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混凝土現澆樓板裂縫狀況實例分析

2015-12-14 14:47:58

一、前言

隨著水泥工業和混凝土技術的進步,過去在混凝上樓板中不太突出的裂縫問題,近年來卻日趨嚴重,甚至在一些地區成了質量通病。許多工程設計和施工人員對此很困惑:按說混凝土技術進步了,原來不易保證的混凝土強度提高了,施工方法也比以前先進了,可裂縫卻越來越多了。這一問題值得我們去深思。對這一工程質量通病,不少工程技術人員單一從施工方面探求原因,尋求解決辦法,取得了一定的效果,但未能從根本上控制這類裂縫的發生。結合工程實踐調查發現,鋼筋混凝土現澆樓板裂縫因變形作用(如溫度變形、收縮變形、基礎不均勻沉降變形等)引起的幾乎占全部裂縫的85%以上,因荷載效應引起的裂縫僅占不足15%。而在這些變形裂縫中,以收縮變形作用為主引起的裂縫占絕大多數,并且逐年呈上升趨勢。

二、工程實例分析

()工程概述

某沿海地區六層磚混結構住宅樓群,建筑面積均為3000平米左右,屋頂為坡屋頂,各建筑砌筑砂漿12層均采用M7.5混合砂漿砌筑,3層以上均采用M5混合砂漿砌筑,砌筑磚均為MU1O粘土紅磚。各建筑樓板、樓梯、圈梁及構造柱等現澆混凝土構件,混凝土設計強度等級均為C20?;A混凝土條形基礎,基礎頂部設有鋼筋混凝土基礎圈梁。

上述住宅竣工后居民入住一段時間,逐漸發現部分樓板、局部過梁、梯梁開裂,其中現澆樓板裂縫寬度大多在0.1mm0.3 mm,長度不等,主要表現于樓板角45°斜裂縫,樓板中部平行裂縫(平行于長短邊)和穿線管處裂縫。經權威部門檢測,本工程實例所產生的裂縫屬于非受力裂縫,即非荷載作用引起的裂縫,裂縫雖然不影響結構安全,但影響結構的耐久性和正常使用,必須進行封閉處理。

對于該工程發生的現澆樓板裂縫,根據檢測調查結果,首先采用排除法分析各種原因。

1.排除地震力作用,因為從工程建造到使用整個過程未發生過地震。

2.排除荷載作用,因為許多發生裂縫的空置房間在竣工驗收時未產生裂縫,在大半年后才陸續出現上述裂縫,房間空置期間未有堆積荷載,只有結構自重。

3.排除設計承載力不足,因為經復核設計圖符合國家現行設計規范要求。

4.排除地基不均勻沉降影響,因為通過現場觀察,建筑物與排水明溝處未出現由沉降產生的開裂現象,墻體未出現斜裂縫,通過沉降觀測,到目前建筑物未發現不均勻沉降。

5.排除材料不合格因素,因為所采用的材料均有合格證,且材料經過測試合格。

經過深入調查及分析,設計、施工、監理、建設、材料等各方專家認為混凝土收縮及溫度應力的輔助作用是引起現澆樓板出現上述典型裂縫的主要原因。

()裂縫出現因素

混凝土收縮變形是這種工程材料的固有特性。它主要有澆筑初期(終凝前)的凝縮變形;混凝土硬化過程中的干縮變形;混凝土在恒溫絕濕條件下,由凝膠材料的水化作用引起自生收縮變形;溫度下降引起的冷縮變形以及因碳化引起的碳化收縮變形五種。在正常條件下以干縮為主。收縮量隨時間增長而不斷加大,收縮速率隨混凝土齡期的增長而急劇減小。大部分收縮變形一年內完成,90天的收縮為全部收縮量的40%80%(20年的收縮為準)。影響混凝土收縮的因素主要有水泥品種、骨料品種和含量、混凝土配合比、外加劑種類及摻量、介質溫度和相對濕度、養護條件等?;炷恋南鄬κ湛s量主要取決于水泥品種、用量和水灰比,絕對收縮量除與這些因素有關外還與構件施工時最大連續邊長相關。不論混凝土的絕對收縮量有多大,只要混凝土板能自由收縮,板內是不會產生拉應力的。但是,實際鋼筋混凝土樓板總是受到其支承結構的約束,從而在板內產生拉應力,當拉應力超過混凝土的極限抗拉強度時,就會產生裂縫。本工程產生裂縫主要有以下幾個因素:

1.本工程采用425#水泥配制C20混凝土,且甲乙方人員片面地認為水泥標號越高、水泥用量越多越保險,致使水泥用量超過350kg/m3,水灰比達到0.63。另外,配制混凝土所用骨料級配不良,含泥量較高,而且級配不連續,部分小粒徑石子用細砂代替。眾所周知,混凝土的干縮變形是由于干燥失水,毛細管內孔隙增大,致使毛細管表面張力增大,從而導致混凝土外觀體積的縮小。如果混凝土內部水灰比增大、水泥用量增多、砂率增大、水泥標號升高,都將大大加大混凝土集料的比表面積,增加其吸附水分的能力,所吸附的水分大大超過了水泥水化所需的水分,造成混凝土內毛細管孔隙也大大增多,從而使得混凝土的體積收縮大大增加??梢娺@是造成該工程混凝土收縮變形較大的根本原因。

2.該工程位于沿海地區,年風速較大,樓板混凝土澆筑在79月間,環境氣溫相對較高,最高氣溫達30oC35oC,澆筑后澆水養護不足3天,養護期過后在高溫和日照以及風等作用下,樓板表面失水較快,增加了混凝土早期收縮。由于混凝土早期抗拉強度較低,樓板在周邊約束下,極易產生細微裂縫。同時,樓板澆筑后四個月內氣溫下降較大以及采用高標號水泥,造成較大的降溫差,從而進一步增大了混凝土的收縮。這些早期塑性裂縫在混凝土硬化后期收縮。徐變、氣溫變化影響下逐漸開展而形成較大裂縫,甚至貫穿樓板。

3.本工程鋼筋混凝土樓板與圈梁整體澆筑,墻體約束圈梁變形,加之,圈梁的收縮變形小于樓板,從而使樓板變形受到較大的約束,產生較大的拉應力。當板內拉應力超過混凝土的極限抗拉強度時,就會在板內產生裂縫。這是樓板產生裂縫的另一主要因素。

4.檢測中發現,一層樓板(有地下室)裂縫往往比上部各層嚴重,且裂縫形態很不規律,分析發現原因是一層樓板的底模支撐點地基夯實不夠、不均勻,致便各模板之間相互變形過大而使樓板產生不規則裂縫。

()出現的主要裂縫成因分析

1.穿線管位置裂縫原因。當前,在混凝土板中預埋電線導管大多采用PVC管。由干PVC管直徑較大,管徑多在2030mm,彈性較太,表面光滑,與混凝土結合較差,使得板內存在薄弱環節。當混凝土樓板較薄時,很容易因混凝土收縮而產生裂縫。本工程混凝土板厚100mm,穿線管直徑約占板厚的1/3,加之混凝土收縮變形較大,若在該部位布管和澆搗混凝土不善,極易形成沿線管布設走向的裂縫。

2.板角斜裂縫原因。鋼筋混凝土結構在不同的時間季節和環境中,其周邊大氣溫度發生變化,在混凝土結構中產生熱脹冷縮的溫度變形。對于現澆混凝土樓板,由于日夜溫差及季節溫差的影響,將會產生截面均勻溫差應力,當陽光透過窗照射到室內。

本工程中,樓板與圈梁整體澆注,墻體及圈梁對現澆樓板支承邊具有較強的約束作用,由子混凝上的收縮應力,加上反復溫差應力的輔助作用,在樓板中產生雙向拉應力,混凝上的抗拉強度比抗壓強度低的多,當某一處最大主拉應力達到混凝土的抗裂強度時,混凝土沿與最太主拉應力垂直的方向受拉劈裂,在實際中混凝土的抗裂強度的取值離散性較大,隨著雙向應力比的不同,樓板裂縫出現的形式也不同,即有房間角部出現45度斜裂縫。

3.樓板平行于長邊和短邊的裂縫原因。該工程施工段長45m,樓板混凝上連續澆筑,形成整體連續板。按標準狀態下混凝土收縮變形εy0=3.24×10-4計,該板東西向絕對變形達15mm。而本工程樓板與圈梁整體澆筑,樓板變形受到圈梁約束而在板內產生拉應力。下面采用公式進行估算該工程混凝土的干縮值以及在板內產生的拉應力。

εy (t) =εy0·M1·M2…M10(l-e-0.01t)

式中εy (t)--任意時間的收縮(mm/mm);

t--由澆灌時至計算時,以天為單位的時問值,本工程取t=120天:

εy 0=εy(∞)--最終收縮值(mm/mm);

M1·M2…M10--考慮各種非標準條件的修正系數;

M1———水泥品種,普通水泥取1.0

M2———425#水泥細度4000,取1.13

M3———骨料,取1.0;

M4———水灰比0.64,取 1.5

M5———水泥漿量為0.35,取1.75;

M6———自然養護三天,取1.09;

M7———因秋季施工,氣候比較干燥,環境相對濕度30%,取1.18;

M8———水力半徑倒數,圈梁 r=0.165cm-l,取0.916; r=0.23 cm-l,取1.01;

M9———機械振搗,取1.0;

M10———配筋率(包括不同模量比),圈梁為0.06,取0.84;板為0.02,取 0.944

計算得

  εy(120t)=9.86×10-4, εy(120t)圈梁=7.95×10-4

εy’=εy(120t)-εy(120t)圈梁=1.91×10-4

其垂直裂縫的主應力最大值在板的中部,公式為:

 бmax=-Eεy’(1-1/ch(βL/2))H(t), β=√(2Cx/ H’E)

這里,H(t)--考慮徐變引起的內力松馳系數,平均取0.5;

  Cx———水平阻力系數,混凝土板與混凝土圈梁,Cx=1.0N/mm3;

  L———板長,以2#樓一層樓板(7)-(8)軸間裂縫為例,取L=32400mm;

  E———混凝土彈性模量,按樓扳測試強度C20計算,取E=2.55×104Mpa;

 H’———混凝上換算寬度,考慮兩側對稱約束,

H’≤2×0.2L,H’=H

H’>2×0.2L,H’=0.4 L

本工程H=6000 mm0.4 L=12960,取H’=6000mm,代入以上數值計算得樓板中部最大拉應力為: бmax =2.16Mpa,大于C20混凝土的抗拉強度標準值ftk=l.54MPa??梢?,本工程在實際施工條件下樓板中部(南北向裂縫、東西向裂縫)產生裂縫確實是由于混凝土收縮變形過大引起的(上述計算還未考慮降溫差的影響,若考慮降溫差-10,бmax =3.48Mpa)。

三、建議

通過以上的原因分析,認為本工程現澆樓板中的裂縫主要是由于混凝土的收縮而引起的,因此對混凝土的收縮特性應特別重視。為更有效的減小混凝土收縮,防止裂縫發生,建議從材料、施工、設計三個方面著手控制,采取適當措施。

——摘自《水泥工藝網》

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