混凝土楼板裂缝原因及预控方法

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  【摘 要】 混凝土结构最常见的裂缝主要是: 温度裂缝,收缩裂缝,沉降收缩裂缝,干燥收缩裂缝,碳化收缩裂缝,化学反应裂缝,沉陷裂缝,徐变及凝缩裂缝等,本文对这些裂缝的原因及预防措施进行介绍。
  【关键词】 裂缝;预防;方法
  【中图分类号】 TU375 【文献标识码】 A 【文章编号】 1727-5123(2012)02-073-02
  钢筋混凝土则是除钢筋以外的粗细骨料,水泥,水和其它外加剂及外掺合料,经混合通过一定工序而制成的非均质脆性材料,通过配置钢筋骨架达到延性材料浇筑一体所形成的结构件,如现在用量最大的建筑结构体梁、板、柱。由于混凝土中水泥水化形成物理化学反应及体积的变化,使得结构体内存在无数的孔隙,气穴及微裂缝。但这种微裂缝通常是无害的,对其使用功能及耐久性不存在影响。当混凝土在承受荷载、温差长期循环作用后已有的微裂缝就不断扩展,逐渐连通最后形成可见的宏观裂缝。在混凝土结构工程中产生裂缝是难以避免的,因此混凝土结构工程是带裂缝而工作。现行的(钢筋混凝土设计规范)中第3.3.4条就明确规定了混凝土结构件在不同的环境下,裂缝控制等级及最大裂缝宽度的限值。但是在裂缝宽度超过一定限制并在一定范围内存在和发展时,由于裂缝的渗透结构内部钢筋产生锈蚀,逐渐加深加重降低混凝土结构件的承载力,从而影响建筑物外观和使用功能,甚至危及到人身安全和财产损失。因此在施工全过程中采取切实有效的预防控制措施,减少裂缝的产生、发展和扩大,力争控制在一定的允许范围内,才能确保工程的正常安全使用。
  1 混凝土结构产生裂缝的形式及原因
  从水泥的发明使用到混凝土工程的近200年时间内,根据混凝土结构产生裂缝的原因分析探讨一般总结为两个大类,一类是由荷载变化引起的裂缝,另一类是由于变形变化引起的裂缝,包括温度湿度变化,不均匀沉降,钢筋锈蚀,冻胀循环,化学反映及膨胀等因素。按照裂缝产生的机理划分,建筑物中最常见的裂缝类型主要是:温度裂缝,收缩裂缝,沉降收缩裂缝,干燥收缩裂缝,碳化收缩裂缝,化学反应裂缝,沉陷裂缝,徐变及凝缩裂缝等。
  1.1 温度裂缝的原因及预防。混凝土具有热胀冷缩的特点,当外部环境或者结构内部温度出现变化时,混凝土会随着变形,当变形受到约束时会产生较大应力,当此时变形应力超过混凝土当时的抗拉强度时会形成温度裂缝。温度裂缝与其它的裂缝主要区别的特征是: 随着温度的上升或降低扩展或自愈合。引起温度变化的主要因素是:温差,太阳辐射,水化热反应。
  如果才能有效预控混凝土的温度裂缝,最好是在容易引起裂缝的部位增加构造筋,这样可以更好提高混凝土抗裂能力,尤其是薄壁结构件。经验表明构造配筋宜采用小直径,小间距的较密布置,全截面构造配筋率应在0.4以上比较有效。
  1.2 收缩裂缝的原因及预防。
  1.2.1 收缩裂缝的原因:混凝土的收缩包括塑性收缩和失水收缩,是造成混凝土体积变化而形成裂缝的最主要原因。塑性收缩裂缝出现在混凝土浇筑后的2~4h以内,由于水化反应形成泌水,水分蒸发使混凝土失水过快产生收缩,收缩受到钢筋骨料或模板的约束,在混凝土内部因塑性收缩产生张拉应力,此时混凝土水化未完成无任何强度,则形成沿纵主钢筋走向的裂缝,在钢筋的竖向变截面处如T形粱,顶板或腹板交接处,因硬化前沉陷不均匀而形成表面的顺腹板方向的裂缝。为了降低混凝土的塑性开裂,施工配合比及水灰比还是要严格控制,分层浇筑及振捣这些成熟经验必须严格执行。
  当混凝土凝结硬化后随着环境温度及风速作用,表面水分逐渐蒸发,当温度慢慢降低混凝土自身体积也减小产生失水收缩,这是因混凝土表面水分流失比较快,内部水分迁移比较慢,造成表面收缩量大而内部收缩量小的不均匀状态,由于表面收缩受到内部混凝土的较大约束,致使混凝土表面承受大的拉应力。当混凝土表面的拉应力超过此时的强度时便产生收缩裂缝。混凝土硬化后收缩主要是失水收缩,如果钢筋配筋率超过3%的构件,钢筋混凝土对的约束力很大时,混凝土表面只产生龟裂现象。
  1.2.2 影响收缩裂缝的其它因素,水泥的品质如矿渣水泥,快疑水泥和低热水泥配置的混凝土则收缩量较大,而普通水泥,火山灰质水泥及矾土水泥配制的水泥收缩量较小。骨料如石英石,白云岩,石灰岩及花岗岩等吸水率低,收缩性也小;而砂岩,角闪岩及板岩吸水率较高,收缩性也大。另外骨料粒径较大则收缩性小,含水量大的收缩量也大。水灰比越高用水量越大,混凝土收缩性也大。同样,外加剂保水性越好则收缩量也小。
  良好的养护可以加速混凝土的水化进程,加快混凝土强度的增长。养护时间内湿度越高,气温越低则养护时间越长,混凝土收缩量越小。蒸气养护方式比自然养护方式混凝土收缩量要小。另外空气中湿度小气候干燥,温度高风速快则混凝土表层水分蒸发快,混凝土收缩量就大。在施工浇筑振捣方式上,用机械振捣比人工振捣浇筑混凝土收缩量要小。振捣时间在一个振点的时间以10s为宜,时间短振捣肯定不密实,也不均匀;而振捣时间过长容易产生分层,粗骨料下沉而细料及水泥浆上浮,形成混凝土强度的不均匀,上表面素浆太厚产生收缩开裂。
  1.2.3 采取的一般预控措施,首先,要选择干缩值比较小水化热低的硅酸盐及普通硅酸盐和粉煤灰水泥,降低单位水泥用量来减少水化热,降低混凝土内部及表面温差。对于混凝土的于缩由于受水灰比了的影响较大,在进行混凝土配合比的设计和结合现场试配时尽量满足施工可操作性前提下,控制用水量。选择高效减水剂减少用水量提高混凝土强度,同时掺入适当粉煤灰减少水泥用量及增加混凝土密实度。在浇筑混凝土之前对基层及模板浇水湿润是不可缺少的环节,确保混凝土中水分不被很快吸干。延长和保证覆盖和养护时间,在高温及大风天气要有遮阳及档风使养护正常进行,尤其是低温覆盖保温尤其关键,必须达到临界强度的最低值要求。另外浇筑混凝土时不允许任意留置冷缝保证其整体性。
  1.3 化学反应裂缝的原因及预防。化学反应即是碱集骨料反应裂缝和钢筋腐蚀引起的裂缝,也是钢筋混凝土结构最常见的化学反应引起的裂缝。在混合料拌和后会产生一些碱性离子,这些离子与其它活性骨料产生化学反应并吸收环境中的水使体积增大,促使混凝土酥松膨胀而开裂。这类裂缝一般会出现在混凝土建筑物使用的早期,其主要预防措施是:粗细骨料要选择碱活性小的;用低碱水泥和无碱外加剂及掺合料;选择合格的拌和水。
  对钢筋锈蚀引起的裂缝,是由于混凝土浇筑振捣不密实或者钢筋保护层过薄,有害物质进入混凝土使钢筋产生腐蚀,钢筋生锈时体积膨胀导致混凝土开裂。此类裂缝多数是纵向开裂,也就是沿顺主筋走向开裂的。一般的预防措施是: 确保钢筋保护层的厚度,混凝土的连续级配要合理,混凝土的浇筑振捣必须密实表面压抹平,钢筋要防腐或刷防腐涂料等。
  1.4 沉陷性裂缝的原因及预防。沉陷性裂缝的产生主要是由于基础底部土壤不均匀,吹填土不密实或者松软,地下水位高浸泡而产生沉降,或者因为模板刚度偏低,支撑间距过大,支撑底面垫木板过薄未设扫地整体拉杆松动,尤其是冬季支撑在冻土层等影响所致。有些沿地面垂直或呈40°左右的方向发展,较大的沉陷性裂缝往往有一些错位,裂缝宽度一般与沉降量呈正比关系,这类裂缝宽度受温度变化的作用极小,当地基变形稳定后其裂缝也趋于稳定状态。
  主要的预防控制措施是: 对基层松软土,吹填土地基在上部地基施工前必须采取加固处理,尤其是多高层建筑必须按地勘察资料处理合格;对模板确保有足够的刚度和强度,支撑垫板厚度保证,支撑间距<1.5m,且距地面高安装扫地拉杆,使地基承受力均匀;防止混凝土浇筑过程中地基水上升浸泡基础;模板拆除时间要经过确认不得提前;在入冬后模板支撑不能在冻土上,如果必须支撑在冻土层要采取措施;并及早回填防止基础在自然环境中因温度影响而产生更多开裂。
  1.5 结构设计不当产生裂缝的原因及预防。现在大量的建筑工程几乎采用框架填充墙结构,而支撑建筑体的梁、柱、板是由混凝土和钢筋共同承担极限状态下的承载力,结构设计中必须根据地基具体情况,静动荷载,自然因素,结构等级及耐久年限周全考虑。现行的(建筑结构荷载规范)GB50009-2001明确规定了荷载规范的计算要求,并对裂缝宽度采取了严格的控制措施,若是存在结构设计中对裂缝控制考虑不周,产生裂缝的机率将会更加严重。
  1.6 施工材料及工艺不到位产生裂缝的原因及预防。组成混凝土的原材料主要是水泥、粗细骨料、外掺合料、水及外加剂等所组成,在原材料的选择中必须慎重,切实选择合格的地产骨料和胶结料,如果为了节省采用了质量低劣的材料,可能导致结构产生更多的裂缝,而且强度和耐久性也大打折扣。
  当合格的原材料进入现场并抽检合格后方可配置施工。在配制混凝土过程中严格计量,集中搅拌站也要经常抽查用料误差概率。在施工全过程的支模,运输,搅拌,入模,振捣,压抹,覆盖,养护各环节加强质量控制。但是如果全过程工艺不合理,施工管理混乱质量肯定低劣,结构将会出现纵横向,水平斜向,表面,深入内部及贯穿性裂缝,结果将是严重的满足不了使用要求。
  2 裂缝的处理方法和措施
  混凝土出现的裂缝不但会影响到结构件的刚度和整体性,更为严重的是渗透会引起钢筋的锈蚀,加速混凝土的碳化,降低其疲劳度和耐久性,因此,根据裂缝的具体状况采取应对措施,及时处理和确保建筑物的使用安全。现在对于混凝土裂缝的处理措施包括:表面修补法,灌注浆,嵌缝封堵,结构件加固及混凝土置换法等。
  2.1 表面修补法。混凝土表面修补是一种应用最多最简单的处理方法,主要适用于稳定和不影响结构承载力的混凝土表面较浅的及裂缝。习惯性处理方法是将表面冲洗干净,在裂缝表面涂抹水泥浆,环氧胶泥或在裂缝表面涂抹防腐材料,沥青,油漆等。在做保护的同时为了阻止混凝土可能继续开裂,通常采取在裂缝表面粘贴玻璃纤维布材料加强。
  2.2 灌注浆及嵌缝封堵法。采取这种方法主要是用于对结构整体性有影响的或有抗渗要求的结构体的修补。注浆是利用压力设备将胶凝材料注入混凝土的裂缝中,胶凝材料硬化后与混凝土结合为一个整体,从而达到封闭加固目的。常用的注浆胶结材料有水泥浆,环氧树脂,甲基丙烯酸酯聚氨酯等化学材料,嵌缝法是裂缝中封堵最常用的方法之一,做法是沿裂缝凿V型槽,在槽内嵌填塑性或刚性止水材料,达到封闭裂缝的目的。常用的塑性材料有聚氯乙烯胶泥,塑料油膏,丁基橡胶等。而最常用的刚性嵌缝止水材料多数为聚合物水泥砂浆等。
  2.3 结构件加固法。现在的混凝土结构件加固的主要方法是: 加大混凝土结构件的截面面积法;在结构件纵向角部外包型钢预加应力法;粘贴钢板或碳纤维布加固;增设支点加固及喷射混凝土补强加固等措施。
  2.4 混凝土置换法。混凝土的置换是处理严重损坏混凝土的一种有效方法。同此方法将损坏的混凝土彻底剔除,再重新浇筑新的混凝土补充。常常采用的置换材料主要是: 普通混凝土或者高强度砂浆,聚合物混凝土或改性聚合物,钢筋混凝土等。当然置换施工要求很高必须按设计要求进行。
  众所周知,裂缝是钢筋混凝土结构普遍存在的一种特性,它的存在不仅会降低建筑物的抗渗透能力,影响建筑物的耐久性功能,更严重的是因渗漏而产生的钢筋锈蚀,加速混凝土的碳化,尽而降低承载力,因此,要加强对混凝土裂缝产生的预防控制,并对产生的裂缝认真分析和区别对待,针对裂缝的严重与否采取不同有效的方法进行处理,同时在处理过程中严格把关,切实达到优良的预期效果。
  参考文献
  1 (钢筋混凝土设计规范)GB50010-2001
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