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大体积混凝土施工裂缝的成因及钢筋混凝土结构裂缝预防措施

时间:2015-01-13 12:37 来源:www.cipoc.cn 作者:中国建材网 阅读:

大体积砼结构由于在水泥水化过程中释放的水化热,从而引起温度变化和砼本身的收缩受到外界约束作用时,就会在砼内部产生温度应力和收缩应力。当应力 超过砼 的抗拉极限,裂缝也就随之产生。由于这些裂缝往往给工程带来不同程度的危害,因此控制温度应力和温度变形裂缝的发展是大体积砼结构施工中所面临的一个重大 课题。


一、大体积混凝土施工裂缝的成因


砼是一种多种材料组成的非匀质材料,其抗拉强度远小于抗压强度,当拉应力超过砼的抗拉强度,就产生了裂缝甚至达到破坏。大体积结构砼的裂缝,有表面裂缝和 贯穿裂缝两种,这两种裂缝都有一定的危害性。相对来说,贯穿裂缝会影响结构的整体性、耐久性和正常使用,甚至于结构安全。裂缝产生的主要原因有以下几种:


1.由于外荷载引起的:这种裂缝发生最为普遍,即按常规计算的主要应力引起的。

 

2.结构次应力引起的:这种裂缝是由于结构的实际工作状态与计算假设模型存在差异而引起的。


3.变形变化引起的:这种裂缝由于温度、收缩、膨胀、不均匀沉降等因素引起变形。


砼结构的内部,结构与结构之间常常是相互影响,相互制约的。如果砼结构截面尺寸较大,内部的温度和湿度分布不均匀,这样就约束了砼结构内部不同部位的变 形。同样砼结构的变形也有来自外部结构的影响。大体积砼由于水泥用量多,水泥水化所释放的水化热会产生较大的温度变化和收缩作用,此种温度应力是导致砼产 生裂缝的主要原因。


二、防止产生裂缝的主要措施


(一)控制砼温升。


1.选用水化热低的水泥。水化热是水泥熟料水化所放出热量。为使砼减少升温,可以在满足设计强度要求的前提下,减少水泥用量,尽量选用中低热水泥。一般工程可选用矿渣水泥或粉煤灰水泥。
2. 利用砼的后期强度。据试验数据表明,每立方米的砼水泥用量,每增减10公斤,砼温度受水化热影响相应升降1摄氏度。因此根据结构实际情况,对结构的刚度和 强度进行复算并取得设计和质检部门的认可后,可用f45、f60或f90替代f28作为砼设计强度,这样每立方米砼的水泥用量会减少40~70公斤/ 立方米。相应的水化热温升也减少4~7摄氏度。
利用砼后期强度主要是从配合比设计入手,并通过试验证明28天之后砼强度能继续增长。在预计的时间能达到或超过设计强度。


3.掺入减水剂和微膨胀剂。掺加一定数量的减水剂或缓凝剂,可以减少水泥用量,改善和易性,推迟水化热的峰值期。而掺入适量的微膨胀剂或膨胀水泥,也可以减少砼的温度应力。

 

4.掺入粉煤灰外掺剂。在砼中加入少量的磨细粉煤灰取代部分水泥,不仅可降低水化热,还改善砼的塑性。


5.骨料的选用。连续级配粗骨料配制的砼具有较好的和易性,较少的用水量和水泥用量以及较高的抗压强度。另外,砂,石含泥量要严格控制。砂的含泥量控制在小于2%,石的含泥量控制在小于1%。


6.降低砼的出机温度和浇筑温度。首先要降低砼拌合温度。降低砼出机温度的最有效的办法是降低石子的温度,在气温较高时,要避免太阳的直接照射骨料,必要时向骨料喷射水雾或使用前用冷水冲洗骨料。
另外砼在装卸、运输、浇筑等工序都对温度有影响。为此,在炎热的夏季,应尽量减少从搅拌站到入模的时间。

 


(二)采用保温或保温养护,延缓砼降温速度。


根据不同的施工季节,为减少砼浇筑后所产生的内外温差,夏季主要应采用保湿养护,冬季应保温养护。大体积砼结构终凝后,其表面蓄存一定深度的水,具有一定 的隔热保温效果,缩小了砼内外温差,从而控制裂缝的开展。而基础工程大体积砼结构拆模后,宜尽快回填土,避免气温骤变产生有害影响,亦可延缓降温速率,避 免产生裂缝。


(三)改善施工工艺,提高砼抗裂能力。


1.采用分层分段法浇筑砼,有利于砼消化热的散失,减小内外温差。


2. 改善配筋,避免应力集中,增强抵抗温度应力的能力,孔洞周围,变断面转角部位,转角处都会产生应力集中。为此在孔洞四周增配斜向钢筋,钢筋网片,在变截面 作局部处理使截面逐渐过渡,同时增配抗裂钢沥,都能防止裂缝的产生。值得注意的是,配筋要尽可能应用小直径和小间距,按全截面对称配置。


3.设置后浇带。对于平面尺寸过大的大体积砼,应设置后浇带,以减少外约束力和温度应力;同时也有利于散热,降低砼的内部温度。


4.做好温度监测工作,及时反映温差,随时指导养护,控制砼内外温差不超过25摄氏度。


裂缝是砼结构工程普遍存在的问题,不仅影响建筑物的观感,更重要的是不利于结构的防水和抗渗要求,也降低建筑物的耐久性,甚至于影响结构的承载能力。裂缝 的发生与发展有多方面的原因,在提高施工企业人员素质和使用更合理的施工工艺的同时还要认真贯彻事前、事中、事后控制的原则,加大职能部门的监管力度,不 为工程留下任何隐患。


钢筋混凝土结构裂缝预防措施

  2.1 材料措施

  2.1.1 材料选用

  (1) 水泥:根据工程条件不同,尽量选用水化热较低、强度较高的水泥,严禁使用安定性不合格的水泥。

  (2) 粗骨料:适用表面粗糙、级配良好、空隙率小、无碱性反应;有害物质及泥土含量和压碎指标值等满足相关规范及技术规范规定。

  (3) 细骨料:一般采用天然砂。宜用颗粒较粗、空隙较小的2区砂、对运送混凝土宜选用中砂;所选的砂有害物质及混凝土含量和坚固指标等应满足相关规范及技术规程规定。

  (4) 外掺加料:宜采用减水剂及膨胀剂等外加剂,以改善混凝土工作性能,降低用水量,减少收缩。

  (5) 极采用掺合料和混凝土外加剂,可以明显地起到降低水泥用量、降低水化热、改善混凝土的工作性能和降低混凝土成本的作用。

  (6) 正确掌握好混凝土补偿收缩技术的运用方法。对膨胀剂应充分考虑到不同品种、不同掺量所起到的不同膨胀效果。应通过大量的试验确定膨胀剂的最佳掺量。

  (7) 钢筋品种、规格、数量的改变、代用,必须考虑对构件抗裂性能的影响。

  (8) 钢筋的位置要正确,保护层过大或过小都可能导致砼开裂,钢筋间距过大,易引起钢筋之间的砼开裂。

  2.1.2 配料

  (1) 配合设计应尽量采有低水灰比、低水泥用量、低用水量。投料计量应准确,搅拌时间应保证;禁止任意增加水泥用量。

  (2) 混凝土运输过程中,车鼓保持在每分钟约6转,并到工地后保持搅拌车高速运转到4至5分钟,以使混凝土浇筑前充分再次混合均匀。如遇塌落度有所损失,可以掺一定的外加剂以达到理想效果。

  (3) 浇筑分层应合理,振捣应均匀、适度、不得随意留置施工缝。

  2.1.3 配筋

  (1) 混凝土的配筋对于收缩值起一定的约束作用。结构设计中经常忽略构造钢筋的重要性,因而经常出现构造性裂缝。合理的配筋,特别是构造配筋,细一点密一点可以提高混凝土的极限拉伸,可有效避免构造性裂缝的产生。

  (2) 施工中对钢筋品种、规格、数量的改变、代用,必须考虑对构件抗裂性能的影响。

  (3) 钢筋绑扎位置要正确,保护层厚度要尽量准确,不要超出规范规定;钢筋表面应洁净,钢筋代换必须考虑对构件抗裂性能的影响。

  2.2 施工措施

  2.2.1 混凝土浇筑

  (1) 混凝土浇筑时应防止离析现象,振捣应均匀、适度;加强混凝土温度的监控,及时采取防护措施,优化混凝土配合比。

  (2) 加强混凝土的早期养护,并适度延长养护时间,在气温高、湿度低或风速大的条件下,更应及早进行喷水养护,在浇水养护有因难时,或者不能保证其充分湿润时,可采用覆盖保湿材料等方法。

  (3) 大体积混凝土施工,应做好温度测控工作,采取有效的保温措施,保证构件内外温差不超过规定。

  (4) 开挖基槽时,要注意不扰动其原状结构。

  (5)加强地基的检查与验收工作,基坑开挖后应及时通知勘察及设计单位到现场验收,对较复杂的地基,设计方在基坑开挖后应要求勘察补钻探,当探出有不利的地质情况时,必须先对其加固处理,并经验收合格后,方可进行下一步施工。

  (6)合理安排施工顺序。当相邻建(构)筑物间距较近时,一般应先施工较深的基础,以防基坑开挖破坏已建基础的地基础。当建(构)筑物各部分荷载相差较大时,一般应施工重、高部分,后施工轻、低部分。

  (7) 避免在雨中或大风中浇灌混凝土。

  (8) 对于地下结构混凝土,尽早回填土,对减少裂缝有利。

  (9) 夏季应注意混凝土的浇捣温度,采用低温人模、低温养护,必要时经试验可采用冰块,以降低混凝土原材料的温度。 2.1.2 配料

  (1) 配合设计应尽量采有低水灰比、低水泥用量、低用水量。投料计量应准确,搅拌时间应保证;禁止任意增加水泥用量。

  (2) 混凝土运输过程中,车鼓保持在每分钟约6转,并到工地后保持搅拌车高速运转到4至5分钟,以使混凝土浇筑前充分再次混合均匀。如遇塌落度有所损失,可以掺一定的外加剂以达到理想效果。

  (3) 浇筑分层应合理,振捣应均匀、适度、不得随意留置施工缝。

  2.1.3 配筋

  (1) 混凝土的配筋对于收缩值起一定的约束作用。结构设计中经常忽略构造钢筋的重要性,因而经常出现构造性裂缝。合理的配筋,特别是构造配筋,细一点密一点可以提高混凝土的极限拉伸,可有效避免构造性裂缝的产生。

  (2) 施工中对钢筋品种、规格、数量的改变、代用,必须考虑对构件抗裂性能的影响。

  (3) 钢筋绑扎位置要正确,保护层厚度要尽量准确,不要超出规范规定;钢筋表面应洁净,钢筋代换必须考虑对构件抗裂性能的影响。

  2.2 施工措施

  2.2.1 混凝土浇筑

  (1) 混凝土浇筑时应防止离析现象,振捣应均匀、适度;加强混凝土温度的监控,及时采取防护措施,优化混凝土配合比。

  (2) 加强混凝土的早期养护,并适度延长养护时间,在气温高、湿度低或风速大的条件下,更应及早进行喷水养护,在浇水养护有因难时,或者不能保证其充分湿润时,可采用覆盖保湿材料等方法。

  (3) 大体积混凝土施工,应做好温度测控工作,采取有效的保温措施,保证构件内外温差不超过规定。

  (4) 开挖基槽时,要注意不扰动其原状结构。

  (5)加强地基的检查与验收工作,基坑开挖后应及时通知勘察及设计单位到现场验收,对较复杂的地基,设计方在基坑开挖后应要求勘察补钻探,当探出有不利的地质情况时,必须先对其加固处理,并经验收合格后,方可进行下一步施工。

  (6)合理安排施工顺序。当相邻建(构)筑物间距较近时,一般应先施工较深的基础,以防基坑开挖破坏已建基础的地基础。当建(构)筑物各部分荷载相差较大时,一般应施工重、高部分,后施工轻、低部分。

  (7) 避免在雨中或大风中浇灌混凝土。

  (8) 对于地下结构混凝土,尽早回填土,对减少裂缝有利。

  (9) 夏季应注意混凝土的浇捣温度,采用低温人模、低温养护,必要时经试验可采用冰块,以降低混凝土原材料的温度。

  2.2.2 模板工程

  (1) 模板构造要合理,以防止模板间的变形不同而导致混凝土裂缝。

  (2) 模板和支架要有足够的刚度,防止施工荷载(特别是动荷载)作用下,模板变形过大造成开裂。

  (3) 合理掌握拆模时机。拆模时间不能过早,应保证早龄期砼不损坏或不开裂;但也不能太晚,尽可能不要错过砼水化热峰值,即不要错过最佳养护时机。

  2.3 设计措施

  (1) 建筑平面造型在满足使用要求的前提下,力求简单,平面复杂的建筑物,容易产生扭曲等附加应力而造成墙体及楼板开裂;控制建筑物的长高比,增强整体刚度和调整不均匀沉降的能力。

  (2) 设计中应尽量避免结构断面突变带来的应力集中。如因结构或造型方面原因等而不得以时,应充分考虑采用加强措施。

  (3) 控制建筑物的长高比,长高比越小,整体刚度越大,调整不均匀沉降的能力越强。

  (4) 正确设置变形缝,位置和宽度选择要适当,构造要合理。

  (5) 合理地调整各部分承重结构的受力情况,使荷载分布均匀,尽量防止受力过于集中。

  (6) 限制伸缩缝间距。对体形复杂、地基不均匀沉降值大的建筑物更应严格控制,可以和其它结构缝合并使用。

  (7) 部分窗台砌体应加强。对宽大的窗台下部宜设置钢筋砼梁,以适应窗台的变形,防止窗台处产生竖直裂缝。

  (8) 构件配筋要合理,间距要适当。断面较大的梁应设置腰筋。大跨度、较厚的现浇板,上面中心部位宜配置构造钢筋。主梁在集中应力处,宜增加附加横向钢筋。

  (9) 减少地基的不均匀沉降,在基础设计中可以采取调整基础的埋置深度,不同的地基计算强度和采用不同的垫层厚度等方法,来调整地基的不均匀变形。

  (10) 层层设置圈梁、构造柱,可以增加建筑物的整体性,提高砖石砌体的抗剪、抗拉强度,防止或减少裂缝。

  (11) 积极采用补偿收缩混凝土技术:在常见的混凝土裂缝中,有相当部分都是由于混凝土收缩而造成的。要解决由于收缩而产生的裂缝,可在混凝土中掺用膨胀剂来补偿混凝土的收缩。

  (12) 重视对构造钢筋的认识:在结构设计中,设计人员应重视对于构造钢筋的配置,特别是楼面、墙板等薄壁构件更应注意构造钢筋的直径和数量的选择。中国建材网总结。

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