黄电家园2#住宅楼地下室墙板裂缝检测鉴定分析及处理

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  一、工程概况
  黄电家园住宅楼为地下1层、地上18层双塔框剪结构建筑,总建筑面积32712m2,建筑总高度54m,基础埋深5.5m,地下室外形尺寸长107.4m,宽20.9m。项目建设单位为黄石电能集团有限公司聚业房地产公司,施工单位为黄石市第一建筑工程有限公司,监理单位为湖北合联建设有限公司黄石分公司,设计、勘察单位为黄石市佳境建筑设计有限公司,其中地下室结构由湖北省人防设计院设计。#1楼商品混凝土供应商为东大洋混凝土公司,2#楼混凝土供应商为华新混凝土公司。
  2#楼地下室底板2008年3月4日开始浇筑混凝土,3月5日浇筑完。地下室外墙、柱、顶板2008年4月24日开始浇筑混凝土,25日凌晨混凝土浇筑完,27日开始拆除外墙外模板,28日发现#2楼顶板出现裂缝,5月3日拆除墙、柱、顶板模板发现2#楼外墙板出现裂缝。
  二、检测鉴定的目的
  受黄石电能集团有限公司聚业房地产公司的委托,本次对#2楼地下室混凝土墙、顶板的裂缝进行检测及分析,为裂缝的处理提供技术依据。
  三、检测结果
  1、资料调查
  查阅设计及施工资料可知:地下室外形尺寸为107.4×20.9m,在1、2#楼之间设800mm宽后浇带,后浇带待主体封顶后二个月浇筑。在#1、2楼底板中部均设2000mm宽加强带,加强带采用C40高补偿收缩混凝土。地下室墙板厚300mm,配双向φ14@150钢筋,拉结筋为双向φ8@450钢筋。地下室顶板厚250mm,配双向φ14@150钢筋,外墙、底板、顶板均采用标号为C35补偿收缩混凝土。混凝土设计配合比:每立方米混凝土含水175kg;水泥350kg;砂705kg;石子1060kg;Ⅱ级粉煤灰60kg;UEA-H膨胀剂40kg;JK-2缓凝减水剂2.7kg;FDN-1高效减水剂6.2kg。水灰比为0.39,砂率为40%,稠度为175mm。模板采用木模(见附件1)。
  2、现场调查
  据现场业主、监理相关技术人员反应,在#2楼地下室墙板、顶板混凝土浇筑过程中,发现混凝土骨料中含有少量卵石(目测含量1~2%)、微风化石(表面呈黄色,目测含量1~3%)及瓜米石(目测含量20~30%),部分卵石粒径50~80mm左右,混凝土呈散状,和易性差。混凝土供应不及时,24日上午7点开始浇注,上午浇注时罐间最少间隔20~30分钟,并在24日上午8:45~11:15,下午4:06~5:20混凝土浇筑施工中出现停歇。
  墙板混凝土分三层浇注,每层浇注1m高左右,最后浇注梁、板混凝土。混凝土拆模后个别部位出现蜂窝、麻面。
  3、现场裂缝检测
  2008年6月3日,对#2楼地下室墙、板裂缝进行了现场检测,2-K轴混凝土墙发现裂缝共41条,其中40条垂直裂缝,1条水平裂缝;2-A轴混凝土墙发现裂缝28条,均为垂直裂缝;地下室混凝土顶板发现裂缝46条,均垂直于外墙长边方向,裂缝宽度在0.1mm左右。
  检测的裂缝主要有以下几个特点:
  (1)裂缝均出现在外墙及顶板上,而柱、剪力墙上未出现。少数平行于外墙长方向的梁也发现裂缝,梁的裂缝与顶板上的裂缝连贯。
  (2)裂缝的方向基本与外墙长边方向垂直,一处墙体近顶板处出现一条水平裂缝。
  (3)外墙板裂缝在中部较多,两端较少。在柱梁两侧基本出现裂缝。
  (4)顶板裂缝在剪力墙处较集中,中部裂缝较多,逐渐向两边分散。
  (5)裂缝方向基本上垂直于外墙长边方向。
  地下室墙体及顶板裂缝表
  序号 部位 裂缝
  数量 裂缝描述
  1 2-29~2-32
  区域 2-29~2-31/2-K墙体 2条 2-29/2-K、2-31/2-K柱边各一条垂直贯穿裂缝,均长3.5m,宽0.1mm。
  2-30~2-32/2-A墙体 2条 两条垂直贯穿裂缝,一条长2.54m,宽0.1mm;一条长2.95m,宽0.1mm。
  2 2-24~2-30
  区域 2-24~2-29/2-K墙体 3条 2-24轴柱边墙体垂直贯穿裂缝,从顶板底至底板顶,长3.5m,宽0.1mm;离2-24轴柱边1.2m处墙体垂直贯穿裂缝,从顶板底至底板顶,长3.5m,宽0.1mm;离2-24轴柱边2.1m处墙体垂直贯穿裂缝,从顶板底向下2.3m,宽0.1mm。
  2-25~2-30/2-A墙体 2条 2-25轴柱边处墙体垂直贯穿裂缝,从底板顶以上0.7m处直至顶板底1.53m处,然后稍斜至离柱边0.4m的顶板底下0.2m,裂缝长2.65m,宽0.1mm;2-30轴柱边处墙体垂直贯穿裂缝,从顶板向下,长2.5m,宽0.1mm。
  2-29~2-24/2-K~2-G顶板 2条 距2-29/2-K轴柱边约1.57m处顶板的贯穿裂缝,与距2-24/2-K轴柱边2.1m处墙体垂直贯穿裂缝连通,直至2-G轴梁边,2-26~2-29/2-J~2-H梁侧面、底面裂逢贯穿,裂缝长9.7m,宽0.1mm;2-25/2-E~2-G梁边(向2-23轴方向)1m处顶板一条贯穿裂缝,长1.74m,宽0.1mm。
  3 2-20~2-25
  区域 2-20~2-24/2-K墙体 6条 6条垂直贯穿裂缝,2-20/2-K、2-24/2-K柱边各一条,其他4条均布于墙体中部,间距平均在0.55m,均长3.5m,宽0.1mm。
  2-21~2-25/2-A墙体 2条 2-21轴柱边处墙体垂直贯穿裂缝,从顶板向下,长2.6m,宽0.1mm;2-25轴柱边处墙体垂直贯穿裂缝,从顶板向下,长2.72m,宽0.1mm。
  2-20~2-24/2-K~2-G顶板 6条 距离2-20轴梁边0.6m、0.8m、1m处顶板出现三条裂缝,离梁边0.6m的裂缝从2-20/2-K墙体边贯穿2-20~2-22/2-J~2-H、2-20~2-22/2-G梁至2-G轴,梁侧面、底面出现裂逢,裂缝长10.3m,宽0.1mm;离梁边0.8m、1m的裂缝从2-20/2-K墙体边至剪力墙边止,均长6.15m,宽0.1mm;其中离梁边1m的顶板裂缝与离2-24轴柱边0.9m处墙体裂缝(即2-20/2-K柱边裂缝向2-24轴方向的第一条裂缝)连通;2-20/2-E~2-G梁边(向2-22轴方向)0.2m、1.95m、2.9m处顶板各一条贯穿裂缝,均长1.74m,宽0.1mm。   4 2-18~2-21
  区域 2-2/18~2-20/2-K墙体 3条 2-20轴柱边墙体垂直贯穿裂缝,从顶板底至底板顶,长3.5m,宽0.1mm;离2-20轴柱边1.33m处墙体垂直贯穿裂缝,长1.8m,宽0.1mm,从顶板底至离柱边1m处;2-18轴柱边墙体垂直贯穿裂缝,从顶板底至底板顶,长3.5m,宽0.1mm。
  2-18~2-21/2-A墙体 3条 离2-18轴柱边1.35m处墙体垂直贯穿裂缝,从顶板底至底板施工缝处,长3.1m,宽0.1mm;离2-21轴柱边1.4m处墙体垂直贯穿裂缝,从顶板底面至底板施工缝处,顶板底面长0.15m,宽0.1mm,墙体裂缝长3.1m,宽0.1mm;2-21轴柱边处墙体垂直贯穿裂缝,从顶板向下,长2.58m,宽0.1mm。
  2-2/18~2-20/2-K~2-A顶板 3条 2-2/18轴梁边顶板出现贯穿裂缝,从2-K轴向2-J轴方向1.2m;距2-2/18轴梁边0.7m,2-K轴墙边2m处顶板出现贯穿裂缝,直至2-A轴,2-J、2-G轴两梁侧面、底面出现裂逢,斜向贯穿至2-E轴后沿剪力墙边贯穿至2-A轴,裂缝长21.3m,宽0.1mm。2-19/2-E~2-G剪力墙边(向2-20轴方向)顶板贯穿裂缝,长1.2m,宽0.1mm;
  5 2-17~2-2/18区域 2-17~2-2/18/2-K墙体 4条 2-2/18轴柱边墙体垂直贯穿裂缝,从顶板底至底板顶,长3.5m,宽0.1mm;离2-2/18轴柱边0.4m处墙体垂直贯穿裂缝,从离顶板0.2m处至底板施工缝处,长3.0m,宽0.1mm;2-2/18轴柱边0.5m处墙体垂直贯穿裂缝,从顶板向下,长1.8m,宽0.1mm;2-17轴柱边处墙体垂直贯穿裂缝,从顶板至底板施工缝处,长3.3m,宽0.1mm。
  (6)裂缝的数量和长度随时间的增长而增多、延伸,裂缝出现较早,在浇灌后4天左右即出现裂缝。
  (7)裂缝基本为贯穿性,宽度一般在0.1mm,墙板裂缝两端偏窄中间偏宽,呈枣核形。
  四、裂缝分析
  1、产生裂缝的原因
  我们知道,混凝土结构裂缝的主要成因可分为由外荷载引起的和由变形变化引起的。因结构变形变化引起的裂缝,主要是由温度、收缩和膨胀、不均匀沉降等因素造成的。
  2、裂缝分析
  (1)外荷载因素:
  本工程裂缝出现时,结构并未承受使用荷载。
  从墙、板、梁裂缝的分布和形状等特点分析,如荷载引起的梁、板的受力裂缝,应在受拉区出现裂缝,而不是贯穿裂缝。本工程裂缝不符合外荷载引起的裂缝的特征。可以排除由外荷载因素。
  (2)不均匀沉降因素:
  对地下室底板标高的检测,地下室底板目前未出现不均匀沉降。从裂缝的形状和分布特点分析,如由不均匀沉降造成的,墙板裂缝应出现斜裂缝,垂直裂缝也应上大下小。本工程裂缝不符合不均匀沉降引起的裂缝特征。可排除不均匀沉降因素。
  (3)温度因素:
  温度引起裂缝的原因,无非是混凝土的水化热及气温突降造成的。四至六月份黄石地区未出现大的气温突降天气,不应引起混凝土出现因温度变化而形成裂缝。
  分析混凝土水化热因素,根据本工程结构特点,依据ACI209R可测算出混凝土的热胀系数at为8.56×10-6/℃。依据ACI207.2R测算出混凝土最大温峰出现在第一天,此时混凝土内水化热温升幅度为10.3℃,假设混凝土表面采取强降温措施,则混凝土受水化热温升的应变为88×10-6,混凝土在早期的极限拉伸应变可达100×10-6,大于最大温度梯度所造成的应变,此时应不致引发混凝土裂缝,且混凝土在浇筑后的2~5天,混凝土的弹性模量很低,基本处于塑性及弹塑性状态,约束应力很低,则相应的应变值也低于上述计算的应变值。查相关文献资料,混凝土在早期可承耐不致引发裂缝的温差为8℃~14℃。所以本工程的裂缝不是由混凝土的水化热温差引起的。
  (4)混凝土膨胀因素:
  根据本工程混凝土外墙、顶板受基础底板约束的条件,混凝土膨胀不应出现以上裂缝特征。外墙混凝土膨胀时,受基础底板约束,应形成基础底板拉应力,如膨胀造成的基础底板拉应力超过抗变形能力,则造成基础底板出现裂缝。因此本工程裂缝不是混凝土膨胀裂缝。
  (5)混凝土收缩因素:
  分析本工程裂缝分布及形状特征,本工程的裂缝为收缩裂缝。裂缝大部分垂直于结构长边方向,混凝土收缩应变值一定时,此方向的变形最大。外墙板变形受基础底板和顶板处梁钢筋骨架的约束,在混凝土内产生拉应力,拉应力大于混凝土抗变形能力时,则产生裂缝。由于墙板两端基础底板和梁的模箍作用,形成墙板裂缝中间大两头小形成枣核形。顶板变形受剪力墙和梁、柱钢筋骨架的约束,产生裂缝。且裂缝出现时间在混凝土第一次干燥后,并随着混凝土在空气中暴露时间延长,裂缝增多增宽。
  混凝土收缩分为自生收缩、塑性收缩、碳化收缩和干缩。
  自生收缩(即硬化收缩),可为正的变形,也可为负的变形(膨胀),掺入粉煤灰的自生收缩是负的变形(膨胀)。此种收缩应变较小(40×10-6),自生收缩对本工程裂缝的产生影响不大。
  碳化收缩是在混凝土后期发生的。且在适中的湿度中才发生。
  塑性收缩在混凝土浇筑后4~15h左右产生,此时骨料与胶合料之间产生不均匀的沉缩变形,此种收缩都发生在混凝土终凝前,塑性收缩可达1%左右,在混凝土表面出现裂缝,此种裂缝属表面裂缝。混凝土浇筑前几天出现的地下室顶板面层裂缝和2-K外墙出现的一条水平裂缝为塑性收缩裂缝。
  通过以上的分析,本工程垂直裂缝不是由其他原因造成的,均是由干缩(即失水收缩)造成的。本工程长墙在高度方向是自由的,在纵向受到基础底板的约束,产生拉应力,产生垂直于拉应力方向的裂缝。   混凝土干缩主要成因是水泥石的脱水收缩。水泥石收缩在内部主要受制于其中的细孔含量和孔径分布,这又与水灰比、水化度、混凝土有关。在外部主要受制于环境湿度。混凝土工程的干缩除受制于混凝土含水量、水灰比、水化度、环境湿度及骨料的特性和含量外,还受制于工程结构的裸露程度,即表面与体积比。因此影响混凝土干缩的因素主要是水泥的标号、水泥用量、标准磨细度、骨料种类、水灰比、水泥用量、混凝土振动捣实状况、构件截面暴露条件、混凝土养护方法、配筋数量、经历时间等。
  按混凝土设计配合比估算混凝土收缩应变,以ACI209法估算(不考虑掺加膨胀剂)状态下7天、14天和28天的混凝土收缩应变如下:
  表1 各项调整系数
  项目 系数
  湿养M=7天 βm=1.00
  湿度H=70% βH=0.70
  厚度d=300mm βd=0.77
  坍度S=175mm βs=1.17
  砂率F=40% βF=0.86
  水泥C=350kg/m3 βC=0.96
  含气A=7% βA=1.01
  系数积 KS=0.53
  上表各因素中,构件湿养时间长、空气相对湿度大、构件厚度大、混凝土坍度小、混凝土细骨料率少、水泥含量低、混凝土含气率小均可减小混凝土收缩应变。
  气干时间 混凝土干缩应变
  7天 68×10-6
  14天 118×10-6
  28天 183×10-6
  从估算的设计配合比(不考虑掺加膨胀剂因素)混凝土干缩应变值可以看出,混凝土外墙在7天和14天时干缩应变值在100×10-6左右,混凝土早期的极限拉伸应变在100×10-6。混凝土在28天时干缩应变值为183×10-6,此时混凝土的极限拉伸应变可达到150×10-6。
  从以上估算可以知道,如混凝土按设计配合比施工,且混凝土加强湿养,应不致在顶板和外墙上出现大量的裂缝。
  五、本工程裂缝成因分析
  核查本工程设计施工图,钢筋的配置及后浇带的布置均符合设计规范的要求。设计要求用于地下室墙板、顶板的混凝土应为补偿收缩混凝土。此种混凝土的特点是限制混凝土的收缩率,并减缓混凝土的收缩速率。此种混凝土应达到在水中湿养14天,空气中28天收缩应变小于300×10-6的性能要求。随着混凝土材龄的增加,混凝土的抗拉强度也随之提高,相应的混凝土与钢筋的握裹力也增大,当混凝土抗拉强度提高到一定的水平可将混凝土出现的贯穿性干缩裂缝分散到不可见的微细程度。
  综合上述分析结果,结合本工程裂缝出现时间早,出现裂缝数量多的特点,本工程混凝土施工配合比在控制混凝土收缩方面存在缺陷。在混凝土后期养护上也存在不足,按规范要求,对墙体等不易保水的结构,宜从顶部设水管喷淋,拆模后宜用湿麻袋紧贴墙体覆盖,并浇水养护,保持混凝土表面潮湿,养护时间不宜少于14天。混凝土振捣不密实是造成混凝土顶板面层和墙板水平塑性裂缝的主要原因。
  六、裂缝对结构的影响
  现场检测的裂缝均为收缩裂缝,当裂缝出现时,混凝土的拉应力也相应地释放掉了,回弹检测本工程28天以后混凝土强度(见附件),均达到设计要求。出现裂缝的结构在未承载前,恢复混凝土构件的整体性,对结构不会产生大的影响。
  七、裂缝处理意见
  在结构承受荷载前,所有裂缝采用环氧类浆液进行压力注浆,注入的浆液应充实裂缝,使裂缝处的抗压强度、抗拉强度及粘结强度不低于基材强度值。
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