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浅谈.混凝土结构裂缝成因及其控制措施【毕业汇报绝对精品.】(2~).doc

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-_ 浅谈混凝土结构裂缝成因及控制措施 袁建辉-_内容摘要裂缝是钢筋混凝土结构中常见的一种作用效应,混凝土结构裂缝是建筑界最常见的、较难避免的现象,裂缝重则危及结构安全,轻则影响房屋的正常使用及混凝土的寿命。本文从不同角度对裂缝进行了分类,并分析了混凝土裂缝的成因及预防措施和处理技术。对在施工期如何进行混凝土裂缝控制的研究和实践有一定的指导意义。关键词:混凝土结构;裂缝;分类;预防措施;处理技术 目 录内容摘要I引 言11 绪言12 混凝土裂缝的分类及成因22.1 混凝土结构裂缝的分类22.1.1 按裂缝的成因分类22.1.2 按裂缝产生的时间分类32.1.3 按裂缝的形状分类52.1.4 按裂缝的发展状态分类52.2 混凝土裂缝的产生原因52.2.1 收缩裂缝的产生原因分析62.2.2 温度裂缝的产生原因分析72.2.3 沉陷裂缝的产生原因分析73 混凝土裂缝的预防措施及处理技术93.1 混凝土结构裂缝的预防措施93.1.1 干缩及塑性收缩裂缝的预防措施93.1.2温度裂缝的预防措施103.1.3 沉陷裂缝及其他裂缝的预防措施103.2 混凝土结构裂缝的处理技术113.2.1 表面封闭法123.2.2 灌浆、嵌缝封堵法133.2.3 结构加固法及混凝土置换法144 工程实例分析205 结论与展望22参考文献23引 言随着我国房改、住房商品化的进展,建筑物的楼板裂缝、渗漏等涉及的纠纷或官司也越来越多,建筑物的裂缝已成为住户评判建筑物安全的一个非常直观、敏感和首要的质量标准,人们对建筑物现浇钢筋砼楼板裂缝的控制要求更为严格。混凝土结构裂缝产生的原因复杂,有材料、温度变化等原因,也有设计、施工、使用等方面的因素造成。建筑产品作为一种特殊商品越来越受到消费者和社会的关注;市场经济条件下,良好的质量意识回报社会和消费者的同时将使投资商得到丰厚的回报。所以解决这一难题有很重要的现实意义。1 绪言随着城市住宅建设步伐的加快,不少住宅小区相继建成,许多住户陆续搬进新居,他们对住房的质量要求越来越高。近年来,我们工作中发现,现浇钢筋混凝土楼板出现裂缝的情况较多,这已成为影响工程质量的一大通病,同时该问题质量投诉案件有逐年增加趋势。混凝土结构出现裂缝将对结构产生严重的危害:1、影响结构承载力和使用安全性:对于受弯构件的楼板,尽管受弯区允许在一定的裂缝宽度存在,但是裂缝对结构承载力的影响是不可忽略的,尤其是一些使用者在装修和使用时又给楼面增加了很多设计者没有考虑的荷载时。2、影响结构的防水性:具有防水要求部位混凝土产生裂缝,除了影响结构安全性外,对使用者所带来的最直接的新问题是渗漏水的危害,尤其是在没有做防水的部位表现突出。3、影响结构的耐久性和使用寿命:化学侵蚀、冻融循环、碳化、钢筋锈蚀、碱集料反应等都会对混凝土结构产生破坏功能。这些破坏功能发生的快慢,除了受混凝土自身材料性质的影响外,裂缝就是一个重要的影响因素。空气中的二氧化碳、二氧化硫气体及雨水等都会顺着裂缝进入混凝土内部,促成钢筋锈蚀的加快;碱集料反应及碳化速度的加快进行;从而引起耐久性的下降和缩短建筑物的使用寿命。混凝土结构裂缝产生的原因复杂,有材料、温度变化等原因,也有设计、施工、使用等方面的因素造成。裂缝产生的形式和种类很多,要根本解决混凝土中裂缝问题,还是需要从混凝土裂缝的形成原因入手,正确判断和分析混凝土裂缝的成因是有效地控制和减少混凝土裂缝产生的最有效的途径。2 混凝土裂缝的分类及成因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。2.1 混凝土结构裂缝的分类2.1.1 按裂缝的成因分类根据混凝土裂缝产生的原因,可分为结构性裂缝和非结构性裂缝两大类。一、结构性裂缝结构性裂缝是由荷载引起的,其裂缝与荷载相对应,是承载力不足的结果,其裂缝形式多种多样,主要形式有:(一)设计原因引起的裂缝1、钢筋锚固长度不满足要求产生的裂缝。2、设计时的计算简图与实际受力情况不符产生的裂缝。3、计算理论选择错误,结构构造不当引起的裂缝。4、构件的刚度不满足要求,导致结构开裂。5、平板结构中结构构造不当导致板面开裂。6、计算模型选择时,考虑主要应力,忽略次要应力,而忽略部分的应力导致。结构中产生的裂缝。7、设计时未考虑施工方法,由此在结构中产生的裂缝。8、预制构件连接部分的裂缝。(二)施工原因引起的裂缝1、施工时,钢筋位置摆放不正确,在结构中引起的裂缝。2、模板支护不当,在构件中产生的裂缝。3、施工使用的原材料不符合设计要求或不合格而引起的裂缝。4、施工时,构件未达到规定的强度要求便使其承受堆载等荷载而引起的裂缝。5、施工质量达不到要求而引起的裂缝。(三)使用原因引起的裂缝1、改变建筑物的使用条件引起的裂缝。2、火灾等事故引起的裂缝。3、由地震等偶然荷载引起的结构开裂。二、非结构性裂缝由各种变形变化引起的裂缝。从国内外的研究资料以及大量的工程实践来看,非结构性裂缝在混凝土结构裂缝中占了绝大多数,约为80%,其形成原因比较复杂,以收缩裂缝为主导,工程中比较常见的非结构性裂缝有收缩裂缝、温度裂缝和沉降裂缝。1、收缩裂缝收缩裂缝是由湿度变化引起的,它是混凝土非结构性裂缝中的主要部分。根据收缩裂缝的形成机理与形成时间的不同,工程中常见的收缩裂缝主要有塑性收缩裂缝、沉降收缩裂缝和干燥收缩裂缝三类,此外,还有自身收缩裂缝和碳化收缩裂缝等。2、温度裂缝混凝土受温度变化产生热胀冷缩,如果混凝土内外温差或季节气温变化过大,在混凝土结构内部产生温度应力,当温度应力超过混凝土的抗拉强度时,混凝土就会产生裂缝,这种裂缝为温度裂缝。温度裂缝常出现在我国北方地区的建筑物中。3、沉降裂缝地基基础承载上部结构的荷载作用,当地基基础承载力不均匀或地基承载力均匀但建筑物建成后各不同部位荷载差异较大,导致地基产生不均匀沉降,这种不均匀沉降在结构内部产生拉应力及剪应力,当这种拉应力及剪应力超过结构自身的抗拉及抗剪强度时,结构就会在最薄弱的部位产生裂缝,称为沉降裂缝。这种裂缝多为贯穿的,其位置与沉降方向一致。 2.1.2 按裂缝产生的时间分类根据混凝土裂缝产生的时间划分,可将裂缝分为施工期间出现的裂缝和使用期间出现的裂缝。一、施工期间出现的裂缝1、塑性收缩裂缝大多发生在混凝土初凝后、终凝前。此裂缝多产生于新浇筑的混凝土结构表面,形状规则且长短不一,互不连贯,裂缝较浅。在环境气温高、风速大,气候干燥的情况下易于出现。2、沉降收缩裂缝沉降收缩裂缝多在混凝土浇筑后产生,硬化后停止。多沿结构上表面钢筋通长方向或箍筋上出现,或在预埋件的附近周围出现。裂缝呈菱形,宽度1~4mm,深度不大,一般延伸至钢筋上表面为止。3、干燥收缩裂缝这类裂缝一般在混凝土浇注后一段时间出现,严重时该裂缝会由表及里,由小到大逐步向结构内部发展,形成贯穿裂缝,一般在薄壁混凝土结构中常出现。4、温度裂缝多发生在混凝土浇注后的硬化过程中,裂缝宽度受温度变化影响较为明显,冬季较宽,夏季较细。5、其他一些施工原因产生的裂缝,如混凝土搅拌、运输、浇注、振捣等工序的疏漏缺陷导致的裂缝,以及模板构造不当、拆模时间过早或方法不当,现场建材的堆放和钢筋绑扎不当,水电预埋管细部处理不当等都可能产生混凝土裂缝。二、使用期间出现的裂缝1、钢筋锈蚀膨胀产生的裂缝钢筋表面出现锈斑、锈片后进一步发展成整个钢筋表面锈蚀,并产生膨胀,与保护层脱离,发生层裂,最后表现为钢筋铁锈进一步膨胀,混凝土本身发生破坏,出现顺筋裂缝,混凝土脱离。2、盐碱类介质及酸性侵蚀气、液体等引起的裂缝盐碱类介质及酸性侵蚀气、液体等引起了混凝土的PH值发生变化,导致了钢筋锈蚀,最终导致混凝土产生裂缝。3、冻融循环造成的裂缝受冻混凝土内部水分结成冰,产生膨胀,膨胀应力较大时,使结构出现裂缝。混凝土表面和内部所含水分的冻结和融化的交替出现,形成了冻融循环。冻融的反复作用,使得混凝土结构出现裂缝,造成建筑构造的严重破坏。4、碱骨料反应引起的裂缝混凝土骨料石子中的活性二氧化硅(SiO2)如白云质石灰岩石子等,与水泥中过量的碱发生的化学反应。这种反应一般在水泥混凝土硬化后进行,反应生成碱性硅酸盐或碳酸盐,体积膨胀,使混凝土产生裂纹并破坏。2.1.3 按裂缝的形状分类混凝土结构中的裂缝按形状可分为: (1)纵向裂缝,多数平行于混凝土构件底面,顺筋分布,主要是由钢筋锈蚀作用引的。(2)横向裂缝,垂直于构件底面,主要是由荷载作用、温差作用引起的。(3)剪切裂缝,主要是由于竖向荷载或震动位移引起的。(4)斜向裂缝、八字形或倒八字形裂缝,常见于混凝土墙体和混凝土梁,主要因地基的不均匀沉降以及温差作用引起。 (5)X形裂缝,常见于框架梁、柱的端头以及墙面上,由于瞬间的机械撞击作用或者震动荷载作用引起。 (6)各种不规则裂缝,如反复冻融或火灾等引起的裂缝。有直缝及不规则形状裂缝,此种裂缝中间宽并且贯通,两头深度较浅,多发生于混凝土楼板。此外,还有因混凝土搅拌或运输时间过长引起的网状裂缝,现浇楼板四角出现的放射状裂缝或板面出现的十字形裂缝等等。2.1.4 按裂缝的发展状态分类根据裂缝所处的运动状态及其发展趋势,可分为:1、稳定裂缝。这种裂缝不影响持久应用,包括两类:一类是在运动过程中可以自愈合的裂缝,常见于一些新建的防水工程中,这是由于裂缝处水泥颗粒在渗漏过程中与水进一步化合,析出Ca(OH)2晶体且部分Ca(OH)2又与溶解在水中的CO2发生碳化反应形成CaCO3结晶,两者形成的凝胶物质将胶合裂缝封闭,从而渗漏停止,裂缝达到自愈。另一类是处于稳定运动中的裂缝,如在周期性荷载作用下产生的周期性扩展和闭合的裂缝。2、不稳定裂缝。这种裂缝将产生不稳定性的扩展,影响结构物的持久使用,应视其扩展部位,采取相应的措施。就这两种裂缝而言,不稳定裂缝对工程结构安全的危害更大。2.2 混凝土裂缝的产生原因如前所述,混凝土裂缝的形式是多种多样的,产生的原因也非常复杂,而非结构性裂缝约占混凝土结构裂缝的80%左右,是混凝土结构中的主要裂缝和常见裂缝,因此,本节将对几种主要的非结构性裂缝的产生原因进行浅要分析。2.2.1 收缩裂缝的产生原因分析收缩裂缝是由湿度变化引起的,它占混凝土非结构性裂缝中的主要部分。混凝土是以水泥为主要胶结材料,以天然砂、石为骨料加水拌合,经过浇筑成型、凝结硬化形成的人工石材。在施工中,为保证其和易性,往往加入比水泥水化作用所需的水分多4~5倍的水。多出的这些水分以游离态形式存在,并在硬化过程中逐步蒸发,从而在混凝土内部形成大量毛细孔、空隙甚至孔洞,造成混凝土体积收缩。此外,混凝土硬化过程中水化作用和碳化作用也会引起混凝土体积收缩。根据有关试验测定,混凝土最终收缩量约为0.04%~0.06%。可见,收缩是混凝土固有的物理特性,一般来说,水灰比越大、水泥强度越高、骨料越少、环境温度越高、表面失水越大,则其收缩值越大,也越易产生收缩裂缝。根据收缩裂缝的形成机理与形成时间,工程中常见的收缩裂缝主要有塑性收缩裂缝、沉降收缩裂缝和干燥收缩裂缝三类,此外,还有自身收缩(化学减缩)裂缝和碳化收缩裂缝。(1)塑性收缩裂缝塑性收缩裂缝多产生于新浇混凝土表面,大多产生于混凝土初凝后、终凝前。混凝土表面水分蒸发速度超过其内部初、终凝硬化的速度,致使混凝土表面收缩,但是这种收缩受到结构构件和下层配筋约束而产生的浅层开裂,有时还有收缩与压缩的叠加。裂缝多呈外宽内窄,常见为不规则的多边形或与钢筋方向相互平行,长度从几厘米到几米不等,一般自表面开始,但也可发展成贯穿裂缝。在环境气温高、风速大,气候干燥的情况下易于出现。高性能混凝土特别容易产生这种裂缝。主要成因分析:①混凝土浇注后未及时覆盖,表面水分蒸发过快,产生急剧的体积收缩,而此时混凝土强度极低,不能抵抗这种变形应力而导致开裂;②水泥用量过多,或使用过量粉砂,或混凝土水灰比过大;③使用有渗透性的柔性模板、模板、垫层过于干燥,吸水大;④振捣不足。(2)干燥收缩裂缝这类裂缝一般在混凝土浇注一段时间后出现,裂缝多为表面性的,宽度较细,多在0.05~0.2mm。走向纵横交错,没有规律性。但薄壁混凝土结构中,多沿结构的短方向分布;此外在结构变截面处以及大体积混凝土的平面部位较多见。严重时裂缝会由表及里,由小到大逐步向深部发展,形成贯穿裂缝。主要成因分析:①混凝土浇注后养护不当,表面水分散失快,体积收缩大,而内部湿度变化小,收缩也小,因而表面收缩变形受内部混凝土约束出现拉应力,引起混凝土表面开裂;②混凝土连续长度较长,整体收缩大;③混凝土级配中砂石含泥量大,收缩大,抗拉强度低;④混凝土过度振捣,表面形成水泥含量较多的砂浆层,收缩增大。(3)自身收缩裂缝在常温下混凝土构件与环境不发生任何水分交换时所产生的收缩裂缝,自收缩裂缝在高水灰比(W/C>0.45)的混凝土中较少,但当水灰比小于0.3时则很常见,其收缩量甚至达到总收缩量的50%。主要成因分析:这与高粘结材料在水泥灰浆基体中产生较多细小的收缩孔有关,是由于持续的水化消耗了毛细孔的水造成自身收缩坍塌所致。(4)碳化收缩裂缝这类裂缝在结构表面出现,呈花纹状,无规律性,裂缝一般较浅,深度为1~6mm,裂缝宽度为0.05~0.2mm,多发生在混凝土浇注完成后数月或更长时间。主要成因分析:混凝土中的氢氧化钙与空气中的二氧化碳作用生成碳酸钙,引起表面体积收缩,受到结构内部未碳化混凝土的约束而导致表面发生龟裂。2.2.2 温度裂缝的产生原因分析温度裂缝是由于混凝土内外温差或季节气温变化过大而形成的。表面温度裂缝走向无一定规律性,大面积结构温度裂缝常纵横交错。表面温度裂缝常发生在施工期间,宽度受温度变化影响较明显,冬季较宽,夏季较细。主要成因分析:表面温度裂缝多由温差较大引起。特别是大体积混凝土基础浇注后,在硬化期间,水泥放出大量水化热,内部温度不断上升,使混凝土表面和内部温差较大,当温度产生非均匀的降温差时,将导致混凝土表面急剧的温度变化而产生较大的降温收缩,此时表面受到内部混凝土的约束,将产生较大的拉应力,而混凝土早期抗拉强度很低,因而出现裂缝。2.2.3 沉陷裂缝的产生原因分析沉陷裂缝多属进深或贯穿性裂缝,走向与基础沉陷情况有关,可能出现在结构的上部或下部,一般与地面垂直。较大的贯穿性沉陷裂缝往往上下或左右有一定的差距,裂缝宽度受温度变化影响小,因荷载大小而异,且与不均匀沉降值成比例。主要成因分析:①结构、构件下面的地基软硬不均,或者存在松软土,未经夯实和必要的加固处理,混凝土浇注后,地基局部产生不均匀沉降而引起裂缝;②结构各部荷载悬殊,未作必要的加强处理,混凝土浇注后因地基受力不均,产生不均匀下沉,造成结构应力集中而导致裂缝;③模板刚度不足,模板支撑不牢,支撑间距过大或支撑在松软土上,以及过早拆模,也常导致不均匀沉陷裂缝出现;④冬季施工时模板支架支承在冻土层上,若上部结构未达到规定强度,地层化冻下沉,使结构下垂或产生裂缝。3 混凝土裂缝的预防措施及处理技术由于裂缝的产生是由材料的特性导致的,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,并在施工中采取各种有效的措施来预防裂缝的出现和发展。下面首先阐述混凝土结构中几种常见裂缝的预防措施。3.1 混凝土结构裂缝的预防措施3.1.1 干缩及塑性收缩裂缝的预防措施3.1.1.1 预防干缩裂缝产生的措施 (1)选用干缩较小的水泥品种:普通水泥的干缩要低于矿渣水泥。 (2)合理调整混凝土的配合比:采用低水灰比,低单方水泥用量和低用水量,同时还宜降低砂率,尽量采用中粗砂。 (3)适当提高混凝土的抗拉强度。在水泥用量一定的条件下,缩小水灰比可使混凝土抗拉强度增高大于混凝土干缩应力的增加,有减少裂缝的趋势。使用早强剂可提高混凝土的早期强度,但干缩也随之加大,因此,应以提高抗裂安全度为目的,综合考虑后采取措施。(4)施工时应掌握正确的振捣方法,确保混凝土的密实,同时又要避免过振捣。加强湿水养护,确保养护质量,尽量延迟干缩的发生。 (5)采用合理的设计构造措施:合理设置伸缩缝,减轻约束作用,缩小约束范围。同时对薄壁构件的配筋采用小直径,增加布筋密度的方式,可以减少裂缝发展的趋势。干缩变形是混凝土结构产生裂缝的重要原因。由于混凝土的本身特性,要想完全避免干缩变形及干缩裂缝是不现实的,而且普通钢筋混凝土的裂缝不一定都是质量问题,只要裂缝的宽度符合规范规定,都属正常情况。但我们仍然应该采取措施减少混凝土的干缩变形,限制裂缝的宽度。同时对于环境温度变化大的构件如屋面板和大体积混凝土更应重视干缩变形,以免温度收缩应力和干缩应力叠加过大,增大裂缝出现和发展的趋势。3.1.1.2 预防塑性收缩裂缝产生的措施预防塑性收缩裂缝主要措施:一是选用干缩值较小早期强度较高的硅酸盐或普通硅酸盐水泥。二是严格控制水灰比,掺加高效减水剂来增加混凝土的坍落度和和易性,减少水泥及水的用量。三是浇筑混凝土之前,将基层和模板浇水均匀湿透。四是及时覆盖塑料薄膜或者潮湿的草垫、麻片等,保持混凝土终凝前表面湿润,或者在混凝土表面喷洒养护剂等进行养护。五是在高温和大风天气要设置遮阳和挡风设施,及时养护。 3.1.2 温度裂缝的预防措施主要预防措施:一是尽量选用低热或中热水泥,如矿渣水泥、粉煤灰水泥等。二是减少水泥用量,将水泥用量尽量控制在450kg/m3以下。三是降低水灰比,一般混凝土的水灰比控制在0.6以下。四是改善骨料级配,掺加粉煤灰或高效减水剂等来减少水泥用量,降低水化热。五是改善混凝土的搅拌加工工艺,在传统的三冷技术的基础上采用二次风冷新工艺,降低混凝土的浇筑温度。六是在混凝土中掺加一定量的具有减水、增塑、缓凝等作用的外加剂,改善混凝土拌合物的流动性、保水性,降低水化热,推迟热峰的出现时间。七是高温季节浇筑时可以采用搭设遮阳板等辅助措施控制混凝土的温升,降低浇筑混凝土的温度。八是大体积混凝土的温度应力与结构尺寸相关,混凝土结构尺寸越大,温度应力越大,因此要合理安排施工工序,分层、分块浇筑,以利于散热,减小约束。九是在大体积混凝土内部设置冷却管道,通冷水或者冷气冷却,减小混凝土的内外温差。十是加强混凝土温度的监控,及时采取冷却、保护措施。十一是预留温度收缩缝。十二是减小约束,浇筑混凝土前宜在基岩和老混凝土上铺设5mm左右的砂垫层或使用沥青等材料涂刷。十三是加强混凝土养护,混凝土浇筑后,及时用湿润的草帘、麻片等覆盖,并注意洒水养护,适当延长养护时间,保证混凝土表面缓慢冷却。在寒冷季节,混凝土表面应设置保温措施,以防止寒潮袭击。十四是混凝土中配置少量的钢筋或者掺入纤维材料将混凝土的温度裂缝控制在一定的范围之内。3.1.3 沉陷裂缝及其他裂缝的预防措施3.1.2.1沉陷裂缝的预防方法及其主要措施一是对松软土、填土地基在上部结构施工前应进行必要的夯实和加固。二是保证模板有足够的强度和刚度,且支撑牢固,并使地基受力均匀。三是防止混凝土浇灌过程中地基被水浸泡。四是模板拆除的时间不能太早,且要注意拆模的先后次序。五是在冻土上搭设模板时要注意采取一定的预防措施。3.1.2.2化学反应引起裂缝的预防方法及其主要措施由于混凝土浇筑、振捣不良或者是钢筋保护层较薄,有害物质进入混凝土使钢筋产生锈蚀,锈蚀的钢筋体积膨胀,导致混凝土胀裂,此种类型的裂缝多为纵向裂缝,沿钢筋的位置出现。通常的预防措施有:一是保证钢筋保护层的厚度。二是混凝土级配要良好。三是混凝土浇注要振捣密实。四是钢筋表层涂刷防腐涂料。3.1.2.3钢筋锈蚀引起的裂缝的预防方法及其主要措施一、提高混凝土的密实度,降低混凝土的孔隙率外界的有害物质通过混凝土内部的空隙,渗入到混凝土内,最后到达钢筋表面,破坏钢筋表面,破坏钢筋钝化膜,引起钢筋锈蚀。因此,为阻止外界有害物质倾入混凝土内而使钢筋锈蚀,就要提高混凝土的密实度。提高混凝土密实度有如下措施:1、 保证混凝土的施工质量:首先选用级配良好的集料,控制材料的含泥量。其次混凝土要采用机械搅拌及机械振捣,保证混凝土搅拌均匀振捣密实。还要防止混凝土在运输和浇筑过程中产生离析现象。最后要做好混凝土的养护,保证混凝土达到设计强度要求。2、掺入高效减水剂:在保证混凝土拌合物所需流动性的同时,尽可能降低用水量,减低水灰比,使混凝土的总孔隙率,特别是毛细管孔隙大幅降低。3、掺入高效活性矿物掺料:普通混凝土的水泥石中水化物稳定性的不足,是影响混凝土耐久性的一个因素。在普通混凝土中掺入活性矿物,在于改善混凝土中水泥石的胶凝物质的组成,消除游离石灰,是使水泥石结构更为致密,并阻断可能形成的渗透路径。二、控制混凝土裂缝,尽量避免有害物质的出现三、防止氯离子的侵蚀氯离子的侵入是钢筋锈蚀的主要因素。氯离子进入混凝土有两种途径。其一时混入,其二是渗入。为防止氯离子的侵入,采取的主要措施有:1、 控制原材料中氯离子的含量。2、 提高混凝土的保护层厚度。3、 混凝土表面涂层。4、 钢筋表面涂刷防腐涂料。5、 掺加钢筋阻锈剂。3.2 混凝土结构裂缝的处理技术裂缝不但会影响结构的整体性和刚度,还会降低混凝土的耐久性和抗疲劳、抗渗能力,因此在实际工程中,应根据裂缝的性质和实际情况区别对待,及时处理,以保证建筑物的安全。混凝土结构裂缝的修补措施主要有以下几种方法:表面封闭法,灌浆、嵌缝封堵法,结构加固法,混凝土置换法等等。3.2.1 表面封闭法采用表面封闭法修补混凝土结构、构建裂缝时,应先剔除混凝土表面抹灰层,应用机械方法打磨平整。若表面残留有轻度油污,可用丙酮擦拭干净;对严重的油垢,已用高效除垢剂或含有清洁剂的压力水清洗;对顽固性的油漆或其他粘结性强的污物,应采用喷砂方法清除。注:不得使用可能对混凝土内部质量造成不良影响的溶剂。表面封闭法一般有两种方法。方法一:局部表面封闭法:采用以柔性环氧树脂为基料(1)修补目的:防止渗水及钢筋锈蚀,提高结构耐久性。(2)修补范围:混凝土表面的未贯穿裂缝及注浆法不能注入的微细裂缝。(3)修补材料:微细裂缝封闭膏,与混凝土同色,为双组分灰色膏状胶,特别针对混凝土微细裂缝的封闭及表面缺损的修补而研制。具有极强粘结力和韧性,刚柔结合,有效防止水汽、化学物质和二氧化碳的侵入,并防止开裂混凝土结构的进一步损坏,提高建筑物的耐久性。(4)修补步骤:可沿缝涂刮,宽度20mm;也可开槽嵌入。 方法二:整体表面封闭法,采用以进口聚合物乳液为基料网状裂缝柔性封闭剂。(1)修补目的:封闭混凝土表面的网状裂缝,阻止水分进入混凝土内部,防止微细裂缝的进一步扩展;用于钢筋混凝土表面的防渗、防碳化、防腐蚀、保护混凝土,提高混凝土结构的使用寿命。(2)修补范围:混凝土表面的不规则网状裂缝。(3)修补材料:网状裂缝柔性封闭剂,特别针对混凝土硬化初期因干燥失水等原因所产生的表面不规则网状裂缝的修复而研制,是一种既具有高分子材料的柔性,又具有无机材料的耐久性等优点的新型保护材料。(4)修补步骤:基层处理:混凝土表面平整、坚固、无疏松、无浮灰;预先洒水湿润基层。底涂处理:若基层表面密实性不够,可用混合好的封闭剂加水50%稀释,进行底涂。封闭剂的涂刷:双组分混合,均匀涂刷,不得有漏涂部位。涂刷厚度1mm左右为宜。3.2.2 灌浆、嵌缝封堵法灌浆法处理混凝土裂缝的工艺流程及主要施工方法(1)压力注浆法主要用于贯穿性裂缝和细而深裂缝的修补,尤其是受力裂缝的修补;应根据裂缝的探测情况选择使用的注浆材料:a.宽度在0.5mm以下裂缝,宜采用丙烯酸甲酯类或低粘度改性环氧类注浆材料;b.宽度在0.5-5mm的裂缝,宜采用无收缩或低收缩的改性环氧类注浆材料,其体积收缩率应小于5%;c.宽度大于5mm的裂缝,宜采用注浆料或流动性好的无收缩水泥类胶凝注浆材料(2)当采用化学注浆材料以压力注浆法修补裂缝时,应符合下列要求:a.粘贴注浆嘴和封缝前,应沿缝对混凝土表面进行处理,清除松散灰砂、油垢,是注浆嘴和封缝胶带粘贴在坚实平整的混凝土基面上。b.注浆器材和工具的选择应按裂缝的情况决定,一般:1、对深度的结构性裂缝,宜骑缝或斜向自下而上钻孔至裂缝深处(约为构件厚度的1/2),且需与破裂面交叉,然后在孔内埋设注浆管;2、对宽度小于0.5mm的裂缝,宜用注浆帽,注浆压力应大于0.4Mpa;3、对宽度大于0.5mm的裂缝,宜用注浆嘴,注浆压力应大于0.2Mpa;4、注浆嘴应具有开启、关闭和密封功能并便于粘接,以满足封缝后的试压、试注、试排气和保压等的工艺要求。c.注浆嘴应埋设在裂缝端部、交叉处和较宽处,间隔300-100mm。对贯穿性深裂缝应每隔1-2m加设一个注浆管。d.封缝时,应使用专用的封缝胶,胶与混凝土的粘接强度应大于4Mpa;胶层应均匀无气泡、砂眼,厚度大于2mm,与注浆嘴连接密封。注浆压力较大时,可加贴E玻璃纤维布增强密封带胶缝的粘结强度;纤维布宽度为80-100mm。e.封缝胶固化后,应使用洁净无油的压缩空气试压,确认注浆通道是否通畅、密封、无泄漏。f.灌浆材料的调配和使用必须严格按说明书的规定进行。g.灌浆顺序应按又宽到细、有一端到另一端按设计布置的注浆嘴顺序,从第一注浆嘴开始灌注,待下一注浆嘴出浆后关闭本注浆嘴;再在下一注浆嘴继续压力灌注,这样依次进行。对垂直裂缝还应按由低到高的顺序进行。缝隙全部注满后应继续稳定压力一定时间,吸浆率小于50ml/h后停止注浆,关闭注浆嘴。(3)灌浆材料固化后,应敲开表面封闭胶层观察,必要时可钻芯取样检验裂缝维修效果,若修补效果不能满足设计要求,应采取相应的补救或加固措施。3.2.3 结构加固法及混凝土置换法一、钢筋混凝土构件的加固方法有以下几种:(1)加大截面加固法。即采取增大混凝土构件的截面面积,以提高其承载能力和满足正常使用的一种加固方法,广泛用于钢筋混凝土板、梁、柱构件的加固。 图2 为钢筋混凝土梁的加大截面加固示意图。采用加大截面加固钢筋混凝土构件时,必须按照《混凝土结构设计规范》的基本规定并考虑新混凝土与原结构构件协同工作,对加固构件承载力进行计算并满足构造要求。当用混凝土围套进行加固时,应设置封闭箍筋;当用单侧或双侧加固时,应设置U形箍筋,见图3。加固施工时,在受力钢筋施焊前应采取卸荷或支顶措施,将原构件表面凿毛或打成深度不小于6mm,间距不大于200mm的沟槽,并将原有混凝土表面冲洗干净,浇注混凝土前刷水泥浆等界面剂,以利新旧混凝土的粘结。 (2) 外包钢加固法。即在混凝土构件四周包以型钢的加固方法。适用于不允许增大混凝土截面尺寸,而又需要大幅度提高承载力的混凝土构件的加固,图4为钢筋混凝土框架的外包钢加固示意图。钢筋混凝土梁柱外包型钢加固,当以乳胶水泥粘贴或以环氧树脂化学灌浆等方法粘结时,称为湿式外包钢加固,其承载力应按照《混凝土结构设计规范》的规定进行计算;钢筋混凝土柱采用外包型钢加固,当型钢与原柱间无任何连结,或虽填塞有水泥砂浆仍不能确保结合面剪力有效传递时,称为干式外包钢加固,其外包钢构架各杆件的承载力应按《钢结构设计规范》的规定进行计算,干式外包钢加固柱的总承载力为钢构架承载力与原混凝土柱承载力之和。采用外包钢加固时,应同时满足构造规定。(3)预应力加固法。即采用外加预应力的钢拉杆(分水平拉杆、下撑式拉杆和组合式拉杆三种)或撑杆,对混凝土结构进行加固的方法。采用预应力拉杆加固时,其预加应力的施工方法宜根据工程条件和需加预应力的大小选定。预应力较大时宜用机张法或电热法;预应力较小(在15KN 以下),则宜用横向张拉法。 图5 为预应力下撑式拉杆对梁加固示意图。其构造是通过设置在梁两端的钢板托套锚固预应力拉杆,用设在梁底跨中的拉紧螺栓(直径不小于16mm)沿横向张紧钢拉杆建立预应力。图6 所示为采用预应力撑杆对钢筋混凝土柱的加固。预应力撑杆所用角钢的截面不应小于5Omm×5Omm×5mm,缀板厚度不得小于6mm,其宽度不得小于8Omm, 拉紧螺栓的直径不小于16mm,施工时通过拧紧在弯折处的拉紧螺栓(即横向张拉)建立预应力。(4)改变结构传力途径加固法。主要有增设支点法:该法是以减小结构的计算跨度和变形,提高其承载力的加固方法。按支撑结构的受力性能分为刚性支点和弹性支点两种。刚性支点法是通过支撑构件的轴心受力将荷载直接传给基础或其他承重结构的一种加固方法(图7)。弹性支点法是以支撑结构的受弯或桁架作用来间接传递荷载的一种加固方法(图8)。(5)粘钢加固法。粘钢加固是用粘结剂(建筑结构胶)将钢板粘贴到构件需要加固的部位,以提高混凝土构件承载力的一种加固方法。粘钢加固的设计计算可按照现行国家标准《混凝土结构设计规范》规定进行。图9 表示受弯构件正截面受拉区加固,图10 表示构件斜截面受剪承载力不足的加固,图11 表示连续梁支座处负弯矩受拉区的加固。粘钢加固法适用于承受静力作用的一般受弯及受拉构件,其混凝土强度等级不应低于C15。该加固法以环境温度不超过60℃,相对湿度不大于70%及无化学腐蚀的使用条件为限。加固用钢板以3号钢或16号锰钢为宜,其厚度以2~6mm为宜。粘结钢板所用的粘结剂为JGN胶。粘钢加固施工的流程为:被粘混凝土和钢板表面处理——对加固构件卸荷,同时配制粘结剂——在混凝土表面和钢板表面涂胶——粘贴——用支撑固定或用夹具加压——固化——卸支撑、检验——粉刷水泥砂浆保护。(6)碳纤维布加固法。碳纤维布加固是用粘贴树脂将碳纤维布粘贴到混凝土构件的相关部位,以提高混凝土构件承载力的一种加固方法。结构加固用的粘贴树脂通常选用环氧基类,该类树脂的力学性能指标可满足使用要求,耐久性好,长期受力性能优良,易于施工。碳纤维布加固施工的流程为:混凝土构件表面处理(清洗、打磨、修补)——涂敷基底树脂并用腻子找平构件表面——涂树脂——铺贴碳纤维布——涂表面树脂层。图12 表示粘贴碳纤维布对钢筋混凝土板、次梁、主梁的抗弯、抗剪加固。二、混凝土置换法1、施工工艺流程现场勘察-搭设安全支撑及工作平台-卸荷-剔除局部混凝土-原钢筋除锈-支模-截面处理-浇筑高一标号混凝土-养护-拆模-施工质量检验。2、 施工注意事项和技术措施a. 严格控制粗细骨料含泥量,当达不到规范要求是应用高压水冲洗干净。b. 混凝土搅拌投料顺序:每种材料均应准确称量,先将细骨料、水泥和膨胀剂搅拌均匀,再加水,后掺粗骨料并搅拌均匀,搅拌时间比普通混凝土长60S左右,直到均匀。现场混凝土搅拌容器应不漏浆。c. 混凝土入模前应保证未离析、分层,且模板内无积水。d. 灌料应从一侧开始,至另一侧溢出为止,不得从四周同时进行灌料。e. 灌料开始后,必须连续进行,并尽可能缩短灌料时间,在一小时内完成为最佳。f. 灌料过程中用板条插捣,辅助加速倒流。必要时可用振动棒稍作振捣。g. 当混凝土灌完30㎜后,应返回检查,看混凝土是否有下沉等现象,如有应及时采取措施。h. 混凝土养护时间不得少于14天,特别是前3天的养护。4 工程实例分析实例分析裂缝出现在某住宅小区1-5号楼,该楼为六层砖混结构,采取钢筋混凝土现浇楼面,楼板尺寸约为2.0~5.0m之间,按规定设置了构造柱和圈梁。在工程竣工7个月后,各楼都有不同程度楼面裂缝出现,随着时间推移,各楼裂缝数量逐渐增多,11个月时裂缝发展最快,然后逐渐降低,大约在16个月时趋于稳定,之后几乎没有新的裂缝出现。裂缝形式有三种类型:① 角部45度斜向裂缝,此种裂缝数量较多,裂缝长度为O.5~2.1m,裂缝上口宽度O.05~0.31mm,最大达0.45mm,下口宽度大部分在0.10ram 以下,大部分板裂缝上下贯通;②板中裂缝,大部分出现在板面上部,上口宽0.03~0.23mm,少量裂缝上下贯通;③少量不规则裂缝,裂缝长度较短,无固定方面,裂缝宽度很小,甚至肉眼不可见。裂缝形式经统计,各楼裂缝出现条数10~50条之间,若以出现裂缝房间数的百分率计,则其平均值在17%左右。统计还表明本工程中斜向45~裂缝最多,南侧房间裂缝多于北侧,顶层房间(包括阁楼)多于中间层,每幢楼最外边四角最易开裂,大开间房间比小开间房间容易开裂,厨房、卫生间等开间较小的板面几乎没有裂缝。裂缝成因根据对裂缝出现产生的时间与形式、楼板的受力情况、工程施工情况以及沉降观测资料等分析,排除了由于荷载以及工程沉降引起裂缝的原因,确定上述裂缝主要是由混凝土收缩所引起的混凝土收缩裂缝;当混凝土收缩受到四周墙体的约束,在楼面板角部产生超过混凝土极限拉应力时就出现了45~斜裂缝,而在板中由于板底钢筋的存在使混凝土的收缩受到阻碍。使得板中部位底部裂缝比上部裂缝要少的多(板中部位上部未设负钢筋)。除了混凝土自身的收缩以外,施工不当以及养护不到位也是造成裂缝的原因之一。裂缝修补本工程楼屋面裂缝采用环氧树脂灌浆处理工艺进行修补,注浆工序如下: (1)沿裂缝凿除上层细石混泥土直至,直到板结构层,凿除宽度约15em : (2)将槽内清洗处理干净; (3)待槽内干燥后用环氧树脂浆液对结构层板缝进行注浆; (4)经24h待环氧树脂凝固后,尽享注水试验,若有渗漏则继续注浆直至不渗漏为止; (5)在槽内徐刷新老结合剂,用掺微膨化型剂的干硬性高标号混凝土一次性填实并压光。虽然现浇楼屋面裂缝是一种常见的建筑质量通病,但通过以上对楼屋面裂缝的形式、成因、防治手段的分析可知,只要严格按照有关的设计和施工规范精心设计和严格施工,应该能够大大减少楼屋面裂缝产生的可能性,提高楼屋面的质量。5 结论与展望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,但通过以上对楼屋面裂缝的形式、成因、防治手段的分析可知,只要严格按照有关的设计和施工规范精心设计和严格施工,应该能够大大减少楼屋面裂缝产生的可能性,提高楼屋面的质量。我们仍需对混凝土裂缝进行认真研究、区别对待,研究出更合理的方法应对各类混凝土施工裂缝,保证建筑物和构件安全、稳定地工作。。参考文献[1] 张明明.浅谈混凝土裂缝的原因、预防与处理.郑铁科技通讯,2007,4(6):15-20.[2] 丁艳容,王越.湖北水利水电职业技术学院学报. 2011.5. 7 (2)[3] 李悦锋,马小杰等.常见混凝土裂缝的预防及处理措施.伊川县水利局[4] 施文俊,刘鲁群,张树国,李振江.钢筋锈蚀引起混凝土结构裂缝的分析及防治.问题研究,2011,29(2).[5] 《混凝土结构加固技术规范》GECS 25:90[6]《混凝土结构设计规范》GB50010-2002
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