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关键词:混凝土结构的加固 砌体结构的加固 钢结构加固
混凝土结构的加固分为直接加固与间接加固两类,设计时可根据实际条件和使用要求选择适宜的方法和配套的技术。
一、直接加固的一般方法有:
1、加大截面加固法
在钢筋混凝土受弯构件受压区加混凝土现浇层,可增加截面有效高度,扩大截面面积,从而提高构件正截面抗弯,斜截面抗剪能力和截面刚度,起到加固补强的作用。
在适筋范围内,混凝土弯变构件正截面承载力随钢筋面积和强度的增大而提高。在原构件正截面配筋率不太高的情况下,增大主筋面积可有效地提高原构件正截面抗弯承载力。在截面的受拉区加现浇混凝土围套增加构件截面,通过新加部分和原构件共同工作,可有效地提高构件承载力,改善正常使用性能。
加大截面加固法施工工艺简单、适应性强,并具有成熟的设计和施工经验;适用于梁、板、柱、墙和一般构造物的混凝土的加固;但现场施工的湿作业时间长,对生产和生活有一定的影响,且加固后的建筑物净空有一定的减小。
2、置换混凝土加固法
该法的优点与加大截面法相近,且加固后不影响建筑物的净空,但同样存在施工的湿作业时间长的缺点;适用于受压区混凝土强度偏低或有严重缺陷的梁、柱等混凝土承重构件的加固。
3、有粘结外包型钢加固法
外包钢加固是把型钢或钢板包在被加固构件的外边,外包钢加固钢筋混凝土梁一般应采用湿式外包法,即采用环氧树脂化灌浆等方法把型钢与被加固构佣粘结成一整体,加固后的构件,由于受拉和受压钢截面面积大幅度提高,因此正截面承载力和截面刚度大幅度提高。
该法也称湿式外包钢加固法,受力可靠、施工简便、现场工作量较小,但用钢量较大,且不宜在无防护的情况下用于600C以上高温场所;适用于使用上不允许显著增大原构件截面尺寸,但又要求大幅度提高其承载能力的混凝土结构加固。
4、粘钢加固法
钢筋混凝土受弯构件外部粘钢加固是在构件承载力不足区段(正截面受拉区、正截面受压区或斜截面)表面粘贴钢板,这样可提高被加固构件的承载力,且施工方便。
该法施工快速、现场无湿作业或仅有抹灰等少量湿作业,对生产和生活影响小,且加固后对原结构外观和原有净空无显著影响,但加固效果在很大程度上取决于胶粘工艺与操作水平;适用于承受静力作用且处于正常湿度环境中的受弯或受拉构件的加固。
5、粘贴纤维增强塑料加固法
外贴纤维加固是用胶结材料把纤维增强复合材料贴于被加固构件的受拉区域,使它与被加固截面共同工作,达到提高构件承载能力的目的。除具有粘贴钢板相似的优点外,还具有耐腐浊、耐潮湿、几乎不增加结构自重、耐用、维护费用较低等优点,但需要专门的防火处理,适用于各种受力性质的混凝土结构构件和一般构筑物。
6、绕丝法
该法的优缺点与加大截面法相近;适用于混凝土结构构件斜截面承载力不足的加固,或需对受压构件施加横向约束力的场合。
7、锚栓锚固法
该法适用于混凝土强度等级为C20~C60的混凝土承重结构的改造、加固;不适用于已严重风化的上述结构及轻质结构。
二、间接加固的一般方法有:
1、预应力加固法
(一)预应力水平拉杆固法
预应力水平拉杆加固的混凝土受弯构件,由于预应力和新增外部荷载的共同作用,拉杆内产生轴向拉力,该力通过杆端锚固偏心地传递到构件上(当拉杆与梁板底面紧密贴合时,拉杆会与构件共同找曲,此时尚有一部分压力直接传递给构件底面),在构件中产生偏心受压作用,该作用克服了部分外荷载产生的弯矩,减少了外荷载效应,从而提高了构件的抗弯能力。同时,由于拉杆传给构件的压力作用,构件裂缝发展得以缓解、控制、斜截面抗剪承载力也随之提高。
由于水平提杆的作用,原构件的截面应力特征由受弯变成了偏心受压,因此,加固后构件的承载力主要取决于压弯状态下原构件的承载力。
(二)预应力下撑拉杆加固法
钢筋混凝土构件采用预应力下撑式拉杆加固定后,形成一个由被加固构件和下撑式拉杆组成的复合超静定结构体系,在外荷载和预应力共同作用下,拉杆中产生轴向力并通过与构件的结合点(下撑点和杆端锚固点)传递给被加固构件,抵消了部分外荷载,改变了原构件截面内力特征,从而提高了构件的承载能力
该法能降低被加固构件的应力水平,不仅使加固效果好,而且还能较大幅度地提高结构整体承载力,但加固后对原结构外观有一定影响;适用于大跨度或重型结构的加固以及处于高应力、高应变状态下的混凝土构件的加固,但在无防护的情况下,不能用于温度在600C以上环境中,也不宜用于混凝土收缩徐变大的结构。
2、增加支承加固法
增设支点加固法是通过减少受弯构件的计算跨度,达到减少作用在被加固构件上的载载效应,提高结构承载水平的目的。该法简单可靠,但易损害建筑物的原貌和使用功能,并可能减小使用空间;适用于具体条件许可的混凝土结构加固。
3、其它加固法
辅助结构加固法是采用另制的辅助构件,如型钢、钢桁架或钢筋混凝土梁,部分或全部分担被加固梁的荷载。
在支座附近加腋后,支座附近截面的有效高度提高了,因此,截面的抗弯和抗剪能力都得到提高。
三、与混凝土结构加固改造配套使用的技术一般有:
1、托换技术
系托梁(或桁架)拆柱(或墙)、托梁接柱和托梁换柱等技术的概称;属于一种综合性技术,由相关结构加固、上部结构顶升与复位以及废弃构件拆除等技术组成;适用于已有建筑物的加固改造;与传统做法相比,具有施工时间短、费用低、对生活和生产影响小等优点,但对技术要求较高,需由熟练工人来完成,才能确保安全。
2、植筋技术
系一项对混凝土结构较简捷、有效的连接与锚固技术;可植入普通钢筋,也可植入螺栓式锚筋;已广泛应用于已有建筑物的加固改造工程,如:施工中漏埋钢筋或钢筋偏离设计位置的补救,构件加大截面加固的补筋,上部结构扩跨、顶升对梁、柱的接长,房屋加层接柱和高层建筑增设剪力墙的植筋等。
3、裂缝修补技术
根据混凝土裂缝的起因、性状和大小,采用不同封护方法进行修补,使结构因开裂而降低的使用功能和耐久性得以恢复的一种专门技术;适用于已有建筑物中各类裂缝的处理,但对受力性裂缝,除修补外,尚应采用相应的加固措施。内部修补法。
内部修补法是用压力泵把胶结材料压力混凝土裂缝中,结硬后起到补缝作用,并通过其胶结性使原结构恢复整体性,该方法适用于裂缝宽度较大,对结构的整体性和安全性及耐久性等有影响,或有防水防渗等要求的裂缝的修补。
4、碳化混凝土修复技术
系指通过恢复混凝土的碱性(钝化作用)或增加其阻抗而使碳化造成的钢筋腐蚀得到遏制的技术。
5、混凝土表面处理技术
系指采用化学方法、机械方法、喷砂方法、真空吸尘方法、射水方法等清理混凝土表面污痕、油迹、残渣以及其它附着物的专门技术。
6、混凝土表层密封技术
系指采用柔性密封剂充填、聚合物灌浆、涂膜等方法对混凝土进行防水、防潮和防裂处理的技术。
7、其它技术
如结构、构件移位技术、调整结构自振频率技术等。
四、砌体结构加固方法:
砌体结构的加固分为直接加固与间接加固两类,设计时,可根据实际条件和使用要求选择适宜的方法。
(一)适用于砌体结构的直接加固方法一般为:
1、钢筋混凝土外加层加固法
该法属于复合截面加固法的一种。其优点是施工工艺简单、适应性强,砌体加固后承载力有较大提高,并具有成熟的设计和施工经验;适用于柱、带壁墙的加固;其缺点是现场施工的湿作业时间长,对生产和生活有一定的影响,且加固后的建筑物净空有一定的减小。
2、钢筋水泥砂浆外加层加固法
该法属于复合截面加固法的一种。其优点与钢筋混凝土外加层加固法相近,但提高承载力不如前者;适用于砌体墙的加固,有时也用于钢筋混凝土外加层加固带壁柱墙时两侧穿墙箍筋的封闭。
3、增设扶壁柱加固法
该法属于加大截面加固法的一种。其优点亦与钢筋混凝土外加层加固法相近,但承载力提高有限,且较难满足抗震要求,一般仅在非地震区应用。
(二)适用于砌体结构的间接加固方法一般为:
1、无粘结外包型钢加固法
该法属于传统加固方法,其优点是施工简便、现场工作量和湿作业少,受力较为可靠;适用于不允许增大原构件截面尺寸,却又要求大幅度提高截面承载力的砌体柱的加固;其缺点为加固费用较高,并需采用类似钢结构的防护措施。
2、预应力撑杆加固法
该法能较大幅度地提高砌体柱的承载能力,且加固效果可靠;适用于加固处理高应力、高应变状态的砌体结构的加固;其缺点是不能用于温度在600C以上的环境中。
(三)砌体结构构造性加固与修补
1、增设圈梁加固
当圈梁设置不符合现行设计规范要求,或纵横墙交接处咬搓有明显缺陷,或房屋的整体性较差时,应增设圈梁进行加固
2、增设梁垫加固
当大梁下砖砌体被局部压碎或大梁下墙体出现局部竖直裂缝时,应增设梁垫进行加固。
3、砌体局部拆砌
当房屋局部破裂但在查清其破裂原因后尚未影响承重及安全时,可将破裂墙体局部拆除,并按提高砂浆强度一级用整砖填砌。
4、砌体裂缝修补
在进行裂缝修补前,应根据砌体构件的受力状态和裂缝的特征等因素,确定造成砌体裂缝的原因,以便有针对性地进行裂缝修补或采用相应的加固措施。
五、钢结构加固方法:
钢结构加固的主要方法有:减轻荷载、改变结构计算图形、加大原结构构件截面和连接强度、阻止裂纹扩展等。当有成熟经验时,亦可采用其它加固方法。
1、改变结构计算图形
改变结构计算图形的加固方法是指采用改变荷载分布状况、传力途径、节点性质和边界条件,增设附加杆件和支撑、施加预应力、考虑空间协同工作等措施对结构进行加固的方法;
改变结构计算图形的一般加固方法:
(1)对结构可采用下列增加结构或构件的刚度的方法进行加固:
A、增加支撑形成空间结构并按空间结构验算;
B、加设支撑增加结构刚度,或者调整结构的自振频率等以提高结构承载力和改善结构动力特性;
C、增设支撑或辅助杆件使结构的长细比减少以提高其稳定性;
D、在排架结构中重点加强某一列柱的刚度,使之承受大部分水平力,以减轻其它柱列负荷;
E、在塔架等结构中设置拉杆或适度张紧的拉索以加强结构的刚度。
(2)对受弯杆件可采用下列改变其截面内力的方法进行加固:
A、改变荷载的分布,例如将一个集中荷载转化为多个集中荷载;
B、改变端部支承情况,例如变铰接为刚结;
C、增加中间支座或将简支结构端部连接成为连续结构;
D、调整连续结构的支座位置;
E、将结构变为撑杆式结构;
F、施加预应力。
(3) 对桁架可采取下列改变其杆件内力的方法进行加固:
A、增设撑杆变桁架为撑杆式结构;
B、加设预应力拉杆。
2、加大构件截面的加固
采用加大截面加固钢构件时,所选截面形式应有利于加固技术要求并考虑已有缺陷和损伤的状况。
3、连接的加固与加固件的连接
钢结构连接方法,即焊缝、铆钉、普通螺栓和高强度螺栓连接方法的选择,应根据结构需要加固的原因、目的、受力状况、构造及施工条件,并考虑结构原有的连接方法确定。
钢结构加固一般宜采用焊缝连接、摩擦型高强度螺栓连接,有依据时亦可采用焊缝和摩擦型高强度螺栓的混合连接。当采用焊缝连接时,应采用经评定认可的焊接工艺及连接材料。
4、裂纹的修复与加固
结构因荷载反复作用及材料选择、构造、制造、施工安装不当等产生具有扩展性或脆断倾向性裂纹损伤时,应设法修复。在修复前,必须分析产生裂纹的原因及其影响的严重性,有针对性地采取改善结构实际工作或进行加固的措施,对不宜采用修复加固的构件,应予拆除更换。
参考书籍:
《结构可靠性鉴定与加固技术》 曹双寅邱洪兴 王恒华编
《混凝土结构耐久性》 金伟良编
《老化混凝土的断面特征与损伤描述研究》 赵震洋老师博士学位论文
关键词:混凝土结构;裂缝;原因;预防;修补
中图分类号:TU528文献标识码: A 文章编号:
一、概述
近年来,随着我国经济的迅速发展,工程建设的规模不断扩大,结构形式日趋大型化、复杂化、多样化,它包括钢筋混凝土、预应力混凝土及素混凝土结构,是由砂石骨料、水泥、水及其他外加材料经过混合而组成的非均质脆性材料。本文就混凝土结构裂缝问题进行了简单的分析总结,希望对以后的工程项目有所帮助。
混凝土结构裂缝是混凝土中的某种不连续现象,在学术上属于结构材料强度理论范畴,分为微观裂缝和宏观裂缝。本文所讨论的裂缝主要是指对混凝土强度、结构物的耐久性和适用性有害的宏观裂缝,即通常所称的裂缝。
二、混凝土结构裂缝的原因及预防
1、大体积混凝土结构水化热引起的裂缝
大体积混凝土结构凝结和硬化过程中,水泥和水产生化学反应,释放出大量的水化热,导致混凝土内温度升高,当混凝土结构内外温度相差很大,形成的温度应力或温度变形超过混凝土当时的抗拉强度或极限拉伸值时,就会形成裂缝。
在现场施工中应合理的分层、分块、分缝,采用低热水泥,加掺合料,埋入冷却水管,预冷骨料和水,加强养护等来防止产生这种裂缝。
2、塑性收缩裂缝
此裂缝多发生在混凝土结构浇注后数小时仍处于塑性状态的时刻,发生这种裂缝的是多方面原因造成的,最容易产生在大面积的路面或楼板、炙热或大风天气以及混凝土水化热高的混凝土结构中。这种裂缝的宽度,小的细如发丝,大的可有数毫米,其长度从几厘米到几米,深度很少超过5厘米,分布的形状一般是不规则的。
防止产生这种裂缝的主要措施是尽可能的降低混凝土水化热、控制水灰比、采用合适的搅拌时间和浇注措施,以及防止混凝土表面水分过快的蒸发(覆盖湿砂或塑料薄膜)等。
关键词:混凝土、裂缝、成因、评估。
正文:
一、混凝土产生裂缝对结构的影响。
混凝土是一种由砂石骨料、水泥、水及其他外加材料混合而形成的非均质脆性材料。由于混凝土施工和本身变形、约束等一系列问题,硬化成型的混凝土中存在着众多的微孔隙、气穴和微裂缝,正是由于这些混凝土建筑和构件通常都是带缝工作的,由于裂缝的存在和发展通常会使内部的钢筋等材料产生腐蚀,降低钢筋混凝土材料的承载能力、耐久性及抗渗能力,影响建筑物的外观、使用寿命,严重者将会威胁到结构的安全。
二、混凝土产生裂缝的原因。
裂缝产生的形式和种类很多,要根本解决混凝土中裂缝问题,还是需要从混凝土裂缝的形成原因入手。正确判断和分析混凝土裂缝的成因是有效地控制和减少混凝土裂缝产生的最有效的途径。
(一)设计原因:
1、结构中的断面突变而产生的应力集中所产生的构件裂缝。
2、设计中对构件施加预应力不当,造成构件的裂缝(偏心、应力过大等)。
3、设计中构造钢筋配置过少或过粗等引起构件裂缝(如墙板、楼板)。
4、设计中未充分考虑混凝土构件的收缩变形。
5、设计中采用的混凝土等级过高,造成用灰量过大,对收缩不利。
(二)材料原因:
1、粗细集料含泥量过大,造成混凝土收缩增大。集料颗粒级配不良或采取不恰当的间断级配,容易造成混凝土收缩的增大,诱导裂缝的产生。
2、骨料粒径越细、针片含量越大,混凝土单方用灰量、用水量增多,收缩量增大。
3、混凝土外加剂、掺和料选择不当或掺量不当,严重增加混凝土收缩。
4、水泥品种原因,矿渣硅酸盐水泥收缩比普通硅酸盐水泥收缩大、粉煤灰及矾土水泥收缩值较小、快硬水泥收缩大。
5、水泥等级及混凝土强度等级原因:水泥等级越高、细度越细、早强越高对混凝土开裂影响很大。混凝土设计强度等级越高,混凝土脆性越大、越易开裂。
(三)混凝土配合比设计原因:
1、设计中水泥等级或品种选用不当。
2、配合比中水灰比(水胶比)过大。
3、单方水泥用量越大、用水量越高,表现为水泥浆体积越大、坍落度越大,收缩越大。
4、配合比设计中砂率、水灰比选择不当造成混凝土和易性偏差,导致混凝土离淅、泌水、保水性不良,增加收缩值。
5、配合比设计中混凝土膨胀剂掺量选择不当。
(四)施工及现场养护原因:
1、现场浇捣混凝土时,振捣或插入不当,漏振、过振或振捣棒抽撤过快,均会影响混凝土的密实性和均匀性,诱导裂缝的产生。
2、高空浇注混凝土,风速过大、烈日暴晒,混凝土收缩值大。
3、对大体积混凝土工程,缺少两次抹面,易产生表面收缩裂缝。
4、大体积混凝土浇注,对水化计算不准、现场混凝土降温及保温工作不到位,引起混凝土内部温度过高或内外温差过大,混凝土产生温度裂缝。
5、现场养护措施不到位,混凝土早期脱水,引起收缩裂缝。
6、现场模板拆除不当,引起拆模裂缝或拆模过早。
7、现场预应力张拉不当(超张、偏心),引起混凝土张拉裂缝。
(五)使用原因(外界因素):
1、构筑物基础不均匀沉降,产生沉降裂缝。
2、使用荷载超负。
3、野蛮装修,随意拆除承重墙或凿洞等,引起裂缝。
4、周围环境影响,酸、碱、盐等对构筑物的侵蚀,引起裂缝。
5、意外事件,火灾、轻度地震等引起构筑物的裂缝。
三、裂缝产生后的危害性评估与修补。
(一)裂缝危害性的评估:
混凝土的裂缝有害程度的标准是根据使用条件决定的。目前世界各国的规定不完全一致,但大致相同。
如从结构耐久性要求、承载力要求及正常使用要求,最严格的允许裂缝宽度为0.1mm。近年来,许多国家已根据大量试验与泵送混凝土的经验将其放宽到0.2mm。当结构所处的环境正常,保护层厚度满足设计要求,无侵蚀介质,钢筋混凝土裂缝宽度可放宽至0.4mm;在湿气及土中为0.3mm;在海水及干湿交替中为0.15mm。沿钢筋的顺筋裂缝有害程度高,必须处理。
近年来预应力混凝土应用范围逐渐推广到更多的结构领域,其混凝土强度等级必须提高至C50。在采用泵送条件下,其收缩与水化热大大增加,约束应力裂缝很难避免,张拉前开裂,张拉后又不闭合,裂缝控制的难度更加困难。预应力结构裂缝允许宽度是严格的,预应力筋腐蚀属“应力腐蚀”并有可能脆性断裂,预兆性较小,裂缝扩展速度快。
裂缝深度h与结构厚度H的关系如下:h≤0.1H表面裂缝;0.1H<h<0.5H浅层裂缝;0.5H≤h<1.0H纵深裂缝;h=H贯穿裂缝。应当尽量避免贯穿性及纵深裂缝,如出现该种裂缝应采取化学灌浆处理来保证强度,即贯缝抗拉强度必须超过混凝土抗拉强度。早期裂缝一般出现在一个月之内,中期裂缝约在6个月之内,其后1~2年或更长时间属于后期裂缝。
(二)裂缝的处理与修补:
1、表面修补法:表面修补法是一种简单、常见的修补方法,它主要适用于稳定和对结构承载能力没有影响的表面裂缝以及深进裂缝的处理。通常的处理措施是在裂缝的表面涂抹水泥浆、环氧胶泥或在混凝土表面涂刷油漆、沥青等防腐材料,在防护的同时为了防止混凝土受各种作用的影响继续开裂,通常可以采用在裂缝的表面粘贴玻璃纤维布等措施。
2、灌浆、嵌缝封堵法:
灌浆法主要适用于对结构整体性有影响或有防渗要求的混凝土裂缝的修补,它是利用压力设备将胶结材料压入混凝土的裂缝中,胶结材料硬化后与混凝土形成一个整体,从而起到封堵加固的目的。常用的胶结材料有水泥浆、环氧树脂、甲基丙烯酸酯、聚氨酯等化学材料。
嵌缝法是裂缝封堵中最常用的一种方法,它通常是沿裂缝凿槽,在槽中嵌填塑性或刚性止水材料,以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、丁基橡胶等等;常用的刚性止水材料为聚合物水泥砂浆。
3、结构加固法:当裂缝影响到混凝土结构的性能时,就要考虑采取加固法对混凝土结构进行处理。结构加固中常用的主要有以下几种方法:加大混凝土结构的截面面积,在构件的角部外包型钢、采用预应力法加固、粘贴钢板加固、增设支点加固以及喷射混凝土补强加固。
4、混凝土置换法: 混凝土置换法是处理混凝土严重损坏的一种有效方法,此方法是先将损坏的混凝土剔除,然后再置换新的混凝土或其他材料。常用的置换材料有:普通混凝土或水泥砂浆、聚合物或改性聚合物混凝土或砂浆。
5、电化学防护法:电化学防腐是利用施加电场在介质中的电化学作用,改变混凝土或钢筋混凝土所处的环境状态,钝化钢筋,以达到防腐的目的。阴极防护法、氯盐提取法、碱性复原法是化学防护法中常用而有效的三种方法。
6、仿生自愈合法:仿生自愈合法是一种新的裂缝处理方法,它模仿生物组织对受创伤部位自动分泌某种物质,而使创伤部位得到愈合的机能。在混凝土的传统组分中加入某些特殊组分,如含粘结剂的液芯纤维或胶囊,在混凝土内部形成智能型仿生自愈合神经网络系统,当混凝土出现裂缝时分泌出部分液芯纤维可使裂缝重新愈合。
关键词:混凝土结构的加固;钢结构加固;设计
混凝土结构的加固分为直接加固与间接加固两类,设计时可根据实际条件和使用要求选择适宜的方法和配套的技术。
混凝土结构加固
一、直接加固的一般方法
1.加大截面加固法
在钢筋混凝土受弯构件受压区加混凝土现浇层,可增加截面有效高度,扩大截面面积,从而提高构件正截面抗弯,斜截面抗剪能力和截面刚度,起到加固补强的作用。
在适筋范围内,混凝土弯变构件正截面承载力随钢筋面积和强度的增大而提高。在原构件正截面配筋率不太高的情况下,增大主筋面积可有效地提高原构件正截面抗弯承载力。在截面的受拉区加现浇混凝土围套增加构件截面,通过新加部分和原构件共同工作,可有效地提高构件承载力,改善正常使用性能。
加大截面加固法施工工艺简单、适应性强,并具有成熟的设计和施工经验;适用于梁、板、柱、墙和一般构造物的混凝土的加固;但现场施工的湿作业时间长,对生产和生活有一定的影响,且加固后的建筑物净空有一定的减小。
2.置换混凝土加固法
该法的优点与加大截面法相近,且加固后不影响建筑物的净空,但同样存在施工的湿作业时间长的缺点;适用于受压区混凝土强度偏低或有严重缺陷的梁、柱等混凝土承重构件的加固。
3.有粘结外包型钢加固法
外包钢加固是把型钢或钢板包在被加固构件的外边,外包钢加固钢筋混凝土梁一般应采用湿式外包法,即采用环氧树脂化灌浆等方法把型钢与被加固构佣粘结成一整体,加固后的构件,由于受拉和受压钢截面面积大幅度提高,因此正截面承载力和截面刚度大幅度提高。
该法也称湿式外包钢加固法,受力可靠、施工简便、现场工作量较小,但用钢量较大,且不宜在无防护的情况下用于600C以上高温场所;适用于使用上不允许显著增大原构件截面尺寸,但又要求大幅度提高其承载能力的混凝土结构加固。
4.粘钢加固法
钢筋混凝土受弯构件外部粘钢加固是在构件承载力不足区段(正截面受拉区、正截面受压区或斜截面)表面粘贴钢板,这样可提高被加固构件的承载力,且施工方便。
该法施工快速、现场无湿作业或仅有抹灰等少量湿作业,对生产和生活影响小,且加固后对原结构外观和原有净空无显著影响,但加固效果在很大程度上取决于胶粘工艺与操作水平;适用于承受静力作用且处于正常湿度环境中的受弯或受拉构件的加固。
5.粘贴纤维增强塑料加固法
外贴纤维加固是用胶结材料把纤维增强复合材料贴于被加固构件的受拉区域,使它与被加固截面共同工作,达到提高构件承载能力的目的。除具有粘贴钢板相似的优点外,还具有耐腐浊、耐潮湿、几乎不增加结构自重、耐用、维护费用较低等优点,但需要专门的防火处理,适用于各种受力性质的混凝土结构构件和一般构筑物。
6.绕丝法
该法的优缺点与加大截面法相近;适用于混凝土结构构件斜截面承载力不足的加固,或需对受压构件施加横向约束力的场合。
7.锚栓锚固法
该法适用于混凝土强度等级为C20~C60的混凝土承重结构的改造、加固;不适用于已严重风化的上述结构及轻质结构。
二、间接加固的一般方法
1.预应力加固法
(1)预应力水平拉杆固法。预应力水平拉杆加固的混凝土受弯构件,由于预应力和新增外部荷载的共同作用,拉杆内产生轴向拉力,该力通过杆端锚固偏心地传递到构件上(当拉杆与梁板底面紧密贴合时,拉杆会与构件共同找曲,此时尚有一部分压力直接传递给构件底面),在构件中产生偏心受压作用,该作用克服了部分外荷载产生的弯矩,减少了外荷载效应,从而提高了构件的抗弯能力。同时,由于拉杆传给构件的压力作用,构件裂缝发展得以缓解、控制、斜截面抗剪承载力也随之提高。
由于水平提杆的作用,原构件的截面应力特征由受弯变成了偏心受压,因此,加固后构件的承载力主要取决于压弯状态下原构件的承载力。
(2)预应力下撑拉杆加固法。钢筋混凝土构件采用预应力下撑式拉杆加固定后,形成一个由被加固构件和下撑式拉杆组成的复合超静定结构体系,在外荷载和预应力共同作用下,拉杆中产生轴向力并通过与构件的结合点(下撑点和杆端锚固点)传递给被加固构件,抵消了部分外荷载,改变了原构件截面内力特征,从而提高了构件的承载能力。
三、钢结构加固方法
钢结构加固的主要方法有:减轻荷载、改变结构计算图形、加大原结构构件截面和连接强度、阻止裂纹扩展等。当有成熟经验时,亦可采用其它加固方法。
1.改变结构计算图形
改变结构计算图形的加固方法是指采用改变荷载分布状况、传力途径、节点性质和边界条件,增设附加杆件和支撑、施加预应力、考虑空间协同工作等措施对结构进行加固。
2.加大构件截面的加固
采用加大截面加固钢构件时,所选截面形式应有利于加固技术要求并考虑已有缺陷和损伤的状况。
3.连接的加固与加固件的连接
钢结构连接方法,即焊缝、铆钉、普通螺栓和高强度螺栓连接方法的选择,应根据结构需要加固的原因、目的、受力状况、构造及施工条件,并考虑结构原有的连接方法确定。
钢结构加固一般宜采用焊缝连接、摩擦型高强度螺栓连接,有依据时亦可采用焊缝和摩擦型高强度螺栓的混合连接。当采用焊缝连接时,应采用经评定认可的焊接工艺及连接材料。
关键词: 自密实混凝土, 配合比, 钢管混凝土, 工程应用
1.引言
为解决混凝土由于振捣不足而使耐久性降低及振捣密实困难的问题,20世纪80年代后期日本东京大学教授村甫开发了“不振捣的高耐久性混凝土”,即自密实混凝土(Self-Compacting Concrete)。它是一种有高流动性,且不离析和不泌水,不需要振捣即可充满模型和包裹钢筋的高性能混凝土。随后,日本及美国等多数欧洲国家都开始投入对自密实混凝土的研究。自密实混凝土所占密度已经成为衡量一个国家混凝土行业技术水平高低的重要标准。
钢管混凝土是指在钢管中填充混凝土而形成的构件,根据截面形式的不同,可分为圆钢管混凝土,方、矩形钢管混凝土和多边形钢管混凝土等。至今,国内外对钢管混凝土的研究工作主要以圆形和方形钢管混凝土居多。在钢管中用自密实混凝土,不仅可以更好地保证混凝土的密实度,而且可以简化混凝土的振捣工序,降低混凝土的施工强度和工程费用,还可减轻城市噪音污染等。1999年建成的76层的深圳赛格广场顶层部分钢管混凝土柱就采用了自密实混凝土,并且取得了较好的效果。钢管自密实混凝土的力学性能与钢管普通混凝土类似,钢管普通混凝土结构的设计方法基本适用于钢管自密实混凝土结构。
2.自密实混凝土的配合比
原材料对自密实混凝土的配置非常重要。因此在配制过程中考虑以下几个方面以优化自密实混凝土的性能从而降低成本。胶凝材料的组成可能会影响混凝土应力腐蚀和开裂的性能。以粉煤灰取代一部分的硅酸盐水泥其性能将使混凝土的性能有较大的改善。此外,骨料级配是最重要的环节之一,骨料粒径必须严格的控制。自密实混凝土运用于钢管混凝土结构中要求:易于浇筑入钢管内且浇筑初期较稳定,高弹性模量,硬化后低收缩性和徐变。因此自密实混凝土应该低坍落扩展度,高粘度和高级配。本文给出了试配C40普通及自密实混凝土,表1为普通混凝土与自密实混凝土的配合比。各类混凝土的工作性能及抗压强度如表2所示。配合比中所用水泥为42.5普通硅酸盐水泥,细骨料为细度模数为2.8的河砂,粗骨料最大粒径分别为25mm和10mm。自密实-1减水剂为聚丙烯型,自密实-2及普通型混凝土的减水剂是萘型。
表1: 普通凝土和自密实混凝土的配合比
注:所有混凝土设计强度均为C40
表2: 自密实和普通混凝土的工作性能及抗压强度
注:加 ‘*’ 表示混凝土自然养护
3. 工程应用
实例工程: 某商务大厦,是一座集办公、会展、商贸、金融和娱乐为一体的现代化高层建筑,该建筑地下三层,地上60层,总高度213m。采用圆形,方形钢管混凝土柱,部分柱子为三角型构造。钢管使用钢材的屈服极限为360MPa,钢管内浇筑C40自密实高性能混凝土,其中自密实混凝土配合比列于表1,坍落度及L型仪流平度等工作指标如表2所示。混凝土密度为2370 Kg/m3。采用自下而上泵送顶升浇筑法施工,不仅可大大降低施工噪声,加快施工速度,保证和提高施工质量,对于实际施工而言可减少高空作业,施工操作更为方便安全而且综合效益显著。
随后本文对采用普通混凝土和自密实混凝土的工程造价进行了对比,可以发现,自密实混凝土不仅其工作性能优于普通混凝土,每立方米的造价也低于普通混凝土,对于工程实际使用大有益处。表3给出了实际的对比情况。
表3: 自密实与普通混凝土实际造价对比
4.结语
(1) 通过优选原材料,特别是骨料的粒形、级配和针片状含量,优化配合比,配制出具有优良的工作性,坍落度损失小,可泵性良好,同时具有良好力学性能和耐久性能的自密实混凝土。满足了钢管混凝土结构施工中采用泵送法浇筑混凝土的技术要求。
(2) 将自密实钢管混凝土应用工程实践中,其不仅具有良好的力学性能,而且可满足灌注施工中泵送顶升的施工要求,大大加快了施工进度。从材料成本、施工进度及工程质量等方面综合比较来看,自密实混凝土用于钢管混凝土拱桥中具有较好的技术与经济效益。
5. 参考文献
[1] 李停驰.自密实混凝土综述. 河北软件职业技术学院学报, 2006, 8 (3): 72-74.
[2] 吴中伟, 廉慧珍. 高性能混凝土. 北京: 中国铁道出版社, 1999.
关键词: 混凝土结构裂缝 成因 防治措施
我国国民经济的高速增长,带动了建筑业快速、持续地发展。在工业与民用建筑结构中,混凝土结构是主要的。大量的工程表明,混凝土结构由于多方面原因往往会出现一些裂缝。这些裂缝会使混凝土的强度和刚度受到削弱,耐久性降低,严重时甚至发生垮塌事故,危害结构的正常使用。所以,鉴别、分析和防治裂缝,对保证混凝土结构的整体性及正常使用具有重要意义。
一、混凝土结构裂缝成因分析
混凝土结构裂缝的成因复杂,往往多种因素相互影响。其中最常见的是混凝土的早期裂缝,它在拆模时就已经形成,主要来源于以下两个方面。
(一)原材料质量及配合比不当引起的裂缝
混凝土主要由水泥、砂、石子、拌和水及外加剂组成。混凝土所用材料的质量及配合比不当,会导致结构出现裂缝。
1.粗细骨料含泥量过大,妨碍水泥石与骨料的黏结,不仅会降低混凝土的强度和抗渗性,而且会增加拌和水量,加大混凝土的干缩,产生不规则的网状裂缝。
2.骨料中若含有无定形二氧化硅等活性骨料,当混凝土中有水分存在时,它能与水泥中的碱起作用,产生碱―骨料反应,生成膨胀的胶质,吸水后造成局部膨胀和拉应力,使混凝土结构产生爆裂状裂缝。
3.骨料粒径越细、针片状石子含量越大,混凝土水泥用量增多,诱发裂缝产生。
4.砂石骨料弹性模量小,级配不良或采取间断级配,容易造成混凝土收缩增大,产生裂缝。
5.水泥品种、细度、强度等级及用量选用不当。矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、快硬硅酸盐水泥等干缩较大,而粉煤灰硅酸盐水泥的干缩则较小。水泥细度越细,用量越多,强度等级越高,水泥安定性不合格,大体积混凝土使用了水化热大的水泥,都易造成混凝土结构裂缝。
6.配合比设计中水灰比过大、砂率过大,会造成混凝土的和易性差,导致混凝土离析,增加收缩。在水灰比一定的条件下,若用水量增多,干缩也会越大。
(二)施工工艺不当引起的裂缝
在钢筋混凝土结构的施工过程中,若施工工艺不合理,施工质量低劣,会产生各种形式的裂缝。
1.混凝土搅拌、运输时间过长,水分蒸发过多,引起混凝土坍落度过低,使混凝土结构面层出现不规则的收缩裂缝。
2.用泵送混凝土施工时,为保证混凝土的流动性,增加水和水泥的用量,或加大水灰比,导致混凝土凝结硬化时收缩量增加,结构表面出现不规则裂缝。
3.钢筋混凝土结构保护层过厚,或绑扎的上层钢筋被踩踏,使承受负弯矩的钢筋保护层加厚,导致构件的有效高度减小,形成与受力钢筋垂直方向的裂缝。
4.现场混凝土浇筑振捣时方法不当,漏振、欠振影响混凝土的密实性,诱发裂缝的产生。
5.混凝土分层或分段浇注时,接头部位没有处理好,在新、旧混凝土及施工缝之间出现裂缝。
6.楼层较高时浇筑混凝土,因外界大气温度过高、风速过大等原因,造成混凝土快速失水,诱发裂缝产生。
7.大体积混凝土浇筑,现场对混凝土降温、保温工作不到位,造成混凝土结构内外温差过大,产生温度裂缝。
8.在混凝土抹压收活时没有严格遵循操作程序,初凝前没有二次抹压,造成表面收缩裂缝。
9.混凝土养护不到位,在浇筑后表面没有按时覆盖浇水,特别是平板结构或炎热、大风天气,混凝土表面水分蒸发过快,造成早期脱水,使混凝土急剧收缩,此时混凝土强度很小甚至趋近于零,不能抵抗这种变形应力而导致开裂。
10.施工时拆模过早,混凝土强度不足,使得构件在自重或施工荷载作用下产生裂缝。
二、混凝土裂缝的防治措施
(一)材料选择及制备方面
1.水泥。尽量采用普通硅酸盐水泥,避免采用早强高的水泥,大体积混凝土避免使用水化热大的水泥。严格把好质量检测关,对水泥用量适度控制,禁止使用细度、安定性等技术要求不合格的水泥。
2.砂、石。选用级配优良的砂、石材料,尽量使用连续级配,不用间断级配。在条件许可的情况下,尽量采用弹性模量大、最大粒径大的粗骨料。拌制用的砂不宜过细,也不宜过粗。含泥量、有害物质含量、针片状颗粒含量要符合规范要求。
3.外加剂。正确掌握混凝土补偿收缩技术的运用方法,合理选择和采用膨胀剂等,通过现场大量的试验,确定它们的最佳用量。
4.砂率、水灰比。砂率是指混凝土中砂的用量占砂、石总用量的百分数,表示砂与石子二者的组合关系,选用要合理,避免过大。水灰比不能过小,也不能过大,要严格加以控制,一般为0.5―0.8。在满足泵送和施工的前提下,在一定水灰比的前提下,降低砂率,减小单位体积混凝土用水量,有利于遏制裂缝的产生。
(二)施工工艺方面
1.要有良好的施工方案,严格按施工规范进行施工,合理设置并正确处理混凝土的施工缝,应用恰当的浇筑工艺和养护方法。
2.在施工中,钢筋的成型和模板安装位置要准确、牢固,以免变形。在钢筋绑扎施工中,加强对负弯矩筋的管理,加密支撑马凳的间距,严防乱踩钢筋,确保负弯矩钢筋的保护层厚度。
3.混凝土的浇筑、振捣操作要合理,方法必须正确。振捣须快扦、慢拔,时向不宜过长,也不宜过短。避免欠振、过振和漏振,提倡二次振捣、二次抹压技术。
4.混凝土浇筑要尽量避开炎热天气和昼夜温差大的日子,严格控制混凝土的入模温度。对于大体积混凝土,要充分做好现场的保温、降温工作,避免内外温差过大。
5.加强对混凝土的早期养护工作,尽量晚拆模。在混凝土浇筑成型后,应在结构表面予以覆盖和浇水,使混凝土的正常硬化和强度提高,不受或少受外界的影响,防止温差裂缝的产生。
6.混凝土裂缝可通过表面处理法和填充法进行处理。表面处理法包括表面涂抹法和表面修补法。表面涂抹法适用于难以灌入的细而浅的裂缝,表面修补法适用于大面积的部位,填充法是用修补材料直接填充裂缝,一般用于修补较宽的裂缝。
综上所述,混凝土结构裂缝的形成原因是多方面的,主要有原材料质量不合格、配合比不当、施工工艺不当等。防治裂缝的措施也有多种,需认真研究分析,以便采取合理的防治,确保混凝土结构的质量,满足使用的要求。
参考文献:
[1]建筑工人.建筑技术杂志社,2007.11.
[2]毕万利,周明月.建筑材料.高等教育出版社,2002.12.
【关键词】混凝土结构;加固;方法
混凝土结构一般在使用30~50年以后会产生明显的劣化与损伤。已有建筑物的鉴定,改造加固已经成为经济发达国家的建设重点之一,由此也产生并推动了加固技术的不断发展。在我国,在经过几十年大规模的基本建设后,已有建筑物的维修、改造和加固必将占据其应有的重要地位。因此,将其视为一个体系加以研究和探讨,已经成为我国对现有建筑物实施管理的一项完整对策。
1 加固原因
加固学是随同房屋结构学发展而发展起来的。从加固的范围看主要原因有:1.1尚未建成但由于施工质量问题;1.2结构封顶尚未使用就要改造而引起的加固;1.3结构老化后进行改造加固;1.4因灾害引起的加固。
2 传统加固方法
即加大截面法,是在现有混凝土构件外加钢筋混凝土,增大原混凝土构件截面面积,达到提高结构承截力的目的,加大截面法的优点是容易施工,适用面广,可广泛用于一般梁、板、柱、墙等混凝土结构的加固。缺点是现场湿作业工作量大,养护期较长,对生产和生活有一定影响;对结构外观及房屋净空也有一定影响,且嵌入的钢筋锈蚀和混凝土优劣化的危险性很大。
3 常规加固方法
3.1 预应加固法
也可称为反弯矩法。在20世纪50年代外部预应力就已是一种施工方法。预应力加固具有加固、卸载、改变结构内力的三重效果,适用大跨结构加固。用预应力钢筋在构件外进行张拉,可以起到增加主筋,提高正截面及斜截面强度,同时也提高了刚度,是一种积极和加固方法。但预应力钢筋中的预应力设置多少,却要受结构受力年限而定,即要考虑混凝土徐变的影响。预应力筋的应力不宜大于150Mpa,对于已负荷很久的超静定结构,宜为50~100 Mpa。
3.2 粘钢加固法
外粘钢板加固钢筋混凝土结构的方法,就是用薄钢板或其它钢衬通过一种双组份环氧粘合剂粘于混凝土结构表面产生三相材料,混凝土-胶-钢板的复合系统。该法具有方案设计及结构计算简单,不扣伤原混凝土构件,施工方法简便,周期短,现场作业量小,对原构件外形尺寸影响小等优点。在国际上是一种适用面较广的先进加固方法,不仅建筑,而且公路桥梁也普遍采用。已经证明粘在混凝土梁受拉表面的钢板能提高抗弯能力,同时也能提高抗弯刚度并相应减少挠度和开裂。
3.3 置换加固法
在梁或偏心受压柱中,用置换法可以达到局部直接补强的效果。例如当成批构件混凝土强度等级达不到设计要求时,通过检测,选用最低等的构件,然后按弯矩图确定最危险截面,这些截面的受压区用高一级新混凝土置换老混凝土,切剖面应成直平整,然后用喷射混凝土灌满,试验证明,尽管仅在局部置换,仍是十分有效的。在置换法中,构件需切割成方口或要将柱切断。
3.4 外包钢加固法
外包钢加固法是以型钢(一般为角钢)外包于构件四角(或两角)的加固方法。在我国,外包钢加固法也是一种使用面积较广的传统加固方法,优点是:施工简便,现场工作量较小,受力较为可靠,适用于使用上不允许增大原构件截面足寸,却不要求大幅度的提高截面承载能力的混凝土结构加固。外包钢加固分湿式和干式2种情况。
3.5 间接加固法
间接加固法是增加构件,增设支承点,以减小结构内力和提高其承载能力的加固方法。其优点是简单可靠;缺点是使用空间会受一定影响。
4 新型加固方法
4.1 粘贴钢筋加固技术
是指将钢筋粘在构件原有配筋表面或粘贴在混凝土内部的一种加固方法。当钢筋保护层脱落,胀裂或遭腐蚀破坏时,可将加固钢筋直接粘贴在原有配筋表面;当保护层混凝土较完好或原配筋位置不易测准时,可在混凝土表面切缝(1~2.5深)或凿槽,将钢筋粘贴在缝内或槽内,以达到加固目的。粘筋加固主要也是通过结构粘接剂传递应力。粘筋加固且有以下特点:4.2.1完成加固工作后加固筋处于原构件内部,因此该技术是一项内加固技术;4.2.2基本不加大原构件的截面外形足尺寸和自重;4.2.3加固筋贴紧或邻近原有配筋,与原有配筋协同工作性好;4.2.4尽可能少损伤原混凝土构件。由于粘筋加固的上述特点,主要适用于:原构件混凝土遭受碳化或腐蚀,钢筋严重锈蚀;因荷载改变而造成原配筋不能适应受力要求;施工原因造成的配筋位置不当。
4.2 绕丝加固法
根据混凝土三向受压可以提高其单轴抗压强度的原理,对于受压柱,可以用Ф4退火钢丝横向缠绕构件,以提高其强度。根据梁的受剪区斜向箍筋受力优于竖向箍筋的道理,可根据需要在梁外进行斜向绕向筋或竖向绕筋,以提高其抗剪强度。一般,采用Ф4冷拔钢丝退火后进行绕丝,间距为5~40(中-中)试验证明,这一方法不仅对圆柱、方柱有效,对长方形柱亦有效。为了提高效果可在长方形四个面的中点纵向设置Ф25圆钢,并将四角凿去少许。
4.3 玻璃加固法
凌璃钢是由玻璃纤维加环氧树脂形成轻质高强度的新材料,具有自重轻,强度高,耐腐蚀,与混凝土线膨胀系数接近,使得二者能共同工作,施工方便,周期短,抗渗性好等优点,因而具有广阔的应用前景。目前已在车辆,船舶以及水力发电的车叶中应用。
根据试验知,玻璃钢抗拉强度接近钢材,但不能抗碱,且弹性模量小于钢材,而玻璃纤维板的弹性模量是非常关键的。玻璃纤维加筋层合板必须比碳纤维层合板厚几倍才能有同样的张拉刚度,因为玻璃弹性模量相对较低。试验表明,玻璃纤维加筋塑料用于具有足够抗剪筋的梁的抗弯加固时,对板厚度有一个限制,超过了这个厚度,梁会在还没达到保证其耐久性所必须的全部弯曲强度的情况下,发生过早的脆性剪切界面粘结破坏,有人建议要保证全部的外部抗弯能力和破坏时的延性,板的宽厚比不能小于50。玻璃钢具有耐腐蚀的优良特性,但对其在高温和动力荷载以及在长期荷载作用下的老化问题仍然需要进行研究。
4.4 碳纤维加固法
粘碳纤维复合材料、粘钢加固技术
当结构的抗弯、抗剪承载力不够或建筑抗震达不到要求时,引起原因有:设计有误、施工错误、混凝土强度过低等,都可以采用在混凝土结构外面粘贴碳纤维布(板)或钢筋的方法进行补强。粘钢板的施工工法已被业内广为熟悉,在《混凝土结构技术加固规范》中已有明确阐述。
4.5 混凝土裂缝压力注胶修补技术
工业与民用建筑主体出现裂缝是非常普遍的。裂缝产生的原因也是相当复杂的。近年来,随着商品混凝土的广泛使用,混凝土中的一些添加成分也是引起裂缝的直接原因。裂缝是混凝土结构可能进一步破坏的第一个信号,如果不及时进行修补,随着时间的进行可能会造成结构的严重破坏,影响到正常使用。修补可以有表面修补和内部修补两种工法,表面修补可以采用粘结碳纤维布的方法。
【关键词】混凝土结构;梁漏筋;缺陷修补;
中图分类号:TV331 文献标识码: A
一、工程概况
某工程裙房四层顶至屋面为电影院,分为9个不同大小的电影院,电影院尺寸为84.3m×50.4m,面积为4248m2,层高为9.85m。屋面顶部为密肋楼盖结构,梁最大跨度17.2m,其中主梁截面为450×1100mm,梁底配筋2228,6/8/8,面筋1128,4/7;次梁截面为250×1000mm,梁底配筋825,4/4;面筋为728,4/3;混凝土强度等级为C40。
主梁截面图 屋面顶平面图
二、混凝土结构缺陷概述及判定
电影院屋面混凝土浇筑完成拆模后,拆除过程中发现部分梁出现梁底漏筋、孔洞、蜂窝、麻面等现象,经现场凿除松散部位后查看,质量缺陷具体可分为以下三种情况:1、梁底的一排筋和二排筋之间混凝土缺失,连续长度3~5米;2、梁底一排筋和二排筋之间局部存在块状的、混凝土不密实的情况;3、梁侧和梁底有蜂窝、孔洞。根据《混凝土结构工程施工规范》(GB506666-2011)表8.9.1“混凝土结构外观缺陷分类”规定,判定上述缺陷属严重缺陷。详见下图
三、原因分析
经现场调查取证,我们认为造成质量缺陷主要有以下几个原因:
1、材料原因:商品混凝土未连续供应,个别部位供应时间间隔较长;商品混凝土骨料级配不良,部分颗粒偏大,堵塞钢筋间缝隙。
2、管理原因:技术负责人对钢筋分项工程交底不清,钢筋工长对钢筋施工把关不严。屋面梁底配筋直径大且数量多,梁底钢筋绑扎时未进行合理排布,上中下三层钢筋错落布置,未处于同一垂直面上,导致三层钢筋之间间隙较小,钢筋施工没有考虑混凝土施工要求,在振动后偏位造成混凝土下料困难。同时混凝土浇筑期间混凝土工长对振捣施工要求交代不清,监督施工不到位。
3、工人操作原因:屋面梁底筋配筋较密,混凝土下料困难,混凝土浇筑由梁一端向另一端推进,流淌到梁前端的混凝土未及时振捣,二次浇筑混凝土时,前一次混凝土已失去流动性,造成二次浇筑的混凝土不能顺利填满梁底部钢筋间的间隙,从而造成钢筋间混凝土缺失、不密实,梁侧和梁底出现蜂窝、孔洞。
四、处理措施
1、通过对缺陷部位研究探讨,总体思路确定为重新支模,利用高强微膨胀灌浆料分段灌浆对缺陷部位进行修补。具体步骤如下:
(1)操作平台搭设:操作架搭设高度8.8米,考虑到架体太高,必须保证架体的稳定性,架体搭设最小宽度为3米,最小长度为5米的移动架。支架必须设置纵横向扫地杆,纵横向扫地杆距地面200mm,采用十字扣件固定,立杆之间由底部h=1.8m布距逐次设双向水平杆。竖向剪刀撑:剪刀撑仰角为45°~60°,剪刀撑与立杆连接,搭接长度不少于1.0m,采用3个旋转扣件固定,端头伸出扣件边缘长度不应小于0.1m。
(2)将漏筋部位及孔洞处不密实、零散以及包裹梁底筋的混凝土剔除,直至上部混凝土密实部位。
(3)界面处理:用高压水枪冲洗混凝土剔除后部位,将灰尘、颗粒冲洗干净。
(4)支设模板:梁两侧模板采用步步紧夹死,间隔500mm预留企口,制作一个漏斗插于企口内以便灌浆。模板间用胶带封缝,达到整体模板不漏水的程度,模板顶标高高出凿除口50mm。
(5)用高位漏斗法分段灌浆,底部采用橡胶锤轻轻锤击,待锤击感觉无隔音,即停止灌料。凝固后检查有无空隙,如有空隙再次灌浆,浆满至企口,从一端向另一端顺序推进。灌浆施工完成后,将企口处灌浆料凿除抹平。
(6)灌浆完24h后拆除模板,保证养护时间7d。
模板加固示意图
2、关键工序与监督
由专职技术人员负责监督孔洞处混凝土凿除、清洗工作。确认处理到位后木工支模。支模完成后再次进行检查验收;灌浆前24h,表面混凝土重新湿润,灌料前清除积水;灌浆料达到100%强度后,委托有资质单位检测,检查修补部位密实程度。
3、安全管理措施
现场作业人员必须接受三级安全教育;施工前由项目部技术负责人对施工人员进行安全技术交底。进行高处作业之前,应对安全防护设施逐项检查和验收,验收合格后,方可进行高处作业;施工期间不得拆除剪刀撑、纵横向水平杆、纵横向扫地杆等加固杆件;设专人负责对支架进行经常检查和保修工作,发现问题立即采取措施。
五、效果检查
施工时现场留置2组灌浆料试块,达到龄期后进行抗压试验,并请第三方检测公司对修补完成部位进行超声波检测,抗压试验及检测结果均满足设计要求,实施效果良好。
关键词:混凝土;裂缝;修补措施;加固补强
bstract: According to the universality of the concrete structure cracks, analyzes the hazards of the cracks, point out the cracks of concrete structures repair and reinforcement measures, according to the occurrence of cracks in the structure, the development of different repair and strengthening methods to enable the structure to achieve the desired useful life and functional requirements.Key words: concrete; cracks; remedial measures; reinforcement
中图分类号:TU37文献标识码: A 文章编号:2095-2104(2012)03-0020-02
0 引言
裂缝可以说是混凝土建筑物的“多发病”和“长发病”,而且随着结构服役时间的增长,裂缝的数目和宽度有逐渐增大的趋势。而产生裂缝的原因众多,大致可划分为荷载引起的裂缝、温度变化引起的裂缝、收缩引起的裂缝、钢筋锈蚀引起的裂缝、施工材料质量以及施工工艺引起的裂缝等。
1混凝土结构裂缝的危害
裂缝的存在会导致其他病害的发生和发展,如渗漏溶蚀、环境水的侵蚀、冻融破坏的扩展及混凝土碳化和钢筋锈蚀等,这些病害与裂缝形成恶性循环,对建筑物的耐久性产生较大的危害:
1)降低了混凝土耐腐蚀能力:混凝土裂缝的存在降低了混凝土的耐腐蚀能力,引起混凝土破坏。
2)加剧混凝土的碳化:混凝土裂缝的存在,使空气中的CO2水分以及氧气极易渗透到混凝土内部,加速了混凝土碳化。
3)加快钢筋腐蚀:混凝土的裂缝使混凝土对钢筋的保护作用削弱,在裂缝部位加快了钢筋锈蚀的速度;而钢筋一旦锈蚀又将引起体积膨胀,使裂缝进一步扩展,对结构形成更大的危害。
4)影响结构物的强度和稳定性:混凝土裂缝轻则影响建筑物的外观、正常使用和耐久性,对于严重的贯穿性裂缝则可能导致结构物的完全破坏。
2房屋建筑混凝土结构裂缝的形成原因
混凝土是一种轴心抗拉强度很低的脆性材料,混凝土构件在形成过程中,容易受到材料质量、施工工艺、施工环境等诸多因素的影响,当发生环境温度变化、地基不均匀沉降等问题时,混凝土结构很容易产生裂缝,要根本解决混凝土中裂缝问题,还是需要从混凝土裂缝的形成原因入手。混凝土结构工程中都或多或少地产生裂缝,影响了结构的耐久性和结构性能,结构产生裂缝的原因主要归纳有以下几个方面。
(1)构件设计截面尺寸不合理引起的裂缝
截面尺寸较大的混凝土构件在硬化过程中,由于截面尺寸设计不当引起较大的拉应力,从而引起两种裂缝,失水干缩形成的裂缝及温度变化引起的收缩裂缝,此外混凝土内部产生的水化热导致构件温度升高,引起内部混凝土膨胀变形而产生裂缝。
(2)施工过程中支撑体系不当产生的裂缝
由于混凝土硬化前结构跨度较大,构件截面尺寸大,施工荷载也大,造成支撑体系的承载力不足,脚手支架沉降形成裂缝;采用早拆模板施工方法时,拆模后易产生裂缝。同时,由于保留的支撑承载力不足也会产生裂缝,此类裂缝在跨中垂直梁底,下宽上窄,呈正截面受弯裂缝,两端为斜向受剪裂缝。
(3)混凝土材料本身引起的收缩裂缝
混凝土是一种混合材料,由水泥、石、砂、水所组成,各材料的物理化学性质不同,在混凝土硬化过程中掺杂了气体和水,因此混凝土在开始时便具有微观裂缝和微孔。现阶段工程多采用商品混凝土,水灰比比较小, 而产生收缩裂缝的几率增大。混凝土具有热胀冷缩的性质,当环境温度发生变化时,就会产生温度变形,由此产生附加应力,当这种应力超过混凝土的抗拉强度时,就会产生裂缝。在工程中,这类裂缝较多见,譬如现浇屋面板上的裂缝,大体积混凝土中,梁、板、柱等小块体构件收缩裂缝。混凝土收缩裂缝危害较大,尤其是暴露在大气中的构筑物,影响更大。由于收缩而产生的微观裂缝一旦发展,则有可能引起结构物的开裂、变形甚至破坏。
(4)张拉工艺不当产生的裂缝
由于钢筋锚固区局部受压过大,在梁端非区内产生拉剪裂缝,同时此处将会引起沿钢筋方向的纵向裂缝。施工过程中对钢筋施加的应力未达到设计值时引起拉应力而导致的裂缝。
(5)混凝土材料及配合比
材料质量引起的裂缝较常见的原因是水泥、砂、石子等质量不合格。若工程上用了这些不合格的材料,轻则蜂窝麻面,重则导致“豆腐渣工程”,所以必须严把材料的质量关。
配合比设计不但直接影响混凝土的抗拉强度,也是造成混凝土开裂不可忽视的原因。配合比不当指水泥用量过大,水灰比大,含砂率不适当,骨料种类不佳,选用外加剂不当等,这几个因素是互相关联的。有关试验资料显示:用水量不变时,水泥用量每增加10%,混凝土收缩增加5%;水泥用量不变时,用水量每增加10%,混凝土强度降低20%;混凝土与钢筋的粘结力降低10%。
3裂缝控制及补强加固方法
3.1裂缝修补方法
1)表面封缝法。
当裂缝较小(文献要求小于0.2 mm)时,而且裂缝线细、条纹多时,可在裂缝表面上涂防护膜(分部分涂复和全部涂复两种方法),以提高其防水性及耐久性。通常使用弹性防水材料环氧树脂浆液或水泥浆液进行封闭。当裂缝细而深时,宜用甲基丙稀酸脂或低粘度环氧浆液灌注。施工时先用钢丝刷将混凝土表面打毛,清除表面污物及附着物,用水冲洗后令其充分干燥。之后,用塑状树脂或环氧胶泥充填混凝土表面气孔,再用适当修补材料涂复裂缝部分。
2)凿槽充填。
这是一种适合于修补较宽裂缝(0.5 mm以上)的方法。具体做法是沿裂缝处凿开混凝土,并在该处充填修补材料。具体实施时又因钢筋是否腐蚀而不同。当钢筋未腐蚀时,沿裂缝处以大约10 mm的宽度将混凝土凿成U形或V形槽,在开槽部位充填密闭材料(见图1),
充填密闭材料可使用水泥砂浆、环氧砂浆等。如果裂缝下的钢筋已经锈蚀,则开槽时务必开到钢筋锈蚀位置,然后对钢筋锈蚀部位除锈,之后,再清洗干净并干燥,最后用充填材料充填,对锈蚀钢筋的除锈工作一定要做到细致彻底,否则,修补失效,钢筋锈蚀加剧。
3)灌浆。在裂缝中注入环氧树脂浆液、甲基丙稀酸浆液或水泥浆,旨在提高结构物的防水性和耐久性。适用于修补混凝土结构出现的裂缝,对于承载力不足引起的裂缝除采用本方法外,还采取补强加固措施。对于使用的灌浆材料要符合下列要求:
a.浆液粘度小,可灌性好。
b.浆液固化后收缩性小,抗渗性好。
c.浆液固化后的抗压、拉强度高,有较高的粘结强度。
d.浆液固化时间可根据现场条件(温度、湿度)调节,灌浆工艺简单。
e.浆液应为无毒或低毒材料。通常使用的浆液分为化学浆液和水泥浆液。化学浆液主要有环氧类和甲基丙稀酸类。在具体使用中,要根据不同工地情况在使用前进行试配,以保证可灌性,满足设计、施工要求。水泥浆和水泥砂浆也应在使用前进行试配,并检查其抗拉、压、弯强度。化学浆料适用于裂缝宽度不小于0.3 mm的裂缝,当裂缝宽度大于1.0 mm时,可用微膨胀水泥浆液修补。对于大面积缺损、蜂窝、孔洞等,宜采用1∶2水泥砂浆或不低于C20的细石混凝土进行修补。
4)修补效果的检查。
a.修补工程结束后,对以防水为目的的修补,则可通过检验已修补的裂缝是否存在漏水现象来确认。
b.对于恢复耐久性为目的的修补,就不易确认修补效果。对于具体的工程,可使用压入气体检漏法或在不影响使用性前提下,在灌浆部位采用小直径取芯样检查法。
3.2裂缝补强加固方法
裂缝的补强加固旨在恢复因开裂或开裂后钢筋锈蚀截面积减小而降低的混凝土结构物的承载力。就目前而言,国内外常用的补强加固方法除上述灌浆加固外,还有加大截面加固法、外包钢加固法、预应力加固法和增设杆件加固法四大类。
1)外包钢加固法。将钢板粘贴在混凝土表面,特别是受拉侧表面,使之与原结构一体化,提高结构承载力的一种方法。外包钢加固法根据施工工艺和钢板与混凝土间粘连牢固度的不同又分为湿式外包钢加固和干式外包钢加固。外包钢加固效果关键在于粘结剂的使用,因此要选择可靠的粘结强度和抗拉、压强度高、耐老化性好的粘结剂(如JGN结构胶等)。
2)加大截面加固法。
在已有构件基础上,补浇混凝土,以增强构件的承载力。在施工过程中,关键要处理好新、老混凝土接触面的粘结,以确保二者协调工作,保持一体。
3)预应力加固法。借助于外加预应力减少构件中产生的拉应力的一种加固方法。它不但可以使裂缝闭合,还可以给结构施加压应力,以增加结构物的承载力及刚度,减小裂缝宽度。
4)增设杆件加固法。在已有的梁、柱、板等处增设杆件来增强结构承载力或改变结构物的传力路径以增强其承载力的一种方法。在具体应用中应按被加固梁板在增设支点加固时是否有预加支承力的两种情况考虑,对于有预加力时,支承预加力可视作外力计算。
4 结 语
裂缝对结构的使用性能、耐久性能等均会产生一定的影响,针对结构中的裂缝发生、发展情况采用不同的修补加固方法,使结构达到预期的使用年限及功能要求。
参考文献:
[1] 姜国兴.关于房屋建筑中的墙体裂缝对策研究[J]. 中小企业管理与科技(上旬刊). 2008(10)
[2] 陈金水.房屋建筑墙体裂缝成因及控制措施探讨[J]. 中小企业管理与科技(上旬刊). 2010(08)