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在大体积的混凝土受到高温之后,遇到开裂的主要问题就是地下室容易渗水。地下室渗水的问题不太容易解决。总是给使用者带来很大问题,会使得室内潮湿霉腐等。在修补裂缝这项工作上,花费总是很大,而且工期比较长,使用者往往难以承受长期的不便。各种裂缝都有可能会引起刚度的降低,尤其是在基础部分方面,很有可能会影响建筑物的安全稳定。混凝土对于高温的适应能力并不高。因此需要混凝土能够有着更多的适应能力,对于建筑物的稳定有着不容忽视的作用。因为一旦形成裂缝,长期下去就会存在安全隐患。设计的分布状态也会因此改变。能够使局部或者整体结构发生相应的改变。我们必须要注意底结构的承载能力,保证安全。在裂缝出现之后,往往会影响混凝土的内部结构,使得其他的辅助建材如钢筋水泥等的强度降低,影响整体的结构协调。这样,混凝土的耐用性就会大大降低。不论是对于结构的使用寿命还是长期的耐用程度都有着很不利的影响。所以,要在施工过程中进行温度的控制,采取温度的适当改变和计量,减少裂缝产生,这样能够保证工程质量的安全和安稳,为长远考虑。
混凝土的温度裂缝形成以及研究
在过去,对于大体积的混凝凝土形成的概念很多人都没有专业的认识。所以要想办法防止混凝土开裂的情况,就要采取相应的温度控制。在国际上,工程中都经常会发现有混凝土开裂的情况,严重情况不一,但是都会非常影响工程。如果得不到补救措施,会带来很多的麻烦,并且还会影响工程的质量。现在的建筑物设计越发高大精美。因此负荷也就越来越大。在各个层次上,社会的各个方面如交通、工程、建筑等都是用钢筋混凝土。有些工程,特别是高层建筑中,经常会使用筏板作为基础。这样的话,一点出现裂缝就会引起建筑物的非正常使用,导致渗水甚至更大的隐患,而地下水中的杂质也会渐渐渗入影响材质的刚度,会使得筏板的承受力一再降低。曾有某高层的建筑连续出现贯穿性的大裂缝。地下室渗水,重新浇筑则会费很大的功夫,时间上会耽误很久,并且要耗费更多的材料。对于混凝土的重新浇灌有着格外严格的要求。各种建筑的规格都非常庞大,特别是高墩的桥梁尺寸更是要求更高。所以施工中的裂缝问题就要被注意。基础的部位一定不能出现任何的裂缝。基础的部位一旦出现很多的裂痕,就会影响到日后的安全使用,桥梁的安全存在着很大的未知数,所以这就可能会引起财产和生命的损失。
在实际的使用中,结构物体可能会成受到外力的各种荷载。在承载不了荷载时,就有裂缝出现的可能了。所以应对荷载的能力和温度的相关改变等原因都可能会造成混凝土的裂缝情况。体积混凝土的常见问题主要是质量问题,内部结构产生裂缝是非常复杂的。也是综合性的。混凝土从浇筑到投入使用之间可能会有很多原因引起裂缝。也就是说,可能是水泥的过热引起的。水泥的使用面积往往有混凝土工程的大小来决定的。面积越大则适用的量就越多。混凝土在浇筑的过程之中,水泥放出大量的热。这就能够造成混凝土的温度升高,体积大则散热的情况比较小些、聚集的内部热量不容易散发出来。在升高温度的阶段,混凝土的内部温度相对来说更高一些,所以,根据热胀冷缩我们可以看出内部中心的膨胀要快于表面。中心在约束膨胀,表面之间的点子则相互凝结。但是表面的拉力如果超过了极限,就会产生裂缝。水泥不断散热的过程中热量都是不断向外散发的。体积随着温度在慢慢胀大或者收缩。混凝土的表面和中心是存在着温度差的,因此,就算升温时是同步的,但是依然会出现裂缝。这种情况就是升降温对于混凝土的影响。现在的降温收缩中,如果拉力比较大,就会引起下一次膨胀时的拉力,容易造成裂缝。
大体积混凝土温度裂缝的控制措施
前面我们讨论了很多关于混凝土裂缝的问题,包括裂缝的现状以及各种出现的原因。笔者认为,根据原因来采取一定的控制是完全可能的。所以很多的工程之中都能够给与混凝土一定的散热时间。有的是几天,有的是几个月。混凝土由于温度的变化,拉应力增长速度是比较缓慢的。但是混凝土在硬化方面是比较容易的。
设计控制措施。(1)尽可能选用强度等级低的混凝土将后期的强度充分利用整合,在高层建筑不断出现的当下,混凝土的强度也就被要求更高。出现C40-C50等高强混凝土,设计强度过高,使用水泥的量是非常大的,而且建设工期十分冗长缓慢。混凝土的早龄期,荷载远未达到设计荷载值,可以利用混凝土的60d或god后期强度,这样可以减少混凝土中的水泥用量,以降低混凝土浇筑块体的温度升高(2)进行结构的温度应力分析和设计应该在设计的时候充分考虑各方面的协调作用,比如温度应力的分析情况。将温差最大的位置确定下来,对温度应力和收缩力进行验算,这也是充分的证据,能够作为参考的理论,同时为合理进行分块分层浇筑混凝土提供指导。(3)选择合理的结构形式和分缝分块裂缝很多时候也和结构形式方面有着千丝万缕的联系。大体积混凝土的设计阶段应充分考虑这种情况所带来的影响,尤其是寒冷少用薄壁结构,因为薄壁结构很敏感,温度变化会影响到它的正常稳定。
施工控制措施。再配合比例上要适度,能够将不同的材料最优化配置,强度上面则根据原材料、优化混凝土配合来决定。绝热温升较小、抗拉强度较大、极限拉伸变形能力较大、线膨胀系数较小这些都是混凝土的特征,需要合理分配。
监测措施大体积混凝土温度控制的测试内容
混凝土绝热温升的测试。间接法和直接法是混凝土绝热温升的测试的关键两种方法。间接法是来计算混凝土绝热温升,用水泥的水化热、混凝土比热、水泥用量、混凝土密度。直接法是用混凝土绝热温升实验仪直接测定混凝土绝热温升。直接法测定结果准确,但是实验设备和实验过程比较复杂,这种情况一般都是大型的工程才会用到。其中的一种方法一般就可以满足正常的要求了。
混凝土浇筑温度的监测。在混凝土的浇制监测情况下,要注意温度不能够过于超标,以便控制混凝土浇筑后的温度升高峰值。同时也包括对混凝土搅拌、运输过程中温度的监测和混凝土原材料温度的监测。
论文摘要:在大体积混凝土中,温度应力及温度控制具有重要的现实意义。然而,不管采取什么措施,大体积混凝土都会产生温度裂缝,不仅影响美观,而且可能会影响到结构的整体性和耐久性。本文扼要叙述了温控设计的基本要点及温度裂缝产生的原因。概述了提高大体积混凝土抗裂能力的主要因素及一些防裂措施。
一、前言
随着我国建筑行业施工技术的不断提高,大体积混凝土技术已广泛应用于工程项目中,大体积混凝土坝的裂缝及其防治一直水水电工程界十分关注的重大技术问题,研究温度控制及防裂措施具有十分重要的意义。
二、温度控制要点和温度裂缝产生原因
大体积混凝土如混凝土坝的温度控制是混凝土坝设计中的重要问题,对于保证混凝土坝工程的质量、加快施工进度等方面,起到关键性作用。在混凝土温度控制设计中,一般以基础温差的设计为重点,以单独浇注块的温度应力为理论基础,在限制应力或应变的条件下估算允许温差。实践表明,浇注块的分块尺寸越小,应力越小,基础允许温差就越大。
混凝土标号高,防裂能力强,但因水泥用量增加,故水化热温升也较高,从而使浇筑块早期约束应力较大,后期冷却约束拉应力也较大。浇筑层厚度对水化热温升有直接的影响,薄层浇筑水化热温升较低,冷却后约束应力较小。一般浇筑块高度超过4.5m时,大坝内部混凝土基本上处于不散热的绝热状态。
对大坝混凝土的温度控制,最关键的是要掌握混凝土的温度变化规律和将温度应力控制在混凝土的允许范围内。在施工过程中,混凝土温度场及应力场的变化过程是相当复杂的。在设计计算中,需要模拟实际施工过程,考虑各种复杂因素,如混凝土的弹性模量、线胀系数、徐变、抗拉强度、极限拉伸值、热力学指标、温度、荷载、自生体积变形等。
大体积混凝土结构,浇注后水泥的水化热很大,由于混凝土体积大,聚集在内部的水泥水化热不易散发,混凝土的内部温度将显著升高,而混凝土表面则散热较快,这样形成较大的温度梯度,引起较大的表面拉应力而超过混凝土极限抗压强度,就会在混凝土表面产生表面裂缝。这种裂缝多发生在混凝土浇注后的升温阶段。如果此时混凝土表面不能保持潮湿的养护环境,则混凝土表面由于水分蒸发较快而使初期的混凝土产生干缩,加剧裂缝的产生。这是混凝土浇注后由于温升产生的第一种裂缝。
由于温升影响产生的第二种裂缝是收缩裂缝。这种裂缝产生在混凝土的温降阶段,即当混凝土降温时,由于逐渐散热而产生收缩,再加上混凝土硬化过程中,由于混凝土内部拌和水的水化和蒸发,以及胶质体的胶凝等作用,促使混凝土硬化时收缩。这两种收缩,在收缩时由于受到基底或结构本身的约束,会产生很大的收缩应力,如果产生的收缩应力超过当时的混凝土极限拉升强度,就会在混凝土中产生收缩裂缝,这种裂缝有时会贯穿全断面,成为结构性裂缝,带来严重的危害。
三、防止混凝土裂缝的传统技术措施
为了防止产生危害性的裂缝,必须采取一系列技术措施包括合理选择混凝土原材料,严格控制施工质量,严格控制混凝土温度,选择合理的分缝分块和结构形式等。
(一)水泥水化热温度
1、选用低热或中热水泥(如矿渣水泥、火山灰质水泥或粉煤灰水泥)配制混凝土。
2、使用粗骨料:渗加粉煤灰等渗和料、或渗加减水剂,改善和易性,降低水灰比,控制塌落度,减少水泥用量,降低水化热量。
3、利用混凝土后期(90天、180天)强度,降低水泥用量。
4、在基础内部预埋冷却水管,通入循环冷却水,降低混凝土水化热温度。
5、在厚大无筋或稀筋的厚大混凝土中,掺加20%以下的块石吸热,并节省混凝土。
(二)降低混凝土浇灌入模温度
1、避开热天选择较低温季节浇筑混凝土:对现浇量不大的块体,安排在下午3时以后或夜间浇筑。
2、夏季采用低温水或冰水拌制混凝土,对骨料喷冷水雾或冷气进行预冷,或对骨料进行护盖或设置遮阳装置,运输工具加盖防止日晒,降低混凝土拌和物温度。
3、掺加缓凝型减水剂。采取薄层浇灌,每层厚20~30cm,减缓浇筑强度,利用浇筑面散热。
4、在基础内设通风和加强通风加速热量散发。
三峡工程针对高标准的混凝土温控标准,各个环节均采取了有力、有效的温控措施。如对混凝土用量最大的原材料——粗骨料采取两次预冷,即在进拌和楼前,在料仓内吹冷风进行一次风冷;进拌和楼后,又在贮罐内进行二次风冷,使各级骨料平均温度达到零下1~6℃。拌和时,加冷制水掺片冰拌和,用以控制混凝土的浇筑温度。在坝体内散布安装冷却水管,混凝土浇筑后即开始通冷却水,用以控制坝体最高温度,并使坝体提前达到稳定温度。
(三)提高混凝土极限拉伸强度
1、选择良好级配的粗骨料,严格控制其含泥量,加强混凝土振捣,提高混凝土的密实度和抗拉强度,减少收缩,保证施工质量。
2、采取二次投料法,二次振捣法,浇筑后及时排除表面泌水,以提高混凝土强度。
3、在基础内设置必要的温度配筋,在基础突然变化、转折部位,底板与墙转折处、孔洞转角及周边部位,增加斜向构造配筋,以改善应力集中。
4、在基础与墙、地坑等接缝部位,适当增大配筋率,设暗梁,以减轻边缘效应,提高抗拉伸强度,控制混凝土裂缝开展。
5、加强混凝土的早期养护,提高早期相应龄期的抗拉强度和弹性模量。
四、防裂新技术
近30年来,随着科学技术的进步与工程实践经验的积累,通过多种途径,采取综合性措施来解决大坝混凝土的抗裂问题。其中氧化镁新材料和MgO水泥混凝土筑坝新技术的出现,打破了人们的传统认识,提出了筑坝新理论和筑坝新技术。据此,既可实现快速施工又大大拓宽和完善了水工混凝土筑坝防裂技术。实践证明,MgO混凝土筑坝技术是大体积混凝土施工的革命,是国内外筑坝技术的重大创新和突破。
采用MgO混凝土筑坝防裂原理是:在后天内中掺入适量的特制的轻烧MgO,利用MgO水化所释放的化学能转变为机械能,使混凝土产生自生体积膨胀,抵消其在温降过程中的体积收缩;也就是利用其独特的具有延迟性的、不可逆变形及长期稳定的微膨胀性能来补偿大坝混凝土在温降时的体积收缩和温度变形。更确切地说,就是利用MgO混凝土的限制膨胀来补偿混凝土的限制收缩,达到防裂目的。若辅以其它适当的综合性措施,可以取代传统的温控措施,如混凝土拱坝需分横缝,柱状、薄层、长间歇浇筑,预埋冷却水管冷却,封缝灌浆等施工工艺,实施通仓连续施工,大大加快了筑坝速度,从而实现了工程界长期希望达到的快速施工的目标。其防裂理论的基本特征是:把传统的通过预冷来降低和控制混凝土筑坝温度的办法,改为调节后天控制大坝混凝土的体积变形,达到大坝防裂的目的。
这项筑坝防裂新技术从1990年初开始,已先后在我国大中型水利水电工程中得到成功应用,其中包括常规混凝土和碾压混凝土重力坝(拱坝),碾压混凝土坝周边及上游防渗体、基础垫层垫座、基础深槽、填塘封洞、导流洞封堵、闸坝工程、厂坝连接及导流底孔、压力钢管外围回填等不同工程部位都应用了外掺MgO混凝土筑坝防裂新技术,并且都取得了成功和达到了预期效果。
2.无害裂缝与有害裂缝的区分
水泥砼裂缝是混凝土的一种常见病和多发病。病情绝大多数发生于施工阶段,其原因复杂多变,从裂缝外观可分成微观裂缝和宏观裂缝两大类。
微观裂缝是指肉眼看不到的、水泥砼内部固有的一种裂缝,它是不连贯的。宽度一般在0.05mm以下,但是要比肉眼可见的即宏观裂缝多得多。这种水泥砼本身固有的微观裂缝,在荷载不超过设计规定的条件下,一般视为无害。用实体显微镜观察、X射线或超声波探测仪等物理检验手段都可鉴定出这种裂缝。另外一种最直接的方法就是用渗水观察,一定压力的水可以从水泥砼内部的裂缝中渗透出来。
宏观裂缝宽度在0.05mm以上,并且认为宽度(最终宽度,即裂缝不再扩展的宽度)小于0.2~0.3mm的裂缝是无害的;继续发展可能会影响到结构性能、使用功能和耐久性的裂缝称为有害裂缝。本文中的裂缝指有害裂缝。
3.有害裂缝的区分有害裂缝按照成因可分为以下几种:
3.1收缩裂缝。在施工阶段因水泥水化热及外部气温的作用引起水泥砼收缩而产生的裂缝。多为规则的条状,很少交叉。常发生在结构变截面处,往往与受力钢筋平行。收缩裂缝多发生在大体积水泥砼中,梁、板、柱等小块体构件,特别是预应力构件极少产生收缩裂缝。水泥砼收缩裂缝危害较大,尤其是暴露在大气中的构筑物,影响更大。如不加以防止,可能会造成严重后果。
3.2超载裂缝。水泥砼构件超荷载使用时,造成变形、失稳或因疲劳等原因产生裂缝。一般均发生在构件受弯矩最大的部位,成条状,但分布不象收缩裂缝那样均匀,扩展方向也相反,一般沿受力钢筋垂直方向或斜向发展。产生超载裂缝的原因,往往是施工阶段在构件上不适当地施加施工荷载或者是上部建筑过早施工。另外,温度应力影响也是原因之一。
3.3沉降裂缝。因地基差异沉降或构件接合不良、剪应力超过设计强度而产生的一种水泥砼裂缝,多见于填土地基、桩基沉降不均匀的各种基础与墙体。这种裂缝一般与地面垂直,或成30°~40°角方向发展,宽度因荷载大小而异,与沉降值成比例。沉降裂缝危害极大,并且极难处理。因此必须在设计上采取有效措施,施工、使用中也要加强观测、监视。
3.4龟裂裂缝施工阶段因配料、搅拌、浇筑、养护等各环节的操作不当均能产生,其中以养护环节为关键。裂缝成龟壳状或散射状,无规律,长度、宽度也不一致。
3.5疏松裂缝。水泥砼浇筑时因下料不均,致使水泥砼材料离析,或因漏振、过振而产生的疏松状态裂缝。如果它延续到水泥砼表面,则容易发现,如果只产生在水泥砼内部,则不能直接表现出来。这种疏松带长度不等,视下料或振捣情况而异。
4.砼有害裂缝的成因
4.1与设计方面有关的裂缝。(1)超过设计荷载范围和未考虑到的。(2)设计的构件截面不足、钢筋用量不足、配置位置不当。(3)建筑结构沉降差异、地震、风力考虑不周。(4)温度应力和砼收缩应力,估计不足。
4.2与环境条件有关的裂缝。(1)环境温度和湿度的变化。(2)各结构、构件区域温度差异过大、冻融、冻胀不一致。(3)内部钢筋锈蚀、火灾时表面遭受高温。(4)酸碱、盐类化学侵蚀,冲击、振动等影响。
4.3与各种材料性质和配合比有关的裂缝。(1)水泥的非正常凝结(受潮水泥和水泥温度过高)。(2)水泥的非正常膨胀、氧化镁、氧化钙过高,含碱量过高。(3)水泥的水化热不正常。(4)骨料含泥量过大,级配不良。(5)使用碱活性骨料和风化岩石及砼自身收缩。(6)混凝土配比不当(水泥用量过大、水灰比过大、用水量大、水胶比大、砂率过大)。(7)选用水泥品种不当,外加剂不当和匹配不当,外加剂掺量过大。
4.4与施工有关的裂缝。(1)拌和不均匀,搅拌时间不足或过长,拌和后浇筑时间过长,泵送时增加了用水量和水泥用量。(2)浇筑顺序有误、浇筑不均匀、振动赶浆、钢筋过密。(3)捣实不良、坍落度过大、粗骨料下沉、泌水、砼表面强度过低就进行下一道工序施工、连续浇筑时间过长、接茬处理不当。(4)钢筋搭接锚固不良、钢筋预埋件扰动和钢筋保护层不够。(5)模板变形、漏浆、渗水、刚度不够、下沉、过早拆除和拆除不当。(6)砼硬化前、遭受扰动或承受荷载。(7)养护条件不到位和养护不及时或时间过短。(8)养护之前遭受急剧干燥(日晒、大风、冻害)。(9)砼表面抹压不及时和抹压时间不当。(10)大体积砼内部温度与表面温度、环境温度差异过大。
5.本工程对有害裂缝的控制方法按照本工程的特点,我们通过重点控制以下几项措施,最大限度的减少胸墙砼有害裂缝。
5.1设计。(1)配筋设计时,改变传统的深梁式理论,采用全新的实体元理论;从而改变了以往工程中只在轨道梁下方配筋的方式,在胸墙整个断面大范围配筋,从而整个增强了胸墙的整体性。(2)每个沉箱上方设置两段胸墙,设计长度由24.03m/段改为12.015m/段,从而减少了每段胸墙的体积。
6.2环境。(1)砼浇注前,听取天气预报,雨雪天、大风天不施工。(2)砼浇注前,使用淡水冲刷底面。(3)砼浇注前,使用钢丝刷对下层钢筋除锈,防止内部钢筋锈蚀。
6.3原材料和配合比。(1)砂石料进场前必须经过砼供应商和施工方两级检验,各项指标合格后方可进场使用。(2)比较选择水化热较低且性能较稳定的普通硅酸盐水泥水泥。本工程通过比对实验,确定采用三菱水泥。(3)适当延长混凝土的凝结时间,使内部的热量在混凝土凝结之前较多的散出;降低了混凝土凝结后内部水化热峰值,减小混凝土的内外温差。(4)配合比依据《水运工程混凝土施工规范》(JTJ268-96)和《水运工程混凝土质量控制标准》(JTJ269-96)进行设计,配合比设计采用三级配,设计坍落度80~100mm。
5.4施工
5.4.1砼浇注。浇筑时控制落灰高度不大于2米、均匀下灰人工平仓,避免粗骨料堆积。采用插入式振捣棒分层振捣,操作时快插慢拔,振点呈梅花形均匀排列,每一振点振至表面不再翻浆为止,振捣顺序为从模板处开始,先外后内,移动间距不大于25cm,分层振捣时应插到下层砼中不低于5cm,不得漏振、过振。并且在砼浇筑过程中,安排专人经常检查模板支立的稳固性。严格控制坍落度,每次浇注时现场实测坍落度,控制在80mm~100mm,若发现坍落度过大现象,则在规范允许范围内适量减水。顶层胸墙浇注前,先用淡水润湿底层砼表面,以利于上下层砼更好的结合。砼浇注完成后,将上部因振倒产生的浮浆刮除、清理干净。
5.4.2分层浇注。为保证前沿线顺直,标高满足设计要求,胸墙分两层浇注。顶层胸墙浇注前,底层胸墙顶面必须进行凿毛处理,凿毛时间选择在砼强度达到设计强度30%以后进行,全部采用人工进行,以露出1/3石子为宜。图2加强沉降位移观测,在底层胸墙相对稳定时及时浇注顶层胸墙,以减少两层胸墙浇注的间隔时间。
5.4.3面层砼掺加聚丙烯网状纤维。胸墙顶面300mm厚范围内设置分散状聚丙烯纤维,纤维直径为18μ,纤维长度为12mm,纤维数量为3亿根/Kg,抗拉强度为300MPa,用量为0.6Kg/m3。聚丙烯网状纤维是以聚丙烯为原材料,通过特殊工艺制造而成的。其外观为多根纤维单丝相互交连而成网状结构。当聚丙烯网状纤维投入到混凝土后,在混凝土搅拌过程中,纤维单丝间的横向连结经混凝土自身的揉搓和摩擦作用而破坏,形成纤维单丝或网状结构充分张开,从而使砼更好的连结。图3同钢纤维相比,聚丙烯网状纤维在充分分散后获得的聚丙烯纤维单丝具有细度大、数量多的显著优势,加之聚丙烯纤维自身所具备的不吸水、抗酸碱能力强和弹性模量与混凝土相当等特性,能明显抑制或减少因混凝土塑性收缩、干缩、温度变化等因素引起的裂缝。
5.4.4预埋铁件周围绑扎细钢筋。按照以往经验,预埋铁件四角易出现45°应力裂缝。本工程中,所有预埋铁件四周均绑扎埋设8钢筋扎成的钢筋网片,网片分上下两层埋置。
5.4.5养护。胸墙砼浇注完毕后,清理掉顶面的浮浆,终凝后及时进行养护;顶面及前后墙均覆盖土工布并保持湿润。按照规范要求,养护时间不少于14天,并有完整的养护记录。
6.防治效果通过对裂缝产生原因进行深入的分析,有针对性的采取了治理措施,目前为止,本工程胸墙顶面及墙面未发现有害裂缝。
7.体会
7.1正确区分无害裂缝和有害裂缝,对指导工程施工具有重要意义。
7.2严格按照规范要求控制各工序,对于防治质量通病有重要作用。
8.3科学技术的不断发展(如本工程掺加的聚丙烯纤维),能够对质量通病的防治带来积极影响。
关键词:构筑物裂缝分析处理
1概述
在当今的整个社会的建设中,不论什么样的建筑,都是采用钢筋混凝土结构,因为该建筑材料价廉物美,施工方便,承载力大,可装饰强的特点,日益受到人们的欢迎。在我国不论是城市或在农村,钢筋混凝土的应用面可以说是无处不在。但是,在使用混凝土的同时,由于对混凝土的性能了解不深,在工程完毕后的十几天,一个月或者更长一点的时间后,混凝土结构物出现了裂缝或其他不良反映,给人们的心中造成担忧和后怕的感觉。一些搞混凝土技术的研究人员对混凝土构筑物的裂缝形成,进行了大量的研究和技术探讨,提出解决混凝土裂缝的办法和意见,也取得了较大的科研成果,使混凝土构筑物的裂缝降低到最低范围之内。目前对混凝土结构物裂缝问题,是在混凝土工程建设中带有一定普遍性的技术问题。而混凝土结构的破坏和建筑物的倒塌,也都是从结构裂缝的扩展开始而引起的。如地下工程(地下室、地下仓库、地下变电所、地下人防工程等),若出现裂缝,将会产生大量的渗水,使地下工程的使用性能降低或不能使用;而厂房、住宅、办公楼的墙、板、柱、梁出现裂缝后,一是影响美观,二是影响使用寿命,有严重裂缝的建筑物将会威胁到人们的生命和财产的安全。故在某些施工验收规范和工程都是不允许混凝土结构出现有明显的裂缝。
但是,从近代科学关于混凝土工作的研究及大量的混凝土工程实践证明,混凝土结构裂缝是不可避免的,裂缝是人们可以接受的一种材料特性,只是如何使有害程度控制在某一有效范围之内。因为使用的混凝土是多种材料组成的一种混合体,且又是一种脆性材料,在受到温度、压力和外力的作用下,都有出现裂缝的可能性。而对出现裂缝后,就要分析哪些裂缝是有害裂缝,哪些是无害裂缝,经分析后,对有害裂缝的形成原因和如何处理,这是本文所提出的关键所在。
2国内外对混凝土裂缝控制的要求
从目前的情况看,设计上对混凝土裂缝有一定范围。从我国的“混凝土结构设计规范《GBJ10——89)”表3·3·4规定看,其裂缝宽度在不同的环境下,不同的混凝土结构物其裂缝的宽度也有所不同的控制标准,允许裂缝宽度为0.2~0.3mm。而从国外的情况看,不同的国家对混凝土构筑物的裂缝宽度也有不同的规定,如1970年欧洲混凝土专业委员会的规范所收集各个国家的标准设计裂缝规定如下:
美国AGl规范规定裂缝为0.108mm;法国规范规定裂缝为0.27mm;加拿大规范规定裂缝为0.064mm;前苏联规范规定裂缝为0.12mm;波兰规范规定裂缝为0.182mm。
从不同的国家来看,各国的规范对混凝土构筑物的裂缝都有不同的控制范围和要求,要保证混凝土构筑物不出现裂缝可以说是不可能的。在我国,对在不同环境下混凝土构筑物,在不同的介质情况下,所规定的混凝土裂缝宽度也不同。所以说,对混凝土构筑物的裂缝我国规范规定在设计上有一定的允许宽度。国际上也都根据本国的特点,对混凝土的裂缝都有明确的规定,说明混凝土结构的裂缝在一定范围内是允许的,要想控制混凝土构筑物不裂缝是很难的,关键是裂缝的宽度应该控制在什么范围内。
3混凝土构筑物裂缝的种类及渗、漏原因
混凝土渗、漏的主要原因是在其拌合物在浇灌振捣过程中漏振和振捣不密实而产生的毛细孔隙或蜂窝状,在外部水压力的作用下,导致渗、漏现象。
同时,由于设计的原因,如结构的造型尺寸、受力情况、构造等因素考虑不周,也会造成混凝土结构的渗、漏现象。从以往的实际情况看,混凝土的裂缝大致可分为以下几种:
(1)混凝土拌合物凝结前的沉降裂缝及干缩裂缝;
(2)混凝土温度应力裂缝;
(3)混凝土自应力裂缝;
(4)混凝土受外力及荷重影响裂缝。
从实际情况来看,地下混凝土工程结构的裂缝情况可分为以下几个方面,笔者予以分别介绍。
3.1混凝土拌合物沉降裂缝
这种裂缝的发生,往往是采用大流动性混凝土拌合物时而发生的裂缝,大家知道,大流动性混凝土拌合物在混凝土初凝前,混凝土拌合物中的粗骨料始终处于一种自由体,虽然经过振动器械进行了振动,内部的孔隙也基本排除,但在混凝土内部的粗骨料本身在自身质量的作用下缓慢下沉,若是素混凝土,内部的下沉是均匀的,在混凝土硬化过程中,表面的裂缝一般均为施工人员在操作过程中所留下的脚窝因用素浆找平后而形成的,因为这些裂缝是素浆在硬化时产生的收缩(干裂)裂缝;但是只要在混凝土初凝时予以压光即可解决。另外一方面是钢筋混凝土,在混凝土没有达到初凝前,其内部的粗骨料继续处于下沉状态,而混凝土沿着钢筋的下方继续下沉,由于在钢筋的作用下,钢筋上面的混凝土被钢筋的支护,在钢筋上表面沿着钢筋的走向产生裂缝,这种裂缝的深度一般只达到钢筋表面为止。
3.2早期混凝土干缩裂缝
这种裂缝一般出现在混凝土较薄的结构;如现浇楼板混凝土、道路混凝土、地坪等混凝土,在结构断面≤300mm、混凝土坍落度>100mm时,最容易发生此种裂缝。这种裂缝产生的原因是混凝土拌合物在浇捣完毕后,混凝土拌合物内部的水份一部分泌出流失,一部分被水泥水化所用,另外一部分被蒸发,尤其是在干热、风较大的季节以及在空中的薄壁结构板混凝土拌合物则更容易出现失水干缩而发生裂缝。这种裂缝出现的时间较早,一般混凝土在初凝前就已经发生,若不加以处理和养护,局部裂缝将会贯穿整个混凝土结构,部分裂缝也将达到结构1/3~1/2的深度。象这样的裂缝若在混凝土还没达到初凝之前,对其表面用木抹子进行再次拍压抹平,并立即在表面覆盖养护,即可消除该种裂缝的再发生。这种裂缝在实际的施工过程中会经常遇到,但只要引起注意,象混凝土早期出现初凝前的裂缝完全可以避免。
3.3对拉螺栓钢筋端头处漏水现象
在实际工程的施工中,对拉螺栓是用来固定模板的,在混凝土浇灌前已预先固定在钢筋笼内,且钢筋穿过整个混凝土结构物。在施工时,该对拉钢筋在±0.00以下都要求在对拉钢筋中焊接有钢板止水垫,防止地下水从钢筋周围直接渗入混凝土结构物内部,要求止水钢板与钢筋四周用电焊焊满,不得有漏焊和点焊,确保对拉螺栓的止水效果,若止水垫焊不满,在混凝土振捣过程中,对拉螺栓下方的骨料颗粒还在继续下沉,在混凝土凝结后,对拉钢筋下面就形成一道水膜,在混凝土中的水泥产生水化和水份的蒸发以后,在螺拴下表面就形成了一道贯穿性的毛细孔,这种毛细孔在外部地下水的压力作用下,将产生渗水现象。
但是,有的钢止水板在焊接时焊得不严,有漏焊点或漏焊处,在外部水压力的作用下,水就会通过止水板的漏焊处,顺着钢筋螺栓渗透到结构物内部。
3.4贯通性毛细孔和微细裂缝
在一般大流动性混凝土工程结构上容易产生贯通性的毛细孔。因为泵送混凝土的流动性大,相应地混凝土单位用水量也要比普通混凝土用水要多。在混凝土浇捣完后,一部分水泌掉,一部分蒸发,一部分在水泥水化时被水泥吸收,那么另外一部分搅拌用水就存在混凝土内部,在一定的时间内,水慢慢挥发,原来水所占的体积就形成了一条毛细孔隙,在混凝土结构外部地下水的压力下,这种贯通性的毛细孔就很容易产生渗漏。
微细裂缝主要反映在大流动性混凝土内部,由于在振捣时漏振或振捣不够,在混凝土硬化前,尤其是在钢筋下方的骨料仍在继续下沉,而钢筋上部的混凝土中的骨料被钢筋所支撑不能下沉,在钢筋的下表面就形成了一道微细的水膜,日后它则会形成一条孔隙,地下水便会从此缝隙渗漏到混凝土结构物内部。
3.5混凝土应力裂缝
3.5.1混凝土温度应力裂缝
在混凝土硬化过程中,混凝土构筑物可能要承受各种温度和湿度及其它原因引起变形而产生应力裂缝,因为混凝土在内、外约束应力作用的情况下,混凝土构件的自约束应力是由于非线性的不均匀变形引起,它产生了局部裂缝,而混凝土构件(结构)在外部的约束应力由于结构与结构的相互约束,这种约束变形可能使混凝土构件(结构)产生贯穿性断裂和局部裂缝。
根据王铁梦教授的理论,在混凝土尤其是大体积混凝土浇捣完后,水泥已经开始水化,其混凝土内部的最高温度峰值可按以下经验公式计算,即:
T0=T+C·α
式中T0——混凝土内部峰值温度(C°);
T——混凝土浇灌入模时的温度(C°);
C——每立方米混凝土水泥用量(kg/m3);
α——经验系数;当采用矿渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥时;α=0.1;当采用普通水泥时α=0.105。
当混凝土内部温度应力大于混凝土的拉应力时,混凝土结构将会出现裂缝,故在“混凝土结构工程施工及验收规范《GB50204——92》”中第4.5.3条明确规定,“对大体积混凝土的养护,应根据气候条件采取控温措施,并按需要测定浇筑后的混凝土表面和内部温度,将温差控制在设计要求的范围内;当设计无具体要求时,温差不宜超过25C°”。而在大体积混凝土施工中,往往设计上无明确的规定,只能靠施工的经验进行控制。
因为混凝土拌合物内的水泥在水化时,要产生大量的水化热,当混凝土内外温差超过一定的限度,混凝土的拉应力小于混凝土的热涨应力时,便会产生温度应力裂缝。这种裂缝主要出现在大体积混凝土或在冬期施工的混凝土。
例如:我们在宝钢某大型设备基础的混凝土施工中,混凝土强度设计为C30级,每立方米混凝土的水泥用量为360kg/m3,当时的气温为33C°,为了了解混凝土内部升温峰值,我们采取了电热偶测温和测温孔的办法测定混凝土内部的温度与混凝土表面的温度,以计算混凝土内外温差,经实测的温度和计算的温度看,两者相差不大。两者的温度结果为:
(1)实际测试的温度峰值为71.3C°;
(2)计算温度为:T0=34.5+(360×0.1)=70.5C°;
从两者的温度情况看,温度相差仅为0.8C°。说明计算的温度与实测的温度相差不大,完全可以以计算的温度对混凝土进行保温措施。当时该工程混凝土温度最高时所测混凝土外表面温度为44C°,内外温差为27.3C°,大于规范规定的25C°要求,故立即采取混凝土表面的保温措施,提高混凝土表面温度,缩小内外温差,使混凝土没有因温度应力出现裂缝,保证了混凝土基础的质量。在混凝土出现温度应力裂缝的情况时,一般往往会发生在混凝土结构物的变截面和混凝土断面较小的部位,为此,在施工大体积混凝土或者较厚的混凝土墙版时,施工单位要予以注意。
3.5.2混凝土自应力裂缝
在混凝土硬化后,即使在混凝土上方没有任何荷重的作用,也因其自身的收缩而产生裂缝。尤其是在夏季的混凝土施工,更容易发生该方面的裂缝。这种裂缝往往是在混凝土墙板上容易产生,它的形式一般为上下贯通的裂缝,在整个混凝土墙壁上呈现出有规律性的裂缝,一般在1.8~2.2m一道。如我们在上海市某研究所大楼地下室的墙板的混凝土施工中,混凝土的养护到7天后,浇灌地下室混凝土顶板,施工完后,发现地下室墙壁呈现规律性的裂缝,裂缝宽度为0.15mm左右,长度为整个墙壁的高度。经请部分专家分析,该种裂缝是混凝土的自应力引起的,原因是混凝土在水泥水化热达到一定的温度的时候,混凝土的膨胀应力开始消失而此时的混凝土开始产生收缩。这种收缩是均匀的收缩,所以在此种条件下,混凝土墙板的裂缝呈现出有规律性的裂缝。但是,若墙板与地下室承重相联结蹬地方,往往会在柱与墙的交点处裂缝以及在墙板的变截面发生裂缝。
3.6荷载变形裂缝
这种裂缝一般可分为两种情况造成:一是在混凝土结构还未达到设计要求的强度时,被车辆或重物的碾压或撞、砸而造成的变形缝;二是即使混凝土已经达到了设计强度,而在混凝土墙壁或薄壁结构物上撞击或超荷载堆放而造成的裂缝。后者出现的裂缝一般较为明显,属于贯穿性的裂缝。
3.7混凝土结构的漏水现象
混凝土的漏水现象往往会发生在以下几个方面:
(1)蜂窝麻面渗水现象
蜂窝麻面直接与混凝土施工有关。这些蜂窝麻面的出现原因主要是在施工时漏振或者振动时间不足而发生的,这种蜂窝麻面在混凝土结构中有的是独立一批片存在、有的则呈连贯性的。所以,在发生渗、漏时它不是点渗、漏,而是成片渗、漏的现象。
(2)伸缩缝、沉降缝渗、漏
在大体积混凝土和混凝土结构物比较长、结构物高低相差较大的工程中,因工艺的要求一般都设有伸缩缝和沉降缝,以保证混凝土结构在部分变形时而不影响其它整体变形的需要。这些部位往往在施工时因某些原因使伸缩缝和沉降缝不能完全保证其质量,造成这些部位的渗、漏,它在处理时往往要比其它部位的渗、漏要难处理得多。
(3)新旧混凝土接茬(缝)的渗、漏
在原有的混凝土结构物上继续浇灌混凝土时,原来的混凝土基础表面没有进行凿毛处理或凿毛后未清理干净,或者是未用水冲洗,就在原混凝土基础上浇灌混凝土拌合物。这样就会造成新旧混凝土的接茬(缝)之间形成一道掺、漏的缝隙。这种渗水现象在实际工程施工中会经常出现,尤其是在混凝土塌落度较小时(一般在50mm以下),接茬(缝)又未铺设水泥砂浆则更容易发生。这种缝隙在混凝土施工时特别要加以注意,引起重视。
4裂缝渗、漏的处理方法
根据混凝土渗、漏的特点,要进行分析该渗、漏的原因和渗水形成的部位,以及渗、漏的程度,根据不同的形式可采取不同的堵漏办法,我们实际的堵漏方法如下:
对混凝土的堵漏的方法一般是采用四种办法,在日常的实施中这四种方法是比较合适的,也是可行的,这些方法是:
(1)化学灌浆法;(2)嵌缝堵漏法;(3)堵封堵漏法;(4)涂模(布)堵漏法。
以上四种堵漏方法是根据不同的渗、漏情况而选择不同培漏方式来解决混凝土渗、漏问题,下面笔者根据不同渗、漏按不同的堵漏方法予以介绍。
4.1化学灌桨法
化学灌浆堵漏,是采用一种化学灌浆料来解决混凝土形成的线型掺、漏的部位,一般这种渗、漏是一条线,堵漏时要采取化学灌浆料与快速凝结水泥和无收缩水泥砂浆配合使用,才能真正达到堵漏效果;化学灌浆料一般分为四种型号,它们的技术指标见表1。
表1化学灌浆料技术指标
序号
材料名称
粘结强度(MPa)
抗压强度(MPa)
遇水膨胀率(%)
1
LW水溶性聚氨脂
1.70
—
273
2
HW水溶性聚氨脂
2.70
19.8
—
3
LW∶HW=60∶40
1.86
11.8
30
4
低粘度环氧树脂
5.10
82.4
—
化学灌浆堵漏,一般是对漏水较为严重的部位,它们的裂缝一般均是贯通性的,在堵漏处理上是比较困难的一种渗、漏,为此需要采取化学灌浆的办法进行堵漏,堵漏时,先将渗、漏水的裂缝部位予以确定,研究处理的方法,然后确定堵漏方案,对该种裂缝漏水的处理方法如下:
(1)在漏水处凿出一道“V”型槽,用掺入速凝剂的水泥净浆埋设灌浆嘴,用聚合物水泥砂浆PCCM封缝;
(2)对混凝土基层面用钢丝刷清理浮灰,并用清水冲洗干净;
(3)在混凝土基层表面无浮水时,喷涂5mm厚的PCCM——聚合物水泥砂浆。PCCM聚合物水泥砂浆主要力学性能见表2;
表2PCCM聚合物水泥砂浆主要力学性能
性能
粘结强度
(MPa)
抗拉强度
(MPa)
极限拉值
(Eu)
抗拉弹模
(E)
抗裂系数
(k)
抗渗压力
(MPa)
指标
3.5~4.2
3.7~4.7
700~800×10-6
700~800(MPa)
5.5~7.5×10-4
>S1.2
(4)对喷涂的聚合物养护5d后,用LW水溶性聚氨脂浆液进行化学灌浆,灌浆的压力一般为0.3(MPa),防止在灌浆时的压力过大,造成进塑料管的爆裂。
在实际的堵漏的处理中,采用油毡或铝箔的目的是为了防止水泥浆进入金属阀(金属阀一端连接透明塑料注浆软管作为引水管,在混凝土表面达到一定的强度后又作为化学灌浆的输送管)的注浆孔使堵塞。用油毡或者铝箔套住金属阀,然后在油毡或铝箔四周用快速凝结水泥净浆予以密封,然后用上述介绍的材料进行面层处理。
4.2嵌缝堵漏法
采用该种堵漏方法,一般是混凝土表面只出现映水现象,在长时间后,能把混凝土墙面映湿成大片的水迹和地下存有积水,如果不处理,将会影响整个表面的美观及室内的使用效果,为此,本办法对渗水的处理应采用嵌缝的方法进行,嵌缝的处理方法是:
(1)沿着混凝土渗水的缝隙凿出“v”型槽,清除槽内的杂物,然后用清水冲洗干净;
(2)在清洁、干燥的缝面上均匀涂刷SR塑料止水材料专用基液;
(3)在基液实干前,嵌填SR塑性止水材料;
(4)修理及保护:密封胶在表面干燥以前,用小刮刀等工具抹平,将表面修理平整;
(5)在经过嵌缝的缝面上用喷水壶撤上水,保持缝面的潮湿;
(6)将按比例配制的PCCM砂浆用刮刀将其嵌入缝中,并用抹刀将其抹平;
(7)待PCCM砂浆凝结后,采用潮湿的办法养护3~5d;
(8)按比例配制HK——964增厚型环氧涂料,反复搅拌均匀后使用;
(9)在干燥、平整的缝表面上,均匀涂刷964弹性涂料二道,要一刷压一刷操作,防止漏刷;
(10)在整个堵漏工作完毕后,对所使用SR、964涂料的工具,要及时用溶剂清洗干净待用。
4.3封堵堵漏法
该种堵漏的方法,主要是应用在水下或地下混凝土在涌水的条件下的孔隙、孔洞和裂缝的快速封堵。在封堵这样的漏水部位,往往要比其它的渗、漏要困难得多,且堵水效果要略差一些,但只要在处理时按要求操作,可保证混凝土表面不掺水。这种材料有的叫快速堵漏剂,也有的称为PBM聚合物,其聚合物混凝土的水下性能见表3。
表3PBM—7聚合物混凝土的水下性能
龄期性能
粘结强度
(MPa)
抗拉强度
(MPa)
抗折强度
(MPa)
抗压强度
(MPa)
1d
2.0
5.2
13.7
42.6
30d
2.1
5.9
15.1
56.4
采用本办法堵漏时一定先把基底处理干净,在混凝土表面不得留有混凝土杂物和粉末,若是点涌水,先把漏水处凿一个直径为80~150mm深50~80mm的工作坑,在坑中的漏水处预放一个导水管,作为排水之用,待先抹上去的聚合物混凝土(或砂浆)达到一定的强度后,再用聚合物砂浆用力给堵上。在处理渗漏时,一般要根据漏水的流水量的大小来采取不同的堵漏方法,若是有水向外踊,可采取上述方法进行。若漏水量很小,可以在漏水处按上述的办法先凿除一个堵漏工作坑,用清水冲洗干净后,立即用聚合物混凝土或聚合物砂浆一次封堵,并用力将聚合物混凝土或聚合物砂浆压实(这种聚合物拌入混凝土或水泥砂浆后,其凝结时间一般在3~5分钟),待混凝土或砂浆凝结硬化后,在其表面用高标号砂浆抹平,在5d内保持表面潮湿即可。
注意,在有涌水的堵漏过程中,一定要对钢管或竹筒混凝土或砂浆在硬化(凝结)前进行转动,防止混凝土或砂浆在硬化后无法取出,造成在最后堵流时发生困难或返工现象。
另外,如果漏水呈上下裂缝,在堵这种形式的裂缝时,要注意从上至下进行操作,在比较容易操作的高度设置排水管,待整个裂缝所封堵的材料达到设计要求后,再对排水的位置进行封堵。也可以分段封堵,方法同上。
4.4涂膜(布)堵漏法
涂膜堵漏是将混凝土结构物表面有渗漏的地方经过处理后,直接在其表面上进行防水处理。这种方法一般适用于混凝土结构在施工时振捣不密实,有的是漏振而形成的混凝土内部不密实而造成的大面积渗水情况,这种渗水现象一般无法用压力灌浆和嵌入法解决,只能用涂膜法进行表面防水处理。这种处理方法比较简单,但在操作时要求较严格,一般都要求混凝土结构表面没有浮灰和杂物,否则将会影响混凝土面与涂膜的粘结力,影响防水效果。
涂膜(布)防水所使用的材料为HK——96系列增厚型环氧涂料,它们的用途性能分别为:
961——用于干燥的混凝土表面;962——用于潮湿的混凝土表面;963——用于水下混凝土或结构物表面;964——为弹性涂料。
在选用以上四种涂膜材料时,一定要根据不同的漏水方式,选择不同的涂膜材料。如某种在继续沉降的结构,但沉降量很小,这时要选择有弹性的涂料,不能选择硬脆性涂膜材料,防止结构物在沉降时发生不脆裂而起不到防水效果。
5对堵漏工作的几点看法
经过对宝钢一、二、三期的地下混凝土结构工程出现渗、漏后的处理工作看,对混凝土堵漏只是一种事后的解决办法,首先在混凝土施工时要加强对混凝土的施工管理工作,避免和减少混凝土结构的裂缝,这才是我们的唯一目的。堵漏堵得再好,它不过是一种消极的办法,它不但要造成浪费,而且要投入大量的人力和物力,在工程投入使用后也会发生种种意想不到的问题。为此,我们的精力首先要放在混凝土的施工管理上,严格把好混凝土的施工质量关。但是,由于混凝土是由多种材料组成的一种脆性材料,在施工过程中往往很难保证混凝土结构不出现裂缝,但一定要控制混凝土尽量少出现裂缝。在万不得已时出现的裂缝,再进行对裂缝渗漏进行封堵或进行压力灌浆的办法。经过在宝钢一、二、三期的地下混凝土工程渗漏的处理情况看,效果是明显的,达到了预期的目的,为此我们认识到:
(1)要确定混凝土渗、漏部位的情况,确定堵漏方案,选择合理的堵漏材料,避免堵漏达不到预期的效果。
(2)堵漏前,不论是凿洞或是凿“V”型槽,深度一定要超过钢筋以下,一般所凿的深度为50~80mm,太浅容易发生再漏现象。
(3)所有被凿的洞或“V”型槽,均要用清水冲洗干净,洞和槽内不得存有浮灰,否则经过一时期后,洞口周围将会重新渗、漏。
(4)采用PBM——7聚合物速凝胶泥时,要现配现用,防止一次配制太多,放置时间过长失效而造成浪费。
论文摘要:水泥混凝土路面裂缝对路面使用性能和使用年限都有很大影响。产生裂缝原因很多,文章从施工材料、基层强度以及施工操作、道路排水等方面进行分析。
1前言
水泥混凝土路面裂缝是一种极易发生的常见病害。它可造成板块断裂.致使地表水下渗而导致路面基层承载力降低,进而引起错板、唧泥和混凝土路面板破碎,严重影响水泥混凝土路面的使用性能和使用年限,增加了行车的不安全因素。水泥混凝土路面破坏后,修复难度大、养生期长、影响交通,而且维修费用高。因此,防止水泥混凝土路面裂缝的出现有着重要意义。导致水泥混凝土路面裂缝产生的原因很多,也比较复杂。这里就几个主要方面进行简要分析。
2路面自身原因导致面板开裂
(1)原材料因素
施工中严格把住材料关,是保证混凝土质量的前提。材料是构成混凝土路面的主体,粗集料不具有良好的级配,针片状颗粒含量太高;细集料和粗集料中含泥量过高,会降低了混合料的粘结度;所用水泥安定差或已过期;组成材料的级配不符合标准。那么这样的材料组成的混凝土路面面板的弯拉应力就达不到设计要求,很容易在施工期间产生不规则断裂,或在使用过程出现更多的病害。因此水泥、碎石、砂、水等原材料在使用前进行试验与检验是极重要的,要做到不合格的材料坚决不得使用,粗、细骨料级配要合理。
(2)混凝土配合比因素
严格控制混合料组成配合比,使施工配合比与设计配合比相符合。在施工中要经常检查骨料的级配和杂质,发现所购进的骨料级配与原试验级配不符时,必须及时调整施工配合比,同时还要检查含泥量,使其不能超标。而在施工中最应注意的是水灰比的控制,如果水灰比忽大忽小,在摊铺时又不注意摊铺的均匀性,就会造成水灰比的不同片块,在其交界结合部,由于凝固收缩率或受热膨胀率不同,在结合部位形成裂缝和断板的情况;如果水灰比过大,混合料便偏稀,在其凝固成型时,收缩率就大,一旦缩缝设置和施工仍按正常进行,就会造成缩缝间距相对过长,从而易在较大的收缩应变作用下形成裂缝,如果进一步发展,还可以形成贯通的混凝土路面断板,因此,在施工中要严格把住混合料的配比关,特别是水灰比这一关。
(3)混凝土路面施工工艺因素
搅拌时间不够,材料拌和不均匀;振捣不密实,有漏振或过振情况都将导致混凝土整体强度不一致,因此在施工中水泥混凝土必须振捣均匀密实。如果水泥混凝土振捣不均匀,将造成水泥混凝土的密实度不均匀。在密度小的区域内混凝土面板下部多成蜂窝和空洞状,形成了承受应力的薄弱部位或区域,从而易使面板产生断板。
在混凝土浇筑过程中,要始终保持施工作业的连续性,一旦出现间断作业,必须设置一道施工缝,并布置传力杆,以防止因不设施工缝而出现断板的现象。在施工中突然遇到雷阵雨气候的情况,应及时采取措施,对已形成强度的混凝土板应加快切缝进度,减少冷收缩裂缝的产生。
正确安装传力杆可以防止断板。传力杆的安装必须遵照规范要求,按设计进行,使传力杆与道路中心线及路面平行。如果传力杆安装偏斜,则在传力过程中会将混凝土顶破,从而形成裂缝而断板。正确地在纵坡变化处、平曲线及构造物结合部设置胀缝,是预防断板的有力措施。纵坡变化处、平曲线及构造物结合部都是应力应变集中的位置,在此处设置胀缝,是减少或释放应力应变的最佳方案,它可以大大降低在此处的断板率。
施工中及时正确地切缝是预防断板的有力措施。因混凝土拌和后水化热较高,初凝早,收缩大,在夏季施工时,热量散失慢,会形成较大的温度应力,此应力会迅速集中于薄弱环节,当水泥达到终凝后,水泥混凝土即告凝固成型,这时水泥混凝土体收缩变形也在不断进行,并产生了较大的拉应力,当混凝土路面面板与基层之间的摩擦力大于这个成型凝固产生的收缩拉应力时,在混凝土面板承受拉应力最薄弱的位置就会被拉断而产生断板。一旦强度允许,及时切缝能有效地引导裂缝在预定的切缝位置上断裂,故避免了不规则的断板。
故施工过程中严格控制混凝土路面各工序的施工工序质量,尤其要注意"振捣密实"。搞好施工缝、缩缝、胀缝的处治,尽可能用水化热小、初凝慢的水泥,并适时掌握切缝时间,保证切缝的有效性。
(4)水泥混凝土面层养生不规范
夏季气温高,风力大使水分损失较快,加上洒水不及时、不均匀,造成混凝土强度降低,水析出速度过快造成拉应力迅速增加,在未到切缝时间时,产生断板。所以在施工中要注意尽量避免在温差大天气或大风天气施工,或者当混凝土浇筑完毕后立即采用遮阳、洒水、喷洒养护剂等措施,使混凝土体的表面始终保持潮湿,确保昼夜温差不至太大,以预防面板断裂。
严格控制开放交通的时间,加强养生和养护。水泥混凝土路面浇筑完毕后必须达到设计强度后方可开放交通,并对其及时进行养生、洒水、清扫,保证表面的湿度,夏季高温季节更要及时覆盖避免阳光曝晒,确保混凝土路面湿润、整洁,防止因缺水养生而产生干缩裂或断板。3路面基层方面的原因
路面基层材料拌和不均匀会使路面基层的强度差异较大.沉降大小不一,极易造成路面板开裂。基层平整度不符合要求,必然使水泥混凝土路面厚度不等.在达不到设计厚度的地方为薄弱点.在荷载作用下该处很容易开裂。路基软弱或路面基层强度不足.沉降量过大和在人工结构物与路堤衔接处、新旧路结合部位的较大沉降差都会使水泥混凝土路面出现裂缝。
路面结构不合理。公路建设施工中,早期的水泥混凝土道路大都采用水泥、石灰稳定土材料铺筑路基。利用这种材料作为水泥混凝土路面的基层是不适宜的,因为该种材料的水稳定性较差,被水浸泡后一旦有行车荷载的反复作用,很快就会形成唧泥,造成板底掏空,致使道板局部受力不均匀,引发路面破损。
养生条件差,早期通车,致使基层强度降低,基层产生裂缝。这种裂缝会反射到面层,基层具有调节路面板与土基之间的受力状态、缓和或降低水、湿度对土基的影响,良好的承载、扩载作用,提高路面的整体结构强度,改善路面板的工作条件,同时改善施工条件,保证面层厚度均匀和保护碾压平整的土基或垫层,有利于提高路面施工质量。因此路面基层的施工质量同样要严格控制。
其它情况如路基及基层排水不良,长期受水浸泡,引起路基及基层失稳或强度不足,使路面产生不规则断裂;车辆增长速度过快,超载和超限车增多使混凝土路面在使用期内超过规范要求,从而导致断板。这就需要设计部门在设计时充分考虑各方面不利因素对使用期道路的影响,建设部门加大资金投入,提高道路等级,各职能部门加大公路运营综合治理力度。
4道路排水系统方面的原因
"百害水为先",对水泥混凝土道路来说,首先要考虑的问题是对水的防治。如果排水系统存在缺陷,使本应及时排走的水大量滞留在路上无法外排.势必造成路面积水下渗至路基,导致路基强度的局部软弱.从而出现大面积的严重病害。
5结束语
为减少水泥混凝土路面裂缝的产生,应从施工材料选择、基层强度控制、施工及道路排水等多方面控制,严把质量关,控制好每个环节每道工序.严格按照国家有关规范、技术标准进行施工.是保证工程质量避免病害的前提和基础。本文仅是对水泥混凝土路面裂缝原因作了一些分析、总结,文中的不足、不当之处还望各位同行予以批评指正。
参考文献
1.1收缩裂缝。
混凝土产生的收缩裂缝一般分布在混凝土平面部位,为平行线或者网状浅细裂缝(宽度0.05-0.20mm)。混凝土发生自身收缩也会造成裂缝的产生。而混凝土收缩的影响因素主要包括有水泥的用量、水用量等。当水和水泥的用量较高,那么混凝土的收缩量就越大。不同种类的水泥干缩与收缩程度不同,由于混凝土内外水分蒸发的不同,就会造成变形而产生裂缝。收缩缝还会影响混凝土的抗渗性、降低混凝土承载能力,造成钢筋锈蚀等。
1.2沉降裂缝。
公路工程建设中沉降裂缝产生有两种情况,一是混凝土浇筑完成后骨料与水泥发生自动下沉,或者还伴有泌水现象,进而使混凝土产生裂缝;二是混凝土浇筑完成后骨料与水泥下沉会受到钢筋等其他预埋件的阻碍,以及模板发生移动,进而使该处的混凝土产生拉应力与抗剪应力,导致混凝土产生裂缝。这种沉降裂缝通常发生在公路混凝土浇筑后1~3h内,属于硬化前裂缝。沉降裂缝产生的直接原因在于沉降,而沉降则通常是由施工场地土质不均、地基积土松软、进水、模板缺乏刚度造成支撑底部移动、支撑间距过大等因素造成的。如在冬季,模板支撑在冻土上,而冻土融化后也就会产生不均匀的沉降,使混凝土产生沉降裂缝。
1.3温度裂缝。
混凝土温度裂缝通常发生在较大面积的混凝土表面,或者混凝土结构中温差较大的部分。由于混凝土浇筑完成后,硬化过程中会产生大量的水化热,由于水化热不容易散发而凝集在混凝土内部造成内部温度快速上升,而混凝土表面散热却较快,因此较大温差的产生,使混凝土内外的热胀冷缩程度不一,导致混凝土表面产生拉应力,拉应力一旦超过混凝土抗拉极限,就会产生裂缝了。温度裂缝通常出现在公路工程建设混凝土施工的中后期。
1.4化学裂缝。
在公路金蛇混凝土施工过程中,当混凝土浇筑与振捣的质量不高,或者钢筋保护膜较薄,就会造成部分有害物质进入混凝土,并引发钢筋的锈蚀、膨胀,造成混凝土的胀裂,出现裂缝。这种裂缝通常沿着钢筋的位置出现,属于纵向裂缝。
2公路工程建设中混凝土施工裂缝的处理
2.1打好路基
公路的质量受到路基质量有着直接的关系,路基的强度、稳定程度直接影响着公路路面的平整与承受能力。因此,在路基的施工中,应考虑周围的环境(温度、湿度),做好排水工作。由于混凝土路面对地基的稳定性、均匀度有着很高的要求,所以基层需要用水泥进行稳定,对细料进行严格的控制,从而增加地基水稳性。做好地基的验收工作,为公路的后续施工奠定基础。
2.2对混凝土材料的质量进行有效的控制
为确保混凝土的质量与工程质量,必须做好混凝土材料的质量控制,禁止使用不合格材料。最好选用发热量少、收缩量小的普通硅酸盐水泥或者硅酸盐道路水泥;禁止混合使用不同厂家、批次、标号和种类的水泥;禁止使用安全性差、强度不够、有利氧化钙超标的水泥。选用合格且含泥沙量较少的材料,禁止堪忧机制含量超标的集料。严格根据配合比进行配料的拌制,水泥用量准确(误差<1%)。对集料的含水量进行及时的测定,并保证水灰比,控制用水量(误差<设计值的1%),同时可掺入适量(低于2%)外掺剂改善混凝土的和易性。
2.3对施工质量进行严格的控制,做好养护管理
在混凝土的拌和过程中,当集料的温度较高,需要及时进行降温,然后继续拌和。当选择洒水进行降温时,需要对混凝土的行水量进行有效的测定和控制,以确保混凝土的水灰比不便,同时在混凝土的施工中,施工人员应注意施工的操作,应尽量缩短混凝土的运输路程,减少凝土搅拌到成型的时间,防止混凝土过早凝聚而产生裂缝。在常温下应严格按照规定进行混凝土的浇水养护,而在高温与低温下则在浇水后进行适当的覆盖,防止暴晒与风吹。
2.4采用科学的压浆工艺,创新灌缝的管理
在裂缝出现后,应及时采取有效的方法进行处理。如对纵向裂缝处理可采用压浆处理,可使用普通硅酸盐水泥在1.5Mpa以上注浆压力下进行施工处理。而横向裂缝的处理可采用普通混凝土或者SBS改性混凝土,在150~160℃下现场加热并用专用容器灌注到混凝土裂缝中。
3结束语
关键词:裂缝种类;成因;分析;预防
混凝土是脆性材料,而钢筋却是韧性材料,它们两者在一起工作,弹性模量相差很大,而且两者的强度差别就更大,因此两种材料在一起共同发挥作用,要使钢筋参加工作,比较多的承受力,混凝土势必开裂。大量的工程和理论分析表明钢筋混凝土构件基本上都是带裂缝工作的。裂缝一般分成不可见裂缝和可见裂缝。可见裂缝又分为无害裂缝和有害裂缝。有害裂缝在使用荷载或外界物理及化学作用下不断产生和发展,引起混凝土碳化,保护层剥落及钢筋锈蚀,直至影响结构的安全性和使用寿命,必须加以控制。
一、混凝土桥梁设计原理
我国现行的公路桥涵规范规定:桥梁应根据所在公路的使用任务、性质和将来的发展需要,按照适用、经济、安全和美观的原则进行设计,这些要求基本上包含了人们关心的所有重要问题。混凝土桥梁具体的设计过程是按承载能力和正常使用两种极限状态来进行的。按承载能力极限状态是控制结构在丧失服务能力临界状态时的承载能力,其设计的基本原则是要求荷载效应不利组合的设计值要小于结构抗力的设计值。同时利用荷载安全系数、材料安全系数及工作条件系数来考虑不确定因素作用下的结构总体的安全储备,是一种极限状态设计法。按正常使用极限状态是控制结构在正常使用状态时应力,裂缝和变形小于一个限定值,即使用容许裂缝宽度来控制混凝土构件的结构设计。有关规范规定:在一般正常大气条件下,钢筋混凝土受弯构件在荷载组合Ⅰ的作用下,计算得到的最大裂缝宽度不应超过0.2mm;在荷载组合Ⅱ和Ⅲ作用下,不应超过0.25mm;处于严重暴露情况(有侵蚀性气体或海洋大气)下的钢筋混凝土构件,容许裂缝宽度不应超过0.1mm。
混凝土构件容许裂缝的存在,是由混凝土抗拉能力差,容易开裂的缺点决定的。通过对大量的工程实例的研究发现,几乎所有的混凝土构件都是带裂缝工作的,只是有些裂缝很细,一般对结构和使用无大的影响,可允许其存在;有些裂缝在使用荷载或外界物理、化学因素的作用下,不断产生和扩展,引起混凝土明显的病害,如保护层剥落、钢筋腐蚀,从而导致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。
二、混凝土桥梁裂缝的成因分析及预防措施
随着桥梁使用年龄的增加,车辆的超载现象不断增加,会使细微裂缝不断的扩大,甚至会断裂,此时困扰桥梁工程师的最大问题是对裂缝的形成原因以及对钢筋的腐蚀作用的进一步深入认识,并且作出全面分析,以避免和克服因为裂缝引起的对桥梁使用性能的影响。经过对现在此方面的研究成果和工程实例的分析,混凝土桥梁的裂缝形成原因可大致梳理为以下几个方面:
(一)混凝土用料选用不当引起的裂缝
1、水泥品种、标号及用量。矿渣水泥、快硬水泥、低热水泥混凝土收缩性较高;普通水泥、火山灰水泥、矾土水泥混凝土收缩性较低。此外,水泥标号越低、单位体积用量越大、磨细度越大,则混凝土收缩越大,并且发生收缩时间越长。例如,为了提高混凝土的强度,施工时经常采用强行增加水泥用量的做法,结果收缩应力明显加大。
2、骨料品种。骨料中石英、石灰岩、白云岩、花岗岩、长石等吸水率较小、收缩性较低;而砂岩、板岩、角闪岩等吸水率较大、收缩性较高。此外,骨料粒径大收缩小,含水量大收缩越大。
3、水灰比。用水量越大,水灰比越高,混凝土收缩越大。
4、外掺剂。外掺剂保水性越好,则混凝土收缩越小。
(二)设计和施工不合理产生的裂缝
此类裂缝是我们在工程实例中发现最多的裂缝形式,许多桥梁设计人员往往只满足于规范对结构强度计算上的安全度需要,而忽视从结构体系、结构构造、结构材料、结构维护、结构耐久性以及从设计、施工到使用全过程中经常出现的人为错误等方面去加强和保证结构的安全性。有的结构整体性和延性不足,冗余性小;有的计算图式和受力路线不明确,造成局部受力过大;有的混凝土强度等级过低、保护层厚度过小、钢筋直径过细、构件截面过薄。这些都削弱了结构安全性,会严重影响结构的使用。不少桥梁,虽然满足了桥梁设计规范的强度要求,仅用了5~10年就因为出了问题影响结构安全。例如我们发现在混凝土桥梁竖向有截面突变的地方(箱梁、T梁的腹板与顶底板交接处)很容易产生裂缝,研究分析结果显示:混凝土在浇筑后发生水化反应、泌水和大量水分蒸发,混凝土因失水而收缩,而骨料因重力影响向下沉降,但此时混凝土的强度和硬度都不高,骨料下沉时受到钢筋的阻挡,便产生了沿钢筋方向的裂缝。为避免此类裂缝的产生,在设计阶段要尽量避免截面突变的存在,不能避免时要做特殊的处理,可将突变截面做成渐变截面,同时适量的增加钢筋数量;在施工时要注意振捣,最好是在变截面处分层浇筑。
(三)自然环境的影响产生的裂缝
自然环境的影响主要是温差引起了混凝土的温度梯度呈非线性分布,而混凝土构件的位移又受到约束,导致局部应力过大,从而出现了裂缝。一般失火、太阳曝晒、骤然降温以及冬季施工均可能导致此类裂缝的发生。预防措施是在设计时重视温度应力,一些大跨径的桥梁,温度应力往往是可以超过活载应力的,另外就是杜绝冬季施工,因为此时施工混凝土在初凝时受冻,成龄后混凝土强度损失可达30%~50%。
(四)荷载引起的裂缝
此类裂缝是混凝土桥梁在常规动、静荷载及次应力作用下产生的,桥梁结构所承受的车辆荷载和风荷载都是动荷载,会在结构内产生循环变化的应力,不但会引起结构的振动,还会引起结构的累积疲劳损伤。由于桥梁所采用的材料并非是均匀和连续的,实际上存在许多微小的缺陷,在循环荷载作用下,这些微缺陷会逐渐发展、合并形成损伤,并逐步在材料中形成宏观裂纹。如果宏观裂纹不得到有效控制,极有可能会引起材料、结构的脆性断裂。早期疲劳损伤往往不易被检测到,但其带来的后果往往是灾难性的。
工程实例中此类裂缝多出现在受拉区、受剪区或振动严重部位,且裂缝特征如下:
1、受拉。裂缝贯穿构件横截面,间距大体相等,且垂直于受力方向。采用螺纹钢筋时,裂缝之间出现位于钢筋附近的次裂缝。
2、受压。沿构件出现平行于受力方向的短而密的平行裂缝。
3、受弯。弯矩最大截面附近从受拉区边沿开始出现与受拉方向垂直的裂缝,并逐渐向中和轴方向发展。采用螺纹钢筋时,裂缝间可见较短的次裂缝。当结构配筋较少时,裂缝少而宽,结构可能发生脆性破坏。
4、受剪。当箍筋太密时发生斜压破坏,沿梁端腹部出现大于45°方向的斜裂缝;当箍筋适当时发生剪压破坏,沿梁端中下部出现约45°方向相互平行的斜裂缝。
5、受扭。构件一侧腹部先出现多条约45°方向斜裂缝,并向相邻面以螺旋方向展开。
从大量的工程实例分析来看,此类裂缝产生的直接原因是内力与配筋计算或构造设计不当,施工阶段不按照图纸施工,擅自更改结构施工顺序,导致结构受力状态的改变,从而导致结构的承载力超出使用极限。另外大量的超载车辆过桥也是主要原因之一。预防措施是加强设计的合理性和安全系数以及施工的合理性,并严格控制严重超载车辆。
三、结束语
混凝土桥梁产生裂缝的产生原因较为复杂,工程实例中也是允许微小裂缝产生的,保证不出现裂缝是较难实现的,但是我们是能够尽量减少因为设计疏漏、施工低劣、监理不力、运营管理不力等诸多人为因素所产生的裂缝扩展,从而保证桥梁不会因为裂缝扩展导致钢筋腐蚀、脆性断裂等病害发生。
参考文献:
[1]赵国藩,李树瑶,廖婉卿.钢筋混凝土结构的裂缝控制[M].北京:海洋出版社
关键词:大体积混凝土;裂缝控制;问题分析
混凝土基础建设中应用最为广泛的一种建筑材料,其已有一个世纪的发展历史了。在基础建设不断发展的背景下,在一些高层建筑的基础、水利大坝以及大型设施的基础等大型结构物中,大体积混凝土经常被工程人员采用。但是,大体积混凝土结构物的截面尺寸比较大,同时其表面在空气中,这就会造成施工过程中,混凝土中水泥水化产生大量的水化热,结构内部温度快速升高、内外产生较大的温差,在温度应力的作用下出现裂缝,对结构物的安全性以及正常使用造成影响。所以,研究大体积混凝土施工裂缝产生的机理,并在施工中进行必要的防治就十分有必要。
1 造成大体积混凝土裂缝的因素分析
1.1 混凝土收缩因素
水泥水化需要混凝土供给拌合水,但在大体积混凝土中只有20%的拌合水是水泥水化所需要的,剩下80%的水分被蒸发。大量的水分被蒸发便导致混凝土在体积上发生收缩。混凝土的体积发生收缩,便和原来的体积形成很大的差距,从而造成结构上的缺失。另外,混凝土在水饱和状态下会发生膨胀反应,但就算发生膨胀也很难让混凝土的体积恢复到原来的状态。在混凝土的体积发生变化之后便会产生非常大的收缩应力,从而让大体积混凝土产生裂缝。
1.2 外界温度变化因素
在施工进行阶段,大体积混凝土的浇筑温度跟外界温度的变化情况有着非常密切的联系。在气温下降的情况下,大体积混凝土的内层与外层温度差会渐渐地加大,这样就会引起大体积混凝土发生变形。另外,在高温的状况下,大体积混凝土便不能得到很好的散热效果,从而让温度应力发生了很大的变化。温度应力发生变化便会让大体积混凝土产生裂缝。
1.3 水泥水化热因素
水泥在水化过程会产生非常大的热量,产生的热量主要是由混凝土的内部热量所供给的。但混凝土的内部热量具有很难散失的特性,在内外温度差增大的情况下便很容易产生温度应力。在混凝土的抗拉强度小于温度应力的情况下,大体积混凝土变会产生裂缝。造成大体积混凝土裂缝的众多因素当中,水泥水化是最主要的因素。在大体积混凝土施工中,由水泥水化因素造成的大体积混凝土裂缝也是普遍存在的。
2 大体积混凝土裂缝的有效控制对策
2.1 对大体积混凝土采用的原材料的质量进行控制大体积混凝土采用的原材料主要有水泥、外加剂以及外掺料等。(1)水泥:严格规范水泥的质量便需要提供水化热偏低的水泥,在单方面混凝土当中需要控制水泥的用量,切不可盲目使用。有效数据显示:混凝土中水泥用量随之减少,混凝土内部温度也可随之下降,其规范是每减少一立方米水泥用量便可降低一摄氏度内部温度。总体水化放热量便是通过减少水泥的用量而降低的,总体水化放热量得到降低便能进一步降低大体积混凝土内外温差。(2)外加剂:外加剂主要是使用高效缓凝减水剂。高效缓凝减水剂可以降低水泥用量,并在一定程度上降低大体积混凝土的水化热,还可以延长大体积混凝土的凝固时间,降低产生裂缝的发生率。(3)外掺料:外掺料主要是掺用粉煤灰。想要降低大体积混凝土的水化热,可以用掺用粉煤灰代替部分的水泥用量;想要提升大体积混凝土的抗渗性能,也可以使用掺用粉煤灰,因为掺用粉煤灰具有活性效应。由此可见,掺用粉煤灰对大体积混凝土有着尤为明显的辅助作用。大致上,掺用粉煤灰能够改变混凝土的和易性,并让混凝土的质量长时间保持均衡状态。
2.2 对大体积混凝土在施工阶段进行质量控制
工程基础为C40、P6抗渗混凝土,既是大体积混凝土,又有较高的抗渗要求,因此必须采取如下措施,认真施工,才能保证不漏、不裂和不渗:
(1)合理选择混凝土原材料和最佳配合比,降低水化热。
(2)严格控制混凝土的坍落度在16±2cm之间。
(3)开盘前,认真检修施工机械、道路、照明、原材料和人员等,确保混凝土基础底板一次连续浇筑完毕,不产生施工冷缝。
(4) 设置专人跟班检查混凝土的振捣、二次抹面,防止漏振、过振和表面裂缝。
(5) 专人负责测温和养护,及时保温和保湿,确保混凝土的膨胀应力
2.2.1、温度裂缝:
混凝土浇注后,水泥水化热较大,使混凝土温度上升。当聚集在混凝土内部的水泥水化热不易散发时,混凝土内部温度明显升高。而混凝土表面通常散热较快,形成内外温差,使混凝土内部产生压应力,表面产生拉应力,当拉应力超过混凝土抗拉强度时,混凝土就会产生裂缝。
2.2.2干缩裂缝:
大体积混凝土一般采用泵送,坍落度较大,含水量也较大,混凝土中约20%的水分是水泥水化所必须的,尚有80%的游离水分要蒸发,当混凝土中的多余水分蒸发时,会引起体积收缩,也叫干缩,由于受到地基或边界条件的约束,这种收缩变形会在混凝土结构内部产生较大的收缩应力(拉应力),当拉应力超过混凝土抗拉强度时,混凝土就会产生裂缝。
由于混凝土因温差和干缩会产生表面裂缝和深层裂缝甚至贯穿裂缝,给工程带来极大危害,直接影响结构的安全性能和抗渗性能,因此在施工中采取可靠、有效的预防控制措施是极为关键的。
3 大体积混凝土的养护分析
大体积混凝土的养护是建筑工程施工环节当中非常重要的一项工作。养护主要是保持大体积混凝土的温度与湿度。通过保持大体积混凝土的温度与湿度才能对混凝土的内表温差进行规范有效的控制。鉴于此,做好大体积混凝土的养护工作主要需要做好以下五点:(1)混凝土的中心温度和表层温度的差值不能大于20℃,如若混凝土结构的抗裂能力足够好,温度则应该保持在20℃~24℃之间。(2)混凝土在拆模过程中,中心温度和表层温暖之间以及内部温度与外界气温之间的温差应该在20℃以下。(3)混凝土的内外温差普遍是采用内部降温法来降低的。内部降温法主要是在混凝土内部预先放入水管,在水冷却的条件下降低混凝土内部的最高温度。浇筑刚完成时便可进行冷却。另外,降低混凝土的内外温差还可以用投毛石法,此种方法也能够有效地控制混凝土发生裂缝。(4)对混凝土表面采用保温法,主要保温材料有湿砂、草袋等。通过对混凝土表面进行保温,可以达到缓慢散热的效果,从而增强混凝土的强度,让混凝土的内外温差得到有效的控制。(5)为了强化混凝土的抗裂性,一般可以将抗裂钢筋网片布设在混凝土的表层。在混凝土表层布设抗裂钢筋网片不但能够强化混凝土的抗裂性,而且还能对混凝土收缩过程产生干裂进行有效的控制。
4 结语
大体积混凝土在特殊工程中有着十分重要的作用,而如何采取有效的措施控制其施工中产生的裂缝就显得尤为重要。在裂缝控制过程中,应该从材料选择以及施工控制这几个方面采取措施,文章也从这几个方面给出一些建议,希望能对大体积混凝土施工中的裂缝防治有一定帮助。
参考文献
[1] 闫文生.大体积混凝土施工裂缝的原因及防治[J].铁道建设,2011,9(18):89-91.
[2] 何渝轩.大体积混凝土温度裂缝的施工控制措施[J].工程与建设,2013,8(17):17-23.
论文摘要:混凝土桥梁裂缝是目前摆在养护管理者面前的一种新的难题,本文结合特克斯公路段管养的S316线86+00-K134+000路段的桥梁状况,分析混凝土裂缝产生的原因与影响因素,通过去年在实际工作中引进了一种新材料、新工艺“壁可”注入法应用对混凝土裂缝进行处治修复,其产生的整体效果较好。就此浅谈一些自己的认识。
前言:随着经济发展,公路建设取得突飞猛进的发展,在桥梁建造和使用过程中,因裂缝而影响工程质量甚至导致桥梁垮塌的报道屡见不鲜。混凝土开裂可以说是“常发病”和“多发病”,经常困扰着桥梁工程技术人员。如果采取一定的技术措施,加强施工质量管理的力度,混凝土开裂是可以克服和控制的。通过近几年桥涵养护管理工作的实际经验,对混凝土裂缝本文初步分析了混凝土桥梁裂缝产生的原因,浅谈一些自己的看法。
1荷载引起的裂缝原因
1.1设计计算阶段,结构计算时不计算或部分漏算;计算模型不合理;结构受力假设与实际受力不符;荷载少算或漏算;内力与配筋计算错误;结构安全系数不够。结构设计时不考虑施工的可能性;设计断面不足;钢筋设置偏少或布置错误;结构刚度不足;构造处理不当;设计图纸交代不清等。
1.2施工阶段,不加限制地堆放施工机具、材料;不了解预制结构受力特点,随意翻身、起吊、运输、安装;不按设计图纸施工,擅自更改结构施工顺序,改变结构受力模式;不对结构做机器振动下的疲劳强度验算等。
1.3使用阶段,超出设计载荷的重型车辆过桥;受车辆、船舶的接触、撞击;发生大风、大雪、地震、爆炸等。在超载车辆日益增加的今天,对设计荷载较低的桥梁就会造成板底裂缝。比如,S316线K103+620哈拉布拉中桥,由于超载车辆外荷载作用,造成桥板产生了裂缝。
2温度变化引起的裂缝
引起温度变化主要因素有:
2.1日照:桥面板、主梁或桥墩侧面受太阳曝晒后,温度明显高于其它部位,温度梯度呈非线形分布。由于受到自身约束作用,导致局部拉应力较大,出现裂缝。日照和下述骤然降温是导致结构温度裂缝的最常见原因。
2.2水化热:出现在施工过程中,大体积混凝土(厚度超过2.0米)浇筑之后由于水泥水化放热,致使内部温度很高,内外温差太大,致使表面出现裂缝。施工中应根据实际情况,尽量选择水化热低的水泥品种,限制水泥单位用量,必要时可采用循环冷却系统进行内部散热,或采用薄层连续浇筑以加快散热。
3收缩引起的裂缝
3.1塑性收缩:在施工过程中、混凝土浇筑后4-5小时左右,此时水泥水化反应激烈,分子链逐渐形成,出现泌水和水分急剧蒸发,混凝土失水收缩,同时骨料因自重下沉,因此时混凝土尚未硬化,称为塑性收缩。塑性收缩所产生量级很大,可达1%左右。
3.2缩水收缩(干缩)。混凝土结硬以后,随着表层水分逐步蒸发,湿度逐步降低,混凝土体积减小,称为缩水收缩(干缩)。因混凝土表层水分损失快,内部损失慢,因此产生表面收缩大、内部收缩小的不均匀收缩,表面收缩变形受到内部混凝土的约束,致使表面混凝土承受拉力,当表面混凝土承受拉力超过其抗拉强度时,便产生收缩裂缝。
3.3自生收缩。自生收缩是混凝土在硬化过程中,水泥与水发生水化反应,这种收缩与外界湿度无关,且可以是正的(即收缩,如普通硅酸盐水泥混凝土),也可以是负的(即膨胀,如矿渣水泥混凝土与粉煤灰水泥混凝土)。
混凝土收缩裂缝的特点是大部分属表面裂缝,裂缝宽度较细,且纵横交错,成龟裂状,形状没有任何规律。
4地基础变形引起的裂缝
地质勘察精度不够、试验资料不准;地基地质差异太大;结构荷载差异太大;结构基础类型差别大;水毁对桥梁基础的冲刷;地基冻胀;桥梁建成以后,原有地基条件变化。
5施工材料质量引起的裂缝
混凝土主要由水泥、砂、集料、拌和水及外加剂组成。配置混凝土所采用材料质量不合格,是导致结构出现裂缝的原因。
5.1水泥
(1)水泥出厂时强度不足,水泥受潮或过期,可能使混凝土强度不足,从而导致混凝土开裂。
(2)当水泥含碱量较高(例如超过0.6%),同时又使用含有碱活性的骨料,可能导致碱骨料反应。
5.2砂、石、集料
砂石的粒径、级配、杂质含量。
砂石粒径太小、级配不良、空隙率大,将导致水泥和拌和水用量加大,影响混凝土的强度,使混凝土收缩加大,如果使用超出规定的特细砂,后果更严重。
5.3拌和水及外加剂。拌和水或外加剂中氯化物等杂质含量较高时对钢筋锈蚀有较大影响。采用含碱的外加剂,可能对碱骨料反应有影响。
6施工工艺质量引起的裂缝
在混凝土结构浇筑、构件制作、起模、运输、堆放、拼装及吊装过程中,若施工工艺不合理、施工质量低劣,容易产生纵向的、横向的、斜向的、竖向的、水平的、表面的、深进的和贯穿的各种裂缝,特别是细长薄壁结构更容易出现。裂缝出现的部位和走向、裂缝宽度因产生的原因而异,比较典型常见的有:
6.1混凝土振捣不密实、不均匀,出现蜂窝、麻面、空洞,导致钢筋锈蚀或其它荷载裂缝的起源点。
6.2混凝土浇筑过快,混凝土流动性较低,在硬化前因混凝土沉实不足,硬化后沉实过大,容易在浇筑数小时后发生裂缝,既塑性收缩裂缝。
6.3混凝土搅拌、运输时间过长,使水分蒸发过多,引起混凝土塌落度过低,使得在混凝土体积上出现不规则的收缩裂缝。
6.4混凝土初期养护时急剧干燥,使得混凝土与大气接触的表面上出现不规则的收缩裂缝。
6.5混凝土分层或分段浇筑时,接头部位处理不好,易在新旧混凝土和施工缝之间出现裂缝。采用分段现浇时,先将混凝土接触面凿毛、清洗不好,新旧混凝土之间粘结力小,或后浇混凝土养护不到位,导致混凝土收缩而引起裂缝。
6.6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。
6.7施工质量控制差。任意套用混凝土配合比,水、砂石、水泥材料计量不准,结果造成混凝土强度不足和其他性能(和易性、密实度)下降,导致结构开裂。S316线K103+620、K109+360、K110+100等处桥梁、墩台、台帽等处出现裂缝较多。7混凝土桥梁裂缝处治方法—“壁可注入法”
第一步表面处理
用纲丝刷沿裂缝表面清理宽约5cm范围;用刷子丙酮或清水清除裂缝表面的浮尘并晾干。
第二步粘结注入座和密封裂缝
(1)配置封口胶按配合比(101#号的主挤、硬化挤的重量比为7:3)配料拌和均匀。
(2)布设注入座用抹灰刀将少许封口胶抹在注入座底面的四周,将注入孔对正裂缝中心轻微挤压,并用封口胶将注入座包覆,沿裂缝的走向每隔30-40cm布设一个注入座,裂缝分岔处也应布设注入座。
(3)封闭裂缝用工具抹灰刀将封口胶沿裂缝的走向5cm宽的范围封闭,封口胶厚度为2mm左右,尽量一次性完成。
第三步封口胶的固化
封闭完成后,让封口胶自然固化,固化时间:在正常温度下(6小间-12小间)
第四步注入灌注胶
(1)可配置封口胶按配合比(主剂、硬化剂的重量比为2:1)配料拌和均匀。
(2)注胶将注入器的连接端牢固地安装在注入座上,将灌注胶装入注入泵黄油枪内,将黄油枪倒置,打开伐门推动活塞排除系统中的空气。将它连接
到注入器的注入端,推动黄油枪的活塞,开始注入。
第五步灌注胶的固化
让灌注胶自行固化,固化时间:大约24小时,与温度有关。
第六步“壁可注入法”的特点
(1)灌注胶具有超低粘度性、渗透力强、粘结力强、具有较高强度。
(2)可恢复混凝土构件的强度,恢复受损构件的承载力。
(3)利用注入器“橡胶管”膨胀后产生恒压力,将胶液自动注入到裂缝深处,持续的低压能避免产生气阻,保证修补质量。
(4)施工工艺简便,易操作使用,节省人工,安全环保。
第七步“壁可注入法”使用效果
2007年6月特克斯公路段通过使用“壁可注入法”对管辖路段的S316线路段,25座桥梁构件,墩台、梁板底、的纵横超限值的裂缝,经过现场使用效果良好。截止目前为止未出现开裂,扩张现象。
结论:公路建设是一项基本建设,只要我们在设计、施工工艺、材料选择以及后期的养护过程中能够充分考虑各种因素的影响,还是完全可以避免的,危害结构的裂缝的产生。
参考文献
[1]《公路桥涵施工技术规范》(JTJ041-2000).
[2]《公路桥涵设计规范》(JTJ025-86).