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鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)破壞倒塌的工程質(zhì)量事故,絕大多數(shù)是從裂縫的擴(kuò)展開始的;其實(shí),只要仔細(xì)觀察不難發(fā)現(xiàn),普通的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)又一般都是帶裂縫受力工作的,假如借助儀器,甚至還可以發(fā)現(xiàn)裂縫是時(shí)刻發(fā)生變化的,隨著裂縫的發(fā)展變化,結(jié)構(gòu)構(gòu)件的耐久性和適用性會(huì)不同程度的降低,嚴(yán)重的甚至?xí)?dǎo)致結(jié)構(gòu)構(gòu)件的破壞;所以研究裂縫的形態(tài)、分析裂縫產(chǎn)生的原因和裂縫對(duì)結(jié)構(gòu)功能的影響并加以控制是一個(gè)十分重要的。
一、混凝土裂縫產(chǎn)生的原因
1.鋼筋混凝土現(xiàn)澆板裂縫原因的分析
通常情況下,現(xiàn)澆板裂縫一般表現(xiàn)為:不規(guī)則、不連貫表面微裂縫;表面龜裂、縱向、橫向裂縫以及斜向裂縫。究其原因,主要有施工、設(shè)計(jì)及混凝土原材料等方面的原因,以下將逐一具體分析。
1.1混凝土原材料質(zhì)量方面
1.1.1水泥凝結(jié)或膨脹不正常,如水泥安定性不穩(wěn)定,水泥中含有生石灰或氧化鎂,這些成分在和水化合后產(chǎn)生體積膨脹,產(chǎn)生裂縫。
1.1.2如果骨料中含泥量過多,則隨著混凝土的干燥,會(huì)產(chǎn)生不規(guī)則的網(wǎng)狀裂縫。1.1.3堿-骨料反應(yīng):蛋白質(zhì)、安山巖、玄武巖、輝綠巖、千枚巖等堿性骨料有可能與堿性很強(qiáng)的水泥起化學(xué)反應(yīng),生成有膨脹能力的堿-硅凝膠而引起混凝土膨脹破壞,產(chǎn)生裂縫。
1.1.4水灰比、坍落度過大,或使用過量粉砂混凝土強(qiáng)度值對(duì)水灰比變化十分敏感,基本上是水和水泥計(jì)量變動(dòng)對(duì)強(qiáng)度影響的疊加。因此,水、水泥、外滲混合材料外加劑溶液的計(jì)量偏差,將直接影響混凝土的強(qiáng)度。而采用含泥量大的粉砂配置的混凝土收縮大,抗拉強(qiáng)度低,容易因塑性收縮而產(chǎn)生裂縫,泵送混凝土為了滿足泵送條件,坍落度大,流動(dòng)性好,易產(chǎn)生局部粗骨料少、砂漿多的現(xiàn)象,此時(shí),混凝土脫水干縮時(shí),就會(huì)產(chǎn)生表面裂縫。
1.2施工質(zhì)量方面
1.2.1混凝土施工過分振搗,模板、墊層過于干燥的混凝土澆筑振搗后,粗骨料沉落擠出水分、空氣,表面呈現(xiàn)泌水而形成豎向體積縮小沉落,造成表面砂漿層,它比下層混凝土有較大的干縮性能,待水分蒸發(fā)后,易形成凝縮裂縫。而模板、墊層在澆筑混凝上之間灑水不夠,過于干燥,則模板吸水量大,引起混凝土的塑性收縮,產(chǎn)生裂縫。
1.2.2混凝土澆搗后過分抹干壓光會(huì)使混凝土的細(xì)骨料過多地浮到表面,形成含水量很大的水泥漿層,水泥漿中的氫氧化鈣與空氣中二氧化碳作用生成碳酸鈣,引起表面體積碳水化收縮,導(dǎo)致混凝土板表面龜裂。
1.2.3施工工藝不當(dāng)引起:在施工過程中由于施工工藝不當(dāng),致使支座處負(fù)筋下陷,保護(hù)層過大,固定支座變成塑性鉸支座,使板上部沿梁支座處產(chǎn)生裂縫。樓板的彈性變形及支座處的負(fù)彎矩施工中在混凝土未達(dá)到規(guī)定強(qiáng)度,過早拆模,或者在混凝土未達(dá)到終凝時(shí)間就上荷載,造成混凝土樓板的彈性變形,致使砼早期強(qiáng)度低或無強(qiáng)度時(shí),承受彎、壓、拉應(yīng)力,導(dǎo)致樓板產(chǎn)生內(nèi)傷或斷裂;大梁兩側(cè)的樓板不均勻沉降也會(huì)使支座產(chǎn)生負(fù)彎矩造成橫向裂縫。
1.2.4后澆帶施工不慎而造成的板面裂縫:為了解決鋼筋混凝土收縮變形和溫度應(yīng)力,規(guī)范要求采用施工后澆帶法,有些施工后澆帶不完全按設(shè)計(jì)要求施工,例如施工未留好施工縫;板的后澆帶不支模板,造成斜坡槎;疏松混凝土未徹底鑿除等都可能造成板面的裂縫。
1.2.5樓面墊層鋪設(shè)的暗裝水管、電線套管鋪設(shè)不當(dāng),如水管、電線套管鋪設(shè)不夠牢靠、集中鋪設(shè)、上下交疊鋪設(shè)致使水管、電線套管上皮在墊層厚度1/3以內(nèi),保護(hù)層厚度不足都可能造成板面沿管線長(zhǎng)度方向產(chǎn)生裂縫。
1.2.6混凝土的收縮(溫度裂縫):眾所周知,混凝土引起收縮的原因,在硬化初期主要是由于水泥的水化作用,形成一種新的水泥結(jié)晶體,這種結(jié)晶體化合物較原材料體積小,因而引起混凝土體積的收縮,即所謂的凝縮,后期主要是混凝土內(nèi)自由水蒸發(fā)而引起的干縮。而且,如果混凝土處在一個(gè)溫度變化較大的環(huán)境下,將會(huì)使其收縮更為加劇。如施工發(fā)生的夏季炎熱氣溫下,石子表面溫度升高,使石子體積膨脹,拌制成混凝土后,石子受冷收縮,使混凝土表面出現(xiàn)發(fā)絲裂縫;混凝土澆搗后未及時(shí)澆水養(yǎng)護(hù),混凝土在較高溫度下失水收縮,水化熱釋放量較大,而又未及時(shí)得到水分的補(bǔ)充,因而在硬化過程中,現(xiàn)澆板受到支座的約束,勢(shì)必產(chǎn)生溫度應(yīng)力而出現(xiàn)裂縫,這些裂縫也首先產(chǎn)生在較薄弱的部位,即板角處。另外,室內(nèi)外溫差變化較大,也要引起一定的裂縫。
1.2.7目前在主體結(jié)構(gòu)的施工過程中,普遍存在著質(zhì)量與工期之間的較大矛盾。一般主體結(jié)構(gòu)的樓層施工速度平均為5-7天左右一層,最快時(shí)甚至不足5天一層。因此在樓層混凝土澆筑完畢后不足24小時(shí)的養(yǎng)護(hù)時(shí)間,就忙著進(jìn)行鋼筋綁扎、材料吊運(yùn)等施工活動(dòng),這就給大開間部位的房間雪上加霜。除了大開間的混凝土總收縮值較小開間要大的不利因素外,更容易在強(qiáng)度不足的情況下受材料吊卸沖擊振動(dòng)荷載的作用而引起不規(guī)則的受力裂縫。并且這些裂縫一旦形成,就難于閉合,形成永久性裂縫。
二、9種處理方法
1.預(yù)防現(xiàn)澆樓板裂縫
1.1做好現(xiàn)澆板的養(yǎng)護(hù)工作,是保證混凝土強(qiáng)度、防治裂縫產(chǎn)生的重要環(huán)節(jié)之一。規(guī)范規(guī)定,常溫下混凝土澆筑后12小時(shí)內(nèi)必須覆蓋保溫養(yǎng)護(hù),普通水泥不少于7天。如果忽視對(duì)混凝土的澆水養(yǎng)護(hù),一方面會(huì)降低混凝土強(qiáng)度,另一方面會(huì)使混凝土在硬化過程中來不及補(bǔ)充水分,大量缺水而產(chǎn)生裂縫。
1.2現(xiàn)澆板上不要過早上人、堆料、施荷加載。因混凝土澆筑后要有一個(gè)硬化過程,才會(huì)有強(qiáng)度;在這個(gè)過程中,應(yīng)對(duì)混凝土加以保養(yǎng),不能對(duì)混凝土施加任何外力。必須做到在混凝土強(qiáng)度達(dá)到1.2公斤/平方毫米后,才允許在其上踩踏或安裝模板及支架。
1.3嚴(yán)格控制板面負(fù)筋保護(hù)層厚度。
現(xiàn)澆板負(fù)筋按設(shè)計(jì)要求都放在板上面,有梁通過或隔斷時(shí),一般放置在梁鋼筋上面或與梁鋼筋綁扎在一起。為了控制好負(fù)筋保護(hù)層厚度,必須采用Φ10~Φ14的鋼筋馬凳,縱橫間距800毫米左右來固定負(fù)筋的位置,并用電焊把馬凳與負(fù)筋焊牢,使馬凳在混凝土澆筑過程中不移位,保證負(fù)筋不下沉,從而有效控制負(fù)筋保護(hù)層的厚度,不使板負(fù)筋保護(hù)層過厚而產(chǎn)生裂縫。
1.4嚴(yán)格控制好砂、石粒徑及含泥量。
現(xiàn)澆板應(yīng)選用中粗砂、粒徑在0.25~0.5毫米之間的石子,砂石含泥量均不得超過1%。如砂、石粒徑過細(xì)過小,含泥量過大,都會(huì)降低混凝土強(qiáng)度,最終會(huì)使混凝土產(chǎn)生裂縫。
1.5在板四角配置一定數(shù)量的角筋,即輻射筋。
針對(duì)現(xiàn)澆板裂縫多發(fā)生在板角這一現(xiàn)象,在板角四周增設(shè)Φ8@200毫米,長(zhǎng)度為1800毫米左右的輻射筋,使現(xiàn)澆板的應(yīng)力作用范圍與輻射筋相一致,從而有效地改觀和控制裂縫的產(chǎn)生。
2、裂縫彌補(bǔ)處理
修補(bǔ)前需要對(duì)樓板裂縫進(jìn)行檢測(cè)與研究以確定裂縫部位、開裂程度和裂縫產(chǎn)生的原因等。根據(jù)裂縫的性質(zhì)和具體情況我們要區(qū)別對(duì)待、及時(shí)處理,以保證建筑物的混凝土裂縫的修補(bǔ)措施主要有以下一些方法:
2.1樹脂灌注法。
環(huán)氧樹脂是最常見的裂縫灌注材料,它具有較高的機(jī)械強(qiáng)度,并能抵抗混凝土所遇到的大多數(shù)化學(xué)侵蝕,樹脂可以灌入到0.05㎜的裂縫。除某些特殊的環(huán)氧樹脂之外,當(dāng)裂縫是活動(dòng)的、有滲漏的、不能干透的或者裂縫數(shù)量極多時(shí),通常不易采用樹脂灌注法。
2.2釘合法。
當(dāng)必須恢復(fù)主裂縫斷面的抗拉強(qiáng)度時(shí),使用釘合法比較適宜。特別比較適宜在不會(huì)損壞周圍結(jié)構(gòu)的場(chǎng)合下用來鎖閉活動(dòng)裂縫。用相對(duì)薄而長(zhǎng)的金屬“縫合u形釘”跨過裂縫嵌入事先開好的槽溝中,用無收縮砂漿或者環(huán)氧樹脂基粘合劑來固定。
2.3表面封閉法。
這是最簡(jiǎn)單和最普通的裂縫修補(bǔ)方法。用于修補(bǔ)對(duì)結(jié)構(gòu)影響不大的靜止裂縫,通過密封裂縫來防止水汽、化學(xué)物質(zhì)和二氧化碳的侵入。
2.4灌漿法。
(1)普通水泥灌漿大體積水壩、厚混凝土墻、或者水工結(jié)構(gòu)的巖石基礎(chǔ)上的裂縫,有時(shí)通過注入硅酸鹽水泥砂漿來密閉。
(2)聚合物灌注基于氨基甲酸乙酯或者丙烯酰胺聚合物的灌漿料,和水反應(yīng)后形成固態(tài)沉淀物或泡沫材料,起到封閉裂縫的作用。可在潮濕環(huán)境中使用。
2.5鉆孔嵌塞法。
這種方法通常用來灌注墻體中的裂縫。’如果要求密封防水,孔中應(yīng)填入柔性瀝青來代替砂漿;如果灌注栓塞的作用比較重要,孔中則要灌注環(huán)氧樹脂。
2.6柔性密封法。
通常將活動(dòng)裂縫轉(zhuǎn)變?yōu)檫\(yùn)動(dòng)節(jié)縫是比較適宜的辦法。沿裂縫邊緣開一個(gè)凹槽并填入適當(dāng)?shù)娜嵝圆牧稀9?jié)縫底部使用隔離層。
2.7粘貼法。
當(dāng)運(yùn)動(dòng)不止作用于一個(gè)平面時(shí),或者過度的運(yùn)動(dòng)已超過一個(gè)普通尺寸的凹槽所允許的范圍時(shí),或者不可以切割出槽時(shí)可使用這個(gè)方法。用柔性的密封帶蓋住裂縫,僅將帶的邊緣部分粘住。
2.8附加鋼筋法。
(1)普通鋼筋首先將裂縫密閉,然后貫穿裂縫平面大約90°的方向鉆孔,將環(huán)氧樹脂注入孔內(nèi),再將鋼筋插入孔中使之粘合成整。
(2)外部施加預(yù)應(yīng)力通過后張法施加應(yīng)力,來加強(qiáng)結(jié)構(gòu)件的主要部分或者封閉裂縫。
2.9自閉合法。
混凝土依靠自身合攏裂縫稱為“自閉合”,這是在存在濕氣并且沒有拉應(yīng)力作用時(shí)發(fā)生的一種現(xiàn)象。機(jī)理:由于周圍空氣和水中存在二氧化碳,使水泥漿中的氫氧化鈣發(fā)生碳化作用,結(jié)果碳酸鈣和氫氧化鈣晶體在裂縫內(nèi)析出并生長(zhǎng)。晶體組合交織產(chǎn)生一種機(jī)械粘接作用,又被鄰近晶體之間以及晶體和水泥漿及骨料表面間的化學(xué)粘接作用所增強(qiáng),最后混凝土裂縫部位的抗拉強(qiáng)度得到一定的恢復(fù),裂縫也被密閉了。主要用于修補(bǔ)潮濕環(huán)境的結(jié)構(gòu)。整個(gè)自閉合時(shí)期的水飽和必須連續(xù)保持。