混凝土結構事故分析與處理

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摘 要：混凝土工程是建筑施工中一個最主要的工種工程。無論是工程量、材料用量，還是工程造價所占建筑工程的比例均較大?？赡茉斐少|(zhì)量事故的可能性也較大。因而，在實際的建筑施工管理過程中，必須高度重視混凝土工程質(zhì)量，并了解混凝土工程可能出現(xiàn)的質(zhì)量事故。著重于實際工作中混凝土工程可能存在的質(zhì)量事故進行總結分析，以避免在施工過程中發(fā)生質(zhì)量事故，提高施工人員對混凝土結構工程的質(zhì)量的理論認識。 

　 關鍵詞：混凝土 ，質(zhì)量事故， 分析 ，預防     一、前言 混凝土是一種由砂石骨料、水泥、水及其他外加材料混合而形成的非均質(zhì)脆性材料。由于混凝土施工和本身變形、約束等一系列問題，硬化成型的混凝土中存在著眾多的微孔隙、氣穴和微裂縫，正是由于這些初混凝土建筑和構件通常都是帶縫工作的，由于裂縫的存在和發(fā)展通常會使內(nèi)部的鋼筋等材料產(chǎn)生腐蝕，降低鋼筋混凝土材料的承載能力、耐久性及抗?jié)B能力，影響建筑物的外觀、使用壽命，嚴重者將會威脅到人混凝土裂縫產(chǎn)生的原因很多，有變形引起的裂縫：如溫度變化、收縮、膨脹、不均勻沉陷等原因引起的裂縫；有外載作用引起的裂縫；有養(yǎng)護環(huán)境不當和化學作用引起的裂縫等等。在實際工程中要區(qū)別對待，根據(jù)實際情況解決問題。   二．工程事故描述 2.1 工程概況  　　西北地區(qū)某高層綜合辦公樓，主樓為鋼筋混凝土框－筒結構，地下1層，地上18層，總高度76.8m，總建筑面積36482m2。該建筑基礎為灌注群樁，地下室外墻采用300mm厚C30自防水混凝土。標高13.6m以上混凝土標號均為C40，樓板厚度120mm。  2.2 裂縫的出現(xiàn)  　　該工程于1998年6月開工，1998年9月中旬施工地下室外墻，1999年1月19日施工到結構6層梁板。該層梁板在施工的同時即發(fā)現(xiàn)板面出現(xiàn)少量不規(guī)則細微裂縫，到2月24日該層梁板底摸拆除時，發(fā)現(xiàn)板底出現(xiàn)裂縫。從滲漏水線和現(xiàn)場鉆芯取樣分析，裂縫均為貫通性裂縫。之后又對全樓己施工完畢的混凝土工程進行了詳察，在地下室外墻外側(cè)上部發(fā)現(xiàn)數(shù)條長度不等的豎向裂縫(其中有兩條為貫通性裂縫)。在5、6兩層核心筒的電梯井洞口上部連梁上的同一部位亦發(fā)現(xiàn)兩條裂縫。而在其他的柱、墻、梁、板上則未發(fā)現(xiàn)裂縫。  2.3 裂縫描述  　　經(jīng)現(xiàn)場實測，第6層現(xiàn)澆板上的裂縫均為貫通性裂縫，最大裂縫長度約4.5m(直線距離)，最大裂縫寬度0.27mm。地下室外墻豎向裂縫的最大長度約1.9m，最大裂縫寬度0.2mm，核心筒連梁上的裂縫最大長度0.3m，裂縫最大寬度約0.18mm。經(jīng)過近一個月的現(xiàn)場連續(xù)監(jiān)控，未發(fā)現(xiàn)以上裂縫的進一步發(fā)展和新的裂縫出現(xiàn)。  三．原因分析  　　第一，在施工的各種條件未變的情況下，從裂縫僅在六層現(xiàn)澆板上出現(xiàn)，而未在其它層現(xiàn)澆板上出現(xiàn)的事實來分析，唯一不同的是施工作業(yè)時的氣候變化。如前所述，該層現(xiàn)澆板施工時是該地區(qū)冬季最寒冷、干燥的一個時期，最高氣溫僅1℃，當時的最大風速7m/s，濕度僅有30～40％，特別是每天于21時施工完畢后，混凝土正處于初凝期，強度尚未有大的發(fā)展，作業(yè)面又沒有防風措施，導致混凝土失去水分過快，引起表面混凝土干縮，產(chǎn)生裂縫。根據(jù)有關資料記載，當風速為7m/s時，水分的蒸發(fā)速度為無風時的2倍；當相對濕度為30％時，蒸發(fā)速度為相對濕度90％時的3倍以上。假如將施工時的風速和濕度影響疊加，則可推算出此時的混凝土干燥速度為通常條件下的6倍以上。另外，從裂縫絕大多數(shù)集中在構件較薄及與外界接觸面積最大的樓板上這一現(xiàn)象也可證實，開裂與其使用的材料關系不大，而受氣象條件的影響大些。與樓板厚度接近的墻肢之所以未裂，是因為墻肢兩面都有模板，不直接受大氣的影響。由此可以基本斷定，天氣因素是導致混凝土現(xiàn)澆板出現(xiàn)干縮裂縫的主要因素。地下室外墻由于本身體積較大，又長期暴露在溫濕度變化較大的環(huán)境中，特別到了1999年1月下旬，溫度較施工時降低近30℃，導致混凝土溫度收縮而產(chǎn)生裂縫。  　　第二，梁板所用混凝土均為C40混凝土，而根據(jù)設計院進行的技術交底要求，梁板混凝土只要達到C30強度即可，施工單位為了施工中更容易控制墻柱的質(zhì)量，統(tǒng)一按照C40混凝土標準進行施工，而C40混凝土的水泥用量為480kg/m3，相對于C30混凝土，單位水泥用量增加約70kg，這樣，混凝土的收縮將增加0.4×10－4左右，無形中又增加了裂縫出現(xiàn)的可能。 　　第三，進入冬季施工以后，混凝土中又添加了Q型防凍膏和wp_x減水劑，施工用水相對減少，混凝土強度增長較快，加劇了混凝土水分的蒸發(fā)和裂縫的發(fā)展。同時，由于天氣寒冷，擔心養(yǎng)護用水結冰而僅采用覆蓋雙層*簾保溫的措施也對混凝土抗裂強度的發(fā)展不利。  　　第四，從本工程的結構平面圖中我們可以看出，梁板結構在9、12和C、K軸線處平面發(fā)生突變，截面削弱達50％以上，而且核心筒和墻肢集中處剛度非常大，對現(xiàn)澆板的約束較強，核心筒四角和墻肢兩端內(nèi)部應力非常集中。從現(xiàn)澆板最初出現(xiàn)裂縫的位置來看，干縮裂縫首先在核心筒的四角，之后出現(xiàn)在板的中部，這是現(xiàn)澆板內(nèi)部應力最集中、最復雜和最薄弱的部位。由于墻肢和核心筒剛度的強烈約束作用，當混凝土的收縮應力大于其抗拉強度時，裂縫便沿此位置出現(xiàn)、發(fā)展。本次發(fā)現(xiàn)核心筒連梁上出現(xiàn)的兩條裂縫，亦是相同因素引起的。 四．混凝土結構裂縫成因 1.材料方面。有些構件裂縫是由材料質(zhì)量引發(fā)的，如水泥安定性差，兩種水泥混用，砂、石含泥量大，骨料粒徑過小，外加劑質(zhì)量差或加入量過大等。     2.地基變形。當?shù)鼗l(fā)生不均勻下沉時，在結構內(nèi)部必然產(chǎn)生極大的應力。當應力超過構件抗力時，將不可避免地出現(xiàn)裂縫，裂縫的形狀、方向、寬度決定于地基變形的情況。     3.設計方面。構造處理不當，主次梁交合處主梁未設加強箍筋或附加吊筋；大截面梁未設腰筋；構件斷面突變或因開洞、留槽引起應力集中等因素，均可導致構件裂縫的出現(xiàn)。     4.結構荷載方面。結構因承受荷載而產(chǎn)生裂縫的原因很多，施工中或使用中都可能出現(xiàn)。例如構件早期受到震傷，拆除承重模板過早，施工荷載過大，構件堆放、運輸、吊裝時，墊木或吊點位置不當，預應力張拉值過大或放張不規(guī)范等，均可能產(chǎn)生裂縫。較為常見的是鋼筋混凝土梁、板等受彎構件，在使用荷載作用下，出現(xiàn)不同程度的裂縫。早期微裂一般不易發(fā)現(xiàn)，規(guī)范規(guī)定有些構件允許出現(xiàn)寬度不大于0.3毫米的裂縫。但對裂縫寬度超過規(guī)范規(guī)定的，以及不允許出現(xiàn)裂縫的構件出現(xiàn)裂縫，則應屬于有害裂縫，須加以認真分析，慎重處理。     5.溫度應力裂縫?；炷僚c一般物質(zhì)一樣，具有熱脹冷縮的物理性質(zhì)，其線膨脹系數(shù)約為1×10-5/℃，當環(huán)境溫度發(fā)生變化時，就會產(chǎn)生溫度變形，在構件受到約束不能自由變形時，構件內(nèi)就會產(chǎn)生附加應力，當溫度應力超過混凝土的抗拉強度時，必將出現(xiàn)裂縫。常見的如現(xiàn)澆屋面板垂直于肋梁方向的裂縫，大體積混凝土表面裂縫、煙囪外壁的豎向裂縫等。     6.濕度變形裂縫。普通混凝土在空氣中硬結時，體積會發(fā)生收縮，由此而在構件內(nèi)產(chǎn)生拉應力，在早期混凝土強度較低時，混凝土收縮值最大。因此，若構件早期養(yǎng)護不良，極易產(chǎn)生收縮裂縫。這類裂縫，在現(xiàn)澆剪力墻、水池底、壁等工程結構中最為常見。     7.徐變裂縫。結構構件在內(nèi)應力的作用下，除瞬時彈性變形外，其變形值隨時間的延長而增加的現(xiàn)象稱為徐變變形。據(jù)文獻記載受彎構件由于徐變變形的作用，其長期變形值可增加2～3倍，因變形量加大而使拉區(qū)混凝土承受拉應力，造成裂縫的出現(xiàn)。預應力構件因徐變會產(chǎn)生較大的應力損失，降低了結構的抗裂性能。此類裂縫常見于受彎構件的拉區(qū)，其特征與承受荷載出現(xiàn)裂縫相同。 8.施工方面。由于施工原因造成裂縫出現(xiàn)的因素很多。如混凝土結構養(yǎng)護不良或養(yǎng)護時間不夠；水灰比過大、水泥或外加劑加入量過大；攪拌時間不夠、振搗不實；鋼筋表面污染、保護層過小或過大；任意留置施工縫且不按規(guī)定處理；后期施工擾動前期混凝土；構件內(nèi)外溫差大，未采取有效措施；在不宜施工的氣候條件下，勉強施工；冬季施工未采取防凍措施等。 五．處理建議  　　5.1 在冬季混凝土施工中，一般都采取了防凍措施，而對于作業(yè)面的防風措施大多未予以高度重視。在冬季施工中，溫度的驟降往往伴隨著強烈寒流的出現(xiàn)，空氣異常干燥，混凝土容易產(chǎn)生干縮裂縫。特別是高層建筑的施工，作業(yè)面處于距地面幾十米甚至上百米的高空，風速更巨，對混凝土的影響更大，施工單位對此應予以警惕。  　　5.2 在高層建筑的施工中，混凝土墻、柱的設計強度較高，梁、板的設計強度相對較低，施工單位為了施工方便，大多把梁、板的混凝土等級提高到與墻、柱相同，無形中提高了混凝土的收縮應力，而樓板面又較薄，與空氣的接觸面較大，更容易產(chǎn)生收縮。因此，在條件許可的情況下，施工單位盡量不要隨意提高混凝土等級。  　　5.3 一般民用建筑的梁板不做抗裂設計，施工單位在做混凝土配合比的試配過程中，也多對強度、和易性、是否泵送、早強等方面提出要求(除非大體積混凝土)，對施工過程中的溫度收縮考慮較少，當外界數(shù)種不利因素同時發(fā)生時，配比方面的潛在影響就暴露出來了，所以，對重要建筑物，無論是否做抗裂設計，混凝土試配時應考慮這種因素。     六、混凝土結構裂縫的預防措施 　　1.材料方面。1）水泥：根據(jù)工程條件不同，盡量選用水化熱較低、強度較高的水泥，嚴禁使用安定性不合格的水泥：2）骨料應選用粒徑適當、級配合理、無堿性反應、有害物質(zhì)及含泥量符合規(guī)定的砂、石材料；3）外摻料宜摻入適量粉煤灰和減水劑等外加劑，超長建筑物或構筑物可加入微膨脹劑，以改善混凝土工作性能，降低水泥用量和用水量，減少收縮。     2.混凝土配料、攪拌及澆筑。1）配合比設計應盡量采有低水灰比、低水泥用量、低用水量。投料計量應準確，攪拌時間應保證；2）澆筑分層應合理，振搗應均勻、適度，不得隨意留置施工縫。     3.設計方面。1）建筑平面造型在滿足使用要求的前提下，力求簡單；控制建筑物的長高比，增強整體剛度和調(diào)整不均勻沉降的能力；2）正確設置沉降縫、變形縫，位置和寬度選擇要適當，構造要合理；3）磚混結構底層窗臺下應采用加筋砌體，洞口較寬的窗臺下宜設置鋼筋混凝土梁，以防止窗臺因地基沉降產(chǎn)生豎向裂縫；4）構件配筋要合理，間距要適當。斷面較大的梁應設置腰筋。大跨度、較厚的現(xiàn)澆板，上面中心部位宜配置構造鋼筋。主梁在集中應力處，宜加設抗剪鋼筋。 4.施工方面。1）加強地基的檢查與驗收，復雜地基，應做補充勘探。異常地基處理必須謹慎，盡可能使其處理后的承載力與本工程正常地基承載力相同或相近；2）合理設置后澆帶，較長的墻、板、基礎等結構和主樓與裙房之間等高低層錯落處，均應設置后澆帶。具體要求可由設計單位確定；3）加強混凝土的早期養(yǎng)護，并適當延長養(yǎng)護時間，當柱、墻等構件澆水養(yǎng)護有困難或不能保證其表面濕潤時，應采用覆蓋保溫材料等做法，以減少混凝土的收縮變形；4）大體積混凝土施工，應做好溫度測控工作，采取有效的保溫措施，保證構件內(nèi)外溫差不超過規(guī)定（25℃）；5）鋼筋綁扎位置要正確，保護層厚度準確，鋼筋表面應潔凈，鋼筋代換必須考慮對構件抗裂性能的影響。 七．結 語 裂縫是混凝土結構中普遍存在的一種現(xiàn)象，它的出現(xiàn)不僅會降低建筑物的抗?jié)B能力，影響建筑物的使用功能，而且會引起鋼筋的銹蝕，混凝土的碳化，降低材料的耐久性，影響建筑物的承載能力，因此要對混凝土裂縫進行認真研究、區(qū)別對待，采用合理的方法進行處理，并在施工中采取各種有效的預防措施來預防裂縫的出現(xiàn)和發(fā)展，保證建筑物和構件安全、穩(wěn)定地工作。     參考文獻： 1 鋼筋混凝土結構設計規(guī)范.中國建筑工業(yè)出版社，1999.2. 2 鞠麗艷.混凝土裂縫抑制措施的研究進展.混凝土，2002. 5. 3 郭仕萬，肖欣，趙和平.混凝土施工中的裂縫控制.山西水利科技，2000.11. 4 鞠麗艷，張雄.混凝土裂縫防治的兩種新方法.施工技術，2002. 7. 5崔千祥，張耀軍，工程事故分析處理，科學出版社，2009.12