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土木工程中混凝土裂缝的成因与防治对策研究

论文编号:lw202003081826368955 所属栏目:土木工程论文 发布日期:2020年03月11日 论文作者:无忧论文网

本文是一篇土木工程论文,本文对混凝土裂缝进行认真研究、总结归纳,希望土木工程人员结合现场实际,选用适配的手段进行裂缝防控,降低裂缝出现的概率,对已经出现的裂缝进行有效控制。负责建造的施工单位首先要从制度上建立和落实质量管理和监督工作减少人为差错,然后再利用一定的技术例如降低材料的收缩度以及降低温差来减少梁板之间的收缩程度来减少混凝土的变形和收缩从而控制裂缝发生的频次来保证建筑物和构件安全、稳定地工作。


第 1 章 绪 论


1.1 我国混凝土发展史

18 世纪 20 年代,人们发明出了波特兰水泥,从而为混凝土材料提供了优质的胶结材料,时至今日,混凝土材料已经拥有 190 余年的应用历史,而且混凝土材料的使用性能也获得了质的飞跃,这为建筑业的发展改善坚实了物质基础。从上世纪始,在房屋建筑、水利水电、民航机场、公路桥梁、港口码头等诸多土木工程领域中,都已经普遍应用了混凝土材料,混凝土几乎成为不可或缺的、首选的建筑材料,每年的消耗用量十分巨大。随着我国近年来工业化、城市化进程的加快,其用量将继续快速增长。

1949 年自中华人民共和国成立以来,中国开启了社会主义建设的伟大进程,在中国政府的引领下,我国重视工农业的发展,并快速建立起了石油工业、汽车工业等重工业,同步发展了公路交通事业,这为国计民生提供了必要的物质材料。尤其在 1978 年改革开放之后,我国确立了以经济建设为中心的大政方针,从而迎来了中国特色社会主义发展的新阶段,“要致富先修路”,我国加快了公路建设事业的步伐,对于混凝土的需求量是越来越大。60 年代初,随着我国石油资源的大规模开发,各种道路建设层出不穷,揭开了我国混凝土市场的序幕,国家大力提倡建立水泥沥青路面和高速路,由于混凝土具有性能好、安全性高、实惠耐用、抗滑性强、操作简单、扬尘少等优势特征,在以公路建设为代表的土木工程中应用广泛。可是,随着时代的发展,现有的公路交通承载了更大的压力,而且公路上的重载交通工具更多,这就对高速公路的质量提出了更高要求,诸如混凝土裂缝类病害成为不可忽视的问题,而且必须在土木工程建设过程中进行妥善处理。在调研分析的基础上,以下汇总了国内混凝土结构常见的问题:

在土木工程完工之后的第一个冬季,由于气温下降严重,而且受到温差的影响,容易引发混凝土裂缝类病害,在之后的年份中,受到气候的变化影响,混凝土结构的裂缝可能继续发展。在现实场景下,混凝土结构的裂缝通常是由多种因素共同触发的,常见的包括由于昼夜温差变化为引发的温缩裂缝,由于下承层裂缝而触发的反射裂缝,由于地表水侵蚀而导致的裂缝等。

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1.2 研究背景及意义

目前,工程结构领域长期受到混凝土裂缝的困扰,这是因为如果不能发现引发裂缝的原因,并采取措施进行控制的话,裂缝就会扩大、恶化,并最终降低混凝土的耐久性,这一问题已经引起工程技术人员的关注,并在工程实践中进行了许多研讨处理。上世纪 80 年代,国际上爆发了石油危机,时至今日,混凝土耐久性危机成为新的世界性难题,这是因为早期建设的道路、水利、房屋、桥梁等,其使用寿命远远达不到设计年限,多数在二十年内就已经无法提供正常服务,要么需要进行大规模维护,要么需要进行翻修调试。国内情况同样不容乐观,一些见诸报端的重大混凝土工程项目,都是因为混凝土裂缝类病害而导致功能异常,严重的已经出现安全隐患而导致弃用,这给国民经济造成了沉重损失。通过广泛地调研,在我国的交通基础设施、海港工程项目中,以及商业建筑、民用建筑领域,都受到混凝土裂缝问题的影响,这不只是经济层面、技术层面的问题,更是关乎民生安全的重大课题。在我国“一五”期间,建筑领域的更新改造资本在同期建筑投资体量中的占比是 4.2%,在“三五”、“四五”期间逐步扩大到 27%、31.7%,及至“七五”期间,这一指标已经提高为 54%。以辽河油田为例,为了维修、加固 400 栋住宅,工程投资规模高达 2.4 亿元,如此大成本的修缮工程的原因何在呢?正如施工设计人员所述:“混凝土架起来的住房,都因为混凝土裂缝而变得不敢入住”。可以说,我国在大规模建设基础设施的同时,也承受着混凝土裂缝病害,对此,应当加快研究混凝土开裂问题,同步开展混凝土裂缝预防和混凝土结构加固等课题研究。

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第 2 章  混凝土裂缝的机理


2.1 混凝土材料的微观结构

混凝土结构裂缝,一般指混凝土结构表面肉眼可见的开裂现象,其是由混凝土内部已有的微小裂缝和表面已有的微小裂缝,在内外部的作用下发展形成的。其内因是混凝土本身收缩,温差等间接作用的结果,外因是荷载或变形等对混凝土结构的直接作用。

混凝土是多相体的非匀质材料,与常见的钢材、木材、其他建筑材料有很大的不同。混凝土组成成分的多样化,结构成型方式的特殊性,从而使得混凝土结构出现裂缝是非常常见的事情,为此,混凝土结构的工作都可以看得到裂缝。

2.1.1 混凝土材料的内部结构

混凝土材料是由由固态、液态、气态物质组成的混合物。固态物质由粗骨料、细骨料、掺和料等组成;液态物质是由水、外加剂溶液、水泥浆体等组成;气态物质是由混凝土搅拌带入的气泡,引气剂的微气泡,混凝土内部的空隙和毛细孔道等组成。

混凝土的多种相态,不均匀材料的性质,是混凝土内部到表面不连续的根本原因,从而导致混凝土结构出现内部裂缝和表面裂缝。混凝土的内部结构如图 2.1。

图 2.1 混凝土的内部结构

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2.2 混凝土裂缝的形成

混凝土之所以产生裂缝是因为内部结构存在一定的缺陷以及产生的内部应力。还有一定的内部条件和外部条件。内部条件是混凝土材料的脆性,外部条件是荷载作用(直接作用)和非荷载作用(间接作用)。

2.2.1 混凝土材料的脆性

混凝土是一种脆性材料,其抗拉强度极低。如图 2.3,得出混凝土抗压强度远远高于其抗拉强度。所以,由于混凝土所承载的力已经超过了他的复合,所以容易产生裂缝,其方向主要是垂直向上的,而这一裂缝也被称作为受力裂缝。

图 2.3 混凝土强度等级与抗拉、抗压强度图

混凝土承受拉应变的能力也很差,很小的强迫受拉变形,就可能断裂。混凝土的极限拉应变在 100 με 左右的范围,拉应变超过极限应变,曲线将急剧下降,宏观上表现为混凝土开裂。所以,超静定结构在收到强迫受拉变形时,很容易在垂直主拉应变的方向上开裂,出现间接裂缝。

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第 3 章  混凝土裂缝类型和防治措施分析 ......................................... 11

3.1  承载受力裂缝 .................................. 11

3.1.1  承载受力裂缝机理 ................................. 11

3.1.2  设计方面引起的混凝土裂缝 ....................... 14

第 4 章  混凝土裂缝的处理方法—以结构性裂缝为例 ....................................... 38

4.1  混凝土结构裂缝的表面处理 ................................... 38

4.1.1  掩饰裂缝 .............................. 38

4.1.2  修补裂缝 ................................. 39

第 5 章  案例分析—以结构性裂缝为例 ........................................ 49

5.1 结构性裂缝渗漏水原因分析 .......................................... 49

5.2 结构性裂缝渗漏水处理过程及方法 ......................................... 50


第 5 章  案例分析—以结构性裂缝为例

5.1 结构性裂缝渗漏水原因分析

(1)主楼基础为挖孔桩基础,绿地地下车库则是锚杆桩基础,也就是说主楼可以看作不会下沉或上浮,绿地车库是可以在允许的范围内下沉或上浮。而其连接段刚好是下沉或上浮受力最大的部位,连接段的混凝土结构在循环应力作用下,会产生结构性裂缝,从而造成渗漏水情况。

(2)由于施工时间紧迫,而连接段顶板上部有设计排洪沟,为保证主楼顺利完成,排洪沟先行施工,连接段的混凝土结构后施工,即先施工上部结构,再施工下部结构,造成下部结构施工困难,尤其顶板下的墙体与顶板结合处混凝土无法浇捣密实,造成顶板与墙体结合处漏水。

(3)由于该部位施工难度大,结构复杂,上部先施工,在下面施工困难,监理在质量把关上无法做到全部监督到位,可能存在有监理工程师看不到的地方,也造成一定的质量隐患。

(4)由于结构复杂,钢筋较密,混凝土浇捣存在不密实现象,监理在混凝土浇捣值班时没有跟踪到位,造成局部混凝土松散,从而也会引起渗漏水现象。

根据前文所述的混凝土裂缝类型,该项目工程的裂缝属于承载受力裂缝,具体说来是受压裂缝。当压应力达到混凝土的抗压强度时,或受压变形超过混凝土极限应变时,该工程的连接段就会破坏。当连接段混凝土强度不足,混凝土存在施工缺陷,压应力较大的区域的混凝土达到抗压强度,发生压溃而导致破坏。

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第 6 章  总结

混凝土结构深受裂缝之害,裂缝显著降低了混凝土结构的抗渗能力,导致钢筋锈蚀问题,影响钢筋混凝土的耐久性,破坏建筑正常功能和性能

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