發布時間:2023-02-18 14:01:13
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論文摘要:混凝土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,本文對混凝土工程因施工過程中產生的裂縫問題進行了探討分析,并針對具體情況提出了一些預防、處理措施。
由于裂縫的存在和發展通常會使內部的鋼筋等材料產生腐蝕,降低鋼筋混凝土材料的承載能力、耐久性及抗滲能力,影響建筑物的外觀、使用壽命等。因而防止樓板開裂已經成為大家共同關心的課題,本文試從施工的角度出發,探討樓板裂縫產生的原因以及防治措施。
一、樓板裂縫的開展大多有以下幾種情況
(一)裂縫在板面沿樓板支座邊300mm范圍內平行于支座開展,甚至板的四周都出現裂縫并且連續;
(二)在板角處裂縫與相鄰兩支座成45度角展開;
(三)與施工井架位置相接的樓板常出現裂縫。
這些裂縫大多在工程竣工后一段時間才被發現,往往這時樓板還幾乎沒有使用荷載。有時裂縫寬度在水泥沙漿找平層表面被放大了,實際上在混凝土樓板的裂縫寬度大多在0.3mm以下,裂縫的深度在15mm左右。
二、樓板裂縫的原因主要有以下幾種
(一)干縮裂縫
混凝土干縮主要和混凝土的水灰比、水泥的成分、水泥的用量、骨料的性質和用量、外加劑的用量等有關。硬化混凝土在約束條件下的干縮是樓板產生裂縫的一個比較常見的原因。水泥的水化或混凝土中水分的蒸發會引起混凝土干縮。此外,樓板混凝土的收縮也受到結構的另一部分(如混凝土梁、柱)的約束而引起拉應力,拉應力超過混凝土抗拉強度時混凝土將會產生裂縫,并且能夠在比開裂應力小得多的應力作用下擴展延伸。
(二)塑性收縮裂縫
塑性收縮是指混凝土在凝結之前,表面因失水較快而產生的收縮。其產生的主要原因為:混凝土在終凝前幾乎沒有強度或強度很小,或者混凝土剛剛終凝而強度很小時,受高溫或較大風力的影響,混凝土表面失水過快,造成毛細管中產生較大的負壓而使混凝土體積急劇收縮,而此時混凝土的強度又無法抵抗其本身收縮,因此產生龜裂。
(三)支撐沉陷裂縫
新澆混凝土樓板容易在模板、支撐變形的情況下產生裂縫。由于支撐的剛度不足或梁板支撐剛度差異較大,在荷載作用下變形沉陷,施工期間的過度震動使支撐剛度變異部位多次瞬間相對位移以及過早拆模等等都可能使混凝土在發展足夠強度以支撐其自身重量之前產生裂縫。沉陷變形也是混凝土樓板裂縫開展的另一個常見原因。
(四)溫度裂縫
混凝土澆筑后,在硬化過程中,水泥水化產生大量的水化熱,由于混凝土的體積較大,大量的水化熱聚積在混凝土內部而不易散發,導致內部溫度急劇上升,而混凝土表面散熱較快,這樣就形成內外的較大溫差,較大的溫差造成內部與外部熱脹冷縮的程度不同,使混凝土表面產生一定的拉應力,當拉應力超過混凝土的抗拉強度極限時,混凝土表面就會產生裂縫。
(五)化學反應引起的裂縫
堿骨料反應裂縫和鋼筋銹蝕引起的裂縫是鋼筋混凝土結構中最常見的由于化學反應而引起的裂縫。
就施工因素來說,樓板的模板、支撐變形或沉陷,混凝土的制作和搗實工藝等許多方面的施工質量問題以及缺乏養護都會增加產生裂縫或引致裂縫發展的可能性。因此,裂縫的發生和延伸開展與混凝土內在的特性和多種施工因素可能同時存在某種關系。也就是說,同一條裂縫的開展往往由多個原因所造成。
三、針對裂縫產生的原因,在施工因素方面采取相應措施,以減少樓板裂縫的產生。為此,在混凝土施工中,在工序和工藝方面應當注意下列幾個問題
(一)嚴格控制混凝土攪拌和施工中的配合比,混凝土的用水量絕對不能大于配合比設計所給定的用水量,混凝土應使用設計允許的最小水泥用量和能滿足和易性要求的最小用水量,設備允許情況下,不要用過大的塌落度。使用各種外加劑時要注意,盡量不要選用增加混凝土干縮的外加劑;選擇合適的水泥品種,使混凝土收縮減少,凝固時間合適;混凝土內砂石水泥的級配力求最優。(二)澆筑混凝土之前,將模板澆水均勻濕透。
(三)模板及其支撐系統要有足夠的剛度,且支撐牢固,并使地基受力均勻。樓板模板支撐的間距要適宜,使樓板模板剛度與梁模板剛度不至于相差太大。在與施工井架相接的或施工運輸頻繁經過的樓板模板中適當加強模板支撐系統。
(四)了解預拌混凝土的級配情況,對某些級配的混凝土,不要過度振搗樓板混凝土,過度的振搗會使混凝土產生離析和泌水,使混凝土樓板表面形成水泥含量較多的沙漿層和水泥漿層,容易產生干縮裂縫。由于一般樓板的厚度不大,使用平板振動器勻速拖過一次就可使樓板的混凝土成型密實。要在混凝土沉淀收縮基本完成后才開始樓板的最終抹面。
(五)在樓板的混凝土施工完成后,要等樓板混凝土有一定的強度后才進行下一道工序的施工。在混凝土終凝初期應避免施工荷載對樓板產生較大的震動。特別是與施工井架相接的樓板,其混凝土施工完成是最后的,而上施工荷載受震動是最早和最頻繁的。有些施工單位為了搶工期,在樓板混凝土搗制完成后第二天就上人上材料進行下一道工序施工,往往導致這位置的樓板多處產生裂縫。
(六)施工期間不要過早拆除樓板的模板支架,且要注意拆模的先后次序。必要時可在拆除模板后在適當位置上安裝回頭頂。施工機具和材料不要集中堆放在一塊樓板上,避免造成較大的荷載使還未達到強度的混凝土樓板產生裂縫。
(七)了解預拌混凝土的收縮曲線,加強混凝土養護,保持混凝土樓板表面濕潤。在常溫下養護不少于兩周,特別是在混凝土終凝初期,要嚴格按要求進行澆水養護。養護期后,在施工期間特別干燥的時候也應進行澆水養護。
四、裂縫的處理
修補前需要對樓板裂縫進行檢測與研究以確定裂縫部位、開裂程度和裂縫產生的原因等。根據裂縫的性質和具體情況我們要區別對待、及時處理,以保證建筑物的混凝土裂縫的修補措施主要有以下一些方法:表面修補法,灌漿、嵌逢封堵法,結構加固法,混凝土置換法,電化學防護法以及仿生自愈合法等。
五、結束語
樓板裂縫是混凝土結構中普遍存在的一種現象,它的出現不僅會降低建筑物的抗滲能力,影響建筑物的使用功能,而且會引起鋼筋的銹蝕,混凝土的碳化,降低材料的耐久性,影響建筑物的承載能力,因此要對混凝土樓板裂縫進行認真研究、區別對待,采用合理的方法進行處理,并在施工中采取各種有效的預防措施來預防裂縫的出現和發展,保證建筑物和構件安全、穩定地工作。
參考文獻:
[1]鋼筋混凝土結構設計規范.中國建筑工業出版社,1999.2.
[2]鞠麗艷.混凝土裂縫抑制措施的研究進展.混凝土,2002.5.
[3]郭仕萬,肖欣,趙和平.混凝土施工中的裂縫控制.山西水利科技,2000.11.
大體積混凝上常見的質量問題就是混凝上結構產生裂縫。開裂主要與水化熱、溫差、混凝土收縮等因素有關,是由于混凝土的變形受到約束而產生的。如果沒有約束,則混凝土可以自由伸縮,就不會出現裂縫。與約束有關的因素如下[1]:
(1)水化熱與約束:大體積混凝土在澆筑振搗以后,水泥開始產生大量的水化熱,由于混凝上表面散熱的影響,混凝土中心溫度向表面遞減,由溫度的不同導致混凝土內外變形不統一,中心混凝土與邊緣混凝土變形不一致,因而產生溫度應力。由所受約束的不相同而導致產生溫度應力大小也不相同。當混凝土抗拉應力不能抵抗溫度應力的作用時,結構就會產生裂縫。
(2)地基和老混凝土與約束:當混凝土澆筑在比較堅硬的基巖或老混凝土上時,混凝土澆注初期的水化熱升溫,產生膨脹,受到巖石或老混凝土的約束,將產生較小的壓應力。而當混凝土溫度繼續下降時,由于基巖或老混凝土對溫降引起的收縮變形約束的結果,混凝土塊內將出現較大的拉應力,但混凝土塊由最高溫度降至施工期準穩定溫度場,需要經歷很長的時間。在這種約束當中,比較危險的情況是:當基礎塊混凝土,在早齡期遇到氣溫驟降,在混凝土塊表層,首先出現表面裂縫,而在后期混凝土塊繼續降溫過程中產生的拉應力,使表面裂縫不斷向縱深發展,因而形成破壞性的深層裂縫和貫穿性裂縫。
(3)溫差與約束:在施工期間,外界氣溫的突然下降會引起混凝土開裂。因為,外界氣溫下降越多,則內外溫差越大,溫差越大,溫度應力就越大。更本質地說,由于溫差大,外部混凝土與中心混凝土的變形差變得更大,變形差越大,結構所承受的變形應力越大,當應力差出現負值時,則會出現裂縫。
(4)混凝土收縮與約束:混凝土的收縮,也是產生裂縫的重要原因。由于對混凝土各項性能的特殊要求,實際所需拌合水比水泥水化所需的水要多得多。拌合水中只有約20%的水是水泥水化所必須的,其余的都要被蒸發掉。水分蒸發之后,引起混凝土收縮,當收縮受到約束時,則產生收縮應力,當收縮應力大于當時混凝上的抗拉應力時,則裂縫隨之產生。
2.大體積混凝土施工中的裂縫控制對策
大體積混凝土的溫度裂縫問題給許多工程帶來了一系列的挑戰,因此,需要在總結前人經驗的基礎上繼續深入研究。如何防止大體積混凝土的溫度裂縫,需要找到其產生的原因和影響因素,找到恰當的對策,采取恰當的措施,做到盡量避免和減少。
2.1合理分縫分塊
在大體積混凝土施工過程中,為了有效降低大體積混凝土的內外溫差,常采用分塊澆筑。分塊澆筑又可分為分層澆筑法和分段跳倉澆筑法兩種。分層澆筑法目前有全面分層法、分段分層法、斜面分層法3種澆注方案。在時間允許的條件下,可將大體積混凝土結構采用分層多次澆注,施工層之間按施工縫處理,即薄層澆筑技術,它可以使混凝土內部的水化熱得以充分地散發,應該注意的是分層澆筑的間歇時間。
2.2降低澆筑溫度
要降低混凝土的最高溫度和溫差,比較直接的措施是降低澆筑溫度,但其實施必須擁有一定的條件才能實現,在特大型工程中可能才用得到。降低澆筑溫度的具體措施包括[4]:(1)降低原材料溫度,如做好水泥散熱、骨料澆水冷卻和預冷等;(2)采用冷卻拌和水與加冰拌和;(3)澆筑前預冷混凝土;(4)減少運輸途中的熱量倒灌,包括減小運輸距離,采用特制的保溫罐車,用保溫材料包裹混凝土泵送管道等。在大體積混凝土的施工中比較實用的措施是做好水泥散熱工作、對骨料澆水冷卻、采用冷卻拌和水和減小運輸距離等。
2.3合理安排施工進度
施工進度對人體積混凝土的溫度的變化影響非常明顯。特別應該注意的是分次、分層澆筑的間歇時間。在分次當中,若間歇時間過長,則會延長施工工期,另一方面也會使老混凝土對新澆混凝土產生較大的約束,從而在上下層混凝土結合面產生難以發現的垂直裂縫。若間歇時間過短,則正處于下層混凝土升溫階段,表面溫度較高,這時覆蓋上層混凝土,就會明顯地不利于下層混凝土的散熱,同時也容易導致上層混凝土升溫,就有可能超過混凝土要求的最高溫升,從而加大混凝土產生裂縫的可能性[5]。因此,選擇上層混凝上覆蓋的適宜時間應是在下層混凝土溫度己降到一定值時,即上層混凝土溫升倒加到下層后,下層混凝土溫度回升值不大于原混凝土最高溫升。
2.5養護措施
目前,大體積混凝土常用的養護方法是保溫隔熱法。其中在嚴寒地區可采用托克托古爾法。采用的表面保溫材料包括:保溫被、不吸水的泡沫塑料板、聚苯乙烯泡沫塑料板、草袋、砂層保溫及噴涂保溫層等。在盡量減少混凝上內部溫升的前提下,大體積混凝土的養護是一項關鍵的工作,必須切實做好。養護的主要目的是保持適宜的溫度和濕度條件,混凝土的保溫措施常常也起到保濕的效果,因此兼收兩方面的效果。
綜上所述,在大體積混凝土的施工中,采取綜合措施進行溫度控制與裂縫控制,能提高施工效率、提高混凝土的施工質量,減小勞動力的消耗、降低勞動強度、節省工效、加快施工進度、降低工程造價、具有較高的實用性和經濟效益。
參考文獻:
[1]蔡正詠,混凝上性能,北京:中國建筑工業出版社,1981.
[2]陳譚生,通過控制大體積混凝土的內外約束限制其開裂,現代道橋技術新進展,2003年.
[3]公路橋涵設計規范,北京:人民交通出版社,1995年
[4]霍凱成,大體積混凝土溫控與防裂技術研究,武漢理工大學,碩士論文,2004年
[5]阮靜葉等,大跨徑箱梁混凝土的水化熱溫度研究,中國上木工程學會及結構工程學會第十四屆年會論文集,2006年
論文摘要:混凝土橋梁裂縫是目前擺在養護管理者面前的一種新的難題,本文結合特克斯公路段管養的S316線86+00-K134+000路段的橋梁狀況,分析混凝土裂縫產生的原因與影響因素,通過去年在實際工作中引進了一種新材料、新工藝“壁可”注入法應用對混凝土裂縫進行處治修復,其產生的整體效果較好。就此淺談一些自己的認識。
前言:隨著經濟發展,公路建設取得突飛猛進的發展,在橋梁建造和使用過程中,因裂縫而影響工程質量甚至導致橋梁垮塌的報道屢見不鮮。混凝土開裂可以說是“常發病”和“多發病”,經常困擾著橋梁工程技術人員。如果采取一定的技術措施,加強施工質量管理的力度,混凝土開裂是可以克服和控制的。通過近幾年橋涵養護管理工作的實際經驗,對混凝土裂縫本文初步分析了混凝土橋梁裂縫產生的原因,淺談一些自己的看法。
1荷載引起的裂縫原因
1.1設計計算階段,結構計算時不計算或部分漏算;計算模型不合理;結構受力假設與實際受力不符;荷載少算或漏算;內力與配筋計算錯誤;結構安全系數不夠。結構設計時不考慮施工的可能性;設計斷面不足;鋼筋設置偏少或布置錯誤;結構剛度不足;構造處理不當;設計圖紙交代不清等。
1.2施工階段,不加限制地堆放施工機具、材料;不了解預制結構受力特點,隨意翻身、起吊、運輸、安裝;不按設計圖紙施工,擅自更改結構施工順序,改變結構受力模式;不對結構做機器振動下的疲勞強度驗算等。
1.3使用階段,超出設計載荷的重型車輛過橋;受車輛、船舶的接觸、撞擊;發生大風、大雪、地震、爆炸等。在超載車輛日益增加的今天,對設計荷載較低的橋梁就會造成板底裂縫。比如,S316線K103+620哈拉布拉中橋,由于超載車輛外荷載作用,造成橋板產生了裂縫。
2溫度變化引起的裂縫
引起溫度變化主要因素有:
2.1日照:橋面板、主梁或橋墩側面受太陽曝曬后,溫度明顯高于其它部位,溫度梯度呈非線形分布。由于受到自身約束作用,導致局部拉應力較大,出現裂縫。日照和下述驟然降溫是導致結構溫度裂縫的最常見原因。
2.2水化熱:出現在施工過程中,大體積混凝土(厚度超過2.0米)澆筑之后由于水泥水化放熱,致使內部溫度很高,內外溫差太大,致使表面出現裂縫。施工中應根據實際情況,盡量選擇水化熱低的水泥品種,限制水泥單位用量,必要時可采用循環冷卻系統進行內部散熱,或采用薄層連續澆筑以加快散熱。
3收縮引起的裂縫
3.1塑性收縮:在施工過程中、混凝土澆筑后4-5小時左右,此時水泥水化反應激烈,分子鏈逐漸形成,出現泌水和水分急劇蒸發,混凝土失水收縮,同時骨料因自重下沉,因此時混凝土尚未硬化,稱為塑性收縮。塑性收縮所產生量級很大,可達1%左右。
3.2縮水收縮(干縮)。混凝土結硬以后,隨著表層水分逐步蒸發,濕度逐步降低,混凝土體積減小,稱為縮水收縮(干縮)。因混凝土表層水分損失快,內部損失慢,因此產生表面收縮大、內部收縮小的不均勻收縮,表面收縮變形受到內部混凝土的約束,致使表面混凝土承受拉力,當表面混凝土承受拉力超過其抗拉強度時,便產生收縮裂縫。
3.3自生收縮。自生收縮是混凝土在硬化過程中,水泥與水發生水化反應,這種收縮與外界濕度無關,且可以是正的(即收縮,如普通硅酸鹽水泥混凝土),也可以是負的(即膨脹,如礦渣水泥混凝土與粉煤灰水泥混凝土)。
混凝土收縮裂縫的特點是大部分屬表面裂縫,裂縫寬度較細,且縱橫交錯,成龜裂狀,形狀沒有任何規律。
4地基礎變形引起的裂縫
地質勘察精度不夠、試驗資料不準;地基地質差異太大;結構荷載差異太大;結構基礎類型差別大;水毀對橋梁基礎的沖刷;地基凍脹;橋梁建成以后,原有地基條件變化。
5施工材料質量引起的裂縫
混凝土主要由水泥、砂、集料、拌和水及外加劑組成。配置混凝土所采用材料質量不合格,是導致結構出現裂縫的原因。
5.1水泥
(1)水泥出廠時強度不足,水泥受潮或過期,可能使混凝土強度不足,從而導致混凝土開裂。
(2)當水泥含堿量較高(例如超過0.6%),同時又使用含有堿活性的骨料,可能導致堿骨料反應。
5.2砂、石、集料
砂石的粒徑、級配、雜質含量。
砂石粒徑太小、級配不良、空隙率大,將導致水泥和拌和水用量加大,影響混凝土的強度,使混凝土收縮加大,如果使用超出規定的特細砂,后果更嚴重。
5.3拌和水及外加劑。拌和水或外加劑中氯化物等雜質含量較高時對鋼筋銹蝕有較大影響。采用含堿的外加劑,可能對堿骨料反應有影響。
6施工工藝質量引起的裂縫
在混凝土結構澆筑、構件制作、起模、運輸、堆放、拼裝及吊裝過程中,若施工工藝不合理、施工質量低劣,容易產生縱向的、橫向的、斜向的、豎向的、水平的、表面的、深進的和貫穿的各種裂縫,特別是細長薄壁結構更容易出現。裂縫出現的部位和走向、裂縫寬度因產生的原因而異,比較典型常見的有:
6.1混凝土振搗不密實、不均勻,出現蜂窩、麻面、空洞,導致鋼筋銹蝕或其它荷載裂縫的起源點。
6.2混凝土澆筑過快,混凝土流動性較低,在硬化前因混凝土沉實不足,硬化后沉實過大,容易在澆筑數小時后發生裂縫,既塑性收縮裂縫。
6.3混凝土攪拌、運輸時間過長,使水分蒸發過多,引起混凝土塌落度過低,使得在混凝土體積上出現不規則的收縮裂縫。
6.4混凝土初期養護時急劇干燥,使得混凝土與大氣接觸的表面上出現不規則的收縮裂縫。
6.5混凝土分層或分段澆筑時,接頭部位處理不好,易在新舊混凝土和施工縫之間出現裂縫。采用分段現澆時,先將混凝土接觸面鑿毛、清洗不好,新舊混凝土之間粘結力小,或后澆混凝土養護不到位,導致混凝土收縮而引起裂縫。
6.6施工時拆模過早,混凝土強度不足,使得構件在自重或施工荷載作用下產生裂縫。
6.7施工質量控制差。任意套用混凝土配合比,水、砂石、水泥材料計量不準,結果造成混凝土強度不足和其他性能(和易性、密實度)下降,導致結構開裂。S316線K103+620、K109+360、K110+100等處橋梁、墩臺、臺帽等處出現裂縫較多。7混凝土橋梁裂縫處治方法—“壁可注入法”
第一步表面處理
用綱絲刷沿裂縫表面清理寬約5cm范圍;用刷子丙酮或清水清除裂縫表面的浮塵并晾干。
第二步粘結注入座和密封裂縫
(1)配置封口膠按配合比(101#號的主擠、硬化擠的重量比為7:3)配料拌和均勻。
(2)布設注入座用抹灰刀將少許封口膠抹在注入座底面的四周,將注入孔對正裂縫中心輕微擠壓,并用封口膠將注入座包覆,沿裂縫的走向每隔30-40cm布設一個注入座,裂縫分岔處也應布設注入座。
(3)封閉裂縫用工具抹灰刀將封口膠沿裂縫的走向5cm寬的范圍封閉,封口膠厚度為2mm左右,盡量一次性完成。
第三步封口膠的固化
封閉完成后,讓封口膠自然固化,固化時間:在正常溫度下(6小間-12小間)
第四步注入灌注膠
(1)可配置封口膠按配合比(主劑、硬化劑的重量比為2:1)配料拌和均勻。
(2)注膠將注入器的連接端牢固地安裝在注入座上,將灌注膠裝入注入泵黃油槍內,將黃油槍倒置,打開伐門推動活塞排除系統中的空氣。將它連接
到注入器的注入端,推動黃油槍的活塞,開始注入。
第五步灌注膠的固化
讓灌注膠自行固化,固化時間:大約24小時,與溫度有關。
第六步“壁可注入法”的特點
(1)灌注膠具有超低粘度性、滲透力強、粘結力強、具有較高強度。
(2)可恢復混凝土構件的強度,恢復受損構件的承載力。
(3)利用注入器“橡膠管”膨脹后產生恒壓力,將膠液自動注入到裂縫深處,持續的低壓能避免產生氣阻,保證修補質量。
(4)施工工藝簡便,易操作使用,節省人工,安全環保。
第七步“壁可注入法”使用效果
2007年6月特克斯公路段通過使用“壁可注入法”對管轄路段的S316線路段,25座橋梁構件,墩臺、梁板底、的縱橫超限值的裂縫,經過現場使用效果良好。截止目前為止未出現開裂,擴張現象。
結論:公路建設是一項基本建設,只要我們在設計、施工工藝、材料選擇以及后期的養護過程中能夠充分考慮各種因素的影響,還是完全可以避免的,危害結構的裂縫的產生。
參考文獻
[1]《公路橋涵施工技術規范》(JTJ041-2000).
[2]《公路橋涵設計規范》(JTJ025-86).
【關鍵詞】大型橋梁建設也日益增多大體積混凝土在橋梁結構中被普遍采用
【正文】
當前,大型橋梁建設也日益增多,大體積混凝土在橋梁結構中被普遍采用。大體積混凝土如果施工處理不當,極易產生裂縫,控制裂縫對橋梁結構的耐久性具有非常重要的意義。
關鍵詞:橋梁施工混凝土裂縫原因措施
引言
隨著我國橋梁技術的突飛猛進,大體積混凝土在橋梁結構中的應用也越來越廣泛。混凝土是應用最廣泛最重要的工程材料之一,具有取材廣泛、價格低廉、抗壓強度高、耐火性好、不易風化、養護費用低等優點,可以預計隨著我國基礎設施建設規模的迅猛發展,其應用領域還會進一步拓寬。在應用混凝土材料進行建筑結構、公路、橋梁及隧道等工程建設中,人們也發現,混凝土開裂是最常見的一種病害,并且已成為影響工程結構使用壽命的重要影響因素之一。在混凝土橋梁結構上產生的各種各樣的裂縫,形成的原因也是千差萬別,因此其危害性也會有顯著的差異。
一、橋梁施工中混凝土裂縫概述
一般來講,橋梁施工中混凝土裂縫可分為溫度引起的裂縫、收縮引起的裂縫、鋼筋銹蝕引起的裂縫、沉降引起的裂縫、凍脹引起的裂縫、施工材料質量引起的裂縫及施工裂縫等。①溫度變化引起的裂縫混凝土具有熱脹冷縮性質,當外部環境或結構內部溫度發生變化時.混凝土將發生變形,一旦變形受阻,則會在結構內產生拉應力.當拉應力超過混凝土抗拉強度時,即產生溫度裂縫。在某些大跨徑橋梁中。溫度應力可以達到甚至超出活載應力。②收縮引起的裂縫收縮裂縫是混凝土因收縮而發生的體積變化,它主要包括塑性收縮裂縫和干縮裂縫。塑性收縮裂縫主要發生在初凝開始,進行養護之前.此時水泥水化反應劇烈,會出現泌水和水分急劇蒸發,混凝土失水收縮。收縮時,表層受到深層混凝土以及模板、鋼筋的制約,使由軟變硬中的塑態混凝土產生拉應力,從而形成微裂縫。而干縮裂縫則多發生在混凝土硬化前后.此時混凝土表層水分散發快,內部散發慢,因此產生表面收縮大、內部收縮小的不均勻收縮。表面收縮變形受到內部混凝土的約束.致使表面混凝土承受拉力,當表面混凝土受到的拉應力超過其抗拉強度時,就會產生收縮裂縫。③沉降引起的裂縫由于基礎產生豎向不均勻沉降或水平方向位移,使結構中產生附加應力。當其超過混凝土結構的抗拉強度時,結構開裂。④鋼筋銹蝕引起的裂由于混凝土質量較差或保護層厚度不足,混凝土保護層受二氧化碳侵蝕碳化至鋼筋表而,使鋼筋周圍混凝土堿度降低,或由于氯化物介人.鋼筋中鐵離子含量較高,均可引起鋼筋表面氧化膜破壞。鋼筋中鐵離子與侵入到混凝土中的氧氣和水分發生銹蝕反應,其銹蝕物氫氧化鐵體積比原來增長約24倍,從而對周圍混凝土產生膨脹應力,導致保護層混凝土開裂、剝離,沿鋼筋縱向產生裂縫,并有銹跡滲到混凝土表面。由于銹蝕,使得鋼筋有效斷面面積減小,鋼筋與混凝土握裹力削弱。結構承載力下降,并將誘發其他形式的裂縫,加劇鋼筋銹蝕,導致結構破壞。⑤凍脹引起的裂縫混凝土構件是非勻質密實構件,其內部存在各種空隙,當處于吸水飽和狀態的混凝土溫度低于0℃時,內部水分凍結,體積膨脹9%,使混凝土因膨脹而產生拉應力導致裂縫出現。冬季施工時,對預應力孔道灌漿后若不采取保溫措施,也可能發生沿管道方向的凍脹裂縫。溫度低于0℃和混凝土吸水飽和,是發生凍脹破壞的必要條件。另外,當混凝土中骨料空隙多、吸水性強,骨料中含泥土等雜質過多;混凝土水灰比偏大、振搗不密實;養護不足使混凝土早期受凍等,均可能導致混凝土凍脹裂縫。
二、裂縫控制措施分析
2.1加強溫度控制,改善混凝土裂縫充分改良骨料的配置,適當增加添加劑,盡可能采用干硬性混凝土進行橋梁施工,這樣可有效降低混凝土中的水泥成分。在混凝土的拌和過程中,在適當的時候將水灑在碎石上,達到冷卻碎石的目的,從而降低了混凝土澆注時的溫度。尤其在夏天的施工中,必須減少混凝土的澆注厚度,利用澆注層的面積,充分散熱。適當條件下,可在混凝土內部敷設降溫水管,達到全面降溫混凝土的目的。對于施工工序的安排,必須時間合理。對于混凝土暴露面積,要適宜。對混凝土來說,其性能的好壞常常異常重要,選擇高性能的混凝土,增加抗裂效果,避免表面干縮程度大的混凝土應用于橋梁施工中。塑性沉降裂縫在施工中常常見到,所以在施工中必須加強基礎處理,合理對支架進行布置。就支架來說,必須用面積法測定表面受力,采取預壓措施,來減低非彈性形變的產生。在混凝土中添加減水劑,這樣的話能避免泌水,增加了混凝土保護層厚度,在橋梁施工中,有必要采取二次抹面。對于塑性收縮裂縫而言,其主要的防治方法是加強混凝土的早期養護,然后降低混凝土中水分增發的速度。此方法具體是用麻袋以及海綿等物質覆蓋混凝土結構的表面,對混凝土進行澆水濕治。溫度裂縫的防治措施,主要是加強注意施工中混凝土澆注時間以及速度,在澆注過程中控制溫度。在夏季而言,混凝土骨料必須進行灑水,而在冬季施工中,混凝土表面采取保溫措施。
2.2施工控制嚴格控制混凝土施工配合比,根據混凝土強度等級和質量檢驗以及混凝土和易性的要求確定配合比,嚴格控制水灰比和水泥用量,要求監理嚴格監督控制。把好質量關,選擇級配良好的石子,控制砂的粒徑及含量,適當減少空隙率以減少混凝土收縮量,從而加強混凝土抗裂強度。養護實踐證明,混凝土養護工作,是整個施工過程中非常重要環節,忽視對混凝土的養護,既會降低混凝土的強度,又易使其在硬化過程中失水得不到及時補償而產生裂縫。更重要的是在高溫下施工,應經常澆水養護,一來可減少溫度產生的裂縫,二來可降低由于混凝土的收縮而產生的約束應力,有效控制裂縫。
2.3裂縫修補
2.3.1表面修補裂縫的修補方法通常是表面修補,其優勢十分明顯,常常處理表面裂縫以及深度裂縫,而且對于混凝土的結構承載力影響很小。表面修補法,作為裂縫修補的常用技術,一般來講,其做法就是表面涂漿,即在混凝土裂縫的表面涂抹水泥漿,有些橋梁工程中采用環氧膠泥進行表面涂抹,并為了滿足防腐需要,在裂縫涂漿后,采取刷漆措施。有些時候,表面修補完成后,往往由于應力的存在,使得混凝土裂縫繼續開裂,此時可在裂縫的表面粘附玻璃纖維布,確保裂縫修補完整。
2.3.2灌漿法當裂縫對于橋梁結構有嚴重影響的時候,或者橋梁對防滲有著一定的要求時,表面修補已不能滿足相關要求,必須采用灌漿法進行處理。所謂灌漿法,通常而言,是采用真空壓力設備將漿質料壓入裂縫中,漿質料隨著時間的推移,會達到硬化,硬化后的漿質料與混凝土形成具有穩定結構的整體,避免的裂縫的存在,并具備一定的密封性能。漿質材料通常有很多種,在工程中一般采用水泥漿或者環氧聚合物,對于裂縫比較嚴重的,可采用甲基丙烯酸酯以及聚氨酯作為漿質料。
2.3.3嵌縫法嵌縫法是裂縫修補方法中非常有效的方法。所謂嵌縫法,即在混凝土的裂縫處開槽,在開好的槽內填充止水材料,這樣既可對裂縫進行封堵,有利于裂縫外觀的平整。
2.3.4結構加固法在很多橋梁工程中,有些裂縫的產生,會嚴重改變混凝土結構性能,對橋梁壽命以及使用性能產生嚴重影響。此時對于橋梁混凝土裂縫,必須采取結構加固法來進行混凝土加固。結構加固法一般包括增加混凝土結構的截面面積、預應力加固、支點加固以及混凝土補強加固。:
三、結語
在橋梁施工中,混凝土裂縫是常見的問題,然而,裂縫的產生對橋梁壽命的影響是巨大的。必須在施工中,全面分析裂縫產生機理,控制施工溫度,對于產生的裂縫必須采取積極有效的措施,這樣才能確保橋梁質量。
參考文獻:
[1]韓素芳,耿維恕.鋼筋混凝土結構裂縫控制指南(第二版).[M].北京:化學工業出版社,2006.
1.1干縮性裂縫病害干縮性裂縫病害常見于水利工程混凝土結構養護后期,或在混凝土澆筑完畢后的一段時間內。通常情況下,是由水泥漿中的大量水分蒸發而引起的。由于混凝土結構內、外水分出現了不同程度的蒸發,因此導致其結構發生變化。同時,由于水工混凝土結構長期受到自然環境的影響,因此表面水分快速流失。在該種條件下,其表面變形量非常大,而內部變形量卻非常小,這種不同步變形使得混凝土結構內部受到約束,進而產生拉應力,形成干縮性裂縫。
1.2塑性收縮裂縫病害所謂“塑性收縮裂縫病害”,主要是指混凝土結構在凝結前,因其表面出現了嚴重的快速失水而產生的裂縫。通常情況下,該種裂縫容易在較為干熱或大風天氣條件下形成,裂縫中間寬、兩端細、長短不一,且互不連貫。該種裂縫短則在20~30cm之間,長可達2~3m,寬度一般為l~5mm。之所以會產生該種類型的裂縫,主要原因是混凝土終凝之前的強度不達標,或者在混凝土終凝前強度相對較小時,高溫、大風天氣使其表面出現了快速失水現象,導致混凝土的強度下降,出現裂縫。
1.3沉陷性裂縫病害沉陷裂縫病害產生的主要原因是結構地基土質出現了不均勻或松軟現象以及回填土不實等。這些都可能會使地基出現不均勻沉降現象。如果模板支撐間距相對較大,支撐底部出現了松動現象,也可能會造成沉陷性裂縫病害。尤其在寒冷的冬季,模板通常支撐在凍土之上,凍土融化后可能就會出現不均勻沉降現象,進而導致混凝土裂縫病害的產生。該種裂縫通常是深進、貫穿性的,一般情況下,走向與沉陷狀況之間存在較為密切的關系——沿地面垂直方向發展,尤其是較大的沉陷裂縫,往往會出現錯位現象。地基土質存在嚴重的不均勻問題,或土體浸水、回填過程中土層壓實度不夠,都有可能會造成支撐混凝土的地基出現嚴重沉陷。模板自身強度難以支撐混凝土結構的重量,也可能會導致土體出現嚴重下沉。
1.4化學反應性裂縫病害除以上物理學病害外,還存在著一些化學反應性裂縫病害,比如堿骨料反應性病害、鋼筋銹蝕性裂縫病害等。這些都是鋼筋混凝土結構中較為普遍的裂縫病害問題。混凝土拌和后會產生堿性離子,其與部分活性骨料發生化學反應后,會吸收其中的大量水分而增大體積,導致混凝土酥松、膨脹,最終形成裂縫。化學反應性裂縫病害通常發生在混凝土結構應用期間。一旦出現該種病害,則很難進行有效的補救。
2裂縫病害防治的有效策略
2.1加強對施工材料質量的控制混凝土原材料的質量波動情況對裂縫病害有非常大的影響。比如,石子顆粒含量的不斷變化會對混凝土級配產生很大的影響,甚至會影響混凝土的黏度;同時,骨料含水量會影響到水灰比產。因此,為保證混凝土的質量,必須嚴格控制混凝土構成原材料的質量,比如砂石、水泥等,使其達到設計要求。對于標號相同的水泥,當其活性出現變化時,應及時采取有針對性的措施調整構成比例,使混凝土質量達到標準要求。
2.2混凝土配制方法要科學在混凝土配制過程中,應當嚴格按照科學標準和要求,對各種構成材料的實際用量進行調整。因為通常情況下,試驗室給出的配合比往往與實際配合比存在一定的差異:試驗室中的各級骨料都不含有超徑顆粒;而施工中各級骨料中會含有一定量超標的顆粒,含水量嚴重超出飽和面干狀態。基于此,在混凝土配制過程中,應當按照實際測量情況,對實際中所需骨料超含量、砂石表面含水率進行嚴格控制。只有保證其配制方法的科學性,才能確保施工質量。
2.3改善水工混凝土施工工藝采用分層分段法進行澆筑,對混凝土施工中的水化熱散失非常有利,而且還可以有效減小內外溫差,減少裂縫病害發生的概率。優化配筋,以免應力過于集中,并強化其抵抗溫度應力的能力,尤其是孔洞四周、變斷面和轉角位置的配筋,可能會產生集中應力。針對這一問題,建議在孔洞周圍增配適量的斜向鋼筋或鋼筋網片,并對變截面進行局部處理,確保截面能夠有效地過渡。在此過程中,還可以適當地增配一些抗裂鋼筋,以防產生裂縫。從實踐中我們可以看到,對于那些平面尺寸相對較大的大體積混凝土結構,可通過設置后澆帶的方式減小外約束力和溫度應力影響。
2.4做好施工質量控制和養護工作在水利工程項目建設過程中,混凝土各構件或整體結構出現裂縫是最為常見的一種施工質量問題,對此,要加強對施工材料、半成品和成品的質量控制。對水工建筑、整個結構構造進行嚴格檢查,加強對水工建筑工程項目施工中各工藝環節的控制,比如水泥、混凝土的用量、水灰之比和含砂率等。對砂石含泥量進行嚴格控制,以免施工時利用過量粉砂。混凝土澆筑完成后,應當盡早灑水、保養。混凝土施工質量在很大程度上取決于設計、監理和施工人員之間的相互協作。一般而言,出了要防止外觀麻面、蜂窩甚至裂縫等病害的出現外,還要確保混凝土自身的強度能夠達標。在水工建筑施工過程中,如果混凝土自身的強度不達標,監理人員必須要將已建的不合格部分拆毀,重新施工,以免造成更為嚴重的影響。可見,每位質量負責人都要注意預防混凝土施工質量缺陷問題,及早發現施工過程中可能出現的問題和不足,以免延誤補救時機。
3結束語
混凝土的后期養護不合理也是造成混凝土裂縫的重要原因[2]。通常在混凝土澆筑完成后,它自身所含有的水分就可以落實水泥水化的需求。但是,由于后期的養護工作不夠到位,混凝土表面水分散失過快,致使混凝土發生變形的問題,從而導致裂縫的產生。與此同時,混凝土在露天的室外施工過程中,遭受到強烈的風吹日曬,使得混凝土表面的水分蒸發過快,再加上混凝土在早期的抗拉能力不強,無法有效抵抗因收縮而引起拉應力,進而導致混凝土出現裂縫。所以,在水利工程建設施工的過程中,要積極加強對混凝土澆筑后的養護,這能夠有效控制混凝土的裂縫問題。
2.水利施工中的混凝土裂縫控制措施
2.1根據當地的氣溫情況,調節混凝土的施工條件
在水利工程建設當中,混凝土的施工要積極根據當地的氣溫變化,調節混凝土的施工條件。與此同時,也要積極依據混凝土自身所存在的特性,充分考慮施工過程中的實際情況,制定合適的施工方案,控制混凝土的裂縫問題,提高混凝土的質量。在甘肅地區,由于地處我國西北,夏季氣溫炎熱干燥,晝夜溫差較大;而冬季由于受西北風的影響,氣溫特別低,這給當地的混凝土施工制作帶來非常嚴重環境氣候困擾。例如,在混凝土澆筑時,常常會發生混凝土模版變形等問題,水利施工建設單位要積極安排專門的混凝土施工看護人員對模版進行看護,及時了解和發現混凝土模板的情況,當混凝土出現變形和位移現象時,要立即停止緩凝土的澆筑,并對模板進行修理和恢復。在夏天高溫的季節,混凝土施工的澆筑入模溫度應控制在25℃以下;而在冬季,由于甘肅地區氣溫特別低,在混凝土施工的過程中,要充分注意混凝土施工過程中的保溫。在混凝土澆筑時,入模的溫度不能低于10℃。因此,在當地的混凝土施工制作過程中,要積極根據施工現場的環境氣溫,合理調節混凝土的施工條件,這樣才能夠有效控制混凝土的裂縫現象,保證水利施工當中的混凝土質量。
2.2混凝土材料的選擇和配比
混凝土的質量與混凝土施工材料的選擇有著非常重要的關系,其材料使用的正確與否,直接關系到整個水利工程的施工建設安全。所以,在水利工程混凝土的施工制作中,要加強對混凝土摻雜料以及水泥的管理,保證混凝土制作材料的質量。由于在混凝土制作過程中,水泥的水化反映,會釋放出大量的熱量,造成混凝土內外溫差的增大,從而使得混凝土產生裂縫。所以,在混凝土制作中,要合理地選擇水化熱量較低的水泥。除此之外,還可以在混凝土的制作中,盡可能地減少單位水泥的使用量,水泥的強度等級要與混凝土強度的等級保持相同,不要選用強度過高或者硬性的水泥。在混凝土骨料的選擇中,也要嚴格按照國家相關的骨料使用的相關標準,選擇合適的骨料。與此同時,也要保證混凝土原材料的配比符合國家的混凝土制作的標準。另外,增強混凝土的抗壓性能夠有效減少混凝土裂縫的產生。因此,混凝土施工制作人員可以通過加強對混凝土的振搗,增加混凝土的密實度,從而控制混凝土裂縫的產生,提高混凝土的質量。
2.3積極開展混凝土養護工作
混凝土的后期養護工作,對控制混凝土裂縫的產生有著非常重大的意義[3]。所以,施工單位要在混凝土的養護工作中,使混凝土的內外溫度保持平衡,以免因混凝土內外溫差過大而導致裂縫產生。與此同時,也要對混凝土進行澆水,保持緩凝土表面的濕度,以免因混凝土表面水分蒸發過快導致的干縮變形。此外,由于混凝土水泥水化熱會產生大量的熱量。因此,在養護的過程中,也要讓混凝土內部熱量得到充分的散發,保證混凝土的耐久度。通過保濕和保溫的有效養護措施,能夠有效保證混凝土內外溫度的穩定,從而使得水利施工中的混凝土裂縫能夠得到有效控制。
3.結語
關鍵詞:大面積混凝土結構裂縫控制技術
1工程概況
廣東奧林匹克體育場是九運會的主會場,設固定觀眾座位8萬席,總建筑面積達14.56萬m2,規模巨大,造型新穎,質量標準高,施工難度大,工期短,由廣東建工集團總承包施工,本工程(包括場外環境及附屬結構)高性能混凝土用量達13萬m3。本工程面積巨大的環狀結構看臺樓層采用現澆混凝土結構,由于其特殊功能要求,花瓣形看臺面積達4.25萬m。,屬超大面積鋼筋混凝土結構。看臺下各樓層面積分別為:首層3.79萬m。,2層2.84萬m2,3層1.52萬m。,4層1.4萬nfl。,5層1.24萬m2。看臺樓層沿徑向設計有6道永久性伸縮縫,其間距超長,約為90m。地下室底板面積近2.5萬m。,澆筑混凝土量達1.87萬m3,雖然其厚度僅為600mm,但分布其中的眾多大承臺和底板合在一起澆筑施工,合并后的最大厚度達1.7m,亦屬大體積混凝土施工。底板設計有7條后澆帶,分為8大塊,最大一塊面積達4100m。,底板寬約36m,長約120m,底板后澆帶間距超長。超長、超大面積及大體積混凝土是本工程結構的重要特色之一,其裂縫控制也就成為工程施工的重點與難點。
2采用高性能混凝土施工技術
本工程混凝土最大輸送距離達300m,最大輸送高度為60m,為滿足泵送混凝土和體育場復雜特殊造型的施工要求,我們大量采用了高性能混凝土施工技術。在體育場北區配置了l臺意大利進口的大型現代化攪拌站,產量為90m’/h;南區配置了自動上料和自動稱量系統的混凝土攪拌站2座,產量為30~50m3/h。針對本工程的需要,配制高性能混凝土時為了優選原材料和配合比,我們應用“雙摻”技術,除提高混凝土的可泵性外,還有意識地預先通過試驗確定低收縮率的混凝土配合比,同時減少水泥用量,降低混凝土的水化熱和改善其收縮性能。
2.1優選原材料
選用優質的原材料,如底板施工中采用連續級配骨料,增大混凝土的密實度。嚴格控制混凝土出機和人泵坍落度,隨不同施工階段的設計要求與天氣變化情況跟蹤調整配合比,詳見表1。
2.2采用“雙摻技術
在本工程施工中,地下室底板使用KFDN-SP8外加劑,看臺樓層等混凝土結構根據具體情況,選用HPM一2高效緩凝減水劑、FE—C2外加劑等,這些高效外加劑具有高減水率和良好的保塑性能。摻外加劑混凝土與基準混凝土的減水效應比較如圖1所示。
根據本工程的具體情況,我們分別選用黃埔電廠、廣州發電廠等的I級或Ⅱ級粉煤灰,采用粉煤灰這種活性的水硬性材料代替部分水泥,補充泵送混凝土中的細骨料,提高混凝土的抗滲性、耐久性和流動性,并改善其可泵性和降低水化熱,從而提高混凝土的后期強度。
2.3配合比選擇
混凝土的配合比決定了混凝土的強度、抗滲性、和易性、坍落度、水泥用量、水化熱大小、初凝和終凝時間以及混凝土收縮率等性能指標。根據結構的不同特點和設計要求、氣候條件,摻人粉煤灰的影響以及施工現場的生產管理狀況,采用不同技術指標,由實驗室試配確定。
(1)地下室底板施工階段根據現場條件,對底板混凝土提出以下指標:①坍落度12—14cm;②初凝時間6—8h;③摻加高效減水劑,超量摻加I級粉煤灰,減少水泥用量,降低水化熱;④通過試驗選定收縮率較小的配合比。為了確保混凝土具有高性能,我們提前對混凝土配合比進行了大量反復多次的試驗,取得十幾組試配數據,測試了不同配合比混凝土的收縮率及收縮與齡期的關系,并采用鋼環試驗方法測試混凝土的長期收縮情況。測定混凝土收縮率后,有意識地模擬澆筑一塊混凝土試件進行試驗,測試其溫度變化和收縮率,確定了表2的配合比,其收縮率為0.12%0,且在14d后基本上不再收縮。實踐證明,本配合比是成功的,用I級粉煤灰代替部分水泥,大大減少了水泥用量和降低了水化熱,在確定了收縮率較小的配比后,據此收縮率確定底板分塊的最大長度為45m,相鄰塊之間混凝土澆筑的時間間隔為14d。
(2)看臺樓層選擇不同的水泥和多種外加劑進行配合比試驗研究,對外加劑的適應性進行對比試驗,得出針對不同階段和不同施工部位的優化配合比。北區采用深圳產FE—C2外加劑摻量為1.6%,黃埔電廠的Ⅱ級粉煤灰摻量為22%,既滿足了混凝土的強度要求,又具有良好的可泵性和經濟性。南區采用HPM一2高效緩凝減水劑和黃埔電廠的Ⅱ級粉煤灰得出的配合比,即:水泥:混合材:砂:石:水:外加劑=l:0.23:2.17:3.20:0.53:0.016,水泥、砂、石、水、粉煤灰、外加劑用量分別為332,722,1063,176,77,5.28~m3,水膠比0.44%,含砂率40.4%,坍落度145mm,質量密度2370kg//m3,初凝n,-Jl''''~q5—8h,終凝時間8—10h。
3合理增加施工縫數量以改善約束條件在超大面積現澆底板、看臺和樓層中,通過合理增加施工縫數量,降低了約束應力,減少了混凝土收縮,取得良好的效果。