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混凝土结构事故分析与处理

  
评论: 更新日期:2015年07月20日

        2.1.2  水泥的选择
        水泥选用中低水化热水泥,可使水泥在拌和过程中水化热释放较小,显着减少混凝土升温,如选用矿渣硅酸盐水泥,火山灰质硅酸盐水泥等。充分利用混凝土后期强度,减少每立方米混凝土中水泥用量,严禁使用安定性不合格的水泥。粗骨料宜用表面粗糙、质地坚硬的石料、级配良好、空隙率小、无碱性反应;有害物质及粘土含量不超过规定。细骨料:宜用颗粒较粗、空隙较小、含泥量较低的中砂。配制混凝土时计量应准确,要严格控制水灰比和水泥用量,搅拌均匀,离析的混凝土必须重新拌匀后,方可浇筑。
        2.1.3  采用混凝土双掺技术
        在混凝土中加入优质粉煤灰,掺入量一般为水泥用量的20%左右,掺入缓凝型减水剂等外加剂,用量为水泥用量的 1.0%左右。通过采用双掺技术,以改善混凝土工作性能,降低用水量,减少收缩,降低水化热并使混凝土在常温下延长初凝时间。
        2.1.4  采用膨胀剂
        加入UEA或AEA膨胀剂,用量为水泥用量的14%左右,使混凝土在凝固过程中不产生收缩,还可以提高混凝土自防水能力。
        2.2  混凝土结构原料的控制
        2.2.1  材料的选择
        应优先采用水化热低的水泥配制大体积混凝土,如矿渣硅酸盐水泥。在施工中避免使用含泥量高的集料,因使用含泥量高的集料会导致集料表面与水泥石的机械粘结力降低,而且会增加混凝土拌合物的用水量,不仅增加了混凝土的收缩,同时降低了混凝土的抗拉强度,导致收缩裂缝发生。
        2.2.2  降低水泥用量
        采取水泥用量尽量控制在450kg/m3以下的方法来降低混凝土的绝对温升值,可以使混凝土浇筑后的内外差和降温速度控制的难度降低。
        2.2.3  掺合料和外加剂的控制
        掺合料的质量对混凝土裂缝有显着的影响, 当前用的掺合料主要是粉煤灰或矿粉,它们可以提高混凝土的和易性大大改善混凝土工作性能和可靠性,粉煤灰对混凝土的早期干缩影响很大,使用细度较粗或含碳量高的粉煤灰会大幅度增加混凝土的需水量,从而加大混凝土的收缩导致开裂。外加剂主要指减水剂、缓凝剂和膨胀剂。混凝土中掺入减水剂,不仅使混凝土工作性能有了明显的改善,同时又减少拌和用水,节约水泥,从而降低了水化热。若是泵送混凝土,同时在炎热的夏天,为了延缓凝结时间,要加缓凝剂,反之凝结时间过早,将影响混凝土的输送和浇筑面的粘结,易出现层间缝隙,使混凝土防水、抗裂和整体强度下降,为了防止混凝土的初始裂缝,可掺加膨胀剂,如UEA膨胀剂等。
         2.2.4  钢筋的配置
          (1)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。
        (2)钢筋的位置要正确,混凝土浇筑时,振捣不良或者是钢筋保护层较薄,有害物质进入混凝土使钢筋产生锈蚀,锈蚀的钢筋体积膨胀,钢筋间距过大,易引起钢筋之间的混凝土开裂。
        (3)保证有足够的混凝土保护层厚度,混凝土浇筑要密实,及时维修损坏的和有裂缝的混凝土。在施工工艺方面,要减少蒸汽、有害气体在结构四周的溢散,对有侵蚀性气体、粉尘作用的厂房,应加强自然通风和强制通风。
        2.3  模板工程的预防措施
          钢筋混凝土结构裂缝的预防,在模板工程中应注意几点。
        2.3.1  模板构造
        构造要合理,以防止模板各杆件间的变形不同而导致混凝土裂缝。
        2.3.2  模板刚度
        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。
        2.3.3  拆模时机
        合理掌握拆模时机,拆模时间过早,应保证早龄期混凝土不损坏或不开裂,但也不能太晚,尽可能不要错过混凝土水化热峰值,即不要错过最佳养护介入时机。
        2.4  混凝土浇筑的预防措施
        混凝土在施工前应认真检查水泥安定性,当确认安定性稳定后,还要进行性能检验,合格后才能用于施工。混凝土浇筑时应防止离析现象,振捣应均匀、适度。采用两次振捣技术,改善混凝土强度,提高抗裂性。混凝土尽可能晚拆模,拆模后混凝土表面温度不应下降15℃以上。
        加强混凝土的养护及测温工作。混凝土浇筑完毕后,应及时按温控技术措施的要求进行保温养护,保温养护是大体积混凝土施工的关键环节,其目的主要是降低混凝土浇筑块体的内外温差值以降低混凝土块体的自约束应力;其次是降低混凝土浇筑块体的降温速度,充分利用混凝土的抗拉强度,以提高混凝土块体的抗裂能力,同时在养护过程中保持良好的湿度和抗风条件,使混凝土在良好的环境下养护。具体应使混凝土浇筑块体的里外温差及降温速度满足温控指标的要求,保温养护的持续时间应根据温度应力加以控制、确定,保温覆盖层的拆除应分层逐步进行;在保温养护过程中,应保持混凝土表面的湿润。施工人员需根据事先确定的温控指标的要求,来确定混凝土浇筑后的养护措施,可采用覆盖保湿材料等方法。
        2.5  设计构造的预防措施
          建筑平面选型时在满足使用功能要求的前提下,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。合理布置纵横墙,纵墙开洞应尽可能小。控制建筑物有长高比,长高比越小,整体刚度越大,调整不均匀沉降的能力越强。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。减少地基的不均匀沉降,除了前述的措施外,在基础设计中可以采取调整基础的埋深度,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。适当加强基础有刚度和强度。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,即使出现了裂缝,也能阻止其进一步发展。正确地设置沉降缝。沉降缝位置和缝宽的选定应合适,构造要合理,可以和其结构缝合并设置限制伸缩缝间距。对体形复杂、地基不均匀沉降值大的建筑物更应严格控制,同样,也可以和其它结构缝合并使用。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。
        2.6  施工技术的预防措施
          加强地基的检查与验收工作,对松软土、填土地基在上部结构施工前应进行必要的夯实和加固。二是保证模板有足够的强度和刚度,且支撑牢固,并使地基受力均匀。三是防止混凝土浇灌过程中地基被水浸泡。四是模板拆除的时间不能太早,且要注意拆模的先后次序。五是在冻土上搭设模板时要注意采取一定的预防措施。防止这类裂缝产生的方法是,地基必须进行认真勘测,充分掌握地基下的土质特征,如果遇到软弱土层,应对地基进行处理,保证地基满足设计要求,同时还应注意基础周围的排水情况,防止地面水浸泡基础下的土层。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。开挖基槽时,要注意不扰动其原状结构。
          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。
        2.7  其它裂缝的预防措施
        2.7.1  塑性收缩裂缝预防措施
        (1)选用干缩值较小早期强度较高的硅酸盐或普通硅酸盐水泥。
        (2)严格控制配合比,掺加高效减水剂来增加混凝土的坍落度和和易性,减少水泥及水的用量,尽可能的减少混凝土表面与内部的相对体积变化的差异。
        (3)浇筑混凝土之前,将基层和模板浇水均匀湿透。
        (4)及时覆盖塑料薄膜或者潮湿的草垫、麻片等,保持混凝土终凝前表面湿润,或者在混凝土表面喷洒养护剂等进行养护。
        (5)在高温和大风天气要设置遮阳和挡风设施,及时养护,防止裂缝继续发生。
        2.7.2  干缩裂缝预防措施
        选用收缩量较小的水泥,一般采用中低热水泥和粉煤灰水泥,降低水泥的用量,混凝土的干缩受水灰比的影响较大,水灰比越大,干缩越大,因此在混凝土配合比设计中应尽量控制好水灰比的选用,同时掺加合适的减水剂。严格控制混凝土搅拌和施工中的配合比,混凝土的用水量绝对不能大于配合比设计所给定的用水量。加强混凝土的早期养护,并适当延长混凝土的养护时间。冬季施工时要适当延长混凝土保温覆盖时间,并涂刷养护剂养护,在混凝土结构中设置合适的收缩缝。
        2.7.3  温度裂缝预防措施
        (1)施工期裂缝。降低混凝土的内外温差,即施工中尽量选用水化热较低的水泥;加强混凝土温度的监控,及时冷却,混凝土表面采取保温养护措施;炎热天气浇筑大体积混凝土时,宜采用冷水(低于气温)搅拌混凝土。加强混凝土养护,混凝土浇筑后,及时用湿润的草帘、麻片等覆盖,并注意洒水养护,适当延长养护时间,保证混凝土表面缓慢冷却。
        (2)环境温度变化裂缝。改进结构设计,对受高温或冷冻影响的结构做好保温散热处理,防止内外温差变化过大造成的裂缝。高温季节浇筑时可以采用搭设遮阳板等辅助措施控制混凝土的温升,降低浇筑混凝土的温度。大体积混凝土的温度应力与结构尺寸相关,混凝土结构尺寸越大,温度应力越大,因此要合理安排施工工序,分层、分块浇筑,以利于散热,减小约束。
        (3)电气焊接裂缝。在施焊时可采取分层施焊等措施,并对预埋件周围的混凝土做好隔热处理,防止局部混凝土因温度过高而产生裂缝。
        2.7.4  受力裂缝预防措施
        防止受力裂缝超过允许范围的方法是,对于改变使用功能的结构,如果外加荷载有所增大,要对原结构进行验算并采取措施,使其满足设计要求后方能使用。
        3  混凝土结构裂缝的处理
        裂缝的出现不但会影响结构的整体性和刚度,还会引起钢筋的锈蚀、加速混凝土的碳化、降低混凝土的耐久性和抗疲劳、抗渗能力。因此根据裂缝的性质和具体情况我们要区别对待、及时处理,以保证建筑物的混凝土裂缝的修补措施主要有以下一些方法:表面修补法,灌浆、嵌逢封堵法,结构加固法,混凝土置换法,电化学防护法以及仿生自愈合法。
        3.1  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。
        3.2  灌浆、嵌逢封堵法
        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。
        3.3  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。
        3.4  混凝土置换法
        混凝土置换法是处理严重损坏混凝土的一种有效方法,此方法是先将损坏的混凝土剔除,然后再置换入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。
        3.5  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。
        3.6  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
        4  混凝土结构裂缝事故案例分析与处理
        4.1  工程概况
           该工程为××县××镇××小学教学楼工程,工程地点位于××县××镇××小学校园内,共两层。工程结构为钢筋混凝土结构,抗震设防烈度为7级。建筑物耐火等级二级,工程设计使用年限为50年。该工程室内、上人屋面设计荷载为:2.0kN/m2,楼梯间、走廊、为2.5kN/m2,不上人屋面为0.5kN/m2。
        4.2  事故分析
            在混凝土后浇筑后期的保养中,由于××县气温较高,旱灾较严重的时期,保养的水源没有及时供应得上,在硬化及保养过程中,混凝土表面或温差变化较大的,水泥水化产生大量的水化热,水泥浆中水分的蒸发会产生干缩,且这种收缩是不可逆的。主要是由于混凝土内外水分蒸发程度不同而导致变形不同的结果:混凝土受外部条件的影响,表面水分损失过快,变形较大,内部湿度变化较小变形较小,较大的表面干缩变形受到混凝土内部约束,产生较大拉应力,造成了混凝土开裂的质量事故。
        4.3  处理方法
        首先采用混凝土置换法,将损坏的混凝土剔除,然后再置换入新的混凝土。对顶层的混凝土裂缝采用灌浆法进行修补,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。最后应用表面修补法,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,采用在裂缝的表面粘贴玻璃纤维布等措施。
        参考文献
        [1] 冯乃谦.混凝土结构的裂缝与对策.机械工业出版社,2006年8月.
        [2] 崔千祥,张耀军. 工程事故分析与处理.第二版.科学出版社,2008-01-01.
        [3] 罗福午,王毅红. 土木工程质量缺陷事故分析及处理. 武汉理工大学出版社,2009-02-16.
        [4] 鞠丽艳.混凝土裂缝抑制措施的研究进展.混凝土,2002.5.
        [5] 钢筋混凝土结构设计规范.中国建筑工业出版社,1999.2.
        [6] 郭仕万,肖欣,赵和平.混凝土施工中的裂缝控制.山西水利科技,2000.11.
        [7] 庄宇等.浅析大体积混凝土施工裂缝控制.佳木斯大学学报,20063.
 

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