混凝土現(xiàn)澆樓板裂縫狀況實(shí)例分析 |
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2015-12-14 14:47:58 |
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一、前言
隨著水泥工業(yè)和混凝土技術(shù)的進(jìn)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(yán)重，甚至在一些地區(qū)成了質(zhì)量通病。許多工程設(shè)計(jì)和施工人員對此很困惑：按說混凝土技術(shù)進(jìn)步了，原來不易保證的混凝土強(qiáng)度提高了，施工方法也比以前先進(jìn)了，可裂縫卻越來越多了。這一問題值得我們?nèi)ド钏?。對這一工程質(zhì)量通病，不少工程技術(shù)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(fā)生。結(jié)合工程實(shí)踐調(diào)查發(fā)現(xiàn)，鋼筋混凝土現(xiàn)澆樓板裂縫因變形作用(如溫度變形、收縮變形、基礎(chǔ)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(yīng)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(shù)，并且逐年呈上升趨勢。
二、工程實(shí)例分析
(一)工程概述
某沿海地區(qū)六層磚混結(jié)構(gòu)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1～2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(gòu)造柱等現(xiàn)澆混凝土構(gòu)件，混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級均為C20?；A(chǔ)混凝土條形基礎(chǔ)，基礎(chǔ)頂部設(shè)有鋼筋混凝土基礎(chǔ)圈梁。
上述住宅竣工后居民入住一段時間，逐漸發(fā)現(xiàn)部分樓板、局部過梁、梯梁開裂，其中現(xiàn)澆樓板裂縫寬度大多在0.1mm～0.3 mm,長度不等,主要表現(xiàn)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(jīng)權(quán)威部門檢測，本工程實(shí)例所產(chǎn)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(jié)構(gòu)安全，但影響結(jié)構(gòu)的耐久性和正常使用，必須進(jìn)行封閉處理。
對于該工程發(fā)生的現(xiàn)澆樓板裂縫，根據(jù)檢測調(diào)查結(jié)果，首先采用排除法分析各種原因。
1.排除地震力作用，因?yàn)閺墓こ探ㄔ斓绞褂谜麄€過程未發(fā)生過地震。
2.排除荷載作用，因?yàn)樵S多發(fā)生裂縫的空置房間在竣工驗(yàn)收時未產(chǎn)生裂縫，在大半年后才陸續(xù)出現(xiàn)上述裂縫，房間空置期間未有堆積荷載，只有結(jié)構(gòu)自重。
3.排除設(shè)計(jì)承載力不足，因?yàn)榻?jīng)復(fù)核設(shè)計(jì)圖符合國家現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范要求。
4.排除地基不均勻沉降影響，因?yàn)橥ㄟ^現(xiàn)場觀察，建筑物與排水明溝處未出現(xiàn)由沉降產(chǎn)生的開裂現(xiàn)象，墻體未出現(xiàn)斜裂縫，通過沉降觀測，到目前建筑物未發(fā)現(xiàn)不均勻沉降。
5.排除材料不合格因素，因?yàn)樗捎玫牟牧暇泻细褡C，且材料經(jīng)過測試合格。
經(jīng)過深入調(diào)查及分析，設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理、建設(shè)、材料等各方專家認(rèn)為混凝土收縮及溫度應(yīng)力的輔助作用是引起現(xiàn)澆樓板出現(xiàn)上述典型裂縫的主要原因。
(二)裂縫出現(xiàn)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(nèi)完成，90天的收縮為全部收縮量的40%～80%(以20年的收縮為準(zhǔn))。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(zhì)溫度和相對濕度、養(yǎng)護(hù)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(guān)外還與構(gòu)件施工時最大連續(xù)邊長相關(guān)。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(nèi)是不會產(chǎn)生拉應(yīng)力的。但是，實(shí)際鋼筋混凝土樓板總是受到其支承結(jié)構(gòu)的約束，從而在板內(nèi)產(chǎn)生拉應(yīng)力，當(dāng)拉應(yīng)力超過混凝土的極限抗拉強(qiáng)度時，就會產(chǎn)生裂縫。本工程產(chǎn)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(rèn)為水泥標(biāo)號越高、水泥用量越多越保險(xiǎn)，致使水泥用量超過350kg/m3，水灰比達(dá)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(xù)，部分小粒徑石子用細(xì)砂代替。眾所周知，混凝土的干縮變形是由于干燥失水，毛細(xì)管內(nèi)孔隙增大，致使毛細(xì)管表面張力增大，從而導(dǎo)致混凝土外觀體積的縮小。如果混凝土內(nèi)部水灰比增大、水泥用量增多、砂率增大、水泥標(biāo)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(nèi)毛細(xì)管孔隙也大大增多，從而使得混凝土的體積收縮大大增加。可見這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(qū)，年風(fēng)速較大，樓板混凝土澆筑在7～9月間，環(huán)境氣溫相對較高，最高氣溫達(dá)30oC～35oC，澆筑后澆水養(yǎng)護(hù)不足3天，養(yǎng)護(hù)期過后在高溫和日照以及風(fēng)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(qiáng)度較低，樓板在周邊約束下，極易產(chǎn)生細(xì)微裂縫。同時，樓板澆筑后四個月內(nèi)氣溫下降較大以及采用高標(biāo)號水泥，造成較大的降溫差，從而進(jìn)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(chǎn)生較大的拉應(yīng)力。當(dāng)板內(nèi)拉應(yīng)力超過混凝土的極限抗拉強(qiáng)度時，就會在板內(nèi)產(chǎn)生裂縫。這是樓板產(chǎn)生裂縫的另一主要因素。
4.檢測中發(fā)現(xiàn)，一層樓板(有地下室)裂縫往往比上部各層嚴(yán)重，且裂縫形態(tài)很不規(guī)律，分析發(fā)現(xiàn)原因是一層樓板的底模支撐點(diǎn)地基夯實(shí)不夠、不均勻，致便各模板之間相互變形過大而使樓板產(chǎn)生不規(guī)則裂縫。
(三)出現(xiàn)的主要裂縫成因分析
1.穿線管位置裂縫原因。當(dāng)前，在混凝土板中預(yù)埋電線導(dǎo)管大多采用PVC管。由干PVC管直徑較大，管徑多在20～30mm，彈性較太，表面光滑，與混凝土結(jié)合較差，使得板內(nèi)存在薄弱環(huán)節(jié)。當(dāng)混凝土樓板較薄時，很容易因混凝土收縮而產(chǎn)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(shè)走向的裂縫。
2.板角斜裂縫原因。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在不同的時間季節(jié)和環(huán)境中，其周邊大氣溫度發(fā)生變化，在混凝土結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生熱脹冷縮的“溫度變形”。對于現(xiàn)澆混凝土樓板，由于日夜溫差及季節(jié)溫差的影響，將會產(chǎn)生截面均勻溫差應(yīng)力，當(dāng)陽光透過窗照射到室內(nèi)。
本工程中，樓板與圈梁整體澆注，墻體及圈梁對現(xiàn)澆樓板支承邊具有較強(qiáng)的約束作用，由子混凝上的收縮應(yīng)力，加上反復(fù)溫差應(yīng)力的輔助作用，在樓板中產(chǎn)生雙向拉應(yīng)力，混凝上的抗拉強(qiáng)度比抗壓強(qiáng)度低的多，當(dāng)某一處最大主拉應(yīng)力達(dá)到混凝土的抗裂強(qiáng)度時，混凝土沿與最太主拉應(yīng)力垂直的方向受拉劈裂，在實(shí)際中混凝土的抗裂強(qiáng)度的取值離散性較大，隨著雙向應(yīng)力比的不同，樓板裂縫出現(xiàn)的形式也不同，即有房間角部出現(xiàn)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(xù)澆筑，形成整體連續(xù)板。按標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下混凝土收縮變形εy0=3.24×10-4計(jì)，該板東西向絕對變形達(dá)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(nèi)產(chǎn)生拉應(yīng)力。下面采用公式進(jìn)行估算該工程混凝土的干縮值以及在板內(nèi)產(chǎn)生的拉應(yīng)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(jì)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(biāo)準(zhǔn)條件的修正系數(shù);
M1———水泥品種，普通水泥取1.0
M2———425#水泥細(xì)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(yǎng)護(hù)三天，取1.09;
M7———因秋季施工，氣候比較干燥，環(huán)境相對濕度30%，取1.18;
M8———水力半徑倒數(shù)，圈梁 r=0.165cm-l，取0.916;板 r=0.23 cm-l，取1.01;
M9———機(jī)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(jì)算得
εy(120t)板=9.86×10-4, εy(120t)圈梁=7.95×10-4
εy’=εy(120t)板-εy(120t)圈梁=1.91×10-4
其垂直裂縫的主應(yīng)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(nèi)力松馳系數(shù)，平均取0.5;
Cx———水平阻力系數(shù)，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(qiáng)度C20計(jì)算，取E=2.55×104Mpa;
H’———混凝上換算寬度，考慮兩側(cè)對稱約束，
當(dāng)H’≤2×0.2L，H’=H
當(dāng)H’>2×0.2L，H’=0.4 L
本工程H=6000 mm﹤0.4 L=12960，取H’=6000mm，代入以上數(shù)值計(jì)算得樓板中部最大拉應(yīng)力為: бmax =2.16Mpa，大于C20混凝土的抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值ftk=l.54MPa。可見，本工程在實(shí)際施工條件下樓板中部(南北向裂縫、東西向裂縫)產(chǎn)生裂縫確實(shí)是由于混凝土收縮變形過大引起的(上述計(jì)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(rèn)為本工程現(xiàn)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(yīng)特別重視。為更有效的減小混凝土收縮，防止裂縫發(fā)生，建議從材料、施工、設(shè)計(jì)三個方面著手控制，采取適當(dāng)措施。
——摘自《水泥工藝網(wǎng)》