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商品混凝土现浇结构裂缝原因分析及预防措施

商品混凝土现浇结构裂缝原因分析及预防措施

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技术资讯
来源:
发布时间:
2015/05/05 11:30
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【摘要】:
商品混凝土现浇结构裂缝原因分析及预防措施
 
文章来源:沈阳盛鑫源 更新时间:2015-05-05
 
  近几年来,商品混凝土现浇结构的裂缝问题越来越突出,有的甚至影响到结构安全和正常使用,这在住宅工程中尤为突出。因此,如何采取措施,最大限度地减少或消除商品混凝土裂缝的产生,已成为工程技术人员急需解决的难题之一。
 
  本人依据几年来的施工管理经验和学到的理论知识,并结合曾施工过的某新村住宅楼、徐庄矿锅炉房、湖州嘉欣金世纪广场商务楼等工程的实践,就商品混凝土现浇结构裂缝产生的原因及预防,作如下阐述。
 
  一、商品混凝土现浇结构产生裂缝的原因
 
  商品混凝土是由水泥、骨料、水和各种外加剂及掺合料组成的复杂结构,俗称人工石,其内部是非致密、非均匀的,具有较高的抗压强度、良好的耐久性及抗拉强度低、抗变形能力差、易开裂等特性。混凝土产生裂缝其原因多方面的,如荷载、温度、收缩、腐蚀、结构变形等,且大多不是单方面作用的结果,而是多种因素相互交织影响、共同作用的结果。但究其根本原因,不外乎是设计、材料、施工及使用四个方面。下面就四方面的原因分别作出阐述:
 
  (一)设计方面的原因
 
  1、计算有误,构件截面尺寸设计不合理,断面配筋不足,钢筋排列顺序不当
 
  这是造成构件的承载力和刚度不足、变形过大而产生裂缝的原因。由此造成的垂直裂缝,通常出现在梁、板结构弯矩最大的地方,对柱裂缝则出现在中部,而斜裂缝则通常发生在剪力最大的部位。一般来说支座附近较多,由下部开始,多数沿45°角向跨中上方延伸。
 
  2、梁柱的节点构造不合理,板的厚度过小
 
  例如在徐庄矿锅炉房工程梁板浇筑中,板的厚度只有9cm,而在设备区域附近,安装的预埋管道却十分密集,彼此间还相互交叉,造成预埋管道的混凝土保护层厚度不足而沿管道混凝土发生开裂。再如在湖州嘉欣金世纪广场商务楼工程大跨度梁柱结点的浇筑中,为考虑抗震,梁柱的钢筋相互弯折锚固,造成某个侧面的钢筋过分密集且钢筋很粗,钢筋间缺少足够的混凝土包裹而沿着钢筋混凝土发生开裂。
 
  3、构件的构造筋配置不足
 
  在设计中,往往只对正常使用的荷载情况进行验算,未考虑构件浇筑过程中产生的各种变形因素,而这种变形恰恰对构件的影响很大。商品混凝土因为坍落度大,引起的变形也大,再加上变形的存在,其出现裂缝的几率自然要比普通混凝土大。例如在某新村住宅楼现浇板中,板跨中的上部钢筋未部分拉通,且板角未留置放射钢筋,以致造成裂缝的产生。这种裂缝,一般来说板面多于板底,尤以板角居多,裂缝无规律性,多由混凝土在硬化过程中的收缩变形和缺少相应部位的构造钢筋约束所产生。
 
  4、结构沉降产生裂缝
 
  这类裂缝通常是因基础的刚度不足,或者地基的压缩变形不一致而发生不均匀沉降,使上部结构发生较大变形,这种变形所形成的拉应力超过了结构的抗力,从而引起裂缝。
 
  (二)材料方面的原因
 
  混凝土收缩是其自身的特性。有关资料表明,混凝土的拌和水中只有约20%的水,是水泥水化所必须的,其余80%的水分都要被蒸发。而这多余水分的蒸发就是引起混凝土收缩的主要原因。当收缩产生的拉应力超过混凝土的抗拉强度时,混凝土就会出现裂缝,这类裂缝通常显示规律性。而商品混凝土由于需要泵送,收缩性更大,且越是高标号的混凝土,其收缩性就越大。
 
  1、水泥浆的含量高
 
  为减少泵送对机械设备的磨损,商品混凝土供应单位所用的水泥,比一般混凝土用的水泥多,相应的砂率也大,这必然导致商品混凝土比普通混凝土的收缩性大,出现裂缝的几率也比普通混凝土要大得多。
 
  2、坍落度大
 
  一般商品混凝土的坍落度在100mm~180mm之间,有的甚至达到250mm,而普通混凝土的坍落度多在70mm~90mm之间。商品混凝土搅拌站为保证泵送的顺利,施工单位为提高施工效率,加上施工人员为便于施工,都希望混凝土的坍落度保持在150mm~180 mm之间。为达到大坍落度要求,必然要求增加较多的水泥用量、拌和水用量和外力a剂用量。由于这三种因素的共同影响,造成商品混凝土的收缩值比普通混凝土要大得多,极易导致商品混凝土裂缝的产生。
 
  3、水化热的影响
 
  为了提高施工效率,商品混凝土中的水泥用量往往比普通混凝土要大,而且又因加了外加剂,造成初期的水化速度快,产生的水化热也较多,从而降温时因自身约束引起的温度应力也比普通混凝土要大得多。当混凝土抗拉强度不足以抵抗该温度应力时,便开始产生裂缝。这在大体积混凝土中尤为显著,极易造成积聚于内部的水化热不易散发的情况,形成与表面温差较大的梯度而产生结构的浅表裂缝。
 
  4、骨料粒径的影响
 
  为满足泵送的要求,商品混凝土都采用粒径较小的骨料,减少粗骨料的用量。粗骨料的粒径往往受本地的骨料种类、泵送管道的直径、钢筋的最小间距、板厚及设计所需的流动度这五种条件的约束,而普通混凝土粗骨料的粒径仅受到钢筋最小间距和板厚这两种条件的约束。因此,商品混凝土粗骨料的粒径相对较小,直接导致单位水泥用量和拌和水用量比普通混凝土多。另外,因受大用水量和富浆量的影响,也会导致混凝土单位粗骨料用量的减少。在混凝土的组成材料中,由于粗骨料是制约水泥石收缩的主要成分,因此粒径较小的粗骨料和较少的粗骨料用量对制约混凝土收缩是不利的,使得混凝土的抗拉强度降低,易出现裂缝。
 
  5、粗细骨料含泥量的影响
 
  骨料的含泥量越高,混凝土的收缩性就越大,也越容易造成开裂。因为泥的出现弱化了骨料与水泥石之间的粘结面,降低了界面的粘结强度,也就降低了混凝土的抗拉强度,导致商品混凝土出现裂缝、特别是硬化过程中的早期裂缝。据有关资料统计,骨料的含泥量增加1%,混凝土的强度就会降低5%。因此,应限制骨料的含泥量。
 
  6、外加剂的影响
 
  为保持良好的工作性能和可泵性,在商品混凝土生产过程中都会使用外加剂,其中大多是兼有减水、泵送、缓凝等综合作用的高效复合外加剂。由于国内缺乏外加剂对混凝土影响的系统理论研究,所以外加剂加入如不能科学控制,就会在一些部位形成薄弱区域,并在外力的作用下产生裂缝。
 
  (三)施工方面的原因
 
  1、混凝土终凝前未仔细收光
 
  商品混凝土由于坍落度大,水泥浆含量高,在终凝前因表面收缩极易出现收缩裂缝,对于掺加了活性掺和料的混凝土就尤为显著。如果在终凝前未仔细收光,则收缩裂缝不会自行闭和,导致混凝土非结构性浅表裂缝的产生。
 
  2、现场擅自加水
 
  施工人员为提高混凝土的施工速度,未经有关方面认可,就擅自向混凝土中加水。现场加水不但增加了混凝土硬化过程中的泌水通道,降低了混凝土的强度,更严重的,将导致混凝土局部形成了软弱层,增加了混凝土出现裂缝的可能性。
 
  3、结构构件养护不到位
 
  养护问题可以说一直是商品混凝土的关键问题,很多裂缝的产生都与商品混凝土养护未到位有关。随着泵送混凝土的普遍使用,外加剂和活性掺合料的加入,养护问题显得越加重要。混凝土浇筑后,若表面在规定的时间内未覆盖或者浇水不及时,表面水分迅速蒸发,很容易产生收缩裂缝,特别是在气温高、湿度小、风速大的情况下,收缩更易发生。现在有不少施工现场,对混凝土的养护往往采取终凝后才浇水养护,表面也未覆盖,浇水不及时、不定时且时间短,这与国家规范规定的养护要求相差很远。国家规范规定对采用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥或矿渣水泥拌制的混凝土,其养护时间不得少于7天,对掺有缓凝型外加剂或有抗渗要求的混凝土,其养护时间不得少于14天。类似以上这种不良的养护状况,极易造成商品混凝土的早期开裂。
 
  4、模板支撑拆除过早和结构受荷载过早
 
  商品混凝土由于其使用的特殊性,如为保证具有一定的坍落度要求以及运输、停置、施工所需要的时间,往往要加入具有缓凝作用的外加剂和粉煤灰以满足施工要求,因此商品混凝土具有比普通混凝土初凝时间长、早期强度低等特点。现在有一些施工单位为了赶进度,或为了模板的周转而擅自提前拆除模板支撑,并在结构上放置过多的堆载,而此时混凝土并未达到规范要求的拆模强度,使结构受荷载过早而出现裂缝。
 
  (四)使用过程中的原因
 
  混凝土构件不正确的使用也会引起各种裂缝的产生。如在有关构件上堆放过多的荷载,或者是局部改变了承重体系,超过了结构的承载力而引起裂缝。这在住宅的装修过程中表现尤为突出,如在楼板上砌筑承重分隔墙,在楼板上随处开洞等。又如结构长期处于高温,会引起水泥与骨料间的粘结力减弱,水泥石也因脱水而内部产生空隙,使粘结力与弹性模量降低,这也增加了混凝土出现开裂的可能性。另外,混凝土结构在酸、碱、盐的长期侵蚀下,也会产生裂缝。
 
  二、商品混凝土裂缝的预防措施
 
  根据以上对商品混凝土出现裂缝原因的分析,结合现场施工的情况,为避免商品混凝土结构裂缝的产生,建议采取如下预防措施。
 
  (一)设计方面的措施
 
  1、采用正确的理论计算力学模型,使计算结果与实际相接近。要进行正确的荷载计算,选择合适的结构构件断面,钢筋的排列既要满足构件产生抗力的需要,又要便于施工。
 
  2、进行正确的节点构造设计,设计中不能只顾抗力要求而忽视构造的要求。
 
  3、要考虑施工实际情况,进行合理的构造设计。如在现浇板的设计中,支座上部的钢筋不应在跨中全部切断,跨中上部的贯通钢筋不应小于相应支座钢筋面积的30%。位于板角的地方,往往是各种应力互相迭加的区域,应予以加强。建议在设计中对此类部位除双层双向的钢筋不可少之外,还应增加45°斜向钢筋予以补强。板钢筋应相对细一点、密一点,宜采用连续式配筋,不宜采用分离式配筋,以抵抗结构产生的收缩应力。混凝土现浇板的强度不要过大,以不超过C30为宜。
 
  4、结构设计中不应只考虑地基的承载力而忽视地基的变形,要采用合理的基础构造形式,调整基础各部位的刚度。要根据工程实际情况,采用"放"、"抗"及"调"的形式进行基础设计,避免应基础的不均匀沉降而引起上部结构产生裂缝。
 
  (二)混凝土材料方面的措施
 
  因为混凝土是一种收缩性的材料,当产生的收缩应力超过混凝土自身的抗拉强度时,结构便会产生裂缝。对此商品混凝土搅拌站应采取以下措施:
 
  1、尽量减少收缩量大、需水量多的水泥使用,建议采用需水量小,与混凝土外加剂适应性好的水泥。要根据工程的实际情况,采用合适品种的水泥。在满足条件的情况下,要尽量减少水泥的用量,根据我们的经验,商品混凝土的水泥用量不宜超过550kg/m3。
 
  2、在满足可泵性及和易性的条件下,要尽可能减少混凝土的水灰比,减小坍落度。建议在一般情况下,商品混凝土的坍落度控制在l20mm-l60mm之间,以降低其收缩应力。
 
  3、尽可能采用水化热值低的水泥,如矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥等,以降低混凝土硬化时的收缩应力。
 
  4、宜优先采用连续级配的粗骨料配制混凝土,因为此级配的混凝土具有较好的和易性、较少的用水量以及较高的抗压强度。根据工程需要,应采用合适的骨料粒径,尽可能选用粒径较大、级配良好的石子。因为增大骨料粒径可减少用水量,从而减少水化热,最终降低混凝土的收缩应力。根据有关资料,采用5mm-40mm石子比采用5mm~25mm的石子,每立方米混凝土可减少用水量15kg左右,在相同水灰比的情况下,水泥的用量可减少20kg左右。另外,粗骨料颗粒的形状对混凝土的和易性和用水量也有较大的影响,粗骨料中的针、片状颗粒的含量不应超过15%。细骨料也应以中、粗砂为宜,细度模数应在2.5~3.2之间。
 
  5、严格控制骨料的含泥量,建议商品混凝土所用粗骨料的含泥量控制在小于1%,砂的含泥量控制在小于2%,以降低混凝土的收缩,提高混凝土的抗拉强度。
 
  6、对外加剂应先进行有关指标的复试,合格后再使用。配制过程中的掺量更要严格控制,以免发生混凝土结构的裂缝。
 
  7、活性掺合料的掺量也应严格控制。对早期抗裂性较高的工程,更应严格控制。
 
  8、对重要工程使用的混凝土,应对粗、细骨料进行碱活性检验。当判定骨料有潜在的危害时,应采用含碱量小于0.6%的水泥或者能抑制碱与骨料反应的掺合料。
 
  9、改善混凝土构件的边界约束和构造设计,这对大体积混凝土尤为重要。如设置滑动层、设置缓冲层、合理分段施工等,以避免贯穿裂缝的产生。
 
  10、合理控制浇筑混凝土的时间,避免在气温高、湿度小、风速大的情况下浇筑混凝土。
 
  (三)施工方面的措施
 
  1、必须确保正确的振捣方法。要根据商品混凝土的坍落度,合理控制振捣时间。振捣宜短振、快插、慢拔。因为振捣时间过短,混凝土不易密实;而振捣时间过长,则易形成混凝土的分层,从而造成过大的收缩应力,使混凝土出现裂缝。
 
  2、混凝土的布料宜采用布料杵进行,严禁采用振动棒赶料。要确保混凝土摊铺均匀,保证混凝土的致密性和均匀性,避免薄弱界面的产生,防止发生裂缝。针对柱梁板连续浇筑的情况,应在柱混凝土浇完后停歇1~2小时再浇筑梁板混凝土,避免沉缩裂缝的产生。
 
  3、浇筑大方量混凝土前应事先制定具有可操作性的施工方案,并在经有关方面批准后实施。施工方案中要明确混凝土的初凝时间、浇筑方向、一次浇筑的方量、施工缝的留设位置以及处理办法等,避免形成冷缝和因新、旧混凝土未完全咬合而形成局部薄弱界面,降低了混凝土的强度。
 
  4、为消除商品混凝土的浅表收缩裂缝,应在混凝土表面终凝前的收水时,进行两次或三次压实收光,对掺加活性掺和料的混凝土更应增加收光次数,严禁在表面撒纯水泥进行压实收光,以免收缩裂缝的产生。
 
  5、严禁现场加水。要加强现场的管理力度,减少施工人员的主观随意性,确保按规范施工。
 
  6、根据所用商品混凝土的类型采取合理的养护措施。要注意对混凝土表面的覆盖,防止水分的大量蒸发,保持表面湿润,降低混凝土表面的温度、湿度梯度,同时也应保持混凝土浇水养护的时间,严格按规范进行操作。
 
  7、根据规范要求,要制作构件的同条件养护拆模试块,以确保强度达到规范要求后再进行模板支撑的拆除工作。同时在施工中,要严格控制现浇结构的施工荷载,荷载要有序、均布,避免某处因有过多的荷载而造成结构的"内伤"。
 
  (四)使用方面的措施
 
  应按设计要求正确使用结构,严禁在结构上堆放过多的荷载或局部改变承重结构的受力体系及传力途径。同时,要采取措施避免结构长期处在高温和高腐蚀性等不利的环境中。
 
  结束语
 
  商品混凝土出现裂缝的原因是非常复杂的,不会由单一因素引起,而是多种因素共同作用的结果。只要沿着上述所列出的原因去分析,并根据实际情况,在设计、材料、施工、使用这四个环节层层把关,采取相应的预防措施,那么商品混凝土裂缝的产生,一定会明显减少乃至消除。
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