,此類因變形引起的裂縫幾乎占到全部裂縫的80%以上。在變形作用下,結構抗力取決于混凝土的抗拉性能,當抗拉應力超過設計強度時,應驗算裂縫間距,再根據裂縫間距驗算裂縫寬度。
3.4.2現澆板板厚宜控制在跨度的1/30,最小板厚不宜小于110mm(廚房、浴廁、陽臺板最小厚度不小于90mm)。有交叉管線時板厚不宜小于120mm。
3.4.3樓板宜采用熱軋帶肋鋼筋以增加其握裹力,不宜采用光圓鋼筋。分布鋼筋與構造鋼筋宜采用變形鋼筋來增加與現澆混凝土的握裹力,對控制樓板裂縫的效果較好。
3.4.4設計時注意構造鋼筋的布置十分重要,它對構造抗裂影響很大。對連續板不宜采用分離式配筋,應采用上、下兩層連續式配筋;洞口處配加強筋;對混凝土梁的腰部增配構造筋,其直徑為8mm~14mm,間距約200mm。
3.4.5屋面層陽角處、東西單元房間和跨度≥3.9m時,應設置雙層雙向鋼筋,陽角處鋼筋間距不宜大于100mm,跨度≥3.9m的樓板鋼筋間距不宜大于150mm。跨度<3.9m的現澆樓板上面負彎矩鋼筋應一隔一拉通。外墻轉角處應設置放射鋼筋,配筋范圍應大于板跨的1/3,且長度不小于2.0m,每一轉角處放射鋼筋數量不少于7根,鋼筋間距不宜大于100mm。
3.4.6現澆樓板的混凝土強度等級不宜大于C30,特殊情況須采用高強度等級混凝土或高強度等級水泥時,要考慮采用低水化熱的水泥和加強澆水養護,便于混凝土凝固時的水化熱釋放。
3.4.7在預埋PVC電線管時,必須有一定的措施,PVC管要有支架固定,嚴禁兩根管線交叉疊放,確須交叉時應采用專門設計的塑料接線盒,以防止塑料管在管線交叉對混凝土厚度削弱過多。在預埋電線管上部應配置鋼筋網片,(4@100mm寬度600mm)。若用鐵管作為預埋管時,宜采用內壁涂塑黑鐵管,一方面既能保證黑鐵管(不鍍鋅鋼管)與混凝土的粘結力,同時也有利于穿線和不影響混凝土的計算高度。
3.4.8后澆帶處理
(1)后澆帶應設置在對結構受力影響較小部位,一般應從梁、板的1/3跨部位通過或從縱橫相交部位或門洞口的連梁處通過。后澆帶間距不宜超過30m。
(2)后澆帶寬度為700mm~1000mm,板和墻鋼筋搭接長度應不低于45d,且同一截面受力筋搭接不超過50%。梁、板主筋不宜斷開,使其保持一定聯系性。
(3)后澆帶澆筑時間不宜過早,以能將混凝土總降溫及收縮變形完成一半以上時間為佳。從目前混凝土的收縮量來看,估計3~6月方能取得明顯效果,最短不少于45天。在蘇州這樣軟土地區,后澆帶澆筑時間應在主體封頂以后,方可有效地釋放沉降的應力。
(4)后澆帶中垃圾應清理干凈,接縫應密實,新老混凝土界面用1:1水泥砂漿接漿。后澆帶混凝土強度等級比原混凝土強度等級提高一級,且采用微膨脹混凝土,以防止新老混凝土界面產生裂縫。
(5)后澆帶混凝土接縫宜設置企口縫,混凝土澆筑溫度盡量與原老混凝土澆筑時溫度一致。
1,1混凝土是由水泥、摻合料、外加劑與水按一定比例配制而成的膠結漿體將分散的砂、石子經攪拌而粘結在一起的氣硬性膠凝材料。它具有較高的抗壓強度和良好的耐久性,但其最顯著的特點就是抗拉強度低、抵抗變形的能力差并容易開裂產生裂縫,給人民的生產生活帶來了不便。為什么混凝土容易產生裂縫呢?
混凝土出現裂縫的原因很復雜,不能一概而論,要研究裂縫,我們首先要搞清楚什么是裂縫,有哪幾種裂縫。
裂縫是建筑施工中材料由于某種原因或幾種原因共同引起的結構中產生不連續的現象。而混凝土裂縫是指混凝土在溫度和濕度變化的條件下,硬化并產生體積變形,由于各種材料變形不一致,互相約束而產生初始應力,造成在骨料與水泥石粘結面或水泥石本身之間出現肉眼看不見的微觀裂縫。其分布是不規則、不連貫的,但是在荷載作用下或進一步產生溫差、于縮的情況下,裂縫開始發展,并逐漸互相串通,從而出現較大的連貫的肉眼可以看見的裂縫,稱為宏觀裂縫。
混凝土攪拌后是一種不定型的可塑性材料,其中水泥是混凝土增強的主要膠結材料。水泥的化學收縮與水泥的品種、標號、細度、用量及施工工藝有關。一般來說,水泥的標號越高、細度愈大、用量愈多,混凝土的收縮率也就隨之增加。混凝土在經過收縮階段后,總的收縮率應控制在0.05%左右。混凝土收縮是其固有的物理特性,也是混凝土出現裂縫的根本原因。一般地在工程中出現裂縫的部位不同,產生裂縫的原因也不同。特別是泵送混凝土出現裂縫一般是難以避免的。關鍵在于正確認識、及時處理,將工程質量控制在允許的范圍內。
1,2混凝土裂縫一般可以分為荷載裂縫和變形裂縫。荷載裂縫又可以分為外荷載裂縫和荷載次應力裂縫;變形裂縫也可以分為材料自身變形裂縫和結構變形裂縫。
(1)在荷載作用下,結構的強度、剛度或穩定性不夠而出現的裂縫稱為荷載裂縫。這類裂縫主要是由于混凝土早期抗拉強度和彈性模量低,在外部荷載的作用下導致結構變形,從而出現裂縫。
(2)由于溫度、收縮、不均勻沉降等所引起的裂縫稱為變形裂縫。這類裂縫是混凝土開裂的主要原因,具體原因如下:
①混凝土的收縮:收縮是混凝土的一個主要特征,對混凝土的性能有很大影響。由于收縮而產生的微觀裂縫一旦發展,則有可能引起結構的開裂、變形甚至破壞。
②溫度應力:混凝土內的水泥在水化反應過程中散發出大量熱量,是混凝土升溫,并與外部氣溫形成一定的溫差,從而產生溫度應力,其大小與溫差有關,并直接影響到混凝土的開裂及裂縫的寬度。
③配筋不足:配筋間距大,配筋率小的砼結構開裂多。無筋混凝土比有筋混凝土開裂多。鋼筋的位置也要正確,保護層過大或過小都有可能導致混凝土開裂。
④混凝土材料及配合比:配合比設計不當,直接影響混凝土的抗拉強度,是造成混凝土開裂不
可忽視的原因。配合比不當指水泥用量過大,水灰比大,含砂率不當,骨料種類不佳,選用外加劑
不當等,這幾個因素也是互相影響的。
2,工程實例
針對以上分析,變形裂縫是混凝土裂縫的主要原因,要預防混凝土出現裂縫就要從防止變形來人手。在實際工程中要區別對待各種裂縫,根據實際情況解決問題。現結合工程實例,討論一下工程中遇到的裂縫形式、成因、處理方法及效果。
2,1工程概況
A金融廣場,位于溫州市龍灣區行政中心區。建筑面積92711m2,其中地下室13684m2。地下室采用獨立樁承臺基礎、基礎梁和大面積筏板基礎相結合。獨立樁承臺基礎分為一樁、兩樁和三樁分別編號為:CT1、CT2、CT3。本文對施工完畢的一樁承臺CT1為例,介紹施工工程中的裂縫情況。A金融廣場CT1施工時間為2008年10月15日,CTl為一樁獨立承臺,尺寸為:2000mm(長)×2000mm(寬)×1800mm(厚),承臺混凝土設計強度為C35,采用商品泵送混凝土,其配合比為:水泥(353)、砂子(768)、石子(1106)、水(153)、減水劑(1.756)施工結束后專人24小時養護,養護期限為14天,養護期間逐漸發現臺面、臺側均出現不同程度的豎向裂縫,裂縫形狀大部分是豎直方向,處于臺身中下部,且基本是等臺身分部,臺前裂縫與臺背裂縫位置大致相同,屬于沿臺身前后貫通情況,實測裂縫寬度大致在0.3~2.0mm,長度在1.0~1.5m左右。
2,2裂縫原因分析
該承臺未承受施工荷載及使用荷載,可以排除外力產生裂縫,承臺下接2200mm×2200mm×150mmC15混凝土墊層基礎,經檢驗未發現有裂縫,認為基礎絕對剛性,因此可以排除基礎不均勻沉降導致的裂縫;從裂縫的規則性、均勻分布、走向一致,可以排除混凝土拌合不均勻造成的裂縫,考慮結構物的尺寸特征及裂縫形態,可以初步判斷可能有以下幾方面引起的:
(1)采用輸送泵澆筑,調整了水灰比及坍落度,水灰比增加,混凝土內部水化后殘留多余水分,降低強度的同時增加了混凝土收縮量。
(2)該承臺采用一次澆注成型,相比多次澆筑成型,混凝土體積和表面積增大,相應增加了混凝土結構溫度應變和收縮變形。
(3)承臺施工正值10月份,因環境溫度而養護不到位,特別是在氣溫變化較大的晝夜交替時間里,由于外界氣溫驟降,增加了混凝土內外溫度梯度,又無法得到很好的散熱,由此產生的溫度應力同樣是造成開裂的不利因素。
2,3混凝土裂縫的處理方法
混凝土結構裂縫出現后,應根據裂縫的部位和性質,分別采取措施及時處理,確保建筑物的質量和安全。
2,3,1經調查計算分析,確認裂縫不會降低承載能力的情況下,可采用一下措施:
(1)表面覆蓋修補法:表面修補法是一種簡單、常見的修補方法,它主要適用于穩定和對結構承載能力沒有影響的表面裂縫以及深進裂縫的處理。該法適用于裂縫較窄,用以恢復構件表面美觀和提高耐久性時所用,常用的處理措施是在裂縫表面拌水泥漿、環氧膠泥或在混凝土表面涂刷油漆、瀝青等防腐材料,在防護的同時為了防止混凝土受各種作用的影響而繼續開裂,通常可以采用在裂縫的表面貼玻璃纖維布等措施,以防止裂縫繼續開裂。
(2)低壓化學灌漿、嵌縫封堵法:灌漿法主要適用與對結構整體性有影響或有防滲要求的混凝土裂縫的修補,它是利用壓力設備將水泥漿、環氧樹脂、甲基苯烯酸酯、聚氨酯等膠凝材料壓人混凝土的裂縫中,膠凝材料硬化后與混凝土形成一個整體,從而起到封堵加固的目的。
嵌縫法是裂縫封堵中最常用的一種方法,它通常是沿裂縫表面鑿成v型或u型槽,在槽中嵌填塑性或剛性止水材料,以達到封閉裂縫的目的。常用的塑性材料有聚氯乙烯膠泥、塑料油膏、丁基橡膠等;常用的剛性止水材料為聚合物水泥砂漿。
2,3,2當裂縫影響到整個混凝土結構的安全性能時,就要考慮采取結構加固法對混凝土結構進行處理。可采取以下方法進行加固,此方法屬于結構加固,必須要經過專業人員的計算同意后方可進行加固。
(1)圍套加固法:在周圍尺寸允許的情況下,在結構外部一側或數側外包鋼筋混凝土圍套,以增加鋼筋和截面,提高其承載力;對構件裂縫嚴重,尚未破碎裂透或一側破碎的,將裂縫部位的鋼筋保護層鑿去,外包鋼絲網一層;大型設備基礎一般采取增設鋼板箍帶,增加環向抗拉強度的方法來處理。
(2)鋼箍加固法:在結構裂縫部位四周加u型螺栓或型鋼套箍,以防止裂縫擴大和提高結構的剛度及承載能力。
(3)粘貼加固法:將鋼板或型鋼用改性環氧樹脂和粘結劑粘貼到構件混凝土裂縫部位表面,使鋼板或型鋼與混凝土連成整體共同工作。
裂縫在混凝土結構中是一種普遍的現象,在一定程度上不能完全避免。但是裂縫的出現不僅會影響到建筑物的美觀、結構的整體性和剛度,還會引起鋼筋的銹蝕,加速混凝土的碳化,降低混凝土的使用耐久性和抗疲勞、抗滲能力,給人們的使用帶了極大的不便。因此我們要通過上述方法盡量避免裂縫的出現,當混凝土裂縫出現時,一定要采取相應的處理措施將其控制在質量允許的范圍內,消除安全隱患,給人們的生產生活帶來方便。
⑤養護條件:養護是使混凝土正常硬化的重要手段。養護條件對裂縫的出現有著關鍵的影響。在標準養護條件下,混凝土硬化正常,不會開裂,但是只適應與試塊或是工廠的預制件生產,現場施工中不可能擁有這種條件。現場混凝土養護越接近標準條件,混凝土開裂的可能性就越小。
⑥施工質量:混凝土澆筑施工中,振搗不均勻或是漏振等情況,會造成混凝土離析、密實度差,降低結構的整體強度。混凝土內部氣泡不能完全排除時,鋼筋表面的氣泡則會降低混凝土與鋼筋的粘結力。鋼筋若受到過多振動,則水泥漿在鋼筋周圍密集,也會大大降低粘結力。
2,工程實例
針對以上分析,變形裂縫是混凝土裂縫的主要原因,要預防混凝土出現裂縫就要從防止變形來人手。在實際工程中要區別對待各種裂縫,根據實際情況解決問題。現結合工程實例,討論一下工程中遇到的裂縫形式、成因、處理方法及效果。
2,1工程概況
A金融廣場,位于溫州市龍灣區行政中心區。建筑面積92711m2,其中地下室13684m2。地下室采用獨立樁承臺基礎、基礎梁和大面積筏板基礎相結合。獨立樁承臺基礎分為一樁、兩樁和三樁分別編號為:CT1、CT2、CT3。本文對施工完畢的一樁承臺CT1為例,介紹施工工程中的裂縫情況。A金融廣場CT1施工時間為2008年10月15日,CTl為一樁獨立承臺,尺寸為:2000mm(長)×2000mm(寬)×1800mm(厚),承臺混凝土設計強度為C35,采用商品泵送混凝土,其配合比為:水泥(353)、砂子(768)、石子(1106)、水(153)、減水劑(1.756)施工結束后專人24小時養護,養護期限為14天,養護期間逐漸發現臺面、臺側均出現不同程度的豎向裂縫,裂縫形狀大部分是豎直方向,處于臺身中下部,且基本是等臺身分部,臺前裂縫與臺背裂縫位置大致相同,屬于沿臺身前后貫通情況,實測裂縫寬度大致在0.3~2.0mm,長度在1.0~1.5m左右。
2,2裂縫原因分析
該承臺未承受施工荷載及使用荷載,可以排除外力產生裂縫,承臺下接2200mm×2200mm×150mmC15混凝土墊層基礎,經檢驗未發現有裂縫,認為基礎絕對剛性,因此可以排除基礎不均勻沉降導致的裂縫;從裂縫的規則性、均勻分布、走向一致,可以排除混凝土拌合不均勻造成的裂縫,考慮結構物的尺寸特征及裂縫形態,可以初步判斷可能有以下幾方面引起的:
(1)采用輸送泵澆筑,調整了水灰比及坍落度,水灰比增加,混凝土內部水化后殘留多余水分,降低強度的同時增加了混凝土收縮量。
(2)該承臺采用一次澆注成型,相比多次澆筑成型,混凝土體積和表面積增大,相應增加了混凝土結構溫度應變和收縮變形。
(3)承臺施工正值10月份,因環境溫度而養護不到位,特別是在氣溫變化較大的晝夜交替時間里,由于外界氣溫驟降,增加了混凝土內外溫度梯度,又無法得到很好的散熱,由此產生的溫度應力同樣是造成開裂的不利因素。
2,3混凝土裂縫的處理方法
混凝土結構裂縫出現后,應根據裂縫的部位和性質,分別采取措施及時處理,確保建筑物的質量和安全。
2,3,1經調查計算分析,確認裂縫不會降低承載能力的情況下,可采用一下措施:
(1)表面覆蓋修補法:表面修補法是一種簡單、常見的修補方法,它主要適用于穩定和對結構承載能力沒有影響的表面裂縫以及深進裂縫的處理。該法適用于裂縫較窄,用以恢復構件表面美觀和提高耐久性時所用,常用的處理措施是在裂縫表面拌水泥漿、環氧膠泥或在混凝土表面涂刷油漆、瀝青等防腐材料,在防護的同時為了防止混凝土受各種作用的影響而繼續開裂,通常可以采用在裂縫的表面貼玻璃纖維布等措施,以防止裂縫繼續開裂。
(2)低壓化學灌漿、嵌縫封堵法:灌漿法主要適用與對結構整體性有影響或有防滲要求的混凝土裂縫的修補,它是利用壓力設備將水泥漿、環氧樹脂、甲基苯烯酸酯、聚氨酯等膠凝材料壓人混凝土的裂縫中,膠凝材料硬化后與混凝土形成一個整體,從而起到封堵加固的目的。
嵌縫法是裂縫封堵中最常用的一種方法,它通常是沿裂縫表面鑿成v型或u型槽,在槽中嵌填塑性或剛性止水材料,以達到封閉裂縫的目的。常用的塑性材料有聚氯乙烯膠泥、塑料油膏、丁基橡膠等;常用的剛性止水材料為聚合物水泥砂漿。
2,3,2當裂縫影響到整個混凝土結構的安全性能時,就要考慮采取結構加固法對混凝土結構進行處理。可采取以下方法進行加固,此方法屬于結構加固,必須要經過專業人員的計算同意后方可進行加固。
(1)圍套加固法:在周圍尺寸允許的情況下,在結構外部一側或數側外包鋼筋混凝土圍套,以增加鋼筋和截面,提高其承載力;對構件裂縫嚴重,尚未破碎裂透或一側破碎的,將裂縫部位的鋼筋保護層鑿去,外包鋼絲網一層;大型設備基礎一般采取增設鋼板箍帶,增加環向抗拉強度的方法來處理。
(2)鋼箍加固法:在結構裂縫部位四周加u型螺栓或型鋼套箍,以防止裂縫擴大和提高結構的剛度及承載能力。
(3)粘貼加固法:將鋼板或型鋼用改性環氧樹脂和粘結劑粘貼到構件混凝土裂縫部位表面,使鋼板或型鋼與混凝土連成整體共同工作。
裂縫在混凝土結構中是一種普遍的現象,在一定程度上不能完全避免。但是裂縫的出現不僅會影響到建筑物的美觀、結構的整體性和剛度,還會引起鋼筋的銹蝕,加速混凝土的碳化,降低混凝土的使用耐久性和抗疲勞、抗滲能力,給人們的使用帶了極大的不便。因此我們要通過上述方法盡量避免裂縫的出現,當混凝土裂縫出現時,一定要采取相應的處理措施將其控制在質量允許的范圍內,消除安全隱患,給人們的生產生活帶來方便。
論文摘要:水泥混凝土路面裂縫對路面使用性能和使用年限都有很大影響。產生裂縫原因很多,文章從施工材料、基層強度以及施工操作、道路排水等方面進行分析。
1前言
水泥混凝土路面裂縫是一種極易發生的常見病害。它可造成板塊斷裂.致使地表水下滲而導致路面基層承載力降低,進而引起錯板、唧泥和混凝土路面板破碎,嚴重影響水泥混凝土路面的使用性能和使用年限,增加了行車的不安全因素。水泥混凝土路面破壞后,修復難度大、養生期長、影響交通,而且維修費用高。因此,防止水泥混凝土路面裂縫的出現有著重要意義。導致水泥混凝土路面裂縫產生的原因很多,也比較復雜。這里就幾個主要方面進行簡要分析。
2路面自身原因導致面板開裂
(1)原材料因素
施工中嚴格把住材料關,是保證混凝土質量的前提。材料是構成混凝土路面的主體,粗集料不具有良好的級配,針片狀顆粒含量太高;細集料和粗集料中含泥量過高,會降低了混合料的粘結度;所用水泥安定差或已過期;組成材料的級配不符合標準。那么這樣的材料組成的混凝土路面面板的彎拉應力就達不到設計要求,很容易在施工期間產生不規則斷裂,或在使用過程出現更多的病害。因此水泥、碎石、砂、水等原材料在使用前進行試驗與檢驗是極重要的,要做到不合格的材料堅決不得使用,粗、細骨料級配要合理。
(2)混凝土配合比因素
嚴格控制混合料組成配合比,使施工配合比與設計配合比相符合。在施工中要經常檢查骨料的級配和雜質,發現所購進的骨料級配與原試驗級配不符時,必須及時調整施工配合比,同時還要檢查含泥量,使其不能超標。而在施工中最應注意的是水灰比的控制,如果水灰比忽大忽小,在攤鋪時又不注意攤鋪的均勻性,就會造成水灰比的不同片塊,在其交界結合部,由于凝固收縮率或受熱膨脹率不同,在結合部位形成裂縫和斷板的情況;如果水灰比過大,混合料便偏稀,在其凝固成型時,收縮率就大,一旦縮縫設置和施工仍按正常進行,就會造成縮縫間距相對過長,從而易在較大的收縮應變作用下形成裂縫,如果進一步發展,還可以形成貫通的混凝土路面斷板,因此,在施工中要嚴格把住混合料的配比關,特別是水灰比這一關。
(3)混凝土路面施工工藝因素
攪拌時間不夠,材料拌和不均勻;振搗不密實,有漏振或過振情況都將導致混凝土整體強度不一致,因此在施工中水泥混凝土必須振搗均勻密實。如果水泥混凝土振搗不均勻,將造成水泥混凝土的密實度不均勻。在密度小的區域內混凝土面板下部多成蜂窩和空洞狀,形成了承受應力的薄弱部位或區域,從而易使面板產生斷板。
在混凝土澆筑過程中,要始終保持施工作業的連續性,一旦出現間斷作業,必須設置一道施工縫,并布置傳力桿,以防止因不設施工縫而出現斷板的現象。在施工中突然遇到雷陣雨氣候的情況,應及時采取措施,對已形成強度的混凝土板應加快切縫進度,減少冷收縮裂縫的產生。
正確安裝傳力桿可以防止斷板。傳力桿的安裝必須遵照規范要求,按設計進行,使傳力桿與道路中心線及路面平行。如果傳力桿安裝偏斜,則在傳力過程中會將混凝土頂破,從而形成裂縫而斷板。正確地在縱坡變化處、平曲線及構造物結合部設置脹縫,是預防斷板的有力措施。縱坡變化處、平曲線及構造物結合部都是應力應變集中的位置,在此處設置脹縫,是減少或釋放應力應變的最佳方案,它可以大大降低在此處的斷板率。
施工中及時正確地切縫是預防斷板的有力措施。因混凝土拌和后水化熱較高,初凝早,收縮大,在夏季施工時,熱量散失慢,會形成較大的溫度應力,此應力會迅速集中于薄弱環節,當水泥達到終凝后,水泥混凝土即告凝固成型,這時水泥混凝土體收縮變形也在不斷進行,并產生了較大的拉應力,當混凝土路面面板與基層之間的摩擦力大于這個成型凝固產生的收縮拉應力時,在混凝土面板承受拉應力最薄弱的位置就會被拉斷而產生斷板。一旦強度允許,及時切縫能有效地引導裂縫在預定的切縫位置上斷裂,故避免了不規則的斷板。
故施工過程中嚴格控制混凝土路面各工序的施工工序質量,尤其要注意"振搗密實"。搞好施工縫、縮縫、脹縫的處治,盡可能用水化熱小、初凝慢的水泥,并適時掌握切縫時間,保證切縫的有效性。
(4)水泥混凝土面層養生不規范
夏季氣溫高,風力大使水分損失較快,加上灑水不及時、不均勻,造成混凝土強度降低,水析出速度過快造成拉應力迅速增加,在未到切縫時間時,產生斷板。所以在施工中要注意盡量避免在溫差大天氣或大風天氣施工,或者當混凝土澆筑完畢后立即采用遮陽、灑水、噴灑養護劑等措施,使混凝土體的表面始終保持潮濕,確保晝夜溫差不至太大,以預防面板斷裂。
嚴格控制開放交通的時間,加強養生和養護。水泥混凝土路面澆筑完畢后必須達到設計強度后方可開放交通,并對其及時進行養生、灑水、清掃,保證表面的濕度,夏季高溫季節更要及時覆蓋避免陽光曝曬,確保混凝土路面濕潤、整潔,防止因缺水養生而產生干縮裂或斷板。3路面基層方面的原因
路面基層材料拌和不均勻會使路面基層的強度差異較大.沉降大小不一,極易造成路面板開裂。基層平整度不符合要求,必然使水泥混凝土路面厚度不等.在達不到設計厚度的地方為薄弱點.在荷載作用下該處很容易開裂。路基軟弱或路面基層強度不足.沉降量過大和在人工結構物與路堤銜接處、新舊路結合部位的較大沉降差都會使水泥混凝土路面出現裂縫。
路面結構不合理。公路建設施工中,早期的水泥混凝土道路大都采用水泥、石灰穩定土材料鋪筑路基。利用這種材料作為水泥混凝土路面的基層是不適宜的,因為該種材料的水穩定性較差,被水浸泡后一旦有行車荷載的反復作用,很快就會形成唧泥,造成板底掏空,致使道板局部受力不均勻,引發路面破損。
養生條件差,早期通車,致使基層強度降低,基層產生裂縫。這種裂縫會反射到面層,基層具有調節路面板與土基之間的受力狀態、緩和或降低水、濕度對土基的影響,良好的承載、擴載作用,提高路面的整體結構強度,改善路面板的工作條件,同時改善施工條件,保證面層厚度均勻和保護碾壓平整的土基或墊層,有利于提高路面施工質量。因此路面基層的施工質量同樣要嚴格控制。
其它情況如路基及基層排水不良,長期受水浸泡,引起路基及基層失穩或強度不足,使路面產生不規則斷裂;車輛增長速度過快,超載和超限車增多使混凝土路面在使用期內超過規范要求,從而導致斷板。這就需要設計部門在設計時充分考慮各方面不利因素對使用期道路的影響,建設部門加大資金投入,提高道路等級,各職能部門加大公路運營綜合治理力度。
4道路排水系統方面的原因
"百害水為先",對水泥混凝土道路來說,首先要考慮的問題是對水的防治。如果排水系統存在缺陷,使本應及時排走的水大量滯留在路上無法外排.勢必造成路面積水下滲至路基,導致路基強度的局部軟弱.從而出現大面積的嚴重病害。
5結束語
為減少水泥混凝土路面裂縫的產生,應從施工材料選擇、基層強度控制、施工及道路排水等多方面控制,嚴把質量關,控制好每個環節每道工序.嚴格按照國家有關規范、技術標準進行施工.是保證工程質量避免病害的前提和基礎。本文僅是對水泥混凝土路面裂縫原因作了一些分析、總結,文中的不足、不當之處還望各位同行予以批評指正。
參考文獻