高层建筑地下室钢筋混凝土材料裂缝成因特征及诊断步骤.pdf

安徽建筑 2 0 1 4年第2期( 总 1 9 6期) 高层建筑地下室钢筋混凝土材料裂缝 Ge n e s i s Ch a r a c t e r i s t i c s a n d Di a g n o s i s S t e p s o n St e e l Co n c r e t e Cr a c k s f o r B a s eme n t s o f Hig h - Ri s e Bu i l d i n g 孟 梅( 安 徽 师 范 大 学， 安 徽 芜 湖 2 4 1 0 0 3 ) 摘要 ： 高层建筑是节约珍贵土地资源、 凝聚现代科技的产物。但高 层建筑的建设还存在很 多技术难题， 越多的高层建筑意味越普遍的难 题。文章围绕高层建筑地下室钢筋混凝土材料裂缝问题， 综述了高层 建筑地下室混凝土结构设计与施工因素、混凝土原材料和配合比、 温 降塑性收缩因素、 干燥收缩因素和地基不均匀沉降因素致混凝土材料 裂缝的成因与特征，概括 了高层建筑地下室混凝土材料裂缝诊断步 骤 ， 为高层 建筑地 下室防裂、 抗 裂技 术的普及提供技 术指导。 关键词 ： 高层建筑； 钢筋混凝土； 裂缝； 收缩； 沉降 中图分类号 ： T U7 5 5 7 文献标识码 ： B 文章编号 ： 1 0 0 7 7 3 5 9 ( 2 0 1 4 ) 0 2 0 0 6 7 0 2 0 前言 节约土地资源， 优化土地利用， 成为人类可持续发展需要 迫切解决的难题。高层建筑作为节约土地资源 、 凝聚现代科技 的产物， 大大满足了社会生产的需要和人类生活的需求。伴随 社会经济的高速发展， 人们对高层建筑的需求越来越多。但高 层建筑的建设还有很多技术难题， 作为高层建筑的地基承担至 关重要的主体作用， 而高层建筑地下室钢筋混凝土裂缝的现象 近年来变得越来越普遍 ， 作为建筑质量共性问题 ， 该问题必须 得到足够的重视【l 1 。本文着重综述了高层建筑地下室裂缝的开 裂特征与成因， 探讨了开展裂缝诊断的科学步骤。 1 成 因与特 征 1 1混凝土结构设计与施工因素 混凝土结构设计未严格按照规范设计和施工， 如钢筋设计 的过粗、 分布较稀 ， 或者是施工时振捣不利、 钢筋错位 ， 混凝土 沿钢筋下方下沉 ， 钢筋上面的混凝土被钢筋支顶， 使混凝土沿 钢筋表面产生顺筋裂缝， 顺筋裂缝是塑性沉降裂缝的一种目 。 塑 性沉降裂缝典型特征： 水平方向， 中部较宽， 两端较窄， 呈梭型 状态， 经常发生在底板结构上表面、 池壁上表面、 结构变截面的 位置。 对于大流动性混凝土或水灰比较大的混凝土塑性沉降裂 缝尤为严重。使用泵送混凝土时未进行抗裂预算， 后浇带设计 与施工不合理。混凝土拌合和施工时未严格控制水灰比， 配筋 不合规范或配筋率不够， 施工振捣不密实， 发生泌水现象， 混凝 土养护不充分， 拆模时间过早 ， 浇筑速度过快 ， 施工时过早承受 荷载， 施工天气过于恶劣。 1 2混凝土原材料和 配合 比 采用了高放热量 、 高细度和高掺量的水泥 ， 矿物掺合料类 型和用量不合理 ， 采用了早强外加剂 ， 外加剂与水泥和矿物掺 合料不相容， 粗细骨料级配不合理， 原料含泥量大。 收稿 日期 ： 2 0 1 4 0 3 1 1 作者简介： 孟梅( 1 9 7 7 一 ) ， 女， 辽宁北票人 ， 助理工程师。 1 3温降、 塑性收缩 与地基接触的混凝土不易散热和失水。相对而言， 地面易 散热和失水， 受地基约束的钢筋混凝土层在湿度梯度和温度梯 度作用下会造成混凝土温降收缩和塑性收缩 ，致使混凝土开 裂 。 温降裂缝特征 3 1 ： 浇筑 3 d 5 d后 ， 开始很细， 表现为内部裂 缝和表面裂缝， 随着时间发展继续扩大， 甚至发展到贯穿程度， 裂缝宽度可达 l mm 3 m m。 塑性裂缝特征H ： 一般发生在混凝土初、 终凝前后 ， 产生于 混凝土表面， 裂缝无规则， 互不连贯 ， 类似干燥的泥浆面， 即所 谓的龟裂 ； 这种裂缝较浅 ， 长短不一， 短的 2 0 c m 3 0 c m， 长的 2 m 3 m， 宽 l m m 5 m m。 1 4干燥收缩 地下室剪力墙和顶板混凝土中水泥在水化硬化过程中， 失 水干燥， 毛细管压力促使毛细孔径变小， 当变形受到约束时造 成 千缩 裂缝 。 干燥收缩裂缝特征5 1 ： 裂缝出现在混凝土表层很浅的位置， 裂缝细微 ， 有时呈平行线状、 网状或放射状， 随着混凝土龄期的 推移 ， 裂缝可能会继续出现和发展， 对于薄壁结构， 该裂缝可能 会贯穿。 1 5地基不均匀沉降 当地基处理不满足规范要求时，特别是在严重湿陷性黄 土、 冻胀土、 膨胀土、 盐渍土、 软弱土等不 良场地 ， 时常产生地基 沉陷膨 胀) 裂缝。 地基不均匀沉降裂缝特征 ： 裂缝向沉降较大的方向倾斜 ， 沿着门窗洞 口约成 4 5 。， 呈正八字形； 在房屋高差较大或荷载 差异较大的情况下， 裂缝位于层数低的、 荷载轻的部分 ， 并向上 朝着层数高的、 荷载重的部分倾斜； 当房屋的沉降分布曲线呈 凸形时， 往往除了在纵墙两端出现倒八字形倾斜裂缝外， 也常 在纵墙顶部出现竖向裂缝； 在多层建筑中， 多数出现在房屋的 下部， 少数可发展到 23层； 当地基性质突变时， 也可能在房 屋顶部出现裂缝并向下延伸， 严重时可能贯穿房屋全高。 2 诊断步骤 2 1 现场调查 开展现场调查是获得混凝土开裂成因第一手资料的必要 手段， 同时为采取有效预防措施提供依据。 2 I 1 调查内容 工程地质 、 水文条件， 包括地下水位、 地下水压与水质情 况等； 混凝土结构设计情况 ，包括混凝土结构设计及抗裂预 算 、 地基基础处理与施工和后浇带的设计与施工等； 混凝土原材料及配合比， 包括混凝土原材料( 水泥品种、 矿物掺合料种类 、 早强外加剂种类及相容性、 粗细骨料种类和 ( 下转第 7 O页) 施 工 技 术 研 究 与 应 用 安 徽 建 筑 _ 重 2 0 1 4年第 2期( 总 1 9 6期 ) 安徽建筑 _ I I II I I _一I 施 工 技 术 研 究 与 应 用 安 徽 建 筑 囫 5 结语 通过对淮南市 3 0 0 0 余块现浇板负弯矩钢筋保护层厚度的 抽检 ， 给出淮南市负弯矩钢筋保护层厚度分布情况， 为淮南市 进一步制定相应质量控制措施提供参考数据。笔者认为， 目前 混凝土结构工程施工质量验收规范对于板类构件要求的允 许偏差值 + 8 m m、 一 5 m m对现浇板负弯矩钢筋进行验收在现阶 段很难实现， 应该和板底部受力钢筋允许偏差值差别化分类。 板面负弯矩钢筋厚度的控制一直是施工企业控制的薄弱 环节 ， 容易受到施工现场管理混乱的影响。笔者发现淮南市某 施工企业在建工程抽检结果合格率非常高。通过调查发现， 该 施工企业并非采用了新技术控制措施， 而是安排专人在浇筑现 场监督负筋下沉情况。负筋被踩下去后， 专门负责人员再把负 筋提起来， 方法很简单， 但效果最明显。由此可见， 负弯矩钢筋 保护层厚度控制不好并不是技术手段不合理， 主要是施工企业 人员的素质有待提高。 本文建立的力学模型由于计算简图与受力情况不完全相 符， 按线弹性分析法设计的双向板实际承载能力往往大于设计 计算的承载能力。 本文通过模型设计、 计算分析， 得出长跨支座 承载能力随保护层厚度变化产生的衰减率， 并得出两种不同荷 载分布情况下长跨支座承载能力富余系数及安全性。 综上所述， 现浇板负弯矩钢筋保护层厚度的正偏差造成混 凝土结构承载力的衰减。除了加强施工阶段控制外， 应加强对 现浇板负弯矩钢筋保护层厚度的检测及验收工作。 参考文献 【 1 】 沈蒲生 楼盖结构设计原理【 M 】 北京： 科学出版社， 2 0 0 3 【 2 】 G B 5 0 0 1 0 2 0 1 0 ， 混凝 土结构设计规 范 S 】 北 京： 中国建筑 工业 出版 社， 2 0 1 1 3 】3 G B 5 0 2 0 4 2 0 0 2 ， 混凝土结构工程施工质量验 收规 范( 2 0 1 1年版) S 】 北京： 中国建筑工业出版社， 2 0 1 1 4 1 1 1 G 1 0 1 1 ，混凝土结构施工图平面整体表示方法制图规则和构造 详图( 现浇混凝土框架、 剪力墙、 梁、 板) 【 s 】 北京： 中国计划出版社， 2 0 0 4 自 - 业 - 窜 窜 kr 宣； e - 毒 - 夸 kr k kr j j - I k jk- j j 窜 | 壬 色 k， j 夸 坐夸 j 9 譬 j 9 ( 上接 第 6 7页) 级配及含泥量) 和混凝土配合比等； 混凝土浇筑施工情况， 包括浇筑时天气情况、 混凝土施 工队资质及施工时水灰比控制、 混凝土养护、 拆模时间、 混凝土 浇筑速度 、 钢筋混凝土层与素混凝土层浇筑间隔时间和混凝土 实际配筋率等； 混凝土表观检查， 包括混凝土外观( 是否存在宏观缺陷 如蜂窝麻面和浮浆现象 ) 、 裂缝分布、 裂缝形态 、 裂缝长度、 裂缝 深度、 裂缝宽度 、 裂缝方向、 裂缝处水渗流特征( 水是由裂缝处 渗出还是由裂缝和周围孔隙一起渗出) 、裂缝处钢筋混凝土结 构构造与平整度及所处的环境和裂缝的演变发展趋势等； 素混凝土层裂缝与钢筋混凝土层裂缝的相关性。 2 1 2 调查方法及手段 采用普查与典型调查相结合的方法： 对于裂缝 比较集中的 地方进行普查， 对重点裂缝进行发展跟踪典型调查。 此外， 询问 当事人和翻看原始存档纪录也是必不可少的技术方法。最后， 使用现场无损检测获取有关性能与现状的参数。 使用高倍裂缝 显微镜现场检查观测混凝土面板的表面。记录裂缝扩展情况、 裂缝形状、 裂缝位置以及裂缝的长度和宽度。为进一步研究混 凝土板开裂及裂缝扩展的原因、机理以及方式提供基础参数。 采用回弹仪与超声波混凝土测试仪检测硬化混凝土强度、 均匀 性及密实性， 评估混凝土质量。 此外， 超声测试仪还可以检测裂 缝的深度。通过测试混凝土空气渗透性及 c l _ 离子渗透性来评 估硬化混凝土的抗渗性能。采用先进的扫描仪器， 对混凝土内 置钢筋网、 传力杆及拉杆位置进行扫描检测 ， 确认施工过程中 钢筋网是否产生了移位或者弯曲等。 采用钢筋锈蚀仪检测钢筋 混凝土的锈蚀情况。钻取混凝土芯样， 以检测混凝土强度及微 观结构。在裂缝处沿裂缝方向和垂直裂缝方向钻取混凝土芯 样 ， 钻取未裂处混凝土芯样， 对比分析与地基接触点及地面点 混凝土结构， 分析与地基接触点及地面点混凝土结构。 2 1 3 调查工具 摄像器材、 钻芯设备、 米尺、 千分尺、 细钢丝、 记录本 、 笔、 裂 缝显微镜、 回弹仪、 超声波混凝土测试仪、 钢筋扫描仪器、 钢筋 锈蚀仪器和渗透性测试仪等。 2 2仪器测试 主要测试仪器有裂缝显微镜、 回弹仪 、 超声波混凝土测试 仪、 钢筋扫描仪、 钢筋锈蚀仪 、 渗透性测试仪、 孔结构测试仪、 力 学性能测试仪 、岩相分析 、元素组成分析、 X R D 、 D T A T G、 S E M E D S 等 。 测试水泥水化热及原配合比混凝土水化热温升； 通过混凝 土芯样分析施工浇筑时配合比；测试混凝土芯样力学性能； 采 用体视显微镜、 偏光显微镜及扫描电镜观察混凝土微观结构及 裂缝情况； 测试混凝土热膨胀系数。采用原配合比混凝土成型 浇筑试件， 测试试件自收缩 、 干燥收缩。 同时可成型水泥净浆试 件测试浆体 自收缩及干燥收缩。根据沉降检测结果， 计算分析 地基不均匀沉降睛况， 并综合考虑地基结构的沉降量有限元 数值模拟。 根据检测结果， 计算子楼地下水浮力， 根据沉降检测 结果， 计算分析地基不均匀沉降。并综合考虑地基一结构的沉 降量有限元数值模拟。 2 3综合分析 结合原材料 、 配合比及试验样品宏观和微观分析 ， 对现场 测试的裂缝信息进行统计分析，初步提出混凝土裂缝成因， 依 据裂缝成因诊断， 针对性提出控制和预防裂缝发生和演变的有 效措施。 3 结语 高层建筑地下室钢筋混凝土材料裂缝问题一直影响着该 类建筑物的使用 ， 本文总结混凝土结构设计与施工、 混凝土原 材料和配合比、 温降塑性收缩、 干燥收缩和地基不均匀沉降等 因素所致的高层建筑地下室混凝土材料裂缝的特征， 概括了高 层建筑地下室混凝土材料裂缝诊断步骤， 为高层建筑地下室防 裂、 抗裂技术的提供指导。 参考文献 1 王铁梦 工程结构裂缝控制【 M 】 北京： 中国建筑工业出版社， 1 9 9 7 2 蔡立权_ 高层建筑施工中的现浇板裂缝质量控制 j 】 中国城市经济， 2 0 1 1 ( 4) 【 3 】 叶华勇， 李婉玺 加气混凝土砌块填充墙施工质量通病成因及防治 措施 J 】 建筑技术开发，2 0 1 0 ( 1 2 ) 【 4 刘宇 大面积地下室底板大体积混凝土裂缝计算分析及抗裂措施 探讨 J 】 中外建筑， 2 0 1 1 ( 6 ) 【 5 】 刘桂林 大体积混凝土质量通病的防治们工程质量， 2 o o 5 ( 1 ) 【 6 】 宗培刚， 杨鲁昆 谈地基不均匀沉降对结构裂缝的影响f J 1 山西建筑， 2 0 1 3 ( 5 )