所屬欄目:建筑設計論文 發布日期:2011-03-28 08:01 熱度:
摘要:混凝土作為當今建筑結構中使用最廣泛、應用量最大的一種材料,它可以配制成不同強度、不同性能和不同形狀的各種混凝土結構物,并有較好的耐久性,但實踐證明,混凝土的抗拉強度低,是由于混凝土構件在拉應力很小的時候就開裂的緣故,本文主要論述了混凝土施工期間裂縫的形成原因,并給出了施工期間混凝土裂縫的處理措施。
關鍵詞:混凝土結構,裂縫,成因分析,處理
隨著使用年數的增長,鋼筋混凝土結構及構件的問題逐漸暴露出來,鋼筋銹蝕致使混凝土保護層開裂、剝落的現象到處可見,使用期十幾年的結構或必須大修或被拆除的例子不勝枚舉,因鋼筋銹蝕造成房屋倒塌、人員傷亡的惡性事故時有發生。
一、 混凝土結構性裂縫成因分析與處理
2.1建筑物的使用和管理問題
按照常規,建筑物一旦發生問題人們自然地把問題歸咎于設計人員和施工人員,很少想到使用和管理人員。實際上,使用和管理對房屋的壽命和突發事故有很大影響;合理使用,管理得當,房屋的壽命長,事故的隱患可以得到及時的治理,事故的發生率大大下降;相反,使用不和理,管理不當,即使是高質量建筑物的壽命也會縮短而那些存有各種隱患的建筑物則有可能發生事故。
(1)使用問題
使用中常見的問題是對水管理不善,通過調查發現,工業廠房中對水的管理極不重視,地面潮濕、泥濘的現象極其普遍,有的廠房地面和樓面上肆意流淌,更有甚者各種廢水從建筑物上的各種孔洞排出,如洞口、磚墻上未堵的腳手眼、樓板上鑿孔等。在這里,應該著重說明的是:凡是受水沖淋的構件其破損速度遠比其他構件快。
(2)使用過程中的其他問題
人為的破壞是造成結構使用壽命縮短的另一常見現象。人為破壞包括:在構件上隨意焊接、鑿孔穿管、車輛碰撞、起吊重物碰撞及生產操作不當造成構件的破壞等。生產工藝變更而未增加相應的防護措施對廠房的危害極大。常見的高溫爐體在廠房內的位置變更,從有隔溫防護的部位移到沒有防護的部位,其后果是在高溫作用下,構件的破損極快,甚至引發事故。舊建筑物在使用過程中存在的問題較多,這與過去對使用過程和管理的重要性認識不夠有關,近年來,隨著舊建筑物使用和管理的標準和規范的出臺,這些問題逐漸得到解決。
2.2施工問題
施工質量不好造成房屋倒塌事故的實力舉不勝舉,施工質量對房屋的壽命影響極大,很多建筑物都存在著不同的質量問題,嚴重影響了房屋的使用壽命。對于混凝土結構來說,影響混凝土結構使用壽命最普遍的問題是保護層厚度、混凝土質量和節點處理問題。
(1)保護層厚度問題
在混凝土結構中,鋼筋保護層得不到保證的現象非常普遍特別是箍筋保護層更是如此。箍筋外露,主筋的保護層一般也達不到設計要求。設計尺寸小的構件,對施工的要求更高,如大型屋面板,板面總厚度只有20-3Omm,設計保護層只能有10mm左右,施工時稍不注意,保護層就不能保證。調查數據表明,大多數大型屋面板保護層厚度不足10mm,約有20%的板的鋼筋保護層幾乎為零。沒有保護層的鋼筋銹蝕速度很快,影響整個結構的安全使用。
(2)構件的節點問題
裝配整體式結構的節點也是容易出現施工質量問題的部位,如北京石景山電廠冷卻塔,72個梁柱的節點只有3個基本完好,38個節點鋼筋潰銹,其余節點鋼筋外露有不同程度的銹蝕,結構使用年數約17年,其原因是節點混凝土強度偏低,約lOMpa.應該說節點區一般是結構受力的關鍵部位,但通常也是容易出現問題的部位。
(3)混凝土的質量問題
提起混凝土的質量,強度總是要放在首位,但是對于混凝土結構的耐一久性來說,其密實性與強度有同等的重要性。建研院的調查表明:在混凝土設計強度相同,環境情況相同的前提下,大躍進時期成型的混凝土的碳化速度約為其他時期混凝土碳化速度的1.45-1.77倍。混凝土的質量對其耐一久性能有很大影響。低質量的混凝土抗碳化、抗腐蝕的能力差,構件的壽命低。
2.3設計問題
設計是保證建筑物質量的第一道防線,設計一旦出了問題,要想徹底的補救是非常困難的,造成的經濟損失是比較大的。目前有所謂“五倍定律”(設計過程中糾正偏差所消耗的費用是1,在施工過程中糾偏所耗的費用為5)的說法形象的說明了設計的重要性。
(1)安全度
我國的設計規范都有結構或構件的抗力大于或等于作用效應的規定(R;S)。設計者往往取R略大于S,甚至R等于S。這樣做無疑可在當時使結構的造價略有下降,取得了經濟效益。但是隨著設計規范的改進,這些當時比較經濟的結構,用現在的規范去校核,其安全度一般都不滿足,可以說我國有一大批舊的建筑物屬于這種類型。
(2)耐久問題
過去一段時間的設計是不大重視結構的耐久性的,結構構件的設計都是以抗力為主并考慮穩定等性能。構件的尺寸小,混凝土強度低,抗腐蝕和侵蝕的能力極低,加上施工偏差,使用管理不當等因素的影響,這些構件破損的速度極快,使用壽命較短。混凝土強度偏低是我國鋼筋混凝土結構設計中普遍存在的問題。因此,適當提高混凝土的設計等級是一個極為重要的問題。
三、混凝土非結構性裂縫成因分析及處理
3.1收縮裂縫
混凝土施工中,為保證混凝土澆搗的和易性,混凝土中加入的水分往往比水泥水化作用需要的水分要多4-5倍。這部分游離水蒸發后,在混凝土內部留下許多毛細孔,混凝土會產生體積收縮,一般稱為游離水蒸發收縮。另外水泥水化作用也會引起混凝土體積的收縮。稱為混凝土自收縮(或稱混凝土干縮)。后者是前者的1/5-1/10。所以說混凝土本身存在肉眼看不見的細微裂縫是它固有的一種特性。
(1)塑性收縮裂縫
一般在干熱或刮風天氣易于出現,裂縫多為中間寬,兩端細且長短不一,互不連慣。裂縫產生原因是由于混凝土在塑性狀態時,剛開始終凝,而由于天氣炎熱,陽光直射,刮大風,使混凝土表面水分蒸發過快,混凝土表面產生急劇的體積收縮,此時混凝土尚未有強度,而致使混凝土表面出現龜裂。為控制塑性收縮的產生,可采取以下防治措施:首先要嚴格控制混凝土配合比、水灰比和砂率,宜摻加高效減水劑來增加混凝土的坍落度和和易性;同時將基層和模板澆水均勻濕透;再次混凝土澆灌后及時覆蓋,終凝后盡早進行養護;當如遇風季,需設置擋風設施。
(2)沉降收縮裂縫
該裂縫一般多沿主筋通長方向,在混凝土表面出現,常在澆灌后發生,硬化后停止。裂縫產生原因是混凝土澆搗后骨料顆粒沉落,水泥漿上浮,受到鋼筋或大骨料的阻擋,而使混凝土互相分離。另外混凝土本身組成材料沉落不均勻造成開裂,防治措施如下:(1)可采用稠度適當的低流動性混凝土;(2)加強混凝土振搗,不能漏振:(3)對于斷面相差大的結構物和混凝土剪力墻孔洞處,先澆灌較深部位,靜止1-2h,讓混凝土沉落后,在與斷面或孔洞上部混凝土一起澆注;(4)初凝前兩次振搗和兩次抹壓混凝土表面。
(3)干燥收縮裂縫
多在混凝土養護完畢一段時間后才出現,為表面性的較淺較細裂縫,多沿短方向分布。裂縫產生的原因主要是混凝土養護不周,受風吹日曬,表面水分散失過快,而混凝土內部濕度變化小,表面干縮變形受到混凝土內部的約束,而產生較大拉應力后產生裂縫。另外如后張法預應力構件,在露天堆放過久,不進行張拉也會出現次類裂縫。防治措施如下:(1)嚴格控制混凝土配合比提高混凝土抗裂度;(2)加強混凝土構件的早期養護和覆蓋,適當延長養護時間;(3)采取密封保水養護措施;(4)長期露天堆放的混凝土構件,應經常適當澆水養護;(5)后張法預應力構件及時張拉;(6)素混凝土結構每6m設置1條收縮縫;(7)發現混凝土結構有微小裂縫,應馬上撒水養護。
3.2溫度裂縫
(1)內約束裂縫
由于混凝土內外溫差過大而引起的。例如,混凝土養護期間受寒流侵襲,使混凝土表面急劇降溫超過7-10℃就有可能引起混凝土表面裂縫,但其裂縫深度一般只有30mm左右,表層以下仍保持結構完整性。
(2)外約束裂縫
由于混凝土體積過大,混凝土絕熱溫度與澆灌溫度之差超過25℃以上而引起的。當混凝土結構厚度超過20m以上時,混凝土在硬化期間放出大量水化熱,內部溫度上升很快,一般在混凝土澆注后72h達到最高溫度(可達800C左右),由于混凝土內部散熱慢而混凝土表面散熱快,這種溫差在混凝土表面引起拉應力。而后期均勻降溫冷卻時,受到基巖或老混凝土墊層約束,又會在混凝土內部出現拉應力。當拉應力超過混凝土的抗拉強度時,混凝土產生溫度裂縫。外約束裂縫多發生在施工后2-3各月或更長時間,多在結構中部出現。裂縫為較深或貫穿性的,破壞結構的整體性。
3.3沉陷裂縫
裂縫多為深進或貫穿性的,其位置與沉陷方向一致。較大的沉陷裂縫,往往有一定的錯位,裂縫寬度與沉降值成正比。裂縫產生的原因是結構構件落在未經處理的回填土或松軟地基上。混凝土澆灌后,因地基侵水引起不均勻沉降而導致裂縫。特別是平臥生產的鋼筋混凝土構件(如薄腹梁),由于側向剛度差,配筋少,最易引起弦、腹桿或梁的側面產生裂縫。另外因模板剛度不足,模板支撐間距過大或支撐底部松動以及過早拆模,也常導致此類沉降裂縫出現,對次類裂縫防治措施如下:(1)避免在松軟土或填土上制作構件,如確實需要,必須經夯實處理后再作預制場地;(2)保證模板有足夠的強度和剛度,支撐牢固。并使地基受力均勻;(3)防止混凝土澆注過程中地基被水侵泡。
總之,在工程結構領域中混凝土結構裂縫問題一直是該領域探討的重點。從橋梁、路面等交通設施到沿海的海港工程;從民用建筑、商業建筑到一些化工、冶金工業建筑,開裂問題極其廣泛,因此,迫切需要深入開展混凝土結構開裂問題,混凝土結構加固等方面問題的研究。
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文章標題:混凝土結構裂縫的成因分析與處理
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