一、引言近年來,我國基礎(chǔ)建設(shè)得到迅猛發(fā)展,各地興建了大量的混凝土建筑。在建筑物的建造和使用過程中,有關(guān)因出現(xiàn)裂縫而影響工程質(zhì)量甚至導(dǎo)致結(jié)構(gòu)垮塌的報道屢見不鮮。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫問題是一個普遍存在而又難于解決的工程實際問題,文章對鋼筋混凝土工程中常見因的變形作用引起的裂縫問題進行了分析,并針對具體情況提出了一些控制措施;炷灵_裂可以說是“常發(fā)病”和“多發(fā)病”,經(jīng)常困擾著工程技術(shù)人員。其實,如果采取一定的設(shè)計和施工措施,很多裂縫是可以克服和控制的。為了進一步加強對混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的認(rèn)識,盡量避免工程中出現(xiàn)危害較大的裂縫,本文盡可能對混凝土、裂縫的種類和產(chǎn)生的原因作較全面的分析,并總結(jié)出一系列的控制方法,以方便設(shè)計、施工單位參考,達到防范于未然的作用。
二、混凝土結(jié)構(gòu)裂縫種類和成因?qū)嶋H上,混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的成因復(fù)雜而繁多,甚至多種因素相互影響,但每一條裂縫均有其產(chǎn)生的一種或幾種主要原因,比如:溫度和濕度的變化,混凝土的脆性和不均勻性,以及結(jié)構(gòu)不合理,原材料不合格(如堿骨料反應(yīng)),模板變形,基礎(chǔ)不均勻沉降等。混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的種類,就其產(chǎn)生的原因,大致可劃分如下幾種:
1、溫度裂縫
水泥水化過程中產(chǎn)生大量的熱量,每克水泥放出50.2J的熱量,如果以水泥用量350~550kg/m3來計算,每m3混凝土將放出17500~27500kJ的熱量,從而使混凝土內(nèi)部溫度升高,通常在澆筑溫度的基礎(chǔ)上升高35℃左右。對大體積混凝土施工時應(yīng)對其內(nèi)部溫度進行跟蹤測定,因為水泥水化熱在1~3天可放出熱量的50%,由于熱量的傳遞、積存,混凝土內(nèi)部的最高溫度大約發(fā)生在澆筑后3~5天,因為混凝土內(nèi)部和表面的散熱條件不同,所以混凝土中心溫度低,形成溫度梯形,產(chǎn)生溫度變形和溫度應(yīng)力。當(dāng)這種溫度應(yīng)力超過混凝土的內(nèi)外約束力(包括混凝土抗拉強度)時,就會產(chǎn)生裂縫。這種裂縫一般出現(xiàn)在混泥土澆筑后的3~5天,初期出現(xiàn)的裂縫很細(xì),隨著時間的推移而繼續(xù)擴大,甚至達到貫穿的情況;炷羶(nèi)部的溫度與混凝土厚度及水泥品種、用量有關(guān)。
1.1.宜選用中熱硅酸鹽水泥或低熱礦渣硅酸水泥,充分利用混凝土后期強度,以減少水泥用量。大量試驗研究和實踐表明,每m3混凝土的水泥用量增減10kg,其水化熱將使混凝土的溫度相應(yīng)升高或降低1℃。
1.2摻加粉煤灰和外加劑。在滿足強度等設(shè)計指標(biāo)要求的情況下,摻加原狀或磨細(xì)粉煤灰,可以降低混凝土中水化熱,減少絕熱條件下的溫升,提高混凝土的后期強度及抗裂能力,效果非常顯著。試驗表明: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%。外加劑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,推遲放熱峰出現(xiàn)的時間,從而減少溫度裂縫發(fā)生的可能性。
2、沉陷(塑性)收縮裂縫
這種裂縫產(chǎn)生的原因是流動性過大和流動性不足以及不均勻,在凝結(jié)硬化前沒有沉實或者沉實不夠,當(dāng)混凝土沉陷時受到鋼筋、模板移動、基礎(chǔ)沉陷所致。裂縫在混凝土澆筑后1~3h出現(xiàn),裂縫的深度通常達到鋼筋上表面。2.1要嚴(yán)格控制混凝土單位用水量在170kg/ m3以下,水灰比在0.6以下,在滿足澆筑要求時,盡可減少坍落度。
2.2.混凝土攪拌時間適當(dāng),過短、過長都會造成拌合物均勻性變壞而增大沉陷。
2.3.混凝土澆筑時,下料不宜太快,防止堆積或振搗不充分。
2.4.在炎熱的夏季和大風(fēng)天氣,為防止水分激烈蒸發(fā),形成內(nèi)外硬化不均和異常收縮引起裂縫,應(yīng)采取措施緩凝和覆蓋。
2.5.遵循“精料供應(yīng)”的原則,混凝土中的較大含泥量及其它雜質(zhì)可以明顯地降低混凝土的抗拉性能,有的混凝土骨料中混入有害膨脹物引起混凝土的崩裂。
。1)要嚴(yán)格控制混凝土單位用水量在170kg/ m3以下,水灰比在0.6以下,在滿足澆筑要求時,盡可減少坍落度。
(2).混凝土攪拌時間適當(dāng),過短、過長都會造成拌合物均勻性變壞而增大沉陷。
。3).混凝土澆筑時,下料不宜太快,防止堆積或振搗不充分。
。4).在炎熱的夏季和大風(fēng)天氣,為防止水分激烈蒸發(fā),形成內(nèi)外硬化不均和異常收縮引起裂縫,應(yīng)采取措施緩凝和覆蓋。
。5).遵循“精料供應(yīng)”的原則,混凝土中的較大含泥量及其它雜質(zhì)可以明顯地降低混凝土的抗拉性能,有的混凝土骨料中混入有害膨脹物引起混凝土的崩裂。
三、裂縫處理建議建筑物從建成到使用,牽涉到設(shè)計、施工、監(jiān)理、運營管理等各個方面。由上述可知,設(shè)計疏漏、施工低劣、監(jiān)理不力,均可能使混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫。因此,嚴(yán)格按照國家有關(guān)規(guī)范、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進行設(shè)計、施工和監(jiān)理,是保證結(jié)構(gòu)安全耐用的前提和基礎(chǔ);炷亮芽p的處理主要有以下方法:(1).表面處理法:包括表面涂抹和表面貼補法表面涂抹適用范圍是漿材難以灌入的細(xì)而淺的裂縫,深度未達到鋼筋表面的發(fā)絲裂縫,不漏水的縫,不伸縮的裂縫以及不再活動的裂縫。表面貼補(土工膜或其它防水片)法適用于大面積漏水(蜂窩麻面等或不易確定具體漏水位置、變形縫)的防滲堵漏 (2).填充法用修補材料直接填充裂縫,一般用來修補較寬的裂縫(0.3mm),作業(yè)簡單,費用低。寬度小于0.3mm,深度較淺的裂縫、或是裂縫中有充填物,用灌漿法很難達到效果的裂縫、以及小規(guī)模裂縫的簡易處理可采取開V型槽,然后作填充處理。(3).灌漿法 此法應(yīng)用范圍廣,從細(xì)微裂縫到大裂縫均可適用,處理效果好。(4).結(jié)構(gòu)補強法因超荷載產(chǎn)生的裂縫、裂縫長時間不處理導(dǎo)致的混凝土耐久性降低、火災(zāi)造成的裂縫等影響結(jié)構(gòu)強度可采取結(jié)構(gòu)補強法。包括斷面補強法、錨固補強法、預(yù)應(yīng)力法等 。
(5)鋼構(gòu)件的具體加固技術(shù)
。ㄒ唬、鋼柱的加固
鋼柱通常為軸壓構(gòu)件或壓彎構(gòu)件,結(jié)合其受力特點,應(yīng)采用以下加固方法。
1柱子卸荷法
必須在卸荷狀態(tài)下加固或更換新柱時,采取“托梁換柱”方法。當(dāng)僅需加固上部柱時,可以利用吊車梁橋架支托起屋蓋屋架,使柱子卸荷。當(dāng)下部柱需要加固或工藝需要截去下柱時,可在吊車梁下面設(shè)一永久性托梁,將上部柱荷載(包括吊車梁荷載)分擔(dān)于鄰柱(必須驗算鄰柱并加固之,也要驗算基礎(chǔ))上。采用此法應(yīng)考慮到用托梁代替下柱后,托梁將產(chǎn)生一定的撓度,迫使原屋架下沉,從而可能損傷與此屋架相連構(gòu)件的連接節(jié)點。為此可預(yù)先在托梁上加臨時荷載!,使托梁具有預(yù)先撓度。采用此法的順序是先加固鄰柱、焊接托梁與鄰柱、加臨時荷載!、焊接托梁與中柱、卸下臨時荷載!、加固或截去下部柱。
2鋼柱加固法
。1)補強柱的截面。一般補強柱截面用鋼板或型鋼,采用焊接或高強螺栓與原柱連接成一個整體。
。2)增設(shè)支撐。增設(shè)支撐以減小柱自由長度,提高承載能力。在截面尺寸不變的情況下提高了柱的穩(wěn)定性。
核心提示:鋼結(jié)構(gòu)存在嚴(yán)重缺陷和損傷或改變使用條件,經(jīng)檢查驗算結(jié)構(gòu)的強度、剛度或穩(wěn)定性不滿足使用要求時,應(yīng)對鋼結(jié)構(gòu)進行加固。(3)改變計算簡圖,減小柱外荷載或內(nèi)力。
(4)在鋼柱四周外包鋼筋混凝土進行加固,可明顯提高承載能力。
綜上所述,對于混凝土裂縫的控制是一個綜合性的問題,需要經(jīng)過設(shè)計、監(jiān)理、施工及使用方等多方面的配合。隨著當(dāng)今我們對混凝土耐久性研究的不斷深入,材料科學(xué)的不斷發(fā)展和建筑技術(shù)水平的不斷提高,相信混凝土裂縫問題將會逐漸得以圓滿地解決。