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预拌混凝土施工期间裂缝如何预防处理?

作者:马清浩来源:水泥混凝土外加剂550问 浏览次数: 日期:2012-09-28

现浇混凝土结构房屋的基础底版、剪力墙体及楼板在正常使用前,即在施工期间现场发生开裂,此时结构尚未承受正常使用情况下的全部荷载,裂缝多因非荷载变形引起。这些裂缝可能会对建筑使用功能、承载能力、耐久性及观感、用户心理等造成不良影响,如地下室墙体开裂造成渗透,导致防水功能失效;混凝土受荷以前存在的裂缝影响结构正常使用条件下荷载裂缝的发生过程,从而影响混凝土的强度、变形和破坏性能;开裂导致钢筋在局部失去混凝土的保护作用,导致钢筋腐蚀等,必须采取措施加以预防和处理。

预拌混凝土施工期间裂缝可在事前、事中从结构及构造优化设计、原材料优选、施工配合比优化设计、施工过程控制及施工过程监测等多方面采取措施进行综合控制;出现裂缝后则多需采取修补或加固、补强等措施处理。其综合预防及处理思路如图1所示。

一、混凝土开裂机理分析

按最大拉应力理论,在复杂应力状态下,只要材料内任一点的最大主拉应力达到单向拉伸断裂时横截面上的极限应力σf,材料就会发生断裂破坏。结构混凝土浇筑后,由于多种原因,会产生温度、收缩变形,若变形能自由发展,则结构内将产生一定的温度、收缩应力,如此应力大于混凝土的极限抗拉强度,混凝土就会开裂,可以将混凝土的早期开裂理解为混凝土的“局部断裂破坏”。

二、事前、事中控制措施

(一)结构及构造优化设计

结构设计及相应的构造措施是混凝土施工期间裂缝综合防治的一个重要环节,应给予充分重视。主要的措施如下:

(1)在板的温度、收缩应力较大区域(如跨度较大,并与混凝土梁及墙整浇的双向板的角部和中部区域,或当垂直于现浇单向板跨度方向的长度大于8m时沿板长度的中部区域等) 宜配置控制温度收缩裂缝的构造钢筋,可利用板内原有的钢筋贯通布置,也可另外设置构造钢筋网,并与原有钢筋接受拉钢筋的要求搭接或在周边构件中锚固。钢筋宜采用带肋钢筋,小直径、密集布置控制效果更好。

(2)为了控制现浇剪力墙结构因混凝土收缩和温度变化较大而产生的裂缝,墙体中水平分布钢筋初满足强度计算要求外,其配筋率不宜小于0.4%,宜采用小直径、密集布置的钢筋间距不宜大于100mm,或在竖立钢筋外侧(混凝土保护层内)布置钢筋网片。

(3)在长大建筑物中,为减小施工过程中由于混凝土收缩导致结构开裂的可能性,应根据结构条件采取“抗放结合”的综合措施。对大体积混凝土工程,可采取降低混凝土水化温升的有效措施;对大面积混凝土工程(墙或板)可采用分段间隔(跳仓)浇筑措施,分段原则应根据结构条件确定,经过10d以上的养护再将各分段连成整体。对较长的工程可设置(后浇带) (每隔30~50m设置1道)。后浇带的宽度不宜小于800mm,后浇带的钢筋可不截断。

(4)混凝土基础底版或墙体可预先计算,在预计可能产生裂缝的地方设置诱导缝,用以控制浅层裂缝。

(二)原材料优选

为了控制预拌混凝土施工期间裂缝的发生,应对混凝土原材料进行优化选择。

(1)从控制裂缝的角度考虑,水泥品种优先选择的次序宜为:低碱水泥、硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥;大体积混凝土宜选用低热水泥。无特殊要求时,不宜选用早强水泥、含碱量较大的水泥、较细的水泥。有条件的宜进行抗裂性能试验和评价(圆环法)。

(2)在混凝土中宜加入一定量的Ⅰ级或Ⅱ级粉煤灰,以改善混凝土的抗裂性能。当混凝土中掺入矿粉时,矿粉细度宜与水泥的细度接近。掺加硅灰时,应有可靠的技术措施。有条件的也宜对混凝土掺合料进行抗裂性试验和评价。

(3)掺加合适的外加剂有利于裂缝的防治,选择外加剂时,应注意外加剂之间的相容以及水泥的相容性。对与抗裂性要求高的混凝土,宜选用具有减缩抗裂性能的外加剂。

(4)宜选用级配良好的粗、细集料。

(5)在混凝土中掺入一定量的纤维和(或)有机聚合物,可提高混凝土的抗裂性能。有机纤维,如聚丙烯、尼龙类纤维,能提高混凝土塑性抗裂性能;钢纤维能提高塑性抗裂性能和硬化后混凝土抗裂性能。在纤维分散度良好的情况下,混凝土抗裂性能随着纤维掺量的提高而提高。

(三)配合比优化设计

应在常规配合比设计和优选原材料的基础上,进行抗裂配合比设计,混凝土除具有符合设计和施工所要求的性能外,还具有抵抗开裂所需要的性能。抗裂混凝土配合比中,水灰比不宜过大或过小;粗、细集料的体积含量不宜小于0.70,体积砂率不宜大于0.41。

在进行抗裂配合比设计时应遵循以下原则:①在满足混凝土强度和工作性能的前提下,选择最小胶凝材料用量,增大集料体积;②使集料堆积密度最大,控制集料的合理级配,减小集料空隙率;③选择合适的水胶比,满足强度和耐久性的要求,不过大或过小。

配合比设计及试验研究步骤如图2所示。

试验研究除常规的强度、施工性能外,主要指混凝土的早期收缩及平板抗裂性能试验、评价。

(四)施工过程控制及监测

(1)合理确定混凝土施工的性能指标,加强施工组织。合理控制坍落度等施工性能指标,坍落度不宜过大,建议入模坍落度在(100±20)mm。加强混凝土胶筑(包括振捣) 工人的施工组织、管理工作。

(2)选择合理的浇筑方案,保证混凝土浇筑的连续、顺利进行。

(3)加强混凝土振捣。混凝土必须分层分段振捣,有效排除混凝土内的泌水,消除混凝土内部孔隙,确保混凝土的高密度,增加混凝土与钢筋的粘结力,增加混凝土材质的连续性和整体性,提高混凝土的强度,尤其要提高混凝土的抗拉强度。

(4)及时和充分养护。养护是防止混凝土产生裂缝的重要措施,应充分重视,制定养护方案,派专人进行养护工作。墙体混凝土浇筑完毕,混凝土达到一定强度(1~3d) 后,必要时可松动两侧模板,离缝3~5mm,在墙体顶部洒水喷淋养护;或带模养护,采用木模板,对两侧模板浇水养护。拆除模板后,可考虑在墙体两侧覆挂麻袋等覆盖物,避免阳光折射墙面,连续喷水养护时间应足够长。提早松动模板林水养护时,应注意浇水时机。不宜在墙体温度达到峰值时浇水,以免温度较高的混凝土被冷水喷淋引起混凝土开裂。

(5)加强施工检测。可进行混凝土温度、收缩变形等数据的监测,及时反馈,指导施工。裂缝控制是一项复杂的系统工程,任一环节出现问题,都可能导致混凝土裂缝控制效果不理想,出现裂缝。发现裂缝后,可按以下思路进行“事后处理”。

三、发现裂缝及情况调查

混凝土施工期间,很多裂缝发生在混凝土浇筑后3~7d内,要求混凝土构件拆模后即仔细观察,及时发现裂缝,并跟踪观察对裂缝发生原因的分析、判断及处理方法的确定。

情况调查是要获得裂缝情况的资料,用以推断裂缝发生的原因,并判断有无修补、加固补强的必要,以及选择相应的修补、加固补强的方法。主要内容有:

(1)裂缝现状:包括裂缝形成、宽度、长度、是否贯通等。

(2)裂缝开展情况:包括开裂或发现开裂的时间、开裂过程等。

(3)是否影响使用的情况:有无漏水、外观损伤等。

(4)设计资料:包括施工图纸、结构计算书等。

(5)原材料及混凝土拌合物:①水泥:品种、强度等级及相关检验数据;②砂、石:种类、产地、规格、颗粒级配、含泥量、针片状颗粒含量、有害物质、坚固性、强度、空隙率等;③掺合料:种类、等级、强度、细度、活性、需水比等;④外加剂:种类、使用量、与水泥和掺合料等的相容性等;⑤水:种类、水质等。

(6)混凝土配合比:包括设计配合比、施工配合比、试配资料。

(7)搅拌:包括搅拌方法、搅拌时间、加料顺序等。

(8)运输:包括运输工具、运输时采取的措施、运输时间、停放时间等。

(9)浇筑:包括浇筑时间、速度、顺序及方向、浇筑方法、振捣方法、施工缝处理、抹光方法等。

(10)养护情况:包括养护方法。

(11)相关试验、检验数据:包括平板抗裂试验、试验室条件收缩试验、工程实体收缩变形检测等。

(12)地基情况。

(13)模板情况:模板种类、支撑变形等。

(14)环境条件:混凝土浇筑及养护期间施工现场的温度、湿度、风速及风向、有无暴晒、降雨、降雪等。

四、原因分析

不同原因导致的裂缝,对建筑功能及结构安全的影响是不一样的,应该加以区分,并采取不同的处理方法。原因分析不准确,做出错误的判断,有可能因处理不当达不到预期效果。

预拌混凝土施工期间产生裂缝的主要原因归纳如下:

(1)环境条件:①环境温度、湿度变化;②冻融、冻胀。

(2)设计及结构:①设计方案不合理,造成附加应力增加;②对温度、收缩等变形作用引起的应力考虑不足,没有采取构造措施或采取不当。

(3)原材料及配合比:①胶凝材料(水泥及掺合料)、非正常凝结(水泥受潮、水泥温度过高等)、非正常膨胀(f-CaO等);②胶凝材料的水化热;③集料级配不良、空隙率过高;④混凝土配合比不合理,浆料过多等;⑤各种原因导致的混凝土过大收缩变形;⑥水泥、掺合料及外加剂之间相容性不好。

(4)施工过程控制:①搅拌时间不合适,过长或过短;②运输时间过长,浇筑时加生水、改变配合比等;③浇筑方案不合理,产生冷缝,振捣不密实,过振或欠振;④养护不及时,浇筑初期过快失水(特别是混凝土墙体及大面积板面);⑤混凝土过早受荷(过早拆模),模板支撑变形过大;⑥混凝土浇筑后表面处理不及时或处理不当(如板面收光等);⑦大体积混凝土内外温差过大,后期降温速度过快。

五、修补或加固、补强处理

在进行混凝土裂缝处理时,应注意不要混淆裂缝与结构安全的关系,不要混淆裂缝与混凝土强度的关系,切忌盲目处理裂缝。应根据调查结果及原因分析,结合建筑物使用功能、结构耐久性、安全性、美观等条件的考虑,确定是否需要采取修补、加固或补强的措施。

(一)一般修补

修补的目的是恢复混凝土结构因开裂而受损伤的外观形象、防水性、耐久性等功能,应考虑开裂原因、修补范围、环境条件、安全性、工期、经济性等因素,选择合适的修补方法。修补施工时应按说明认真计量、拌合,认真进行基底处理,选择合适的注入量。修补后应根据需要采取一定的方法检查修补效果。一般情况下修补可分为表面处理、灌浆、填充等处理方法。

(二)加固、补强处理

加固补强处理的目的在于恢复因裂缝降低的混凝土建筑物的承载力。与修补处理不同,加固处理涉及建筑物的结构安全和使用功能的改变,因此必须在确认安全的基础上计算承载力,提出合理且详细的方案。国内目前使用的加固补强方法有很多种,如粘结钢板法、粘结碳纤维布法、预应力法、增加断面积法等。

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