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混凝土现浇楼板裂缝状况实例分析

2015-12-14 14:47:58

一、前言

随着水泥工业和混凝土技术的进步,过去在混凝上楼板中不太突出的裂缝问题,近年来却日趋严重,甚至在一些地区成了质量通病。许多工程设计和施工人员对此很困惑:按说混凝土技术进步了,原来不易保证的混凝土强度提高了,施工方法也比以前先进了,可裂缝却越来越多了。这一问题值得我们去深思。对这一工程质量通病,不少工程技术人员单一从施工方面探求原因,寻求解决办法,取得了一定的效果,但未能从根本上控制这类裂缝的发生。结合工程实践调查发现,钢筋混凝土现浇楼板裂缝因变形作用(如温度变形、收缩变形、基础不均匀沉降变形等)引起的几乎占全部裂缝的85%以上,因荷载效应引起的裂缝仅占不足15%。而在这些变形裂缝中,以收缩变形作用为主引起的裂缝占绝大多数,并且逐年呈上升趋势。

二、工程实例分析

()工程概述

某沿海地区六层砖混结构住宅楼群,建筑面积均为3000平米左右,屋顶为坡屋顶,各建筑砌筑砂浆12层均采用M7.5混合砂浆砌筑,3层以上均采用M5混合砂浆砌筑,砌筑砖均为MU1O粘土红砖。各建筑楼板、楼梯、圈梁及构造柱等现浇混凝土构件,混凝土设计强度等级均为C20。基础混凝土条形基础,基础顶部设有钢筋混凝土基础圈梁。

上述住宅竣工后居民入住一段时间,逐渐发现部分楼板、局部过梁、梯梁开裂,其中现浇楼板裂缝宽度大多在0.1mm0.3 mm,长度不等,主要表现于楼板角45°斜裂缝,楼板中部平行裂缝(平行于长短边)和穿线管处裂缝。经权威部门检测,本工程实例所产生的裂缝属于非受力裂缝,即非荷载作用引起的裂缝,裂缝虽然不影响结构安全,但影响结构的耐久性和正常使用,必须进行封闭处理。

对于该工程发生的现浇楼板裂缝,根据检测调查结果,首先采用排除法分析各种原因。

1.排除地震力作用,因为从工程建造到使用整个过程未发生过地震。

2.排除荷载作用,因为许多发生裂缝的空置房间在竣工验收时未产生裂缝,在大半年后才陆续出现上述裂缝,房间空置期间未有堆积荷载,只有结构自重。

3.排除设计承载力不足,因为经复核设计图符合国家现行设计规范要求。

4.排除地基不均匀沉降影响,因为通过现场观察,建筑物与排水明沟处未出现由沉降产生的开裂现象,墙体未出现斜裂缝,通过沉降观测,到目前建筑物未发现不均匀沉降。

5.排除材料不合格因素,因为所采用的材料均有合格证,且材料经过测试合格。

经过深入调查及分析,设计、施工、监理、建设、材料等各方专家认为混凝土收缩及温度应力的辅助作用是引起现浇楼板出现上述典型裂缝的主要原因。

()裂缝出现因素

混凝土收缩变形是这种工程材料的固有特性。它主要有浇筑初期(终凝前)的凝缩变形;混凝土硬化过程中的干缩变形;混凝土在恒温绝湿条件下,由凝胶材料的水化作用引起自生收缩变形;温度下降引起的冷缩变形以及因碳化引起的碳化收缩变形五种。在正常条件下以干缩为主。收缩量随时间增长而不断加大,收缩速率随混凝土龄期的增长而急剧减小。大部分收缩变形一年内完成,90天的收缩为全部收缩量的40%80%(20年的收缩为准)。影响混凝土收缩的因素主要有水泥品种、骨料品种和含量、混凝土配合比、外加剂种类及掺量、介质温度和相对湿度、养护条件等。混凝土的相对收缩量主要取决于水泥品种、用量和水灰比,绝对收缩量除与这些因素有关外还与构件施工时最大连续边长相关。不论混凝土的绝对收缩量有多大,只要混凝土板能自由收缩,板内是不会产生拉应力的。但是,实际钢筋混凝土楼板总是受到其支承结构的约束,从而在板内产生拉应力,当拉应力超过混凝土的极限抗拉强度时,就会产生裂缝。本工程产生裂缝主要有以下几个因素:

1.本工程采用425#水泥配制C20混凝土,且甲乙方人员片面地认为水泥标号越高、水泥用量越多越保险,致使水泥用量超过350kg/m3,水灰比达到0.63。另外,配制混凝土所用骨料级配不良,含泥量较高,而且级配不连续,部分小粒径石子用细砂代替。众所周知,混凝土的干缩变形是由于干燥失水,毛细管内孔隙增大,致使毛细管表面张力增大,从而导致混凝土外观体积的缩小。如果混凝土内部水灰比增大、水泥用量增多、砂率增大、水泥标号升高,都将大大加大混凝土集料的比表面积,增加其吸附水分的能力,所吸附的水分大大超过了水泥水化所需的水分,造成混凝土内毛细管孔隙也大大增多,从而使得混凝土的体积收缩大大增加。可见这是造成该工程混凝土收缩变形较大的根本原因。

2.该工程位于沿海地区,年风速较大,楼板混凝土浇筑在79月间,环境气温相对较高,最高气温达30oC35oC,浇筑后浇水养护不足3天,养护期过后在高温和日照以及风等作用下,楼板表面失水较快,增加了混凝土早期收缩。由于混凝土早期抗拉强度较低,楼板在周边约束下,极易产生细微裂缝。同时,楼板浇筑后四个月内气温下降较大以及采用高标号水泥,造成较大的降温差,从而进一步增大了混凝土的收缩。这些早期塑性裂缝在混凝土硬化后期收缩。徐变、气温变化影响下逐渐开展而形成较大裂缝,甚至贯穿楼板。

3.本工程钢筋混凝土楼板与圈梁整体浇筑,墙体约束圈梁变形,加之,圈梁的收缩变形小于楼板,从而使楼板变形受到较大的约束,产生较大的拉应力。当板内拉应力超过混凝土的极限抗拉强度时,就会在板内产生裂缝。这是楼板产生裂缝的另一主要因素。

4.检测中发现,一层楼板(有地下室)裂缝往往比上部各层严重,且裂缝形态很不规律,分析发现原因是一层楼板的底模支撑点地基夯实不够、不均匀,致便各模板之间相互变形过大而使楼板产生不规则裂缝。

()出现的主要裂缝成因分析

1.穿线管位置裂缝原因。当前,在混凝土板中预埋电线导管大多采用PVC管。由干PVC管直径较大,管径多在2030mm,弹性较太,表面光滑,与混凝土结合较差,使得板内存在薄弱环节。当混凝土楼板较薄时,很容易因混凝土收缩而产生裂缝。本工程混凝土板厚100mm,穿线管直径约占板厚的1/3,加之混凝土收缩变形较大,若在该部位布管和浇捣混凝土不善,极易形成沿线管布设走向的裂缝。

2.板角斜裂缝原因。钢筋混凝土结构在不同的时间季节和环境中,其周边大气温度发生变化,在混凝土结构中产生热胀冷缩的温度变形。对于现浇混凝土楼板,由于日夜温差及季节温差的影响,将会产生截面均匀温差应力,当阳光透过窗照射到室内。

本工程中,楼板与圈梁整体浇注,墙体及圈梁对现浇楼板支承边具有较强的约束作用,由子混凝上的收缩应力,加上反复温差应力的辅助作用,在楼板中产生双向拉应力,混凝上的抗拉强度比抗压强度低的多,当某一处最大主拉应力达到混凝土的抗裂强度时,混凝土沿与最太主拉应力垂直的方向受拉劈裂,在实际中混凝土的抗裂强度的取值离散性较大,随着双向应力比的不同,楼板裂缝出现的形式也不同,即有房间角部出现45度斜裂缝。

3.楼板平行于长边和短边的裂缝原因。该工程施工段长45m,楼板混凝上连续浇筑,形成整体连续板。按标准状态下混凝土收缩变形εy0=3.24×10-4计,该板东西向绝对变形达15mm。而本工程楼板与圈梁整体浇筑,楼板变形受到圈梁约束而在板内产生拉应力。下面采用公式进行估算该工程混凝土的干缩值以及在板内产生的拉应力。

εy (t) =εy0·M1·M2…M10(l-e-0.01t)

式中εy (t)--任意时间的收缩(mm/mm);

t--由浇灌时至计算时,以天为单位的时问值,本工程取t=120天:

εy 0=εy(∞)--最终收缩值(mm/mm);

M1·M2…M10--考虑各种非标准条件的修正系数;

M1———水泥品种,普通水泥取1.0

M2———425#水泥细度4000,取1.13

M3———骨料,取1.0;

M4———水灰比0.64,取 1.5

M5———水泥浆量为0.35,取1.75;

M6———自然养护三天,取1.09;

M7———因秋季施工,气候比较干燥,环境相对湿度30%,取1.18;

M8———水力半径倒数,圈梁 r=0.165cm-l,取0.916; r=0.23 cm-l,取1.01;

M9———机械振捣,取1.0;

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

计算得

  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

其垂直裂缝的主应力最大值在板的中部,公式为:

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

这里,H(t)--考虑徐变引起的内力松驰系数,平均取0.5;

  Cx———水平阻力系数,混凝土板与混凝土圈梁,Cx=1.0N/mm3;

  L———板长,以2#楼一层楼板(7)-(8)轴间裂缝为例,取L=32400mm;

  E———混凝土弹性模量,按楼扳测试强度C20计算,取E=2.55×104Mpa;

 H’———混凝上换算宽度,考虑两侧对称约束,

H’≤2×0.2LH’=H

H’>2×0.2LH’=0.4 L

本工程H=6000 mm0.4 L=12960,取H’=6000mm,代入以上数值计算得楼板中部最大拉应力为: бmax =2.16Mpa,大于C20混凝土的抗拉强度标准值ftk=l.54MPa。可见,本工程在实际施工条件下楼板中部(南北向裂缝、东西向裂缝)产生裂缝确实是由于混凝土收缩变形过大引起的(上述计算还未考虑降温差的影响,若考虑降温差-10бmax =3.48Mpa)

三、建议

通过以上的原因分析,认为本工程现浇楼板中的裂缝主要是由于混凝土的收缩而引起的,因此对混凝土的收缩特性应特别重视。为更有效的减小混凝土收缩,防止裂缝发生,建议从材料、施工、设计三个方面着手控制,采取适当措施。

——摘自《水泥工艺网》