第一篇:混凝土裂缝成因及预防处理措施
分析施工中混凝土裂缝成因及预防处理措施
裂缝是现浇混凝土工程中常遇到的一种质量通病。我国著名的裂缝研究专家王铁梦在《工程结构裂缝控制》一书中首先指出:根据大量的工程实践和近代工程材料的细观研究表明,建筑结构的裂缝是不可避免的,裂缝是人们可以接受的材料特征。分析其成因有利于我们在施工中对裂缝的控制和预防。
一、裂缝特征及种类
现浇楼板裂缝中大部分表现为:表面龟裂,垂直、水平裂缝,纵向、横向裂缝以及斜向裂缝,出现的裂缝不规则,不均匀,长度从几公分到几十公分不等;宽度大多数在0.2㎜以内,深5~15㎜左右,个别也有1~2㎜宽的贯穿性的裂缝;混凝土强度等级越高,出现的裂缝数量越多;板面双层配筋的部位出现的裂缝少;仅有单层配筋的部位,出现的裂缝较多。
裂缝是固体材料中的某些不连续现象。混凝土拌和物是由固、液气三相组成的非均质复合材料,成型之后在自然环境中受多种因素影响,形成肉眼看不到的微小缝隙,当缝隙继续发展,则称之为裂缝。根据裂缝宽度、深度和使用功能不同,其裂缝的分类主要有以下几种:
1、塑性收缩裂缝
混凝土摘初凝前出现泌水和水份急剧蒸发,引起失水收缩,此时骨料与水泥之间产生不均匀的收缩变形,由于它发生在混凝土终凝之前的塑性阶段故称之为塑性收缩,其收缩量可达1%左右。由塑性收缩产生的裂缝称之为塑性裂缝。当外界气温高,风速大,气候很干燥时尤为严重。
2、沉陷收缩裂缝
沉陷收缩裂缝简称沉陷裂缝。
产生自身沉陷裂缝的主要原因是:混凝土拌合料太稀,坍落度过大,沉陷量过高。这种裂缝在坍落度过大的泵送商品混凝土浇筑的结构中,特别是表面系数大的现浇结构中容易出现。在混凝土沉陷时受到钢筋抑制或新浇混凝土表面未认真压实导致沉陷所致。多在混凝土浇筑后2~3小时,表面明水消失时出现。
3、干燥收缩裂缝
干燥收缩裂缝简称干缩裂缝。
水分蒸发是造成干缩和塑性裂缝的主要原因。但塑性是在水泥硬化前短期内产生的,而干缩是在水泥硬化后较长时间产生的。这种干燥、蒸发是由表及里逐渐发展的。这种裂缝发生在表层很浅的位置,常被人们所忽视,但其危害性却不容人们所忽视。
所以,当混凝土强度等级越高,水泥用量越大,则产生的干燥收缩值将越大,出现的裂缝会越多,这是高标号混凝土容易开裂的主要原因之一。
4、温度收缩裂缝
水泥水化过程中产生大量的热能,内部温度会超过30℃以上;一般在1~3天即释放50%以上热能。由于散热的传递、积存,混凝土内最高温度多数发生在浇筑后3~5天,因内外散热条件不同,中心温度高,表面温度底,形成温度梯度,产生温度变形和温度应力。温度应力和温差成正比,温差越大应力越大;当温度应力大于内外约束应力则产生裂缝。
二、裂缝的危害
裂缝的存在是混凝土工程的隐患。裂缝分为有害裂缝和无害裂缝,虽然这些裂缝一般被认为对结构使用无多大危害。但在使用时仍需进一步控制,如表面细微裂缝,极易吸收侵蚀性气体或水份,当气温低于-3℃时,水分结冰体积膨胀会进一步扩大裂缝宽度和深度;受水分和气体侵蚀,会直接锈蚀钢筋,所以在实际施工中仍应对其进行有效控制。特别是避免有害裂缝的产生,以确保结构的可靠性。
三、裂缝产生的原因
裂缝的类型甚多,其产生的原因有:外荷载引起的裂缝;物理因素引起的裂缝;化学因素引起的裂缝;施工操作引起的裂缝。主要有
1、混凝土水灰比、坍落度过大,或使用收缩率较大的水泥,水泥用量过大,或使用过量粉砂。
混凝土强度值对水灰比的变化十分敏感,基本上是水和水泥计量变动对强度影响的叠加。因此,水、水泥、粉煤灰、减水型泵送溶液的计量偏差,将直接影响混凝土的强度。采用含泥量大的粉砂配制的混凝土由于砂粒径小收缩大,抗拉强度低,容易因塑性收缩而产生裂缝。泵送混凝土为了满足泵送条件:混凝土坍落度大,流动性好,浇筑时为图施工方便,采用集中放料,振动棒赶料,易产生局部粗骨料少、砂浆多的现象(使用地泵时比较普遍),此时,混凝土脱水干缩,就会产生表面裂缝。泵送混凝土供应商为了保证混凝土的强度和可泵性、和易性往往采取加大水泥用量、减小骨料粒径,这样就会使混凝土因水泥用量过大而产生收缩、因骨料粒径过细而无法抵抗混凝土的收缩应力,最终混凝土因收缩而产生裂缝。
2、混凝土施工过分振捣,木模板过于干燥
在高层设计中,为尽量压缩墙厚,剪力墙中的连梁、暗柱的配筋粗而密,插入式振捣棒难以插入到每个部位进行恰倒好处的振捣,为防梁、柱底部砼出现蜂窝、狗洞,振捣手往往在能插振捣棒的地方过分振捣,造成粗骨料沉落砂浆上浮混凝土离析,表面呈现泌水,而形成竖向体积缩小沉落,造成楼板表面有较厚的砂浆层,待水分蒸发后,导致混凝土表面因收缩过大而形成凝缩裂缝。而木模板面层在浇筑砼之洒水不够,过于干燥,导致混凝土因失水过快而引起混凝土的塑性收缩,产生塑性收缩裂缝。特别是在春夏干燥季节,模板吸水量更大,必须要加强浇水和防范,控制裂缝。
3、混凝土浇捣后过分抹平压光和养护不当
当水泥浆浮在现浇楼层板时,如果再在表面过度的抹平压光会使混凝土的细骨料过多地浮到表面,形成含水量很大的水泥浆层,水泥浆中的氢氧化钙与空气中的二氧化碳作用生成碳酸钙,引起表面体积碳水化收缩,导致混凝土板表面龟裂。而养护不当也是造成现浇混凝土板裂缝的主要原因。过早养护会影响混凝土的胶结能力,使混凝土表面跑砂、泛黄。过迟养护,由于受风吹日晒,混凝土板表面游离水分蒸发过快,水泥缺乏必要的水化水,而产生急剧的体积收缩,此时
混凝土早期强度底,不能抵抗这种应力而产生开裂。特别是夏、冬两季,因昼夜温差大,养护不当最易产生温差裂缝。
4、楼板的弹性变形及支座处的负弯矩
为赶工期,混凝土未达到规定强度,过早拆模,或者在混凝土未达到终凝时间就上荷载等。这些因素都可直接造成混凝土楼板的弹性变形,致使混凝土早期强度底或无强度时,承受弯、压、拉应力,导致楼板产生内伤或断裂。施工中不注意钢筋的保护,把板面负筋踩弯等。将会造成支座的负弯矩,导致板面出现裂缝。
5、减水剂的影响
资料表明:自从推广商品混凝土以来,结构裂缝普遍增多。为何会出现此类现象?除了泵送混凝土的水泥用量和砂率提高有关外,人们往往忽视了减水剂引起的负面影响。例如过去干硬性及预制混凝土的收缩变形约为4~6×10-4,而现在泵送混凝土收缩变形约为6~8×10-4,使得混凝土裂缝控制的技术难度大大增加。研究表明,在混凝土配合比相同情况下,掺入减水剂的坍落度可增加100~150㎜,但是它与基准混凝土的收缩值相比,却增加120~130%。同时,掺入不同类型的减水剂混凝土的收缩比是不相同的,一般是:木钙减水剂﹥三聚氰胺减水剂﹥氨基磺酸减水剂﹥聚丙烯酸减水剂。这说明商品混凝土浇筑的结构开裂机率大与减水剂带来的负面影响有关。但其机理有待于进一步研究。
6、高强钢筋及高强混凝土的大量应用及推广带来的影响
随着能源的日趋紧张和科学技术的进一步发展,目前建筑用钢筋的级别以发展到四级,混凝土强度等级以发展到C100。随着这些硬件的上升建筑设计钢筋的间距越来越大、钢筋的用量越来越小抵抗混凝土塑性开裂的能力则相对减弱;随着混凝土强度级别选用的提高,板的厚度相应减小,导致混凝土自身收缩加大而板又为簿板,无法抵抗其自身的收缩应力,使混凝土贯通性裂缝越来越普遍。
四、裂缝的预防措施
为了控制钢筋混凝土楼板面出现裂缝的数量和概率,结合近几年来施工的实
践经验,现从材料使用和施工操作方面,简述施工过程中的具体防治措施。在工程施工中具体抓以下几个环节:
1、从根本上解决楼板面负筋踩塌问题:积极与业主和设计单位沟通,在施工工程中确定用粗点的钢筋做马凳架立现浇板的上部负筋,确保板上层负筋不被踩弯、踩塌;在楼板浇捣、泵车布管时,采用专门的门式铁架支撑泵车管道和脚手架跳板,严禁在钢筋骨架上直接走人和操作;同时专人看护钢筋,浇混凝土前必须将钢筋整理到原设计部位。
2、严格控制商品混凝土的施工配合比,根据混凝土强度等级和质量检验以及和易性的要求确定配合比;严格控制水灰比和水泥用量;控制粉煤灰掺量;选择级配良好的石子、含泥量较小的中粗砂,减小空隙率和砂率,以减少收缩量,提高混凝土抗裂强度;对商品混凝土的坍落度进行逐车检查也是保证施工质量的重要因素。
3、在混凝土浇筑前,应先将基层和模板浇水湿润,避免过多吸收水分,浇捣过程中应尽量做到既振捣充分又避免过度。
4、混凝土楼板面的振捣要用平板震动器均匀、适度的振捣,防止过振使水泥浆上浮,过多时刮去表层的水泥浆,或增加粗骨料;浇筑完毕后,表面刮抹的动作力不宜过大,严禁在混凝土表面撒干水泥刮抹,或加水压光;加强混凝土早期养护;打完第二遍木壳后,立即在板面用塑料布等材料覆盖,进行保温保湿养护,防止强风和烈日报晒。
5、严格施工操作程序,不盲目赶工。杜绝过早上人、上荷载和过早拆模。通过在大梁两侧的面层内配置通长的钢筋网片,承受支座负弯矩,避免因不均匀沉降而产生的裂缝。
6、控制减水剂的用量品种,在泵送混凝土配合比中,要求商品混凝土生产厂家不再使用收缩比大的木钙减水剂和萘磺酸盐减水剂等,尽量使用新型的氨基磺酸减水剂和聚炳烯酸减水剂,或有微膨胀功能的KL-HEA抗裂缝减水(防水)剂(中国建筑材料科学研究院研制),产品使用前应复试合格方可使用,严禁
使用“三无”产品,假冒伪劣产品。
通过上述施工措施的制定和落实,施工中的混凝土裂缝会相对较少和能有效控制的。
五、裂缝的修复和处理方法
“建筑结构的裂缝是不可避免的,但其有害程度是可以控制的”。也就是说,出现裂缝并不可怕,关键是如何善于总结经验,吸取教训,逐渐控制裂缝的数量和有害程度,同时要及时与业主和监理方沟通,组织工程技术人员分析原因、制定修复方案和今后施工中的控制措施。主要的修复方法有:
1、对于一般混凝土楼板表面的龟裂,可先将裂缝清洗干净,待干燥后用环氧浆液灌缝或用1:1的水泥砂浆表面涂刷封闭。施工中若在终凝前发现龟裂时,可用木抹子再压一遍,裂缝即可闭合。
2、其它一般裂缝处理,其施工顺序为:清洗板缝后用1:1水泥砂浆抹缝,压平养护。
3、当裂缝较大时,应沿裂缝凿八字形凹槽,冲洗干净后,用1:2水泥砂浆抹平,也可以采用环氧胶泥嵌补。
4、当楼板出现的裂缝面积较大时,应对楼板进行静载试验,检验其结构安全性,必要时可在楼板上增做一层钢筋网片,以提高楼板的整体性。
5、通长、贯通的危险结构裂缝,裂缝宽度大于0.3㎜的,采用结构胶粘扁钢加固补强。板缝用灌缝胶高压灌胶。
第二篇:混凝土裂缝成因及处理措施
混凝土裂缝原因分析及预防措施
混凝土结构裂缝是非常普遍的,可以说很难避免,其中有的裂缝形成以后不再发展,对混凝土结构的正常使用没有影响,而有的裂缝则随着时间的延长而继续发展,危及建筑物的结构安全。只有正确认识混凝土结构裂缝的产生原因,采取相应的措施,消除隐患,才能确保结构安全和正常使用。
一、混凝土结构产生裂缝的原因
1、温度变化引起的裂缝
混凝土具有热胀冷缩的性质,当外部环境或结构内部温度发生变化时,混凝土将发生变形,变形受到约束,则在结构内产生温度应力,当温度应力超过混凝土的抗拉强度时即产生温度裂缝,其特征是随温度变化而扩张或合龙。
混凝土浇筑后的前几天,水泥的水化热大量释放,混凝土内部的温度迅速升高,混凝土内部与外界形成温差,产生温度应力,温差越大,温度应力越大,当温度应力超过混凝土的抗拉强度时即产生温度裂缝。
2、收缩引起的裂缝
在混凝土收缩类型中,塑性收缩和缩水收缩(干缩)是混凝土体积变形的主要原因.(1)塑性收缩产生的裂缝
塑性收缩发生在混凝土浇注后4-5h,此时水泥水化反应激烈,分子链逐渐形成,出现泌水和水分急剧蒸发,混凝土失水收缩,同时骨料因自重下沉,而此时混凝土尚未硬化,产生塑性收缩。塑性收缩所产生的量级很大,可达1%。在骨料下沉过程中若受到钢筋阻挡,便形成沿钢筋方向的裂缝。在构件竖向变截面处箱梁腹板与顶底板交接处,因硬化前沉实不均匀将发生表面顺腹板方向的裂缝。
(2)缩水收缩产生的裂缝
混凝土硬结以后,随着表层水分逐渐蒸发,湿度逐步降低,混凝土体积减小,产生缩水收缩(干缩)。因混凝土表层水分损失快,内部损失慢,因此产生表面收缩大,内部收缩小的不均匀收缩,表面收缩变形受到内部混凝土的约束,致使表面混凝土承受拉力,当表面混凝土承受的拉力超过其抗拉强度时,便产生收缩裂缝。
3、钢筋锈蚀引起的裂缝
由于混凝土质量较差或保护层厚度不足,混凝土保护层易受二氧化碳侵蚀炭化至钢筋表面,使钢筋周围混凝土碱度降低,或由于外加剂使用不当,氯化物的介入,使钢筋周围氯离子含量较高,引起钢筋表面氧化膜破坏。若钢筋中的铁离子与侵入到混凝土中的氧气和水分子发生反应,其锈蚀物氢氧化铁的体积比原来增长2-4倍,从而使混凝土周围产生膨胀应力,导致混凝土保护层开裂、剥落,沿钢筋纵向产生裂缝,并有锈迹渗出混凝土表面。同时锈蚀使钢筋有效断面减小,钢筋与混凝土握裹力削弱,结构 承载力下降,并将诱发其他形式的裂缝,加剧钢筋锈蚀,导致结构破坏。
4、施工工艺对裂缝的影响
如保护层过厚,或乱踩已绑扎的上层钢筋,使承受负弯矩的受力钢筋保护层过厚,导致构件的有效高度减小,形成与受力钢筋垂直的裂缝。
施工时混凝土分层或分段浇注时,接头部位处理不好,容易在新旧混凝土和施工缝之间出现裂缝。如分层浇注时间隔时间过长,引起层面之间的水平裂缝,分段浇注时,接触面凿毛、清洗不彻底,新旧混凝土之间黏结力小,或后浇注的混凝土养护不到位,导致混凝土收缩而引起裂缝。若混凝土早期受冻,使构件表面出现裂纹或局部剥落,或脱模后出现空鼓现象,施工时模板刚度不足,浇注混凝土时模板侧向变形,或拆模过早,混凝土强度不足,均会使混凝土产生裂缝。
二、混凝土结构产生裂缝的预防措施
1、温度裂缝
(1)合理选用水泥
根据外界气候条件和构件的体积及施工措施,合理选用水泥品种。如果是大体积混凝土、浇注速度很快、外界气温便低,则应选用水化热低的水泥。优化混凝土配合比,尽可能降低水泥用量,从而降低混凝土水化热温度升值,每降低10KG/立方米,混凝土的水化热温度升高可降低1度。(2)合理控制拆模时间
混凝土拆模时,对混凝土内部与外界的温差有严格的规定,≤施工规范≥规定其温差不应超过25℃。可有时为了赶进度,加快模板周转,往往只注意了混凝土强度,而忽视了温差对混凝土的影响,尤其是冬季施工时,很容易产生温度裂缝。
(3)合理确定养生方法
混凝土浇筑后的养生是保证混凝土强度的重要措施,如果养生措施不当,往往会使混凝土表面产生龟裂。在炎热的夏季,特别是在山区,施工单位经常会图方便,就地采用河水养生,此时混凝土表面温度和水的温差很大,由于混凝土表面的灰浆抗拉强度很低,遇冷水后收缩,就在混凝土表面形成了很多不规则的微裂缝。所以,应该在混凝土拆模后及时覆盖或包裹,在早晚温度低时洒水养生,避免在温度高时将冷水直接浇到混凝土表面,以减少龟裂。
(4)降低混凝土温度差。
选择适宜的气温浇注混凝土,降低混凝土拌合物的初始温度,控制浇注速度,降低分层厚度。(5)提高混凝土的极限抗拉强度。
选择好级配的骨料,严格控制含泥量,加强混凝土的振捣,提高混凝土的密实度和抗拉强度,减少收缩变形,浇注后及时排除表面积水,加强早期养护,提高混凝土早期或相应龄期的抗拉强度。掺入一定数量的纤维。
2、收缩裂缝
收缩裂缝最直接的原因就是混凝土内的水分损失,所以控制水灰比至关重要。在泵送混凝土中或钢筋密集构件等要求混凝土拌和物坍落度较大时,掺加减水剂,降低单位用水量是首选措施。其次,避免长时间的搅拌和振捣,及时清除泌水,控制速度不要过快,振捣要密实,以减少混凝土因骨料自重而引起的下沉量。混凝土收缩裂缝的产生还与水泥品种、标号、用量,骨料品种,外掺剂,养护方法,外界环境,振捣方式等因素有关。在水分容易损失的地上建筑物应首选干缩性小的水泥。
3、钢筋锈蚀引起的裂缝
凝土振捣不密实或不均匀,出现蜂窝、麻面、空洞或在钢筋混凝土中使用了含有氯盐的水或外加剂是导致钢筋锈蚀或其他荷载裂缝的起源。所以,在施工时采取钢筋除锈,保证保护层厚度,控制水灰比,加强振捣,保证混凝土的密实性,防止氧气侵入及在钢筋混凝土中掺加不含氯盐的外加剂等措施可减少因钢筋锈蚀引起的裂缝。
混凝土的裂缝虽然不可避免,但是混凝土的裂缝是可以控制的,认清混凝土裂缝产生的原因,在施工或养护中采取有针对性的措施,是可以预防或减少裂缝产生的。稳定的裂缝不影响结构的正常使用,但裂缝的存在都会降低结构的刚度。所以,预防或减少裂缝的产生,不但可以提高建筑物的观感质量,更主要的是可以提高建筑物的刚度,延长使用寿命,发挥更大的效益。
第三篇:砌体结构裂缝成因及预防和处理措施
第一章 前言
砌体结构房屋出现裂缝的现象较为普遍,裂缝程度轻重差别很大,轻则影响房屋正常使用和美观,严重的将形成结构安全隐患,甚至发生工程事故。随着住宅商品化的发展,房屋裂缝问题越来越引起人们的关注。裂缝宽度的控制标准问题:(1)墙体裂缝允许宽度的含义包括:①裂缝对砌体的承载力和耐久性影响很小;②人的感观的可接受程度。钢筋混凝土结构的裂缝宽度大于0.3mm时,通常在美学上难以接受,砌体结构也不例外。尽管砌体结构的安全的裂缝宽度可以更大些,但在住宅商品化的今天,砌体房屋的裂缝,不论是否为0.3mm,只要可见,已成为住户判别“房屋安全”的直观标准。根据资料了解,目前只有德国对砌体结构的裂缝宽度有明文规定:对外墙或条件恶劣的墙体,裂缝宽度不大于0.2mm,其它部位裂缝宽度不大于0.3mm。其它发达国家对裂缝控制的要求较高,但未对砌体裂缝宽度规定标准。因此,如何面对砌体结构的裂缝,确实是一个比较突出和需要认真对待的课题,需要引起足够的重视。(2)鉴于裂缝成因的复杂性,按目前条件和《砌体结构设计规范》提供的措施,尚难完全避免墙体开裂,而是使裂缝的程度减轻或无明显裂缝,因此规范中采用了“防止或减轻”墙体开裂的措施的用语。
裂缝的成因,依据国家标准《民用建筑可靠性鉴定标准》可分为受力裂缝和非受力裂缝两大类。在各种直接荷载作用下,墙体产生的裂缝称为受力裂缝;而砌体因温度、收缩、变形或地基不均匀沉降等引起的裂缝是非受力裂缝,又称变形裂缝。变形裂缝占砌体房屋裂缝中的80% 以上,其中因地基不均匀沉降而引起的裂缝更为突出和引人关注。相对于受力裂缝,变形裂缝的产生机理和影响因素复杂得多,本文主要分析砌体结构由地基不均匀沉降和温度.引起的变形裂缝。
第2章 地基不均匀沉降引起的裂缝
在软土、填土、冲沟、古河道、暗渠、沉陷区以及各种不均匀地基上建造结构物,或者地基虽然比较均匀,但是荷载差别过大或结构物刚度差别悬殊时,地基不均匀沉降均能引起裂缝。
2.1 地基不均匀沉降裂缝的形态
地基不均匀沉降裂缝的形态是多种多样的。裂缝主要分为剪切裂缝和弯曲裂缝。地基不均匀沉降裂缝常见的有正八字裂缝和斜向裂缝。沉降裂缝多出现在房屋中下部且发生于房屋中下部的裂缝较上部宽度大。
2.2 地基不均匀沉降裂缝的产生机理
(1)墙体中下部区域的斜向裂缝
一般情况下,地基受到上部结构传递的压力,引起地基的沉降变形呈凹形,常称为“盆形沉降曲面”,这是由于中部压力相互影响高于边缘处相互影响,以及边缘处非受荷载区地基对受荷载区下沉有剪切阻力等共同作用的结果,导致地基反力在边缘区较高。这种沉降使建筑物形成中部沉降大、端部沉降小的弯曲,产生正弯距。结构中下部受拉,端部受剪,端部地基反力梯度加大,墙体内剪应力加大,形成主拉应力引起墙体开裂,裂缝呈正八字形。由于墙体中上部受压并形成“拱”作用,墙体裂缝越靠近地基和门窗洞口越严重,中下部开裂区的墙体因有自重下坠作用,易造成垂直方向拉应力,可形成水平裂缝。
(2)墙体端部区域斜向裂缝
当地基中部有回填砂、石,或中部地基坚硬而端部软弱,或由于荷载相差悬殊,建筑物端部沉降大于中部时,会形成负弯矩。主拉应力将引起墙体端部出现倒八字裂缝。局部的沉降不均不仅可以引起斜裂缝,还可能引起砌体的水平裂缝。
2.3 影响地基沉降裂缝的因素
地基、基础、建筑物构成一个整体,共同工作。其内力和变形形态与土的性质、建筑物与地基的刚度、基础与建筑物的尺寸、形状、材料的弹塑性性质、徐变等有关。(1)建筑物与地基的相对刚度
首先,建筑物的长度和宽度越小,基础的抗弯刚度越大,建筑物与地基的相对刚度就越大。这时在外荷载作用下,地基的反力向两端集中,则中部弯矩较大,这就需要结构具有足够的强度,满足结构物最大弯矩的要求;其次,在较差的地基上,地基的变形模量较高,而基础的抗弯刚度较小,结构物的几何尺寸较长,则柔性指数相应增大。这时基础结构接近于柔性板,此时地基的沉降与荷载的分布有关。地基承受荷载大的地方沉降和变形较大,基础承受的弯矩较小。(2)徐变
建筑物的下沉、水平位移、温度、湿度变化引起的变形,除了绝对值外,变形速率是一个重要因素。只要变形是缓慢的,则多数建筑物能经受较大的变形而不破坏,其主要原因就是由于建筑材料一般都具有徐变特性,在变形过程中,其内应力会随着变形速度的下降而降低。
(3)建物的形状平面形状复杂的建筑物,如“I”、“I'’,、“L’’、“E”字形等在纵横单元交叉处基础密集,地基附加应力重叠,使地基沉降量增大。同时,此类建筑物整体性差,刚度不对称,在地基产生不均匀沉降时容易发生墙体开裂。
第3章 砌体房屋的温度变形裂缝
3.1 温度裂缝的主要形态
最常见的温度裂缝出现在混凝土平屋盖房屋的顶层两端墙体和山墙上。如在门窗洞边的正“八”字斜裂缝、山墙上部的斜裂缝、平屋顶下或屋顶圈梁下沿砖(块)灰缝的水平裂缝、以及水平包角裂缝(包括女儿墙)等,其中顶层两端纵墙墙体门窗洞边的正“八”字斜裂缝最为普遍。温度裂缝是造成墙体早期裂缝的主要原因。这些裂缝一般经过一个冬夏之后才逐渐稳定,不再继续发展,裂缝的宽度随着温度变化而略有变化。温度裂缝有明显的规律性:两端严重,顶层严重,阳面严重。
3.2 温度裂缝产生机理
对于砖砌体结构,砖砌体的线膨胀系数5×10-6,是混凝土的一半。当外界温度升高时,混凝土屋盖变形大,墙体变形相对较小,导致砖砌体和混凝土屋盖之间产生约束应力。使屋盖受压,墙体受拉、受剪。当约束条件下温度变形引起的温度应力足够大时,墙体就会产生温度裂缝。混凝土砌块墙体的线膨胀系数与混凝土屋盖相同。在夏季阳光照射下,两者之间存在一定的温差。屋面最高温度可达40℃-50℃,而顶层外墙平均最高温度约为30℃-35℃。屋面和顶层外墙存在10℃-15℃的温差,两者的温差可能引起墙体开裂。另外,从材料上看,相同砂浆强度等级下混凝土砌块的抗拉、抗剪强度比砖砌体小了很多,沿齿缝截面弯拉强度仅为砖砌体的30%-35%,沿通缝弯拉强度仅为砖砌体的45%-50%,抗剪强度仅为砖砌体的50%-55%。因此,在相同受力状态下,混凝土砌块抵抗拉力和剪力的能力要比砖砌体小很多,所以更容易开裂。对于顶层墙体,墙体的压应力较小,墙体的剪应力近似等于主拉应力。而墙体的剪应力与温差、水平阻力系数以及建筑物长度有关,墙体剪应力与温差成正比。因此,采取隔热措施
以减少温差,可达到减小主拉应力的目的。墙体剪应力与水平阻力系数成正比,如水平阻力系数降低30%,则剪应力降低16%。因此,可通过在钢筋混凝土屋面板与墙体圈梁的接触面处设置水平滑动层来减少顶板与墙体的约束作用。
第4章 预防措施
4.1 防止由温度变化引起的砌体结构开裂措施
为了防止或减轻混凝土屋盖和墙体间的温差变形和墙体变形引起的顶层墙体的开裂,可根据具体情况采取下列措施:
(1)根据砌体房屋墙体材料和建筑物类型、屋盖或楼盖类别选用合适的伸缩缝区段。伸缩缝应设在因温度和收缩变形可能引起应力集中、砌体产生裂缝可能性最大的地方;
(2)屋面应设置有效的保温层或隔热层;
(3)屋面保温层或屋面刚性面层及砂浆找平层应设置分隔缝,分隔缝间距不宜大于6 m,并与女儿墙隔开,其缝宽不小于30mm;
(4)采用装配式有檩体系钢筋混凝土屋盖或瓦材屋盖;(5)当现浇混凝土挑檐或坡屋顶的长度大于l2m时,宜沿纵向设置分隔缝或沿坡顶脊部设置分隔缝,缝宽不小于20mm,缝内用防水弹性材料嵌填;
(6)在混凝土屋面板与墙体圈梁间设置滑动层。滑动层可采用两层油毡夹滑石粉或橡胶片,对较长的纵墙可只在两端的2-3个开间内设置,对横墙可只在其两端各1/4墙长范围内设置;
(7)顶层屋面板下设置现浇钢筋混凝土圈梁,并沿内外墙拉通,房屋两端圈梁下的墙体内适当配置水平钢筋;
(8)顶层挑梁与圈梁拉通。当不能拉通时,在挑梁末端下墙体内设置3道焊接钢筋网片(纵向钢筋不宜小于2F4,横筋间距不宜大于200mm)或2F6钢筋,其从挑梁末端伸人两边墙体不小于1000mm;
(9)顶层门窗洞口过梁上的水平灰缝内设置2-3道焊接钢筋网片或2F6钢筋,并应伸人过梁两端墙内不小于6O0mm;
(10)顶层及女儿墙砂浆强度等级不低于M5顶层墙体内适当增设构造柱;
(11)女儿墙应设构造柱,其间距不大于4m,构造柱应伸至女儿墙顶,并与现浇钢筋混凝土压顶浇在一起。
4.2 防止墙体材料的干缩引起的裂缝措施
(1)选用干缩值低的墙材。控制砌筑时材料的含水量(先让材料干缩后砌墙)。采用低强度砂浆和长度小的砖块,可以避免砖块的断裂,并将细小裂缝均匀分散到各个垂直的灰缝隙中,避免变形和应力集中,累加出现大裂缝;
(2)面积较大的墙体采用在墙体内增设构造梁柱的构造措施;(3)严格控制以胶凝材料为原料的砌块的龄期,不足28d的不应进人施工现场;
(4)正确掌握各种砌块使用时的含水率。轻集料混凝土空心砌块和蒸压灰砂砖、蒸压粉煤灰加气混凝土砌块砌筑时的含水率分别控制为5%-8%和15%、20%以内。砌体在生产储存期、运输、现场堆放等均要防止被水浸湿,雨季还应做好对砌块和砌体的遮盖。施工时,一般提前I~2d洒水稍作湿润。砌块含水深度以表层8-10mm为宜。
4.3 防止由地基沉降引起的裂缝措施
(1)建筑物的体型力求简单;
(2)合理设置沉降缝。在建筑物平面转折处、建筑高度荷载突变处、结构类型不同处以及地基土软硬交界处设置沉降缝;
(3)减轻结构自重;
(4)增强建筑物的刚度和强度。设置封闭圈梁和构造柱,特别是增强顶层和底层圈梁、合理布置纵横墙、采用整体性好、刚度大的基础形式等;
(5)减小或调整基底的附加应力。改变基础地面尺寸,使不同荷载的基础沉降量接近。
第5章 抗裂措施效果评价
上述所述的防止或减轻墙体开裂的主要措施,在基本原理上分别基于防裂概念的“防”、“放”、“抗”的原则。
(1)“防”,即适当的屋面构造处理,减少屋盖与墙体的温差,减少屋盖与墙体的变形,效果最佳,通常采取下列措施:
a.保证屋面保温层的性能,采用低含水或憎水保温材料,防止屋面渗漏,南方则加设屋面隔热及通风层。
b.外表浅色处理,外墙、屋盖刷白色,可使其内表面降温,隔热指标可显著提高。
c.严格控制块体材料的上墙含水率。
(2)“放”,即采用适当措施,允许屋面或墙体在一定程度上自由收缩,如屋面设置伸缩缝、滑动层、墙体控制缝等,都能有效降低温度或干缩变形应力。
(3)“抗”,即通过构造措施,如设置圈梁、构造柱、提高砌体强度,加强砌体的整体性和抗裂能力,以减少墙体变形,减少裂缝。是砌体房屋普遍采取的抗裂构造措施。这些措施效果如何,以及用何种方法对已开裂的墙体的修补最有效,下面是我国最近的研究成果,供大家参考:
① 提高砌体材料强度等级,不是最有效的防裂措施。② 构造柱加圈梁加强整体性,提高抗裂能力。
③ 关键部位和易裂部位,或已开裂部位采取下列措施有显著效果:
a.玻璃纤维砂浆能提高墙体的抗裂能力2倍。
b.玻璃丝网格布砂浆加芯柱可使墙片的抗裂能力提高3倍。c.玻璃丝网格布砂浆抹面的砌块墙的初始荷载可提高1倍。d.使用高弹性涂料也能有效的保护已开裂的墙体不受外界侵
蚀。
e.使用石灰砂浆替代水泥混合砂浆,水泥混合砂浆因水泥上强度后易开裂,采用石灰砂浆可避免,从而防止墙面的开裂。
第6章 裂缝的处理
对于砌体裂缝的处理,从安全性方面考虑,对受力裂缝都应采取措施进行处理。对非受力产生的纵横墙连接处通长竖向裂缝、最大宽度大于5mm的墙身裂缝和宽度大于1.5mm的砖柱裂缝必须采取措施进行处理;从正常使用性方面考虑,对宽度大于1.5mm的墙身裂缝及出现裂缝的砖柱应采取措施进行处理。《危险房屋鉴定标准》要求,对有沿受力方向缝宽大于2mm或有缝长超过层高1/3的多条竖向裂缝的砌体结构墙柱、因偏心受压产生缝宽大于0.5mm水平裂缝砌体结构墙柱、因局部受压产生的缝宽大于1mm或产生多条竖向裂缝墙体确定为危险点,应采取措施进行处理,这些都为受力裂缝,而对于非受力裂缝在砌体结构构件中并未列入。砌体裂缝是房屋结构缺陷的最直接反映,部分应采取加固措施进行处理。常用的砌体承载能力及稳定性加固方法有扶壁柱法和钢筋网水泥砂浆法,砖柱有截面增大法和外包角钢法。
6.1 扶壁柱法加固砌体
扶壁柱法分砖扶壁柱法和混凝土扶壁柱法两种。砖扶壁柱法增设的扶壁柱与原砌体的连接可采用插筋法或挖镶法实现,以保证两者共同工作。扶壁柱的间距及数量,由计算确定。
(1)对于砖扶壁柱法,考虑到后砌扶壁柱存在着应力滞后,计算加固砖墙承载力时,应对后砌扶壁柱的抗压强度设计值乘以折减系数0.9予以降低,如下式:
式中:N—荷载设j汁值产生的轴向力;
j-高厚比和轴向力偏心距对构件承载力的影响系数,可按《砌体结构设计规范》(GB50003—2OO1)规定取用;
f,f1— 原砖墙和新砌砖扶壁柱的抗压强度设计值;
A,A1— 原砖墙和新砌砖扶壁柱的截面面积;
(2)对于混凝土扶壁柱法,考虑到新浇筑混凝土扶壁柱与原砌体的受力状态有关,并存在着应力滞后,计算加固砖墙承载力时,应对新浇筑混凝土扶壁柱的承载力乘以强度折减系数,轴心受压组合砖砌体承载能力计算如下式:
式中:N—荷载设计值产生的轴向力;
jcon— 组合砖砌体构件的稳定系数,按《砌体结构设计规范》(GB50003—2OO1)规定取用;
f-原砖墙抗压强度设计值; A—原砖墙的截面面积;
a—新浇筑混凝土扶壁柱的材料强度折减系数,若加固时原砌体完好取0.95,若原砌体有荷载裂缝或破损现象取0.9;
fc—扶壁柱新浇筑混凝土面层的轴心抗压强度设计
值;
Ac—新浇筑混凝土扶壁柱面层的截面面积;
hs—受压钢筋的强度系数,厚度60mm以内时取0.9,厚度大于60mm时取1.0;
fy,As—扶壁柱内受压钢筋的抗压强度设计值和截面面积。
6.2 钢筋网水泥砂浆法加固砌体
钢筋水泥砂浆法加固砌体是指把需加固的砌体两面敷设钢筋网片后粉刷砂浆、喷射砂浆或细石混凝土的加固方法。本方法可较大提高砌体的承载力、抗侧移刚度及砌体的延性,其承载能力计算同轴心受压组合砖砌体。
6.3 裂缝的修补
对于《民用建筑可靠性鉴定标准》规定可不进行加固处理的裂缝,只需进行裂缝的修补。在裂缝修补前,应先明确裂缝原因和观察裂缝
是否稳定,对非受力且已稳定的裂缝可选用以下修补方法。(1)填缝修补
填缝修补法有水泥砂浆和配筋水泥砂浆填缝两种。水泥砂浆修补是采用1:3水泥砂浆或掺有107胶的聚合水泥砂浆填入砖缝内的修补方法;配筋水泥砂浆填缝是指砌体每隔4 5皮砖在砖缝内嵌入细钢筋再用水泥砂浆修补的方法。填缝修补通常用于墙体外观维修和裂缝较浅的砌体。(2)灌浆修补
灌浆修补是一种用压力设备把水泥浆液压入砌体裂缝内使裂缝粘合起来的修补方法。由于水泥浆液对墙体的粘结能力非常强,用该方法可使砌体恢复如初。浆液分纯水泥浆液和混合水泥浆液两种,纯水泥浆液是水灰比为O.7-1.0的水泥浆;掺入适量悬浮剂即制成混合水泥浆液,悬浮剂一般采用聚乙烯醇、水玻璃或107胶。灌浆设备由空气压力机、压浆罐、输浆管、和灌浆嘴等组成,其原理是利用空气压力机产生的压缩空气迫使压浆罐内浆液进入墙体裂缝内。(3)无纺布粘贴修补
无纺布粘贴修补是采用无纺布粘贴于裂缝处进行表层的缝隙修补方法。由于普通水泥墙面易受温度、地基沉降等的影响开裂,在一般家装工程中采用含胶的腻子打底,在易开裂出粘贴无纺布的方法进行处理收到很好的效果,基本解决了表层开裂处理。
第7章 结论
砌体裂缝经过处理,仍能完成结构应具有的功能,对于节约能源、保护环境等方面具有一定的经济效益和社会效益。总之,影响砌体结构裂缝的因素较多,有些裂缝是由多种因素引起的?昆合裂缝。设计时可通过构造措施来防止和减轻砌体结构裂缝的危害。
致谢
在本文的撰写过程中特别得到了指导老师王可龙教授的指导和点评,在此向王教授表示感谢。同时也在此感谢石大在线的各位老师在论文具体要求及开题过程给予的帮助。同时感谢一起学习的各位同学在学习过程的帮助,使得大家都能得到提高。
参考文献
[1](GBS0003—2001).砌体结构设计规范[S]. [2](GB50292—1999).民用建筑可靠性鉴定标准[S]. [3](JGJ125—99).危险房屋鉴定标准[S].
[4] 唐岱新,龚绍熙,周炳章.砌体结构设计规范理解与应用[M].中国建筑工业出版社,2002.
[5] 王铁梦.工程结构裂缝控制[M].中国建筑工业出版社,1997.
第四篇:混凝土裂缝原因分析及处理措施
混凝土裂缝原因分析及控制措施
韩恒梅
禄建民
平顶山工业职业技术学院(河南平顶山 467001)
摘要:混凝土裂缝的存在和发展通常会使内部的钢筋等材料产生腐蚀,降低钢筋混凝土材料的承载能力、耐久性及抗渗能力,影响建筑物的外观、使用寿命,严重的将威胁到人民的生命、财产。本文对混凝土施工中裂缝的原因及控制措施作一初步探讨。
关键词:混凝土裂缝;混凝土裂缝的原因分析;混凝土裂缝的控制措施
The Reason Analyse and Control Measure of Concrete Crack
Hanhengmei Lujianmin Pingdingshan Industrial College of Technology(Henan Pingdingshan 467001)Abstract: The existing and developing of concrete crack can uaually erode some material just like reinforcing steel bar,low the carrying capacity、wearing and antiinfiltration capacity of reinforced concrete,influence the appearance、using time of building,and even threaten the life and wealth of human.The article mostly discusses the reason and control measure of concrete crack.Keywords: Concrete crack;The reason analyse of concrete crack;The control measure of concrete crack 0 前言
混凝土在现代工程建设中占有重要地位,而混凝土的裂缝较为普遍。混凝土是一种由砂石骨料、水泥、水及其他外加材料混合而成的非均质脆性材料。由于混凝土施工、本身变形和约束等一系列问题,使混凝土裂缝成了土木、水利、桥梁、隧道等工程中最常见的工程病害。
裂缝的原因分析 由于混凝土的组成材料、微观构造以及所受外界影响的不同,混凝土中产生裂缝有多种原因,主要是温度和湿度的变化,混凝土的脆性和不均匀性,以及结构不合理,原材料不合格,模板变形,基础不均匀沉降等。
(1)混凝土在硬化的过程中,由于干缩引起的体积变形受到约束时产生的裂缝,这种裂缝的宽度有时会很大,甚至会贯穿整个构件。
(2)混凝土在硬化期间水泥产生大量水化热,内部温度不断上升,在混凝土表面引起拉应力。后期在降温过程中,由于受到基础或老混凝土的约束,又会在混凝土内部出现拉应力。气温的降低也会在混凝土表面引起很大的拉应力,当这些拉应力超出混凝土的抗裂能力时,即会出现裂缝。
(3)在厚度较大的构件中,由于混凝土的塑性塌落受到模板或顶部钢筋的抑制,在浇捣后数小时会发生这种由于混凝土塑性塌落引起的裂缝。
(4)当有约束时,混凝土热涨冷缩所产生的体积涨缩,因为受到约束力的限制,在内部产生了温度应力,由于混凝土抗拉强度较低,容易被温度引起的拉应力拉裂,从而产生温度裂缝。由于太阳暴晒产生裂缝也是工程中最常见的现象。
(5)混凝土加水拌和后,水泥中的碱性物质与活性骨料中活性氧化硅等起反应,析出的胶状碱——硅胶从周围介质中吸水膨涨,体积增大三倍,从而使混凝土涨裂产生裂缝。
(6)许多混凝土的内部湿度变化很小或变化较慢,但表面湿度可能变化较大或发生剧烈变化,如养护不当、时干时湿,表面干缩变形受到内部混凝土体的约束,也往往产生裂缝。
(7)构件超载产生的裂缝,例如:构件在超出设计的均布荷载或集中荷载作用下产生内力弯矩,出现垂直于构件纵轴的裂缝,构件在较大剪力作用下,产生斜裂缝,并向上、下延伸。(8)当结构的基础出现不均匀沉陷,就有可能会产生裂缝,随着沉陷的进一步发展,裂缝会进一步扩大。
(9)当钢筋混凝土处于不利环境中,例如:侵蚀性水,由于混凝土保护层厚度有限,特别是当混凝土密实性不良,环境中的氯离子等和溶于水中的氧会使混凝土中的钢筋生锈,生成氧化铁,氧化铁的体积比原来金属的体积大的多,铁锈体积膨胀,对周围混凝土挤压,使混凝土胀裂。
(10)由于原材料质地不均匀、水灰比不稳定以及运输和浇筑过程中的离析现象,在同一块体混凝土中其抗拉强度也是不均匀的,存在着许多抗拉能力很低,易于出现裂缝的薄弱部位。
而在施工过程中,我们最为常见的多是因温度而引起的裂缝。
在钢筋混凝土中,拉应力主要是由钢筋承担,混凝土只是承受压应力。在素混凝土内或钢筋混凝上的边缘部位如果结构内出现了拉应力,则须依靠混凝土自身承担。一般设计中均要求不出现拉应力或者只出现很小的拉应力。施工中混凝土由最高温度冷却到工程运行时期的稳定温度,往往在混凝土内部引起相当大的拉应力,有时温度应力可超过其它外荷载所引起的应力。因此,掌握温度应力的变化规律对于进行合理的结构设计和施工极为重要。
温度应力的分析
实践证明,混凝土常见的裂缝,大多数是不同深度的表面裂缝,其主要原因是温度梯度造成寒冷地区的温度骤降也容易形成裂缝。
根据温度应力的形成过程可分为以下三个阶段:
(1)早期:自浇筑混凝土开始至水泥放热基本结束,一般约30天。这个阶段的两个特征,一是水泥放出大量的水化热,二是混凝上弹性模量的急剧变化。由于弹性模量的变化,这一时期在混凝土内形成残余应力。
(2)中期:自水泥放热作用基本结束时起至混凝土冷却到稳定温度时止,这个时期中,温度应力主要是由于混凝土的冷却及外界气温变化所引起,这些应力与早期形成的残余应力相叠加,在此期间混凝上的弹性模量变化不大。
(3)晚期:混凝土完全冷却以后的运转时期。温度应力主要是外界气温变化所引起,这些应力与前两种的残余应力相迭加。
温度的控制和防止裂缝的措施 为了防止裂缝,减轻温度应力可以从控制温度和改善约束条件两个方面着手。控制温度的措施如下:
(1)采用改善骨料级配,用干硬性混凝土,掺混合料,加引气剂或塑化剂等措施以减少混凝土中的水泥用量;
(2)拌合混凝土时加水或用水将碎石冷却以降低混凝土的浇筑温度;(3)热天浇筑混凝土时减少浇筑厚度,利用浇筑层面散热;(4)在混凝土中埋设水管,通入冷水降温;
(5)规定合理的拆模时间,气温骤降时进行表面保温,以免混凝土表面发生急剧的温度梯度;
(6)施工中长期暴露的混凝土浇筑块表面或薄壁结构,在寒冷季节采取保温措施; 改善约束条件的措施是:
合理地分缝分块;避免基础过大起伏;合理的安排施工工序,避免过大的高差和侧面长期暴露;改善混凝土的性能,提高抗裂能力,加强养护,防止表面干缩,特别是保证混凝土的质量对防止裂缝是十分重要,应特别注意避免产生贯穿裂缝,出现后要恢复其结构的整体性是十分困难的,因此施工中应以预防贯穿性裂缝的发生为主。
在混凝土的施工中,为了提高模板的周转率,往往要求新浇筑的混凝土尽早拆模。当混凝土温度高于气温时应适当考虑拆模时间,以免引起混凝土表面的早期裂缝。新浇筑早期拆模,在表面引起很大的拉应力,出现“温度冲击”现象。在混凝土浇筑初期,由于水化热的散发,表面引起相当大的拉应力,此时表面温度亦较气温为高,此时拆除模板,表面温度骤降,必然引起温度梯度,从而在表面附加一拉应力,与水化热应力迭加,再加上混凝土干缩,表面的拉应力达到很大的数值,就有导致裂缝的危险,但如果在拆除模板后及时在表面覆盖一轻型保温材料,如泡沫海棉等,对于防止混凝土表面产生过大的拉应力,具有显著的效果。
加筋对一般钢筋混凝土有影响。在温度不太高及应力低于屈服极限的条件下,钢的各项性能是稳定的,而与应力状态、时间及温度无关。钢的线胀系数与混凝土线胀系数相差很小,在温度变化时两者间只发生很小的内应力。由于钢的弹性模量为混凝土弹性模量的7~15倍,当内混凝土应力达到抗拉强度而开裂时,钢筋的应力将不超过100~200kg/cm2。因此,在混凝土中想要利用钢筋来防止细小裂缝的出现很困难,但加筋后结构内的裂缝一般就变得数目多、间距小、宽度与深度较小了。而且如果钢筋的直径细而间距密时,对提高混凝土抗裂性的效果较好。混凝土和钢筋混凝土结构的表面常常会发生细而浅的裂缝,其中大多数属于干缩裂缝。虽然这种裂缝一般都较浅,但它对结构的强度和耐久性仍有一定的影响。
为保证混凝土工程质量,防止开裂,提高混凝土的耐久性,正确使用外加剂也是减少开裂的措施之一。许多外加剂都有缓凝、增加和易性、改善塑性的功能,我们在工程实践中应多进行这方面的实验对比和研究,比单纯的靠改善外部条件,可能会更加简捷、经济。结论
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,因此严格按规程、规范要求施工,严把质量关,防患于未来,尽可能地降低混凝土裂缝的出现;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,并在具体施工中要靠我们多观察、多比较,出现问题后多分析、多总结,结合多种预防处理措施,混凝土的裂缝是完全可以避免的。
参考文献:
[1]郭正兴、李金根主编《建筑施工》,东南大学出版社 [2]《建筑施工手册》第四版,中国建筑工业出版社 [3]《现行建筑施工规范大全》,中国建筑工业出版社 [4]赵国藩主编 《钢筋混凝土结构》,中国电力出版社 作者简介:
韩恒梅,女,河南省南阳人,1996年毕业于焦作工学院建筑工程系建筑工程专业,现在平顶山工业职业技术学院任教,讲师。
联系电话:***
第五篇:混凝土结构裂缝成因及控制措施
混凝土结构裂缝成因及控制措施
一、内容摘要
现浇钢筋混凝土楼面板的裂缝,是目前较难克服的质量通病之一,住宅工程楼面出现裂缝,往往会引起投诉纠纷及索赔。建筑物钢筋混凝土结构的普遍应用,伴随着商品混凝土的推广,建筑楼面出现裂缝的机率在增加,日益受到社会人士关注;楼面结构出现裂缝原因复杂,有材料、温度变化等原因,也有设计、施工、使用等方面问题。混凝土工程中材料的特性决定了结构较易产生裂缝,从实践中来看施工中混凝土出现裂缝的概率也是很大的,相当一部分裂缝对建筑物的受力及正常使用无太大的危害,但裂缝的存在会影响到建筑物的整体性、耐久性,会对钢筋产生腐蚀,是受力使用期应力集中的隐患,应当尽量在各方面给予重视,以避免裂缝的出现或把裂缝控制在许可的范围之内。本文以监理为主,兼顾设计和材料等方面,阐述楼面裂缝的产生原因及防治措施。
二、混凝土结构裂缝成因及控制措施
混凝土结构的裂缝是一个相当普遍的现象,大量工程实践以及近代科学关于混凝土强度的细观研究都表明结构物的裂缝是不可避免的,它是材料的一种特性。因此,科学地对待裂缝问题是在对裂缝进行分类、研究的基础上,采取有效的措施,将裂缝的有害程度控制在允许的范围内。本章将就混凝土结构中常见裂缝进行分类,并对结构中占主要部分的裂缝进行成因分析。
混凝土结构裂缝成因
裂缝的形成有外荷载、结构计算模型差异、材料的收缩(主要为的混凝土收缩、温度变形)等原因造成。从技术角度来分析,有设计、施工、材料等方面问题,主要反映如下: 1.1设计原因引起的裂缝
楼板刚度不足:设计按多跨连续板进行配筋计算,侧重于满足结构安全,较少考虑混凝土收缩特性和温度变形等多种因素,楼板高跨比仅为L/33.6-L/35,其刚度较小对裂缝控制很不利。2)楼板构造配筋设计不周:设计在支座处按常规配设负筋,在中部板面不配钢筋,当板面出现温度变形和混凝土收缩,因无构造钢筋约束,板面即出现裂缝。
3)楼板内布线欠合理:由于水电施工图由各专业设计,实际施工中出现水电管交叉叠放,或由于设计考虑管内容线面积,部分预埋管径≥D25;且设计管线位置在楼板跨中,即在单层双向配筋处,楼板有效截面受到很大程度(15%-40%)削弱,成为楼板最易开裂的部位;当楼板收缩应力大于混凝土极限抗拉强度时,即出现沿管线表面呈直线状的裂缝。
4)从房屋的空间结构来看,剪力墙刚度大,约束了剪力墙间梁板的水平向自由变形,而梁刚度又较板刚度大,因各类因素引起的水平向收缩变形均集中到剪力墙间刚度最小的板上,造成这块板开裂。
5)膨胀剂的选用与掺量:设计未明确混凝土的限制膨胀率,只提出膨胀剂的品种和掺量范围,施工时按设计提供掺量进行配比施工,使混凝土的实际限制膨胀率不能达到最佳限制膨胀率。
1.2施工原因引起的裂缝
水电预埋管施工时在板内位置欠合理:管位置过高或过低;位置过高时,极易在板面出现因混凝土硬化收缩产生的裂缝,也易在维修裂缝或室内装修时损坏管线;两根管线并行布置时,管线间距过小甚至并拢,更易因管线集中而产生裂缝。
空载养护期不足:从楼面混凝土浇完、收光至施工材料堆放,平均空载养护期仅为一天半,人为因素过早地震动、荷载造成楼板幼龄混凝土内部受损开裂。且施工中用塔吊吊运的钢管、钢筋等周转材料因受剪力墙钢筋影响多堆放在预埋管线部位。1.3材料原因引起的裂缝
楼板商品混凝土强度为C40(8层以下)C35(8—18层)C30(18层以上),其收缩变形值为同标号普通混凝土的1.2--1.3倍,且商品混凝土单方用水量过大(200Kg),其中部分水在振捣时被游离出来,部分水与水泥结合成凝胶,相当大一部分为自由水仍留在混凝土孔隙中,成为混凝土干缩的隐患。楼板拆模后,板面和板底长期裸露在大气中,后期施工的细石混凝土面层养护期过后也长期处于干燥环境中。正是这种环境效应(受温度、湿度、风力影响使水泥石毛细孔、凝胶孔内的自由水由表及里逐渐蒸发),和尺寸效应(楼板裸露面积大,厚度薄)的共同影响,使楼板较其它构件更易出现干缩裂缝。混凝土的干缩、温度收缩、收缩是要因,而由于施工管线预埋欠合理、楼板刚度不足、材料等多重原因综合,使本工程楼板沿预埋管线处出现大量裂缝。
2、混凝土裂缝的预防措施
由于裂缝的产生是多种多样的,在混凝土结构中普遍存在且危害较大,因此,要对混凝土裂缝进行认真研究、区别对待,并在设计、施工中采取各种有效的措施来预防裂缝的出现和发展。
2.1设计措施
1)增配构造筋提高抗裂性能,配筋应采用小直径、小间距。全截面的配筋率应在0.3~0.5%之间。
2)避免结构突变产生应力集中,在易产生应力集中的薄弱环节采取加强措施。3)在易裂的边缘部位设置暗梁,提高该部位的配筋率,提高混凝土的极限拉伸。
4)在结构设计中应充分考虑施工时的气候特征,合理设置后浇缝,在正常施工条件下,后浇缝间距20~30m,保留时间一般不小于60天。如不能预测施工时的具体条件,也可临时根据具体情况作设计变更。从住宅工程现浇板裂缝发生的部位分析,最普遍的是房屋四周、阳台处的房间在离开阳角1米左右,即在楼板配筋的负弯矩筋以及角部放射筋末端或外侧发生45°左右的楼地,面斜角裂缝,这在现浇板任何一种类型的建筑中都普遍存在。主要是混凝土的收缩特性和温差、沉降等作用所引起,并且越靠近屋面处的楼层裂缝越大。从设计角度看,现行设计规范侧重于强度,对温差和混凝土收缩特性等多种因素综合考虑不足,构造配筋量达不到要求。而房屋的四周阳角由于受到刚度相对较大的楼面梁约束,限制了楼面板的自由变形,因此在温差和混凝土收缩变化时,板面在配筋薄弱处首先开裂,产生45°左右的斜角裂缝。虽然楼地面斜角裂缝对结构安全使用没有影响,但在有水源等情况下会产生渗漏缺陷,容易引起住户投诉,是裂缝防治的重点。根据上述原因分析,设计单位应在房屋四周的阳角处楼面板配筋进行加强,负筋不采用分离式切断,改为沿房间全长配置,设置双层双向钢筋,阳角处钢筋间距不宜大于100㎜,钢筋直径不宜小于¢8。外墙转角处尚应设置放射钢筋,配筋范围应大于板跨的1/3,钢筋间距不宜大于100㎜,房屋长度大于50m时,在楼中部位设置后浇带加强措施。2.2施工措施
1)严格控制混凝土原材料的的质量和技术标准,选用低水化热水泥,粗细骨料的含泥量应尽量减少(1~1.5%以下)。
2)细致分析混凝土集料的配比,控制混凝土的水灰比,减少混凝土的坍落度,合理掺加塑化剂和减少剂。
3)浇筑时间尽量安排在夜间,最大限度降低混凝土的初凝温度。白天施工时要求在沙、石堆场搭设简易遮阳装置,或用湿麻袋覆盖,必要时向骨料喷冷水。混凝土泵送时,在水平及垂直泵管上加盖草袋,并喷冷水。
4)根据工程特点,可以利用混凝土后期强度,这样可以减少用水量,减少水化热和收缩。5)加强混凝土的浇灌振捣,提高密实度。6)混凝土尽可能晚拆模,拆模后混凝土表面温度不应下降15℃以上,混凝土的现场试块强度不低于C5。
7)采用两次振捣技术,改善混凝土强度,提高抗裂性。8)根据具体工程特点,采用UEA补偿收缩混凝土技术。9)对于高强混凝土,应尽量使用中热微膨胀水泥,掺超细矿粉和膨胀剂,使用高效减水剂。通过试验掺入粉煤灰,掺量15%~50%。2.3技术措施
楼面裂缝的发生除以45°斜角裂缝为主外,还有较常见的两种: 1)预埋线管及线管集中处;
2)施工中周转材料较集中和较频繁的吊装卸料堆放区域。施工中采取以下技术措施可以有效防止楼板面裂缝:
2.1)重点加强楼面钢筋网的有效保护措施钢筋在楼面混凝土板中是受拉力,起着抵抗外荷载所产生的弯矩和防止混凝土收缩和温差发生的双重作用,而这一双重作用均需钢筋处在上下合理的保护层前提下才能确保有效。实际施工中,楼面下层的钢筋网在受到混凝土垫块及模板的依托下保护层较易正确控制。但当垫块间距放大1.5m时,钢筋网的合理保护层厚度就无法保证,所以纵横向的垫块间距限制在1㎡中放2块。于此相反,楼面上层钢筋网的有效保护,一直是施工中的一大难题。其原因:板的上层钢筋一般较细,施工中受到人员踩踏后容易变形、弯曲;各工种交叉作业,施工人员多,行走十分频繁,钢筋难免被大量踩踏;上层钢筋网的马凳间距设置过大,甚至不设。根据施工实践,楼面上上层钢筋必须设置马凳,其横向间跨不应大于700㎜,(即每㎡不少于2只),特别是对于¢8一类细小钢筋,马凳的间距应控制在600㎜以内(即每㎡不少于3只),同时采取下列措施:2.1.1)尽可能合理和科学地安排好
各工种交叉作业时间,在板底钢筋绑扎后,线管预埋应及时布置,以减少板面钢筋绑扎后的作业人员数量;
2.1.2)在楼梯、通道等频繁和必须通行处应搭设临时简易通道(或铺设跳板),以供施工人员通行。
2.1.3)加强教育和管理,使作业人员充分重视钢筋的成品保护,行走时,应自觉沿马凳支撑点通行,减少对钢筋的踩踏; 2.1.4)安排足够钢筋工在混凝土浇筑前及浇筑中及时对踩踏变形的钢筋进行修整,特别是支座端部受力最大部位及负弯矩受力最大区域(四周阳角处、预埋管线位置、大跨度房间等)应重点检查和修整;
2.1.5)混凝土工在浇筑混凝土时应铺设临时活动跳板,尽量减少上层钢筋受到踩踏变形。2.2)、预埋线管处的裂缝防治
特别是在楼梯处是线管集中处,容易导致现浇板裂缝。当预埋线管管径较大,房间开间大,且线管有重叠时,很容易引起板面裂缝。因此对于较粗的管线或多根线管集中处钢筋须进行加强处理。应增设抗裂短钢筋,间距≤100㎜。
2.3、材料吊卸区域的楼面裂缝防治目前在主体结构施工过程中,普遍存在质量与工期的矛盾。一般主体结构的楼层施工速度在7天左右,因此当楼层混凝土浇筑完毕后不足24h的养护时间,就忙着钢筋、钢管、模板、砖块等材料的吊运施工,这样,在混凝土强度不足的情况下,板面受材料的吊卸冲击荷载引起不规则的裂缝并且这些裂缝一旦形成,就形成永久性裂缝。因此对这类裂缝应做好如下措施:
2.3.1)主体施工速度不能强求过快,楼层混凝土浇筑完后应得到有效养护;
2.3.2)科学安排楼层施工作业,在楼层混凝土浇筑完的24h后,可进行一些定位放线、弹性等准备工作,不允许吊装大宗材料,小宗材料应分散堆放,避免冲击荷载和集中荷载。混凝土终凝后可先分批安排少量钢筋进行绑扎,做到轻卸、轻放,第三天可开始吊装钢管、模板、砖块等材料,也应当避免集中堆放。2.4)、混凝土的养护对楼面混凝土的养护对其强度增长和各类性能的提高十分重要,特别是早期的养护可避免表面脱水减少混凝土初期收缩裂缝的生。施工中必须坚持草包或麻袋进行一周左右的养护。应特别注意避免产生贯穿裂缝,出现后要恢复其结构的整体性是十分困难的,因此施工中应以预防贯穿性裂缝的发生为主。实践证明,混凝土常见的裂缝,大多数是不同深度的表面裂缝,此说寒冷地区的混凝土保温对防止表面早期裂缝尤为重要。混凝土的早期养护,重要目的在于保持适宜的温湿条件,已达到两个方面的效果,一方面使混凝土免受不利温、湿度变形的侵蚀,防止有害的冷缩和干缩。一方面使水泥水化作用顺利进行,以期达到设计的
强度和抗裂能力。混凝土的保温效果常常也有保湿的效果。从理论上分析,新浇混凝土中所含水分完全可以满足水泥水化的要求,但由于蒸发等原因,常常引起水分损失,从而推迟或妨碍水泥的水化,表面混凝土最容易受到这种不利影响。因此混凝土浇筑后的最初几天是养护的关键时期,在施工中应重视。
3、混凝土结构裂缝的处理技术
采取了上述措施后,由于各种原因仍可能有少量楼面裂缝发生。当这些裂缝
发生后,应在楼面施工和天棚粉刷前,预先做好妥善的裂缝处理工作,然后再进行装修。根据一些经验,住宅楼地面上部的找平层较厚,可通过在找平层中增设钢丝网进行加强;楼板底则粉刷层较薄或无粉刷层,且通常无吊顶遮盖,更容易暴露裂缝,影响美观而引起投诉,建议采用复合增强纤维等材料对裂缝作粘贴加强处理,当遇到裂缝较宽,受力较大等特殊情况时采用碳纤维粘贴加强,是目前较为理想的裂缝弥补措施。
三、结论与展望
裂缝是混凝土结构中普遍存在的现象,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,因此严格按规程、规范要求施工,严把质量关,防患于未来,尽可能的降低混凝土裂缝的出现,并对混凝土裂缝进行认真研究,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,保证建筑物和构件的安全,使混凝土稳定的工。