检测技术在混凝土楼板裂缝控制研究中的应用.pdf

2 0 1 1年 第1期 (总 第 2 5 5 期 ) Nu mb e r l i n20 1 1 ( To t a l No 2 5 5) 混 凝 土 Con c r e t e 实用技术 PRACT I CAL TECHN0L0GY d o i ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 1 0 1 0 4 0 检测技术在混凝土楼板裂缝控制研究中的应用 杨艳敏 ，刘红卫 z ( 1 吉林建筑工程学院 土木工程学院 ，吉林 长春 1 3 0 1 1 8 ；2 吉林省建筑科学研究 院，吉林 长春 1 3 0 0 2 1 ) 摘要 ： 混凝土现浇楼板开裂主要 由于混凝土较大的收缩 变形 以及温度变形受到约束所致 ， 在现浇楼板裂缝的控制研究 中， 采用先张法 对普通受力钢筋进行张拉 ， 达到减少非荷载引起 的裂缝。 在研究过程 中， 应用了多项建筑结构检测技术 ， 如 ： 超声法 、 回弹法等无损检测技术 ， 并探索了一些新的检测方法 ， 如混凝土表面收缩应力 、 支座处约束应力的测量 ， 为进行同类研究 提供参考 。 关键词 ： 检测技术 ；混凝土楼板 ；裂缝控制 中图分类号 ： T U 5 2 8 0 7 文献标志码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 1 ) O l 一 0 1 3 6 0 3 Us i n g me a s ur emen t t e c hni qu e t o s t ud y c on t r ol l i ng c onc r e t e f o or s l ab c r a c k Y ANG Ya n - m i n ， L I U Ho n g we i ( 1 ， S c h o o l o f C i v i l E n g i n e e ri n g ， J i l i nA r c h i t e c t u r a l a n dC i v i l E n g i n e e r i n gI n s t i t u t e ， C h a n g c h u n 1 3 0 1 1 8 ， C h i n a 2 J i l i n P r o v i n c e C o n s t r u c t s S c i e n t i fi c R e s e a r c h I n s t i tu t e ， C h a n g c h u n 1 3 0 0 2 1 ， Ch i n a ) Abs t r a c t ：Owing t o the c o n t r a c t i o n d i s t o r t i o n a n d t e mp e r a tu r e s t r a i n o f flo o r s t r u c tur e s a r e r e s t r a i n e d， t h e c r a c k s o n f o o r s l a b a r e p r e s e n t e d Ba s e d o n t h e p u r po s e o f d e c r e a s e i n g t h e c r a c k s ， the r e b ars a r e t e n s i o n e d u s i n g p r e t e n s i o ni n g me t h o d t o c o n t r o l t h e c r a c k s I n e x p e r i me n t ， t h e u l t r a s o n i c ins p e c t i o n and r e bo u n d me tho d a r e u s e d and t h e n e w d e t e c t i o n me t h o d e s o f t e s ti n g t h e s h r i n ka g e s tre s s o f c o n c ret e s t r u c t u r e s and r e s t r a i n s t r e S S a r e r e s e arc h e d Key wor d s： me a s u r e me n t t e c h n i q u e ； c o n c r e t e f o o r s l a b； c o n t r o l l i n g c rac k 0 引 言 现浇混凝土楼板由于温度变化及混凝土干缩变形等引的 非荷 载裂 缝频 频出现 ， 而且遍及全 国各地 ， 近年来 已成为投诉 热点， 开发商和承包商为此耗费的人力、 物力逐年增长 ， 已引起 高度重视。在现有的技术经济条件下， 混凝土裂缝难以避免， 但 其有害程度可以控制1 】 。 本项目利用先张法施工工艺， 对部分受 力钢筋进行张拉， 预应力钢筋采用 H R B 4 0 0高强钢筋， q b l O 、 1 2 两种直径， 为产生较大的预压应力， 预应力筋置于中和轴位置， 两端车扣， 利用螺丝端杆锚具固定， 楼板张拉值通过粘贴在预 应力钢筋上的应变片读数确定， 用扭矩扳手拧紧螺母 ， 再浇筑 混凝土。 放张后， 由于预应力钢筋的弹性回缩对混凝土施加预压 应力， 此应力能够抵消混凝土由温差和收缩产生的拉应力 ， 减 小结构的主拉应力， 从而最大程度减少楼板裂缝的产生。本项 目根据预应力钢筋直径不同， 钢筋数量不同， 共设计 6种工况， 如图 1 所示。 在楼板裂缝控制研究中， 应用了多种土木工程检测技术 ， 如： 回弹法测强、 超声法检测裂缝深度、 劈拉试验、 钢筋混凝土 应变测试 、 裂缝宽度及混凝土内温度测量等， 并探索约束应力 及收缩应力 的测量 ， 应用效果较好 。 1 应用的检 测技术与方法 ( 1 ) 劈拉试验。 当楼板混凝土强度达到极限抗拉强度时， 楼板 收稿日期 ：2 0 1 0 0 8 - 2 9 基金项目：校青年科技发展基金项 目( J 2 0 0 9 1 l O 7 ) l 36 图 1 试件设计 开裂。因此， 混凝土抗拉强度是本项目的重要指标之一。由于轴心 受拉试验对中困难， 常采用立方体劈裂抗拉强度试验， 试件采用 1 5 0 r r m a x l 5 0 m mx l 5 0 i r l n ， 构件立方体抗压强度达到 2 7 MP a ， 试 验时加载速度取 0 0 5 MP a s 。 研究表明， 劈拉试件中间截面有均 匀分布的拉应力 ， 当拉应力达到混凝土的抗拉强度时， 试件劈 成两部分， 如图2所示。 3 个试件的破坏荷载平均值为 8 5 k N， 对 同一 昆 凝土， 轴拉试验和劈拉试验测得的抗拉强度不同， 劈拉 强度可按式 ( 1 ) 、 ( 2 ) 计算 ： ， D p = 0 6 3 7 - 2 4 1 MP a ( 1 ) rt A A 0 1 9 f 4 = 2 2 5 MP a ( 2 ) 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 图 2 劈拉试验 式中； 混凝土试件实测劈拉强度； P 实测劈裂荷载； A 立方体试件边长。 ( 2 ) 回弹法测强 。 过早对混凝土施加预应力 ， 会引起较大的 收缩 和徐变预应力损失 ， 同时可能 因局部承压过大而引起混凝 土损伤。先张法要求混凝土强度达到设计强度的7 0 时， 再对预 应力钢筋进行放张。 为适时掌握混凝土的强度信息， 采用数字式 回弹仪测定不同时间的混凝土强度推定值。 本项 目混凝土强度 设计值 C 2 5 ， 混凝土浇筑后第 1 5天达到 1 7 5 MP a 。 实践表明， 采 用数字式回弹仪检测实际构件的混凝土强度简单、 方便、 可靠、 直 接 ， 最主要 的是检测过程不影响构件 的工作性能 ， 如图 3所示 。 图 3回弹法检测混凝土强 ( 3 ) 超声法检测混凝土裂缝深度。 超声波在混凝土中传播所 引起的波速、 振幅及频率的变化可以反映混凝土的强度、 裂缝 及空洞等缺陷信息 ， 将在声学参数如： 声速、 振幅、 波形中有 所体现。 试验利用北京康科瑞公司生产的NM系列非金属超声 分析仪检测混凝土裂缝深度， 其具有高速采集数据、 波形处理 、 波速计算及缺陷判断等功能。 由于混凝土板只有一个可测面， 且楼 板厚度 7 0 mm， 属于浅裂缝检测 ， 故采用单面平测法检测裂缝 深度。 将换能器平置于结构物同一侧面， 相距 5 0 、 1 0 0 、 1 5 0 mm， 距离以换能器内侧为准。 布置测点时避免换能器的连线与附近 钢筋轴线平行， 测试时保持 4 5 。 夹角。 采用时一 距法测量声速， 本 试验测区内混凝土基本均匀， 时一 距图为一直线 ， 直线的斜率即 为跨越裂缝时混凝土声速 ， 如 图 4 所示。 t g c t = A 1 A t - v = 1 8 9 k n ff s ， 跨越裂缝， 声时增加， 声速减小。 由此可见， 混凝土受到的损伤越 大， 超声波速度降低越多 。 因属于模型试验， 试验周期短 ， 裂缝 没有贯通 ， 最大裂缝深度 5 6 9 mm。 按式( 3 ) 计算裂缝深度： F 式中： d _裂缝深度， ml n ； t 、 t 广一 测距为时不跨缝、 跨缝平测的声时值 ， s ； 平测时的超声传播距离， mm。 t u s 图 4 超声 时一 距图 ( 4 ) 混凝土内部温度测量。 实际结构的应力分布、 变形性能 与温度关系密切， 温度变形6 - o z c A T ， 为温差， 为混凝土的 温度线膨胀系数 ， 约 1 x 1 0 - 5 C， 为砖砌体温度线膨胀系数的2 倍。 当外墙受到E t 晒后 ， 砌体结构楼板的胀缩变形受到砖墙体的约 束， 楼板内将产生附加应力 1 。因项目研究楼板在太阳辐射作用 下引起的裂缝， 试验时采用碘钨灯照射。因此， 楼板内的温度变化 将影响构件的所有工作性能， 如混凝土的收缩应力、 普通钢筋 应力、 预应力钢筋应力等。 试验采用接触、 数字式温度计测量楼板 内部温度， 将测温用传感元件置于混凝土内部 ， 室温 2 1， 混 凝土内部温度如图 6 所示。 检测时因一元件埋入深度接近板底， 故测量温度偏低 。 图 5 测温传感器 图 6裂缝宽度测量 ( 5 ) 裂缝宽度测量。 项 目采用先张法对三级钢施加预应力， 待混凝土强度达到设计值的 7 0 后放张， 会对混凝土产生预压 应力， 由此减少裂缝的产生。 此项目为模拟太阳辐射采用碘钨灯 直接照射， 采用风扇加速混凝土收缩， 未放张前， 混凝土已产生 温度、 收缩裂缝 ， 放张后 ， 原裂缝宽度减小。 可见 ， 裂缝宽度测量 是本项 目的一项重要指标 ， 它能够较全面、 准确反映此方法对 裂缝控制的效果。 ( 6 ) 混凝土表面温度收缩应力测量。 目前， 混凝土的干燥收 缩很多文献都采用前苏联学者建立的估算模式， 某时间混凝土 的干燥收缩按式( 4 ) 计算： 1 3 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m ( f ) s 】M2 ( 1 - e ) ( 4) 式中： s ( t ) 混凝土任意时间的收缩， t 以天为单位； 6 经验系数 ， 一般取 0 0 1 ， 养护较差 时取 0 0 3 ； 。 _一混凝土标 准状态下的极限收缩 ， 取 3 2 4 x 1 0 ； ，、 、 考虑各种因素的修正系数。 包含上述公式的所有估算模式都未考虑粗骨料级配对收 缩的影响， 精确度最高时， 也有高达 3 0 的最小偏差。 因此 ， 文 献 1 提出应开展混凝土收缩性能的试验研究， 尽可能获得量化 的结果， 对预拌混凝土的生产和丁程应用提供实际指导。 由于混 凝土收缩应力 主要集 中在终凝前 ， 表 面潮湿 ， 无法立 即粘贴应 变片 ， 是很难检测收缩 应力的原 因。 在此项 目中 ， 尝试测量收缩 应力 的方法 ， 仅作为参考， 如图 7 。 选择变形能与混凝土 同步的最 柔软重金属且展性良好的铅作为传递应变的介质， 并在其上粘 贴应变片， 将已粘贴应变片的铅片两端用螺钉插入混凝土内部 ， 插入深度 以能达到锚 固效果和不能贯穿楼板为好 。 实践表 明 ， 操作便捷， 数据规律性较强。 图 7 铅片上粘 贴应变片测量收缩应力 ( 7 ) 约束应力。 楼板产生非荷载裂缝， 不仅需要热源 ， 同时， 由于抗震要求， 建筑结构设计刚度较高， 层层设有圈梁， 对楼板 的整体约束加强。 实践表明， 有约束存在， 才能产生温度应力。 目前 ， 在楼板受力体系分析时， 对于现浇结构构件之间在三维 空间中如何分配内力、 协调变形， 根本没有考虑 。 为模拟圈梁等 对楼板的约束 ， 在单向板二对边设置了约束螺栓， 每个支座用 1 6 6 8 约束螺栓并且分 2 层布置 ， 张拉端钢板厚 2 0 n l n l ， 其他钢 板厚 1 0 m m0 粘贴应变片并进行防潮保护， 以测量其约束应力， 如图 8 、 9 。 图 8 贴有应变片的约束螺栓 ( 8 ) 应变采集 。 混凝土应变、 钢筋应变 、 预应力钢筋应变 、 约 束螺栓应变是本项 目研究的重要指标， 可以从不同角度反映楼 板内的应变随温度、 收缩变化的规律。 应变测试全部采用电测技 术， 试验共用 4个应变测试模块， 每个模块 6 O 个测点， 每秒可 采集 6 O点。 所有应变测试均采用 DH 3 8 1 6静态电阻应变仪， 采 】 3 8 图 9 预应力钢筋及约束螺栓 图 1 0 应变采集系统 集速度快并且支持断电继续采集， 性能稳定， 为项 目的顺利实 施提供了保障。 2结 束语 项 目采用先张法对楼板裂缝进行控制， 在试验研究过程中 应用了多项检测技术， 为项 目的研究奠定了基础。 同时， 对温度 收缩应力测量 、 约束应力测量进行了探索性试验 ， 试验结果符 合一定规律， 值得推广。 随着混凝土无损检测技术的迅速发展， 不仅传统的方法得到了进一步完善， 而且新技术 、 新方法不断 涌现 ， 使检测技术水平跨越 了一个崭新 的发展阶段。 参考文献 ： I J 徐荣年， 徐欣磊 工程结构裂缝控制 王铁梦法 应用实例集【 M 】 北京 ： 中国建筑工业出版社 ， 2 0 0 5 2 曲义坤， 袁振明 多疲劳裂纹扩展的声发射特性研究 J 无损检测， 1 9 9 7 ， 1 9 ( 4 ) ： 6 - 1 0 【 3 】MI H A S HI H， N OMU R A N， NI I S E K I S I n fl u e n e e o f a g g r e - g a t e s i z e o n f r a c t u r e p r o c e s s z o n e o f c o n c r e t e d e t e c t e d wi t h t h r e e d i - me n s i o n a l a c o u s t i e e mi s s i o n t e c h n i q u e J C e m e n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h ， 1 9 9 1 ， 2 1 ( 5 ) ： 7 3 7 【 4 闫国亮， 赵庆新 含水率对受损混凝土超声波波速的影响 J 】 无损检 测， 2 0 0 9 ( 1 ) ： 4 8 【 5 】 唐壮丽， 王新江现浇板切角裂缝的分析f J 1 四川建筑科学研究 ， 2 0 0 7 ( 4 ) ： 1 1 4 【 6 1黄岩松从建筑结构设计谈现浇钢筋混凝土楼板的裂缝问题【 J 】 混凝 土与水泥制品， 2 0 0 4 ( 6 ) ： 5 2 作者简介 单位地址 联 系电话 ： 杨艳敏( 1 9 6 9 一 ) ， 女， 硕士， 副教授。 吉林省长春市新城大街 5 0 8 8 号 吉林建筑工程学院土木工 程学院O3 o 1 1 8 ) 1 31 O 4 4 5 8 81 1 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m