結(jié)構(gòu)裂縫的分類成因方案防治修補(bǔ)
發(fā)布日期:2013-06-15 13:03:35 瀏覽量:1323
A、按功能,可分為以下十種類型:
1.膨脹縫(伸縫):能夠有效消解超靜定結(jié)構(gòu)中膨脹(伸長(zhǎng))變形的結(jié)構(gòu)縫;
2.收縮縫(縮縫):能夠有效消解超靜定結(jié)構(gòu)中收縮(變短)變形的結(jié)構(gòu)縫;
3.沉降縫:能夠有效消解超靜定結(jié)構(gòu)中由于基礎(chǔ)不均勻沉降而引起變形差的結(jié)構(gòu)縫;
4.抗震縫:結(jié)構(gòu)在地震作用下發(fā)生強(qiáng)迫移位時(shí),能夠消解、緩和結(jié)構(gòu)不同部分碰撞損壞的結(jié)構(gòu)縫;
5.體型縫:結(jié)構(gòu)形狀或體量發(fā)生突變時(shí),將結(jié)構(gòu)在體型突變處分割為不同部分而設(shè)置的結(jié)構(gòu)縫;
6.局部縫:在結(jié)構(gòu)形狀突變的部位,為緩和應(yīng)力集中影響而設(shè)置的局部結(jié)構(gòu)縫;
7.控制縫:在結(jié)構(gòu)容易發(fā)生裂縫的部位,通過(guò)預(yù)先設(shè)置薄弱截面或其它措施,主動(dòng)引導(dǎo)裂縫出現(xiàn)并加以控制的縫;
8.拼接縫:預(yù)制構(gòu)件裝配連接時(shí),拼接處所形成的縫;
9.施工縫:混凝土澆筑體量較大時(shí),按預(yù)定位置劃分不同的施工澆筑區(qū)域,接槎出所形成的縫;
10.界面縫:不同結(jié)構(gòu)形式,不同建筑構(gòu)件,不同建筑材料之間在界面上所形成的縫。
B、按做法,可分為以下七種類型:
1.全部斷開(kāi)的縫:將結(jié)構(gòu)分割成完全獨(dú)立的若干部分;
2.上部斷開(kāi)的縫:基礎(chǔ)部分相連而上部結(jié)構(gòu)斷開(kāi)所形成的縫;
3.局部斷開(kāi)的縫:結(jié)構(gòu)局部在一定范圍內(nèi),分割所形成的縫;
4.鋼筋斷開(kāi)、混凝土接槎形成的縫:不考慮傳遞內(nèi)力的預(yù)制構(gòu)件之間的拼接縫;
5.鋼筋后連接、混凝土接槎形成的縫:施工階段不考慮傳力,后用搭接,機(jī)械連接或焊接實(shí)現(xiàn)鋼筋連接形成整體而可以傳遞內(nèi)力的縫;
6.鋼筋連通、混凝土接槎形成的縫:從受力上按整體考慮,但在施工時(shí)混凝土在此接槎而形成的施工縫;
7.鋼筋和混凝土連續(xù)、后期引導(dǎo)出現(xiàn)的縫:通過(guò)在預(yù)定部位削弱截面或采取其他措施引導(dǎo)產(chǎn)生并加以控制的縫。
20年來(lái),在工民建鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)領(lǐng)域,一個(gè)相當(dāng)普遍的質(zhì)量問(wèn)題就是結(jié)構(gòu)的裂縫問(wèn)題,且有日趨增多的趨勢(shì),它已影響到正常的生活和生產(chǎn),并困擾著大批工程技術(shù)人員和管理人員,是一個(gè)迫切需要解決的技術(shù)難題。
由于結(jié)構(gòu)在外荷載作用下的破壞和倒塌是從裂縫擴(kuò)展開(kāi)始的,因此人們對(duì)裂縫往往產(chǎn)生一種建筑破壞的恐懼感,是可以理解的。早在1932年,前蘇聯(lián)A. флолейт 教授的鋼筋混凝土強(qiáng)度理論就指出,如正常配筋受彎構(gòu)件的破壞狀態(tài)是指受拉區(qū)鋼筋到達(dá)屈服強(qiáng)度,受壓區(qū)混凝土到達(dá)受彎的抗壓強(qiáng)度,此狀態(tài)稱為承載力極限狀態(tài)。這一狀態(tài)全過(guò)程是伴隨著荷載的不斷增加,裂縫出現(xiàn)(鋼筋應(yīng)力只有40~60MPa),裂縫擴(kuò)展,受壓區(qū)塑性不斷發(fā)展,最后達(dá)到完全破壞。此時(shí)破壞荷載往往是裂縫出現(xiàn)荷載時(shí)的3~5倍,因此,很多大型鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),僅僅自重就超過(guò)了極限荷載的30%,在此條件下鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)帶有輕微裂紋是完全正常的,結(jié)構(gòu)是安全的,恐懼是不必要的。
國(guó)內(nèi)外關(guān)于荷載作用下鋼筋混凝土構(gòu)件的設(shè)計(jì)都有自己的經(jīng)驗(yàn)公式,并已納入有關(guān)規(guī)范,盡管計(jì)算結(jié)果出入較大,但畢竟可以參考應(yīng)用。
但是近年來(lái)大量裂縫的出現(xiàn),并非與荷載作用有直接關(guān)系,通過(guò)大量的調(diào)查與實(shí)測(cè)研究證明這種裂縫是由于變形作用引起,包括溫度變形(水泥的水化熱、氣溫變化、環(huán)境生產(chǎn)熱),收縮變形(塑性收縮、干燥收縮、碳化收縮)及地基不均勻沉降(膨脹)變形。由于這些變形受到約束引起的應(yīng)力超過(guò)混凝土的抗拉強(qiáng)度導(dǎo)致裂縫,統(tǒng)稱“變形作用引起的裂縫”。
2.裂縫的直接原因
2.1 收縮及水化熱增加
自從70年代末(1978~1979年)我國(guó)混凝土施工工藝產(chǎn)生了巨大的進(jìn)步—泵送商品混凝土工藝。從過(guò)去的干硬性,低動(dòng)性,現(xiàn)場(chǎng)攪拌混凝土轉(zhuǎn)向集中攪拌,轉(zhuǎn)向大流動(dòng)性泵送澆注,水泥用量增加,水灰比增加,砂率增加,骨料粒徑減小,用水量增加等導(dǎo)致收縮及水化
2.2 混凝土強(qiáng)度等級(jí)日趨提高
建筑結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度等級(jí)日趨提高,但有許多結(jié)構(gòu)不適當(dāng)?shù)摹∵x擇了過(guò)高的強(qiáng)度等級(jí)。習(xí)慣上認(rèn)為:“強(qiáng)度等級(jí)越高安全度越大,就高不就低,提高強(qiáng)度等級(jí)沒(méi)壞處”。有時(shí)遷就施工方便,采用高強(qiáng)混凝土,這是一種誤導(dǎo),導(dǎo)致水泥標(biāo)號(hào)增加,水泥用量增加,水用量增加,細(xì)骨料及粗骨料徑偏小,砂率偏大等都使水化熱及收縮增加。
2.3 結(jié)構(gòu)約束應(yīng)力不斷增大
結(jié)構(gòu)規(guī)模日趨增大,結(jié)構(gòu)形式日趨復(fù)雜,超長(zhǎng)超厚及超靜定結(jié)構(gòu)成為經(jīng)常采用結(jié)構(gòu)形式并采用現(xiàn)澆施工,這種結(jié)構(gòu)形式有顯著約束作用,對(duì)于各種變形作用必然引起較大約束應(yīng)力。
2.4 外加劑的負(fù)效應(yīng)
外加劑及摻合料種類繁多,只有強(qiáng)度指標(biāo)缺乏對(duì)水化熱及收縮變形影響的長(zhǎng)期實(shí)驗(yàn)資料(至少一年),有些試驗(yàn)資料并不嚴(yán)格,有許多外加劑嚴(yán)重的增加收縮變形,有的甚至降低耐久性。
2.5 忽略結(jié)構(gòu)約束
國(guó)內(nèi)外結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中都經(jīng)常忽略構(gòu)造鋼筋重要性,因而經(jīng)常出現(xiàn)構(gòu)造性裂縫。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中經(jīng)常忽略結(jié)構(gòu)約束性質(zhì),不善于利用“抗與放”的設(shè)計(jì)原則,缺乏相應(yīng)的設(shè)計(jì)施工規(guī)范、規(guī)程。
2.6 養(yǎng)護(hù)方法不當(dāng)
目前在混凝土施工中采用的養(yǎng)護(hù)方法基本沿用過(guò)去簡(jiǎn)易的方法,這種方法已遠(yuǎn)不適應(yīng)泵送混凝土的較大溫度收縮變形的要求。
2.7 混凝土抗拉性能不足
這種裂縫在抗力方面都是由于混凝土抗拉性能不足(抗拉強(qiáng) 度和極限拉伸)引起的,這方面的材料級(jí)配研究很少。
綜合上述,國(guó)際公認(rèn)泵送商品混凝土對(duì)混凝土的質(zhì)量(均質(zhì)性)有很大的提高,對(duì)供應(yīng)方式有重要的改進(jìn),但是對(duì)混凝土的裂縫控制的難度大大增加了,因此,這類問(wèn)題不是我國(guó)特有的技術(shù)問(wèn)題,是國(guó)際上鋼筋混凝土的共性難題。
3. 大體積混凝土的定義
過(guò)去大體積混凝土的定義是根據(jù)幾何尺寸,主要是根據(jù)厚度定義的,國(guó)際上一般采用0.8m~1m作為界限。自80年代以后大體積混凝土的定義有了改變,新的定義是:“任意體量的混凝土,其尺 寸大到足以必須采取措施減小由于體積變形引起的裂縫,統(tǒng)稱為大體 積混凝土”,這是美國(guó)混凝土協(xié)會(huì)的定義。由此可見(jiàn),在近代泵送商品混凝土獲得廣泛應(yīng)用的條件下,即便是很薄的結(jié)構(gòu),雖然水化熱很低,但是其收縮很大,控制收縮裂縫的要求比過(guò)去任何時(shí)候都顯得非常重要。因此,泵送混凝土的薄壁結(jié)構(gòu)也應(yīng)當(dāng)按照大體積混凝土的要求采取措施控制混凝土的收縮裂縫,特別是環(huán)境氣溫變化與收縮共同作用對(duì)于薄壁結(jié)構(gòu)尤為不利,收縮換算為當(dāng)量降溫。
4. 鋼筋混凝土承受變形應(yīng)力的特點(diǎn)
4.1 “抗與放”設(shè)計(jì)準(zhǔn)則
結(jié)構(gòu)承受的約束作用分內(nèi)約束(自約束)和外約束兩類。結(jié)構(gòu)的變形如果是完全自由的變形達(dá)到最大值,則內(nèi)應(yīng)力為零,也就不可能產(chǎn)生任何裂縫。如果變形受到約束,在全約束狀態(tài)下則應(yīng)力達(dá)到最大值,而變形為零。在全約束與完全自由狀態(tài)的中間過(guò)程,即為彈性約束狀態(tài),亦即自由變形分解成為約束變形和顯現(xiàn)變形(實(shí)際變形)。實(shí)際變形越大,約束應(yīng)力越小;實(shí)際變形越小,約束應(yīng)力越大,這種約束狀態(tài)與荷載作用下的結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)(虎克定律)有著根本區(qū)別。
在約束狀態(tài)下,結(jié)構(gòu)首先要求有變形的余地,如結(jié)構(gòu)能滿足此要 求,不再產(chǎn)生約束應(yīng)力。如結(jié)構(gòu)沒(méi)有條件滿足此要求,則必然產(chǎn)生約束應(yīng)力,超過(guò)混凝土的抗拉強(qiáng)度,導(dǎo)致開(kāi)裂。所以,提出了“抗與放” 的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則,應(yīng)當(dāng)在工程設(shè)計(jì)中,根據(jù)結(jié)構(gòu)所處的具體時(shí)空條件加以靈活的應(yīng)用。從結(jié)構(gòu)形式的選擇方面(微動(dòng)、滑動(dòng)及設(shè)縫措施,提供“放”的條件)及材料性能方面(提高抗拉強(qiáng)度、抗拉變形能力及韌性等提供“抗”的條件)采取綜合措施,如抗放相結(jié)合,以抗為主或以放為主的措施。
4.2 約束內(nèi)力與結(jié)構(gòu)剛度的關(guān)系
外荷載作用下結(jié)構(gòu)的內(nèi)力只與荷載及結(jié)構(gòu)幾何尺寸有關(guān),但在變形作用條件下,結(jié)構(gòu)的約束內(nèi)力不僅與變形作用及結(jié)構(gòu)幾何尺寸有關(guān),尚與結(jié)構(gòu)剛度有關(guān),這是約束內(nèi)力與荷載內(nèi)力的重要區(qū)別。
例如:一個(gè)簡(jiǎn)支梁的兩端受到轉(zhuǎn)動(dòng)的約束,當(dāng)梁沿截面高度為h,承受溫差ΔT時(shí)(如預(yù)制板兩端焊接于屋架上弦),則梁上的約束力矩M:
M=EJ*(αΔT/h)(1)
式中α——混凝土的線膨脹系數(shù)
約束力矩不僅與溫差和截面高度有關(guān),而且與梁的抗彎剛度成正比,剛度越大,約束力矩越大,這適宜于裂縫出現(xiàn)及擴(kuò)展階段,當(dāng)然應(yīng)當(dāng)考慮鋼筋混凝土的抗彎剛度是變化的。
當(dāng)溫差不斷增加,鋼筋混凝土構(gòu)件進(jìn)入極限狀態(tài)時(shí),裂縫充分發(fā)展,剛度下降并趨近于零時(shí)則力矩也趨近于零。所以,變形力矩不影響結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài),這一論斷己為實(shí)驗(yàn)證實(shí)。但是裂縫影響使用(滲漏)及耐久性(鋼筋銹蝕)。如果結(jié)構(gòu)的承載力由抗剪、抗沖切作決定,變形作用引起的貫穿性裂縫可能降低承載力。
4.3 鋼筋混凝土與素混凝土裂縫控制的區(qū)別
任何尚未荷載作用的混凝土,它的組合材料包括水泥、水、砂、 石、外加劑及摻合料等組分相互物理化學(xué)作用硬化成為一種多空隙復(fù)合材料,由于初始溫度收縮應(yīng)力作用而形成內(nèi)部許多微觀裂縫,這種裂縫在外力作用下不斷擴(kuò)展,成為宏觀裂縫,繼續(xù)擴(kuò)展對(duì)素混凝土迅速導(dǎo)致破壞。
但是,對(duì)于鋼筋混凝土,特別是有充分構(gòu)造配筋的鋼筋混凝土出現(xiàn)一定程度的裂縫,不會(huì)迅速導(dǎo)致破壞,只是限制裂縫寬度問(wèn)題,使其不達(dá)到有害程度。因此,構(gòu)造配筋顯得十分重要,可以有效地控制裂縫的出現(xiàn)及分散裂縫(用許多微細(xì)無(wú)害裂縫取代少量粗大的有害裂縫)。
5. 混凝土的某些基本物理力學(xué)性質(zhì)
5.1 混凝土的收縮及水化熱
在工民建領(lǐng)域,大部分結(jié)構(gòu)構(gòu)件(板墻梁等構(gòu)件)均屬薄壁結(jié)構(gòu),泵送混凝土澆注的構(gòu)件收縮量很大,因此經(jīng)常出現(xiàn)收縮裂縫?;炷恋氖湛s機(jī)理至今尚未統(tǒng)一,但大多數(shù)的研究成果認(rèn)為混凝土是具有大量孔隙的材料??紫兜陌霃筋H不一致,半徑較小的毛細(xì)孔,半徑約小于300A(A=10-10m)。其中水份蒸發(fā)引起孔壁壓力的變化,導(dǎo)致混凝土體積的縮小?;炷羶?nèi)除了少部分水提供水泥水化的需要,其余大部分水分都要蒸發(fā)掉,收縮變形同時(shí)發(fā)生,最終收縮完成的時(shí)間大約20年,但其主要部分的收縮是在最早的1~2年內(nèi)。由于近來(lái)水泥活性和強(qiáng)度等級(jí)的增加,收縮量顯著增加,并且拖延時(shí)間較長(zhǎng)。影響收縮的因素很多,如水泥品種采用礦渣水泥比普通硅酸鹽水泥水化熱低了,但其收縮約大25%。遇到超厚的大底板或大塊式基礎(chǔ),則水化熱 起控制作用,宜選用粉煤灰水泥或礦渣水泥,所以,應(yīng)根據(jù)截面的厚度分別選用不同品種的水泥。其次水泥顆粒越細(xì),活性越大,標(biāo)號(hào)越高,用量越多,其收縮越大,因此提高水泥強(qiáng)度的方法不應(yīng)靠磨細(xì)的途徑,而應(yīng)當(dāng)依靠改善礦物成分的辦法。
眾所周知,水灰比大,收縮將顯著增加,同時(shí)抗拉強(qiáng)度降低。如水灰比為0.6的收縮比水灰比為0.4的收縮增加約40%。有時(shí)盡管水灰比不變,增加用水量,同時(shí)增加水泥量即水泥漿量,如水泥漿量為0.2(水泥漿占混凝土總重量比例)比0.4時(shí)的收縮量增加約45%。減水劑可有效的降低水灰比及用水量,而粉煤灰具有圓珠潤(rùn)滑效應(yīng)和火山灰效應(yīng),所以“雙摻技術(shù)”對(duì)泵送混凝土既可提高和易性又可減少收縮。
養(yǎng)護(hù)條件對(duì)混凝土的收縮影響很大,養(yǎng)護(hù)14天的收縮比養(yǎng)護(hù)3天的收縮降低約20%。環(huán)境的相對(duì)濕度越高,收縮越小,許多結(jié)構(gòu)所處的環(huán)境濕度波動(dòng)很大,如最低30%~40%,最高達(dá)80%~90%。環(huán)境溫度越高,風(fēng)速越大,收縮越大,高空澆灌容易引起開(kāi)裂,如高架橋梁及橋墩。
混凝土的配筋對(duì)于收縮值起一定的約束作用,但是與配筋率的高低有關(guān),按目前構(gòu)造配筋率的情況看來(lái),降低收縮的影響是比較小的。根據(jù)泵送商品混凝土的收縮試驗(yàn),其收縮值約在6~8×10-4,有的試驗(yàn)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了這個(gè)數(shù)量,有些大橋的橋墩和高層建筑的厚壁立柱由于施工質(zhì)量及過(guò)大的坍落度,形成了中部骨料多,外部或上表面砂漿厚,從而形成極不均勻的收縮,砂漿和水泥漿的收縮比混凝土的收縮大約增加2~5倍,并由于表面水份蒸發(fā)快從而形成大面積的表面裂縫?;炷链旨?xì)骨料的含泥量和粉料含量都增加收縮。
目前建筑市場(chǎng)出現(xiàn)了很多新型的外加劑和摻合料,質(zhì)量保證主要靠強(qiáng)度試驗(yàn)的結(jié)果,幾乎沒(méi)有進(jìn)行體積變形穩(wěn)定性方面的試驗(yàn),而許多材料都有增加收縮的特點(diǎn),必須進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)期準(zhǔn)確的收縮試驗(yàn),才能得到有利于控制裂縫的材料。
各種水泥的水化熱試驗(yàn)比較容易,一般水泥廠家都已進(jìn)行專門(mén)的試驗(yàn),有資料可查,不在贅述。
5.2 混凝土的徐變(蠕變)因素的考慮
混凝土的徐變機(jī)理也有許多種,如彈性徐變理論、老化徐變理論、繼效徐變理論等等。作為工程裂縫控制的應(yīng)用,我們只能應(yīng)用其中主要的成果,以常系數(shù)的形式,考慮在彈性計(jì)算的結(jié)果中,從而簡(jiǎn)化了非線形分析。由于混凝土的徐變作用,給鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土帶來(lái)有利和不利兩方面的影響。從不利方面看來(lái),它可以造成預(yù)應(yīng)力損失,增加撓度,可以降低鋼筋和混凝土的粘著力等。從有利方面看來(lái),它可以使彈性的溫度收縮應(yīng)力大大的松弛,根據(jù)變形速率及混凝土齡期,它對(duì)應(yīng)力降低的程度約0.3~0.8倍,保溫保濕養(yǎng)護(hù)越好,降溫越慢,松弛系數(shù)越小,具體數(shù)字可參考文獻(xiàn)1、2。
5.3 混凝土的抗拉強(qiáng)度及極限拉伸
泵送混凝土澆注后,其抗壓強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度都隨著時(shí)間而增長(zhǎng),但增長(zhǎng)的速率,抗拉滯后于抗壓,水泥標(biāo)號(hào)的提高及水泥用量的增加, 對(duì)抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)較為顯著,而對(duì)抗拉強(qiáng)度增長(zhǎng)較小。
相對(duì)變形約束應(yīng)力,混凝土的極限拉伸尤為重要,國(guó)內(nèi)外曾進(jìn)行過(guò)一些試驗(yàn)研究。例如蘇聯(lián)布拉茨克和克拉斯諾雅爾斯克水電站的試 驗(yàn)表明混凝土軸向拉伸應(yīng)變值變化范圍為0.5×10-4~1.0×10-4。法國(guó)鮑斯進(jìn)行的軸向拉伸試驗(yàn)。在抗拉強(qiáng)度為2.05MPa時(shí),局限拉伸值為0.9×10-4。美國(guó)卡普蘭在軸向拉伸試驗(yàn)中極限拉伸值為0.81×10-4。前蘇聯(lián)齊斯克列里提出當(dāng)軸向抗拉強(qiáng)度為1.2MPa時(shí),極限拉伸為0.7×10-4。我國(guó)水工系統(tǒng)(研究單位和工程單位)對(duì)混凝土的極限抗拉強(qiáng)度也作過(guò)不少研究,并在工程中采用。如丹江工程混凝土極限拉伸值為(0.58~0.8)×10-4,烏江渡工程為(0.6~1.02)×10-4等等,極限拉伸很小,抗裂能力很弱(收縮變形超過(guò)極限拉伸5~10倍)。
冶金系統(tǒng),不少設(shè)備基礎(chǔ),特別是高爐基礎(chǔ)、煉鋼基礎(chǔ),混凝土的澆注量大多在5000m3以上,軋鋼基礎(chǔ)的混凝土量100000m3~200000m3,厚度2.5m~9.5m,長(zhǎng)度由35m~600m,均屬超長(zhǎng)超厚的大體積鋼筋混凝土,開(kāi)裂后可引起鋼筋的銹蝕、降低持久強(qiáng)度、剛度和防水性能、嚴(yán)重者影響自動(dòng)化生產(chǎn)工藝。防止和控制這類基礎(chǔ)的溫度裂縫也是很重要的。為此我們?cè)诿裼媒ㄖこ讨虚_(kāi)展了混凝土軸向拉伸強(qiáng)度及變形性能的試驗(yàn)研究。
通過(guò)對(duì)雙摻(減水劑及粉煤灰)混凝土的抗拉試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)混凝土隨著荷載速率及養(yǎng)護(hù)條件,其極限拉伸和抗拉強(qiáng)度波動(dòng)很大,在極慢速(接近實(shí)際溫度和濕度緩慢變化速度)條件下,其極限拉伸可達(dá)(2~3)×10-4,顯然這里包含了徐變變形,這對(duì)溫度收縮應(yīng)力是很有利的(在強(qiáng)度計(jì)算中用松弛系數(shù)乘以彈性應(yīng)力與按變形計(jì)算增加極限拉伸是等同的)。
特別值得注意的是,混凝土中的較大含泥量及其它雜質(zhì)可以明顯地降低混凝土的抗拉性能,有的混凝土骨料中混入了有害膨脹物引起混凝土的崩裂,因此要求泵送混凝土必須遵循“精料供應(yīng)”的原則。
合理的配筋,特別是構(gòu)造配筋,細(xì)一點(diǎn)密一點(diǎn)可以提高混凝土的極限拉伸,推薦齊斯克列里經(jīng)驗(yàn)公式:
εp.a=0.5ftc(1+p/d)*10(-4次方)(2)
式中 εp.a——混凝土的極限拉應(yīng)變;
ftc——標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度;
p——配筋率×100;
d——鋼筋直徑單位cm;
這是瞬時(shí)荷載作用下的公式,如果極慢速約束變形作 用考慮徐變作用,至少可以增加一倍。
6. 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)或施工中近似計(jì)算的模型選擇
我國(guó)在工民建領(lǐng)域解決變形作用引起裂縫的問(wèn)題主要是按混凝土設(shè)計(jì)規(guī)范采取設(shè)永久性變形縫的辦法,根據(jù)現(xiàn)澆、預(yù)制、土中、室 內(nèi)、露天等條件,有明確的伸縮縫許可間距規(guī)定。該規(guī)定自從50年代沿用蘇聯(lián)規(guī)范規(guī)定,我們當(dāng)時(shí)曾多次向蘇聯(lián)有關(guān)單位和蘇聯(lián)專家咨詢有關(guān)規(guī)定的依據(jù),他們的回答:“全憑經(jīng)驗(yàn)”,采取相似規(guī)定的還有東歐及其它一些國(guó)家。
的確,該法解決了許多工程裂縫問(wèn)題,其缺點(diǎn)是伸縮縫止水帶經(jīng)常滲漏并難以維修。更重要的是在實(shí)踐中發(fā)生了許多反常現(xiàn)象:有的工程尺寸很小,卻出現(xiàn)了嚴(yán)重開(kāi)裂;另外也有的工程超長(zhǎng)而未出現(xiàn)明顯開(kāi)裂,說(shuō)明設(shè)縫與否,不是決定開(kāi)裂與否的唯一因素。其它如材料級(jí)配、結(jié)構(gòu)約束、結(jié)構(gòu)配筋、施工工藝、養(yǎng)護(hù)條件以及環(huán)境溫濕度氣象條件等綜合因素都影響結(jié)構(gòu)約束內(nèi)力及裂縫的出現(xiàn)。通過(guò)實(shí)際工程裂縫反算與現(xiàn)場(chǎng)推力試驗(yàn),假定結(jié)構(gòu)相互連續(xù)式約束采用水平彈簧模型,彈簧側(cè)移剛度由試驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)給出。推導(dǎo)出長(zhǎng)墻中部正截面法向拉應(yīng)力,端部剪應(yīng)力,伸縮縫許可間距以及一再?gòu)闹虚g開(kāi)裂的機(jī)理,見(jiàn)參1.2。在排架及框架約束應(yīng)力分析中提出了考慮彈性抵抗作用、裝配式系數(shù)、徐變影響系數(shù)、開(kāi)裂剛度及利用混凝土后期強(qiáng)度的計(jì)算發(fā)表于1957~1958年,見(jiàn)參考文獻(xiàn)3、4、5、6。多年來(lái)通過(guò)裂縫處理實(shí)踐近似理論計(jì)算進(jìn)行了反復(fù)的校核與補(bǔ)充。
7. 裂縫控制設(shè)計(jì)原則與措施
鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫是不可避免的,但其有害程度是可以控制的,有害與無(wú)害的界限由結(jié)構(gòu)使用功能決定的。裂縫控制的主要方法是通過(guò)設(shè)計(jì)、施工、材料等方面綜合技術(shù)措施將裂縫控制在無(wú)害范圍內(nèi)。綜合技術(shù)措施包括:合理選擇結(jié)構(gòu)形式,降低結(jié)構(gòu)約束程度,對(duì)與水平構(gòu)件梁、板、墻等采用中低強(qiáng)度級(jí)混凝土,加強(qiáng)構(gòu)造配筋,如板頂部的受壓區(qū)連續(xù)配筋,板的陽(yáng)角及陰角配置放射筋,增加梁的腰筋間距200mm。優(yōu)選有利于抗拉性能的混凝土級(jí)配,盡力減小水灰比、減少坍落度、降低砂率增加骨料粒徑,降低含泥量及雜質(zhì)含量。選用影響收縮和水化熱較小的外加劑和摻合料。采取保溫保濕的養(yǎng)護(hù)技術(shù),盡量利用混凝土后期強(qiáng)度(60天)。對(duì)于超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)可采取跳倉(cāng)澆灌或后澆帶方法施工。對(duì)于復(fù)雜的結(jié)構(gòu)難免出現(xiàn)少量裂縫影響正常使用和耐久性.裂縫分為表面裂縫,淺層裂縫,縱深裂縫(深層裂縫),貫穿裂縫等。少量有害裂縫采用近代化學(xué)灌漿技術(shù)處理,滿足設(shè)計(jì)使用和耐久性要求,不應(yīng)因此降低工程質(zhì)量評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)。
鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)或構(gòu)件出現(xiàn)裂縫,有的會(huì)破壞結(jié)構(gòu)整體性,降低構(gòu)件剛度,影響結(jié)構(gòu)承載力,有的雖對(duì)承載能力無(wú)多大影響,但會(huì)引起鋼筋銹蝕,降低耐久性,或發(fā)生滲漏,影響使用,尤其是在住宅建筑中,現(xiàn)澆梁、板或剪力墻出現(xiàn)的裂縫會(huì)給居民造成不安全感,而且裂縫不僅會(huì)影響抗?jié)B效果,也易造成水分侵蝕鋼筋,影響使用耐久性。因此,應(yīng)根據(jù)裂縫性質(zhì)、大小、結(jié)構(gòu)受力情況和使用情況,區(qū)別對(duì)待及時(shí)治理。工程中常采用的裂縫治理方法有以下幾種:
2 表面修補(bǔ)法
適用于對(duì)承載能力沒(méi)有影響的表面裂縫的處理,也適用于大面積細(xì)裂縫防滲、防漏的處理。
1)表面涂抹水泥砂漿:將裂縫附近的混凝土表面鑿毛,或沿裂縫鑿成深15~20mm,寬150~200mm的凹槽,掃凈并灑水濕潤(rùn),先刷水泥凈漿一層,然后用1:2的水泥砂漿分2~3層涂抹,總厚度控制在10~20mm左右,并用鐵抹抹平壓光。有防水要求時(shí)應(yīng)用2mm厚水泥凈漿及5mm厚1:2的水泥砂漿交替抹壓4~5層,剛性防水層涂抹3~4小時(shí)后進(jìn)行覆蓋,灑水養(yǎng)護(hù)。在水泥砂漿中摻入占水泥重量1~3%的氯化鐵防水劑,可起到促凝和提高防水性能的效果。為了使砂漿與混凝土表面結(jié)合良好,抹光后的砂漿面應(yīng)覆蓋塑料薄膜,并用支撐模板頂緊加壓。
2)表面涂抹環(huán)氧膠泥:涂抹環(huán)氧膠泥前,先將裂縫附近80~100mm寬度范圍內(nèi)的灰塵、浮渣用壓縮空氣吹凈,或用鋼絲刷、砂紙、毛刷清除干凈并洗凈,油污可用二甲苯或丙酮擦洗一遍,如表面潮濕,應(yīng)用噴燈烘烤干燥、預(yù)熱,以保證環(huán)氧膠泥與混凝土粘結(jié)良好。若基層難以干燥,則用環(huán)氧煤焦油膠泥涂抹。涂抹時(shí),用毛刷或刮板均勻蘸取膠泥,并涂刮在裂縫表面。
3)采用環(huán)氧粘貼玻璃布:玻璃布使用前應(yīng)在堿水中煮沸30~60分鐘,然后用清水漂凈并晾干,以除去油脂,保證粘結(jié)。一般貼1~2層玻璃布。第二層玻璃布的周邊應(yīng)比下面一層寬10~12mm,以便壓邊。
4)表面涂刷油漆、瀝青:涂刷前混凝土表面應(yīng)干燥。
5)表面鑿槽嵌補(bǔ):沿混凝土裂縫鑿一條深槽,槽內(nèi)嵌水泥砂漿或環(huán)氧膠泥、聚氯乙烯膠泥、瀝青油膏等,表面作砂漿保護(hù)層。槽內(nèi)混凝土面應(yīng)修理平整并清洗干凈,不平處用水泥砂漿填補(bǔ),保持槽內(nèi)干燥,否則應(yīng)先導(dǎo)滲、烘干,待槽內(nèi)干燥后再行嵌補(bǔ)。環(huán)氧煤焦油膠泥可在潮濕情況下填補(bǔ),但不能有淌水現(xiàn)象。嵌補(bǔ)前先用素水泥漿或稀膠泥在基層刷一層,然后用抹子或刮刀將砂漿或環(huán)氧膠泥、聚氯乙烯膠泥嵌入槽內(nèi)壓實(shí),最后用1:2水泥砂漿抹平壓光。在側(cè)面或頂面嵌填時(shí),應(yīng)使用封槽托板逐段嵌托并壓緊,待凝固后再將托板去掉。
3 內(nèi)部修補(bǔ)法
內(nèi)部修補(bǔ)法是用壓漿泵將膠結(jié)料壓入裂縫中,由于其凝結(jié)、硬化而起到補(bǔ)縫作用,以恢復(fù)結(jié)構(gòu)的整體性。這種方法適用于對(duì)結(jié)構(gòu)整體性有影響,或有防水、防滲要求的裂縫修補(bǔ)。常用的灌漿材料有水泥和化學(xué)材料,可按裂縫的性質(zhì)、寬度、施工條件等具體情況選用。一般對(duì)寬度大于0.5mm的裂縫,可采用水泥灌漿,對(duì)寬度小于0.5mm的裂縫,或較大的溫度收縮裂縫,宜采用化學(xué)灌漿。
1)水泥灌漿:一般用于大體積混凝土結(jié)構(gòu)的修補(bǔ),主要施工程序是鉆孔、沖洗、止?jié){、堵漏、埋管、試水、灌漿。鉆孔采用風(fēng)鉆或打眼機(jī)進(jìn)行,孔距l(xiāng)~1.5m,除淺孔采用騎縫孔外,—般鉆孔軸線與裂縫呈30~45度斜角,孔深應(yīng)穿過(guò)裂縫面0.5m以上,當(dāng)有兩排或兩排以上的孔時(shí),宜交錯(cuò)或呈梅花形布置,但應(yīng)注意防止沿裂縫鉆孔。沖洗在每條裂縫鉆孔完畢后進(jìn)行,其順序按豎向排列自上而下逐孔沖洗。止?jié){及堵漏待縫面沖洗干凈后,在裂縫表面用1:2的水泥砂漿或用環(huán)氧膠泥涂抹。埋管(一般用直徑19~38mm的鋼管作灌漿管,鋼管上部加工絲扣)安裝前應(yīng)在外壁裹上舊棉絮并用麻絲纏緊,然后旋入孔中,孔口管壁周圍的孔隙用舊棉絮或其它材料塞緊,并用水泥砂漿或硫磺砂漿封堵,防止冒漿或灌漿管從孔口脫出。試水是用0.098~0.196MPa壓力水作滲水試驗(yàn),采取灌漿孔壓水、排氣孔排水的方法,檢查裂縫和管路暢通情況,然后關(guān)閉排氣孔,檢查止?jié){堵漏效果,并濕潤(rùn)縫面以利于粘結(jié)。灌漿應(yīng)采用425號(hào)以上的普通水泥,細(xì)度要求經(jīng)6400孔/cm2的標(biāo)準(zhǔn)篩過(guò)篩,篩余量在2%以下,可使用2:1、1:1、0.5:1等幾種水灰比的水泥凈漿或1:0.54:0.3(即水泥:粉煤灰:水)的水泥粉煤灰漿,灌漿壓力一般為0.294~0.491MPa,壓漿完畢時(shí)漿孔內(nèi)應(yīng)充滿灰漿,并填入濕凈砂,用棒搗實(shí),每條裂縫應(yīng)按壓漿順序依次進(jìn)行,當(dāng)出現(xiàn)大量滲漏情況時(shí),應(yīng)立即停泵堵漏,然后繼續(xù)壓漿。
2)化學(xué)灌漿:化學(xué)灌漿能控制凝結(jié)時(shí)間,有較高粘結(jié)強(qiáng)度和一定的彈性,恢復(fù)結(jié)構(gòu)整體性效果較好,適用于各種情況下的裂縫修補(bǔ)及堵漏、防滲處理。灌漿材料應(yīng)根據(jù)裂縫性質(zhì)、裂縫寬度和干燥情況選用。常用的灌漿材料有環(huán)氧樹(shù)脂漿液(能修補(bǔ)縫寬0.2mm以下的干燥裂縫)、甲凝(能灌0.03~0.1mm的干燥細(xì)微裂縫)、丙凝(用于堵水、止漏及滲水裂縫的修補(bǔ),能灌0.1mm以下的細(xì)裂縫)等。環(huán)氧樹(shù)脂漿液具有粘結(jié)強(qiáng)度高、施工操作方便、成本低等優(yōu)點(diǎn),應(yīng)用最廣。灌漿操作主要工序是表面處理(布置灌漿嘴和試氣)、灌漿、封孔,一般采取騎縫直接用灌漿嘴施灌,不用另外鉆孔。配制環(huán)氧漿液時(shí),應(yīng)根據(jù)氣溫控制材料溫度和漿液的初凝時(shí)間(1小時(shí)左右)。灌漿時(shí),操作人員要戴上防毒口罩,以防中毒。
4 結(jié)構(gòu)加固法
鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的加固,應(yīng)在結(jié)構(gòu)評(píng)定的基礎(chǔ)上進(jìn)行,加固的目的有結(jié)構(gòu)強(qiáng)度加固、穩(wěn)定性加固、剛度加固、抗裂性能加固四種。這四種加固之間既有聯(lián)系又有區(qū)別,最常遇到的是結(jié)構(gòu)強(qiáng)度加固(即結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng))。結(jié)構(gòu)加固可分為不改變結(jié)構(gòu)受力圖形和改變結(jié)構(gòu)受力圖形的兩種方法,亦可分為非預(yù)應(yīng)力加固和預(yù)應(yīng)力加固兩類。對(duì)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件存在的強(qiáng)度(拉、壓、彎、剪、扭、疲勞)、剛度(撓曲)、裂縫(由受力、溫度、沉降、安裝引起的)、穩(wěn)定(由傾斜、偏歪、長(zhǎng)細(xì)比過(guò)小、支撐不妥引起的)、沉降(由不均勻荷重或不均勻地基、淤泥層、大孔土地基、回填土等引起的)、使用(凈空尺寸不夠、吊車卡軌、振動(dòng)、鋼筋銹蝕,結(jié)構(gòu)腐蝕)等方面的問(wèn)題,要區(qū)分局部性還是全局性的,關(guān)鍵部位還是次要部位的,在分析了問(wèn)題產(chǎn)生的主要原因后,分別根據(jù)處理的原則和界限,視工程具體情況和條件,有針對(duì)性地采取適當(dāng)加固方法。
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1.膨脹縫(伸縫):能夠有效消解超靜定結(jié)構(gòu)中膨脹(伸長(zhǎng))變形的結(jié)構(gòu)縫;
2.收縮縫(縮縫):能夠有效消解超靜定結(jié)構(gòu)中收縮(變短)變形的結(jié)構(gòu)縫;
3.沉降縫:能夠有效消解超靜定結(jié)構(gòu)中由于基礎(chǔ)不均勻沉降而引起變形差的結(jié)構(gòu)縫;
4.抗震縫:結(jié)構(gòu)在地震作用下發(fā)生強(qiáng)迫移位時(shí),能夠消解、緩和結(jié)構(gòu)不同部分碰撞損壞的結(jié)構(gòu)縫;
5.體型縫:結(jié)構(gòu)形狀或體量發(fā)生突變時(shí),將結(jié)構(gòu)在體型突變處分割為不同部分而設(shè)置的結(jié)構(gòu)縫;
6.局部縫:在結(jié)構(gòu)形狀突變的部位,為緩和應(yīng)力集中影響而設(shè)置的局部結(jié)構(gòu)縫;
7.控制縫:在結(jié)構(gòu)容易發(fā)生裂縫的部位,通過(guò)預(yù)先設(shè)置薄弱截面或其它措施,主動(dòng)引導(dǎo)裂縫出現(xiàn)并加以控制的縫;
8.拼接縫:預(yù)制構(gòu)件裝配連接時(shí),拼接處所形成的縫;
9.施工縫:混凝土澆筑體量較大時(shí),按預(yù)定位置劃分不同的施工澆筑區(qū)域,接槎出所形成的縫;
10.界面縫:不同結(jié)構(gòu)形式,不同建筑構(gòu)件,不同建筑材料之間在界面上所形成的縫。
B、按做法,可分為以下七種類型:
1.全部斷開(kāi)的縫:將結(jié)構(gòu)分割成完全獨(dú)立的若干部分;
2.上部斷開(kāi)的縫:基礎(chǔ)部分相連而上部結(jié)構(gòu)斷開(kāi)所形成的縫;
3.局部斷開(kāi)的縫:結(jié)構(gòu)局部在一定范圍內(nèi),分割所形成的縫;
4.鋼筋斷開(kāi)、混凝土接槎形成的縫:不考慮傳遞內(nèi)力的預(yù)制構(gòu)件之間的拼接縫;
5.鋼筋后連接、混凝土接槎形成的縫:施工階段不考慮傳力,后用搭接,機(jī)械連接或焊接實(shí)現(xiàn)鋼筋連接形成整體而可以傳遞內(nèi)力的縫;
6.鋼筋連通、混凝土接槎形成的縫:從受力上按整體考慮,但在施工時(shí)混凝土在此接槎而形成的施工縫;
7.鋼筋和混凝土連續(xù)、后期引導(dǎo)出現(xiàn)的縫:通過(guò)在預(yù)定部位削弱截面或采取其他措施引導(dǎo)產(chǎn)生并加以控制的縫。
20年來(lái),在工民建鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)領(lǐng)域,一個(gè)相當(dāng)普遍的質(zhì)量問(wèn)題就是結(jié)構(gòu)的裂縫問(wèn)題,且有日趨增多的趨勢(shì),它已影響到正常的生活和生產(chǎn),并困擾著大批工程技術(shù)人員和管理人員,是一個(gè)迫切需要解決的技術(shù)難題。
由于結(jié)構(gòu)在外荷載作用下的破壞和倒塌是從裂縫擴(kuò)展開(kāi)始的,因此人們對(duì)裂縫往往產(chǎn)生一種建筑破壞的恐懼感,是可以理解的。早在1932年,前蘇聯(lián)A. флолейт 教授的鋼筋混凝土強(qiáng)度理論就指出,如正常配筋受彎構(gòu)件的破壞狀態(tài)是指受拉區(qū)鋼筋到達(dá)屈服強(qiáng)度,受壓區(qū)混凝土到達(dá)受彎的抗壓強(qiáng)度,此狀態(tài)稱為承載力極限狀態(tài)。這一狀態(tài)全過(guò)程是伴隨著荷載的不斷增加,裂縫出現(xiàn)(鋼筋應(yīng)力只有40~60MPa),裂縫擴(kuò)展,受壓區(qū)塑性不斷發(fā)展,最后達(dá)到完全破壞。此時(shí)破壞荷載往往是裂縫出現(xiàn)荷載時(shí)的3~5倍,因此,很多大型鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),僅僅自重就超過(guò)了極限荷載的30%,在此條件下鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)帶有輕微裂紋是完全正常的,結(jié)構(gòu)是安全的,恐懼是不必要的。
國(guó)內(nèi)外關(guān)于荷載作用下鋼筋混凝土構(gòu)件的設(shè)計(jì)都有自己的經(jīng)驗(yàn)公式,并已納入有關(guān)規(guī)范,盡管計(jì)算結(jié)果出入較大,但畢竟可以參考應(yīng)用。
但是近年來(lái)大量裂縫的出現(xiàn),并非與荷載作用有直接關(guān)系,通過(guò)大量的調(diào)查與實(shí)測(cè)研究證明這種裂縫是由于變形作用引起,包括溫度變形(水泥的水化熱、氣溫變化、環(huán)境生產(chǎn)熱),收縮變形(塑性收縮、干燥收縮、碳化收縮)及地基不均勻沉降(膨脹)變形。由于這些變形受到約束引起的應(yīng)力超過(guò)混凝土的抗拉強(qiáng)度導(dǎo)致裂縫,統(tǒng)稱“變形作用引起的裂縫”。
2.裂縫的直接原因
2.1 收縮及水化熱增加
自從70年代末(1978~1979年)我國(guó)混凝土施工工藝產(chǎn)生了巨大的進(jìn)步—泵送商品混凝土工藝。從過(guò)去的干硬性,低動(dòng)性,現(xiàn)場(chǎng)攪拌混凝土轉(zhuǎn)向集中攪拌,轉(zhuǎn)向大流動(dòng)性泵送澆注,水泥用量增加,水灰比增加,砂率增加,骨料粒徑減小,用水量增加等導(dǎo)致收縮及水化
2.2 混凝土強(qiáng)度等級(jí)日趨提高
建筑結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度等級(jí)日趨提高,但有許多結(jié)構(gòu)不適當(dāng)?shù)摹∵x擇了過(guò)高的強(qiáng)度等級(jí)。習(xí)慣上認(rèn)為:“強(qiáng)度等級(jí)越高安全度越大,就高不就低,提高強(qiáng)度等級(jí)沒(méi)壞處”。有時(shí)遷就施工方便,采用高強(qiáng)混凝土,這是一種誤導(dǎo),導(dǎo)致水泥標(biāo)號(hào)增加,水泥用量增加,水用量增加,細(xì)骨料及粗骨料徑偏小,砂率偏大等都使水化熱及收縮增加。
2.3 結(jié)構(gòu)約束應(yīng)力不斷增大
結(jié)構(gòu)規(guī)模日趨增大,結(jié)構(gòu)形式日趨復(fù)雜,超長(zhǎng)超厚及超靜定結(jié)構(gòu)成為經(jīng)常采用結(jié)構(gòu)形式并采用現(xiàn)澆施工,這種結(jié)構(gòu)形式有顯著約束作用,對(duì)于各種變形作用必然引起較大約束應(yīng)力。
2.4 外加劑的負(fù)效應(yīng)
外加劑及摻合料種類繁多,只有強(qiáng)度指標(biāo)缺乏對(duì)水化熱及收縮變形影響的長(zhǎng)期實(shí)驗(yàn)資料(至少一年),有些試驗(yàn)資料并不嚴(yán)格,有許多外加劑嚴(yán)重的增加收縮變形,有的甚至降低耐久性。
2.5 忽略結(jié)構(gòu)約束
國(guó)內(nèi)外結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中都經(jīng)常忽略構(gòu)造鋼筋重要性,因而經(jīng)常出現(xiàn)構(gòu)造性裂縫。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中經(jīng)常忽略結(jié)構(gòu)約束性質(zhì),不善于利用“抗與放”的設(shè)計(jì)原則,缺乏相應(yīng)的設(shè)計(jì)施工規(guī)范、規(guī)程。
2.6 養(yǎng)護(hù)方法不當(dāng)
目前在混凝土施工中采用的養(yǎng)護(hù)方法基本沿用過(guò)去簡(jiǎn)易的方法,這種方法已遠(yuǎn)不適應(yīng)泵送混凝土的較大溫度收縮變形的要求。
2.7 混凝土抗拉性能不足
這種裂縫在抗力方面都是由于混凝土抗拉性能不足(抗拉強(qiáng) 度和極限拉伸)引起的,這方面的材料級(jí)配研究很少。
綜合上述,國(guó)際公認(rèn)泵送商品混凝土對(duì)混凝土的質(zhì)量(均質(zhì)性)有很大的提高,對(duì)供應(yīng)方式有重要的改進(jìn),但是對(duì)混凝土的裂縫控制的難度大大增加了,因此,這類問(wèn)題不是我國(guó)特有的技術(shù)問(wèn)題,是國(guó)際上鋼筋混凝土的共性難題。
3. 大體積混凝土的定義
過(guò)去大體積混凝土的定義是根據(jù)幾何尺寸,主要是根據(jù)厚度定義的,國(guó)際上一般采用0.8m~1m作為界限。自80年代以后大體積混凝土的定義有了改變,新的定義是:“任意體量的混凝土,其尺 寸大到足以必須采取措施減小由于體積變形引起的裂縫,統(tǒng)稱為大體 積混凝土”,這是美國(guó)混凝土協(xié)會(huì)的定義。由此可見(jiàn),在近代泵送商品混凝土獲得廣泛應(yīng)用的條件下,即便是很薄的結(jié)構(gòu),雖然水化熱很低,但是其收縮很大,控制收縮裂縫的要求比過(guò)去任何時(shí)候都顯得非常重要。因此,泵送混凝土的薄壁結(jié)構(gòu)也應(yīng)當(dāng)按照大體積混凝土的要求采取措施控制混凝土的收縮裂縫,特別是環(huán)境氣溫變化與收縮共同作用對(duì)于薄壁結(jié)構(gòu)尤為不利,收縮換算為當(dāng)量降溫。
4. 鋼筋混凝土承受變形應(yīng)力的特點(diǎn)
4.1 “抗與放”設(shè)計(jì)準(zhǔn)則
結(jié)構(gòu)承受的約束作用分內(nèi)約束(自約束)和外約束兩類。結(jié)構(gòu)的變形如果是完全自由的變形達(dá)到最大值,則內(nèi)應(yīng)力為零,也就不可能產(chǎn)生任何裂縫。如果變形受到約束,在全約束狀態(tài)下則應(yīng)力達(dá)到最大值,而變形為零。在全約束與完全自由狀態(tài)的中間過(guò)程,即為彈性約束狀態(tài),亦即自由變形分解成為約束變形和顯現(xiàn)變形(實(shí)際變形)。實(shí)際變形越大,約束應(yīng)力越小;實(shí)際變形越小,約束應(yīng)力越大,這種約束狀態(tài)與荷載作用下的結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)(虎克定律)有著根本區(qū)別。
在約束狀態(tài)下,結(jié)構(gòu)首先要求有變形的余地,如結(jié)構(gòu)能滿足此要 求,不再產(chǎn)生約束應(yīng)力。如結(jié)構(gòu)沒(méi)有條件滿足此要求,則必然產(chǎn)生約束應(yīng)力,超過(guò)混凝土的抗拉強(qiáng)度,導(dǎo)致開(kāi)裂。所以,提出了“抗與放” 的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則,應(yīng)當(dāng)在工程設(shè)計(jì)中,根據(jù)結(jié)構(gòu)所處的具體時(shí)空條件加以靈活的應(yīng)用。從結(jié)構(gòu)形式的選擇方面(微動(dòng)、滑動(dòng)及設(shè)縫措施,提供“放”的條件)及材料性能方面(提高抗拉強(qiáng)度、抗拉變形能力及韌性等提供“抗”的條件)采取綜合措施,如抗放相結(jié)合,以抗為主或以放為主的措施。
4.2 約束內(nèi)力與結(jié)構(gòu)剛度的關(guān)系
外荷載作用下結(jié)構(gòu)的內(nèi)力只與荷載及結(jié)構(gòu)幾何尺寸有關(guān),但在變形作用條件下,結(jié)構(gòu)的約束內(nèi)力不僅與變形作用及結(jié)構(gòu)幾何尺寸有關(guān),尚與結(jié)構(gòu)剛度有關(guān),這是約束內(nèi)力與荷載內(nèi)力的重要區(qū)別。
例如:一個(gè)簡(jiǎn)支梁的兩端受到轉(zhuǎn)動(dòng)的約束,當(dāng)梁沿截面高度為h,承受溫差ΔT時(shí)(如預(yù)制板兩端焊接于屋架上弦),則梁上的約束力矩M:
M=EJ*(αΔT/h)(1)
式中α——混凝土的線膨脹系數(shù)
約束力矩不僅與溫差和截面高度有關(guān),而且與梁的抗彎剛度成正比,剛度越大,約束力矩越大,這適宜于裂縫出現(xiàn)及擴(kuò)展階段,當(dāng)然應(yīng)當(dāng)考慮鋼筋混凝土的抗彎剛度是變化的。
當(dāng)溫差不斷增加,鋼筋混凝土構(gòu)件進(jìn)入極限狀態(tài)時(shí),裂縫充分發(fā)展,剛度下降并趨近于零時(shí)則力矩也趨近于零。所以,變形力矩不影響結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài),這一論斷己為實(shí)驗(yàn)證實(shí)。但是裂縫影響使用(滲漏)及耐久性(鋼筋銹蝕)。如果結(jié)構(gòu)的承載力由抗剪、抗沖切作決定,變形作用引起的貫穿性裂縫可能降低承載力。
4.3 鋼筋混凝土與素混凝土裂縫控制的區(qū)別
任何尚未荷載作用的混凝土,它的組合材料包括水泥、水、砂、 石、外加劑及摻合料等組分相互物理化學(xué)作用硬化成為一種多空隙復(fù)合材料,由于初始溫度收縮應(yīng)力作用而形成內(nèi)部許多微觀裂縫,這種裂縫在外力作用下不斷擴(kuò)展,成為宏觀裂縫,繼續(xù)擴(kuò)展對(duì)素混凝土迅速導(dǎo)致破壞。
但是,對(duì)于鋼筋混凝土,特別是有充分構(gòu)造配筋的鋼筋混凝土出現(xiàn)一定程度的裂縫,不會(huì)迅速導(dǎo)致破壞,只是限制裂縫寬度問(wèn)題,使其不達(dá)到有害程度。因此,構(gòu)造配筋顯得十分重要,可以有效地控制裂縫的出現(xiàn)及分散裂縫(用許多微細(xì)無(wú)害裂縫取代少量粗大的有害裂縫)。
5. 混凝土的某些基本物理力學(xué)性質(zhì)
5.1 混凝土的收縮及水化熱
在工民建領(lǐng)域,大部分結(jié)構(gòu)構(gòu)件(板墻梁等構(gòu)件)均屬薄壁結(jié)構(gòu),泵送混凝土澆注的構(gòu)件收縮量很大,因此經(jīng)常出現(xiàn)收縮裂縫?;炷恋氖湛s機(jī)理至今尚未統(tǒng)一,但大多數(shù)的研究成果認(rèn)為混凝土是具有大量孔隙的材料??紫兜陌霃筋H不一致,半徑較小的毛細(xì)孔,半徑約小于300A(A=10-10m)。其中水份蒸發(fā)引起孔壁壓力的變化,導(dǎo)致混凝土體積的縮小?;炷羶?nèi)除了少部分水提供水泥水化的需要,其余大部分水分都要蒸發(fā)掉,收縮變形同時(shí)發(fā)生,最終收縮完成的時(shí)間大約20年,但其主要部分的收縮是在最早的1~2年內(nèi)。由于近來(lái)水泥活性和強(qiáng)度等級(jí)的增加,收縮量顯著增加,并且拖延時(shí)間較長(zhǎng)。影響收縮的因素很多,如水泥品種采用礦渣水泥比普通硅酸鹽水泥水化熱低了,但其收縮約大25%。遇到超厚的大底板或大塊式基礎(chǔ),則水化熱 起控制作用,宜選用粉煤灰水泥或礦渣水泥,所以,應(yīng)根據(jù)截面的厚度分別選用不同品種的水泥。其次水泥顆粒越細(xì),活性越大,標(biāo)號(hào)越高,用量越多,其收縮越大,因此提高水泥強(qiáng)度的方法不應(yīng)靠磨細(xì)的途徑,而應(yīng)當(dāng)依靠改善礦物成分的辦法。
眾所周知,水灰比大,收縮將顯著增加,同時(shí)抗拉強(qiáng)度降低。如水灰比為0.6的收縮比水灰比為0.4的收縮增加約40%。有時(shí)盡管水灰比不變,增加用水量,同時(shí)增加水泥量即水泥漿量,如水泥漿量為0.2(水泥漿占混凝土總重量比例)比0.4時(shí)的收縮量增加約45%。減水劑可有效的降低水灰比及用水量,而粉煤灰具有圓珠潤(rùn)滑效應(yīng)和火山灰效應(yīng),所以“雙摻技術(shù)”對(duì)泵送混凝土既可提高和易性又可減少收縮。
養(yǎng)護(hù)條件對(duì)混凝土的收縮影響很大,養(yǎng)護(hù)14天的收縮比養(yǎng)護(hù)3天的收縮降低約20%。環(huán)境的相對(duì)濕度越高,收縮越小,許多結(jié)構(gòu)所處的環(huán)境濕度波動(dòng)很大,如最低30%~40%,最高達(dá)80%~90%。環(huán)境溫度越高,風(fēng)速越大,收縮越大,高空澆灌容易引起開(kāi)裂,如高架橋梁及橋墩。
混凝土的配筋對(duì)于收縮值起一定的約束作用,但是與配筋率的高低有關(guān),按目前構(gòu)造配筋率的情況看來(lái),降低收縮的影響是比較小的。根據(jù)泵送商品混凝土的收縮試驗(yàn),其收縮值約在6~8×10-4,有的試驗(yàn)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了這個(gè)數(shù)量,有些大橋的橋墩和高層建筑的厚壁立柱由于施工質(zhì)量及過(guò)大的坍落度,形成了中部骨料多,外部或上表面砂漿厚,從而形成極不均勻的收縮,砂漿和水泥漿的收縮比混凝土的收縮大約增加2~5倍,并由于表面水份蒸發(fā)快從而形成大面積的表面裂縫?;炷链旨?xì)骨料的含泥量和粉料含量都增加收縮。
目前建筑市場(chǎng)出現(xiàn)了很多新型的外加劑和摻合料,質(zhì)量保證主要靠強(qiáng)度試驗(yàn)的結(jié)果,幾乎沒(méi)有進(jìn)行體積變形穩(wěn)定性方面的試驗(yàn),而許多材料都有增加收縮的特點(diǎn),必須進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)期準(zhǔn)確的收縮試驗(yàn),才能得到有利于控制裂縫的材料。
各種水泥的水化熱試驗(yàn)比較容易,一般水泥廠家都已進(jìn)行專門(mén)的試驗(yàn),有資料可查,不在贅述。
5.2 混凝土的徐變(蠕變)因素的考慮
混凝土的徐變機(jī)理也有許多種,如彈性徐變理論、老化徐變理論、繼效徐變理論等等。作為工程裂縫控制的應(yīng)用,我們只能應(yīng)用其中主要的成果,以常系數(shù)的形式,考慮在彈性計(jì)算的結(jié)果中,從而簡(jiǎn)化了非線形分析。由于混凝土的徐變作用,給鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土帶來(lái)有利和不利兩方面的影響。從不利方面看來(lái),它可以造成預(yù)應(yīng)力損失,增加撓度,可以降低鋼筋和混凝土的粘著力等。從有利方面看來(lái),它可以使彈性的溫度收縮應(yīng)力大大的松弛,根據(jù)變形速率及混凝土齡期,它對(duì)應(yīng)力降低的程度約0.3~0.8倍,保溫保濕養(yǎng)護(hù)越好,降溫越慢,松弛系數(shù)越小,具體數(shù)字可參考文獻(xiàn)1、2。
5.3 混凝土的抗拉強(qiáng)度及極限拉伸
泵送混凝土澆注后,其抗壓強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度都隨著時(shí)間而增長(zhǎng),但增長(zhǎng)的速率,抗拉滯后于抗壓,水泥標(biāo)號(hào)的提高及水泥用量的增加, 對(duì)抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)較為顯著,而對(duì)抗拉強(qiáng)度增長(zhǎng)較小。
相對(duì)變形約束應(yīng)力,混凝土的極限拉伸尤為重要,國(guó)內(nèi)外曾進(jìn)行過(guò)一些試驗(yàn)研究。例如蘇聯(lián)布拉茨克和克拉斯諾雅爾斯克水電站的試 驗(yàn)表明混凝土軸向拉伸應(yīng)變值變化范圍為0.5×10-4~1.0×10-4。法國(guó)鮑斯進(jìn)行的軸向拉伸試驗(yàn)。在抗拉強(qiáng)度為2.05MPa時(shí),局限拉伸值為0.9×10-4。美國(guó)卡普蘭在軸向拉伸試驗(yàn)中極限拉伸值為0.81×10-4。前蘇聯(lián)齊斯克列里提出當(dāng)軸向抗拉強(qiáng)度為1.2MPa時(shí),極限拉伸為0.7×10-4。我國(guó)水工系統(tǒng)(研究單位和工程單位)對(duì)混凝土的極限抗拉強(qiáng)度也作過(guò)不少研究,并在工程中采用。如丹江工程混凝土極限拉伸值為(0.58~0.8)×10-4,烏江渡工程為(0.6~1.02)×10-4等等,極限拉伸很小,抗裂能力很弱(收縮變形超過(guò)極限拉伸5~10倍)。
冶金系統(tǒng),不少設(shè)備基礎(chǔ),特別是高爐基礎(chǔ)、煉鋼基礎(chǔ),混凝土的澆注量大多在5000m3以上,軋鋼基礎(chǔ)的混凝土量100000m3~200000m3,厚度2.5m~9.5m,長(zhǎng)度由35m~600m,均屬超長(zhǎng)超厚的大體積鋼筋混凝土,開(kāi)裂后可引起鋼筋的銹蝕、降低持久強(qiáng)度、剛度和防水性能、嚴(yán)重者影響自動(dòng)化生產(chǎn)工藝。防止和控制這類基礎(chǔ)的溫度裂縫也是很重要的。為此我們?cè)诿裼媒ㄖこ讨虚_(kāi)展了混凝土軸向拉伸強(qiáng)度及變形性能的試驗(yàn)研究。
通過(guò)對(duì)雙摻(減水劑及粉煤灰)混凝土的抗拉試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)混凝土隨著荷載速率及養(yǎng)護(hù)條件,其極限拉伸和抗拉強(qiáng)度波動(dòng)很大,在極慢速(接近實(shí)際溫度和濕度緩慢變化速度)條件下,其極限拉伸可達(dá)(2~3)×10-4,顯然這里包含了徐變變形,這對(duì)溫度收縮應(yīng)力是很有利的(在強(qiáng)度計(jì)算中用松弛系數(shù)乘以彈性應(yīng)力與按變形計(jì)算增加極限拉伸是等同的)。
特別值得注意的是,混凝土中的較大含泥量及其它雜質(zhì)可以明顯地降低混凝土的抗拉性能,有的混凝土骨料中混入了有害膨脹物引起混凝土的崩裂,因此要求泵送混凝土必須遵循“精料供應(yīng)”的原則。
合理的配筋,特別是構(gòu)造配筋,細(xì)一點(diǎn)密一點(diǎn)可以提高混凝土的極限拉伸,推薦齊斯克列里經(jīng)驗(yàn)公式:
εp.a=0.5ftc(1+p/d)*10(-4次方)(2)
式中 εp.a——混凝土的極限拉應(yīng)變;
ftc——標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度;
p——配筋率×100;
d——鋼筋直徑單位cm;
這是瞬時(shí)荷載作用下的公式,如果極慢速約束變形作 用考慮徐變作用,至少可以增加一倍。
6. 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)或施工中近似計(jì)算的模型選擇
我國(guó)在工民建領(lǐng)域解決變形作用引起裂縫的問(wèn)題主要是按混凝土設(shè)計(jì)規(guī)范采取設(shè)永久性變形縫的辦法,根據(jù)現(xiàn)澆、預(yù)制、土中、室 內(nèi)、露天等條件,有明確的伸縮縫許可間距規(guī)定。該規(guī)定自從50年代沿用蘇聯(lián)規(guī)范規(guī)定,我們當(dāng)時(shí)曾多次向蘇聯(lián)有關(guān)單位和蘇聯(lián)專家咨詢有關(guān)規(guī)定的依據(jù),他們的回答:“全憑經(jīng)驗(yàn)”,采取相似規(guī)定的還有東歐及其它一些國(guó)家。
的確,該法解決了許多工程裂縫問(wèn)題,其缺點(diǎn)是伸縮縫止水帶經(jīng)常滲漏并難以維修。更重要的是在實(shí)踐中發(fā)生了許多反常現(xiàn)象:有的工程尺寸很小,卻出現(xiàn)了嚴(yán)重開(kāi)裂;另外也有的工程超長(zhǎng)而未出現(xiàn)明顯開(kāi)裂,說(shuō)明設(shè)縫與否,不是決定開(kāi)裂與否的唯一因素。其它如材料級(jí)配、結(jié)構(gòu)約束、結(jié)構(gòu)配筋、施工工藝、養(yǎng)護(hù)條件以及環(huán)境溫濕度氣象條件等綜合因素都影響結(jié)構(gòu)約束內(nèi)力及裂縫的出現(xiàn)。通過(guò)實(shí)際工程裂縫反算與現(xiàn)場(chǎng)推力試驗(yàn),假定結(jié)構(gòu)相互連續(xù)式約束采用水平彈簧模型,彈簧側(cè)移剛度由試驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)給出。推導(dǎo)出長(zhǎng)墻中部正截面法向拉應(yīng)力,端部剪應(yīng)力,伸縮縫許可間距以及一再?gòu)闹虚g開(kāi)裂的機(jī)理,見(jiàn)參1.2。在排架及框架約束應(yīng)力分析中提出了考慮彈性抵抗作用、裝配式系數(shù)、徐變影響系數(shù)、開(kāi)裂剛度及利用混凝土后期強(qiáng)度的計(jì)算發(fā)表于1957~1958年,見(jiàn)參考文獻(xiàn)3、4、5、6。多年來(lái)通過(guò)裂縫處理實(shí)踐近似理論計(jì)算進(jìn)行了反復(fù)的校核與補(bǔ)充。
7. 裂縫控制設(shè)計(jì)原則與措施
鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫是不可避免的,但其有害程度是可以控制的,有害與無(wú)害的界限由結(jié)構(gòu)使用功能決定的。裂縫控制的主要方法是通過(guò)設(shè)計(jì)、施工、材料等方面綜合技術(shù)措施將裂縫控制在無(wú)害范圍內(nèi)。綜合技術(shù)措施包括:合理選擇結(jié)構(gòu)形式,降低結(jié)構(gòu)約束程度,對(duì)與水平構(gòu)件梁、板、墻等采用中低強(qiáng)度級(jí)混凝土,加強(qiáng)構(gòu)造配筋,如板頂部的受壓區(qū)連續(xù)配筋,板的陽(yáng)角及陰角配置放射筋,增加梁的腰筋間距200mm。優(yōu)選有利于抗拉性能的混凝土級(jí)配,盡力減小水灰比、減少坍落度、降低砂率增加骨料粒徑,降低含泥量及雜質(zhì)含量。選用影響收縮和水化熱較小的外加劑和摻合料。采取保溫保濕的養(yǎng)護(hù)技術(shù),盡量利用混凝土后期強(qiáng)度(60天)。對(duì)于超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)可采取跳倉(cāng)澆灌或后澆帶方法施工。對(duì)于復(fù)雜的結(jié)構(gòu)難免出現(xiàn)少量裂縫影響正常使用和耐久性.裂縫分為表面裂縫,淺層裂縫,縱深裂縫(深層裂縫),貫穿裂縫等。少量有害裂縫采用近代化學(xué)灌漿技術(shù)處理,滿足設(shè)計(jì)使用和耐久性要求,不應(yīng)因此降低工程質(zhì)量評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)。
鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)或構(gòu)件出現(xiàn)裂縫,有的會(huì)破壞結(jié)構(gòu)整體性,降低構(gòu)件剛度,影響結(jié)構(gòu)承載力,有的雖對(duì)承載能力無(wú)多大影響,但會(huì)引起鋼筋銹蝕,降低耐久性,或發(fā)生滲漏,影響使用,尤其是在住宅建筑中,現(xiàn)澆梁、板或剪力墻出現(xiàn)的裂縫會(huì)給居民造成不安全感,而且裂縫不僅會(huì)影響抗?jié)B效果,也易造成水分侵蝕鋼筋,影響使用耐久性。因此,應(yīng)根據(jù)裂縫性質(zhì)、大小、結(jié)構(gòu)受力情況和使用情況,區(qū)別對(duì)待及時(shí)治理。工程中常采用的裂縫治理方法有以下幾種:
2 表面修補(bǔ)法
適用于對(duì)承載能力沒(méi)有影響的表面裂縫的處理,也適用于大面積細(xì)裂縫防滲、防漏的處理。
1)表面涂抹水泥砂漿:將裂縫附近的混凝土表面鑿毛,或沿裂縫鑿成深15~20mm,寬150~200mm的凹槽,掃凈并灑水濕潤(rùn),先刷水泥凈漿一層,然后用1:2的水泥砂漿分2~3層涂抹,總厚度控制在10~20mm左右,并用鐵抹抹平壓光。有防水要求時(shí)應(yīng)用2mm厚水泥凈漿及5mm厚1:2的水泥砂漿交替抹壓4~5層,剛性防水層涂抹3~4小時(shí)后進(jìn)行覆蓋,灑水養(yǎng)護(hù)。在水泥砂漿中摻入占水泥重量1~3%的氯化鐵防水劑,可起到促凝和提高防水性能的效果。為了使砂漿與混凝土表面結(jié)合良好,抹光后的砂漿面應(yīng)覆蓋塑料薄膜,并用支撐模板頂緊加壓。
2)表面涂抹環(huán)氧膠泥:涂抹環(huán)氧膠泥前,先將裂縫附近80~100mm寬度范圍內(nèi)的灰塵、浮渣用壓縮空氣吹凈,或用鋼絲刷、砂紙、毛刷清除干凈并洗凈,油污可用二甲苯或丙酮擦洗一遍,如表面潮濕,應(yīng)用噴燈烘烤干燥、預(yù)熱,以保證環(huán)氧膠泥與混凝土粘結(jié)良好。若基層難以干燥,則用環(huán)氧煤焦油膠泥涂抹。涂抹時(shí),用毛刷或刮板均勻蘸取膠泥,并涂刮在裂縫表面。
3)采用環(huán)氧粘貼玻璃布:玻璃布使用前應(yīng)在堿水中煮沸30~60分鐘,然后用清水漂凈并晾干,以除去油脂,保證粘結(jié)。一般貼1~2層玻璃布。第二層玻璃布的周邊應(yīng)比下面一層寬10~12mm,以便壓邊。
4)表面涂刷油漆、瀝青:涂刷前混凝土表面應(yīng)干燥。
5)表面鑿槽嵌補(bǔ):沿混凝土裂縫鑿一條深槽,槽內(nèi)嵌水泥砂漿或環(huán)氧膠泥、聚氯乙烯膠泥、瀝青油膏等,表面作砂漿保護(hù)層。槽內(nèi)混凝土面應(yīng)修理平整并清洗干凈,不平處用水泥砂漿填補(bǔ),保持槽內(nèi)干燥,否則應(yīng)先導(dǎo)滲、烘干,待槽內(nèi)干燥后再行嵌補(bǔ)。環(huán)氧煤焦油膠泥可在潮濕情況下填補(bǔ),但不能有淌水現(xiàn)象。嵌補(bǔ)前先用素水泥漿或稀膠泥在基層刷一層,然后用抹子或刮刀將砂漿或環(huán)氧膠泥、聚氯乙烯膠泥嵌入槽內(nèi)壓實(shí),最后用1:2水泥砂漿抹平壓光。在側(cè)面或頂面嵌填時(shí),應(yīng)使用封槽托板逐段嵌托并壓緊,待凝固后再將托板去掉。
3 內(nèi)部修補(bǔ)法
內(nèi)部修補(bǔ)法是用壓漿泵將膠結(jié)料壓入裂縫中,由于其凝結(jié)、硬化而起到補(bǔ)縫作用,以恢復(fù)結(jié)構(gòu)的整體性。這種方法適用于對(duì)結(jié)構(gòu)整體性有影響,或有防水、防滲要求的裂縫修補(bǔ)。常用的灌漿材料有水泥和化學(xué)材料,可按裂縫的性質(zhì)、寬度、施工條件等具體情況選用。一般對(duì)寬度大于0.5mm的裂縫,可采用水泥灌漿,對(duì)寬度小于0.5mm的裂縫,或較大的溫度收縮裂縫,宜采用化學(xué)灌漿。
1)水泥灌漿:一般用于大體積混凝土結(jié)構(gòu)的修補(bǔ),主要施工程序是鉆孔、沖洗、止?jié){、堵漏、埋管、試水、灌漿。鉆孔采用風(fēng)鉆或打眼機(jī)進(jìn)行,孔距l(xiāng)~1.5m,除淺孔采用騎縫孔外,—般鉆孔軸線與裂縫呈30~45度斜角,孔深應(yīng)穿過(guò)裂縫面0.5m以上,當(dāng)有兩排或兩排以上的孔時(shí),宜交錯(cuò)或呈梅花形布置,但應(yīng)注意防止沿裂縫鉆孔。沖洗在每條裂縫鉆孔完畢后進(jìn)行,其順序按豎向排列自上而下逐孔沖洗。止?jié){及堵漏待縫面沖洗干凈后,在裂縫表面用1:2的水泥砂漿或用環(huán)氧膠泥涂抹。埋管(一般用直徑19~38mm的鋼管作灌漿管,鋼管上部加工絲扣)安裝前應(yīng)在外壁裹上舊棉絮并用麻絲纏緊,然后旋入孔中,孔口管壁周圍的孔隙用舊棉絮或其它材料塞緊,并用水泥砂漿或硫磺砂漿封堵,防止冒漿或灌漿管從孔口脫出。試水是用0.098~0.196MPa壓力水作滲水試驗(yàn),采取灌漿孔壓水、排氣孔排水的方法,檢查裂縫和管路暢通情況,然后關(guān)閉排氣孔,檢查止?jié){堵漏效果,并濕潤(rùn)縫面以利于粘結(jié)。灌漿應(yīng)采用425號(hào)以上的普通水泥,細(xì)度要求經(jīng)6400孔/cm2的標(biāo)準(zhǔn)篩過(guò)篩,篩余量在2%以下,可使用2:1、1:1、0.5:1等幾種水灰比的水泥凈漿或1:0.54:0.3(即水泥:粉煤灰:水)的水泥粉煤灰漿,灌漿壓力一般為0.294~0.491MPa,壓漿完畢時(shí)漿孔內(nèi)應(yīng)充滿灰漿,并填入濕凈砂,用棒搗實(shí),每條裂縫應(yīng)按壓漿順序依次進(jìn)行,當(dāng)出現(xiàn)大量滲漏情況時(shí),應(yīng)立即停泵堵漏,然后繼續(xù)壓漿。
2)化學(xué)灌漿:化學(xué)灌漿能控制凝結(jié)時(shí)間,有較高粘結(jié)強(qiáng)度和一定的彈性,恢復(fù)結(jié)構(gòu)整體性效果較好,適用于各種情況下的裂縫修補(bǔ)及堵漏、防滲處理。灌漿材料應(yīng)根據(jù)裂縫性質(zhì)、裂縫寬度和干燥情況選用。常用的灌漿材料有環(huán)氧樹(shù)脂漿液(能修補(bǔ)縫寬0.2mm以下的干燥裂縫)、甲凝(能灌0.03~0.1mm的干燥細(xì)微裂縫)、丙凝(用于堵水、止漏及滲水裂縫的修補(bǔ),能灌0.1mm以下的細(xì)裂縫)等。環(huán)氧樹(shù)脂漿液具有粘結(jié)強(qiáng)度高、施工操作方便、成本低等優(yōu)點(diǎn),應(yīng)用最廣。灌漿操作主要工序是表面處理(布置灌漿嘴和試氣)、灌漿、封孔,一般采取騎縫直接用灌漿嘴施灌,不用另外鉆孔。配制環(huán)氧漿液時(shí),應(yīng)根據(jù)氣溫控制材料溫度和漿液的初凝時(shí)間(1小時(shí)左右)。灌漿時(shí),操作人員要戴上防毒口罩,以防中毒。
4 結(jié)構(gòu)加固法
鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的加固,應(yīng)在結(jié)構(gòu)評(píng)定的基礎(chǔ)上進(jìn)行,加固的目的有結(jié)構(gòu)強(qiáng)度加固、穩(wěn)定性加固、剛度加固、抗裂性能加固四種。這四種加固之間既有聯(lián)系又有區(qū)別,最常遇到的是結(jié)構(gòu)強(qiáng)度加固(即結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng))。結(jié)構(gòu)加固可分為不改變結(jié)構(gòu)受力圖形和改變結(jié)構(gòu)受力圖形的兩種方法,亦可分為非預(yù)應(yīng)力加固和預(yù)應(yīng)力加固兩類。對(duì)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件存在的強(qiáng)度(拉、壓、彎、剪、扭、疲勞)、剛度(撓曲)、裂縫(由受力、溫度、沉降、安裝引起的)、穩(wěn)定(由傾斜、偏歪、長(zhǎng)細(xì)比過(guò)小、支撐不妥引起的)、沉降(由不均勻荷重或不均勻地基、淤泥層、大孔土地基、回填土等引起的)、使用(凈空尺寸不夠、吊車卡軌、振動(dòng)、鋼筋銹蝕,結(jié)構(gòu)腐蝕)等方面的問(wèn)題,要區(qū)分局部性還是全局性的,關(guān)鍵部位還是次要部位的,在分析了問(wèn)題產(chǎn)生的主要原因后,分別根據(jù)處理的原則和界限,視工程具體情況和條件,有針對(duì)性地采取適當(dāng)加固方法。
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