混凝土結(jié)構(gòu)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(gè)最主要的工種工程。無(wú)論是工程量、材料用量，還是工程造價(jià)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(shí)際的建筑施工管理過(guò)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(shí)際工作中混凝土工程可能存在的質(zhì)量事故進(jìn)行總結(jié)分析，以避免在施工過(guò)程中發(fā)生質(zhì)量事故，提高施工人員對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)工程的質(zhì)量的理論認(rèn)識(shí)。 

　 關(guān)鍵詞：混凝土 ，質(zhì)量事故， 分析 ，預(yù)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(wèn)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(gòu)件通常都是帶縫工作的，由于裂縫的存在和發(fā)展通常會(huì)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(yán)重者將會(huì)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(hù)環(huán)境不當(dāng)和化學(xué)作用引起的裂縫等等。在實(shí)際工程中要區(qū)別對(duì)待，根據(jù)實(shí)際情況解決問(wèn)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(jié)構(gòu)，地下1層，地上18層，總高度76.8m，總建筑面積36482m2。該建筑基礎(chǔ)為灌注群樁，地下室外墻采用300mm厚C30自防水混凝土。標(biāo)高13.6m以上混凝土標(biāo)號(hào)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(jié)構(gòu)6層梁板。該層梁板在施工的同時(shí)即發(fā)現(xiàn)板面出現(xiàn)少量不規(guī)則細(xì)微裂縫，到2月24日該層梁板底摸拆除時(shí)，發(fā)現(xiàn)板底出現(xiàn)裂縫。從滲漏水線和現(xiàn)場(chǎng)鉆芯取樣分析，裂縫均為貫通性裂縫。之后又對(duì)全樓己施工完畢的混凝土工程進(jìn)行了詳察，在地下室外墻外側(cè)上部發(fā)現(xiàn)數(shù)條長(zhǎng)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(chǎng)實(shí)測(cè)，第6層現(xiàn)澆板上的裂縫均為貫通性裂縫，最大裂縫長(zhǎng)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(zhǎng)度約1.9m，最大裂縫寬度0.2mm，核心筒連梁上的裂縫最大長(zhǎng)度0.3m，裂縫最大寬度約0.18mm。經(jīng)過(guò)近一個(gè)月的現(xiàn)場(chǎng)連續(xù)監(jiān)控，未發(fā)現(xiàn)以上裂縫的進(jìn)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(shí)來(lái)分析，唯一不同的是施工作業(yè)時(shí)的氣候變化。如前所述，該層現(xiàn)澆板施工時(shí)是該地區(qū)冬季最寒冷、干燥的一個(gè)時(shí)期，最高氣溫僅1℃，當(dāng)時(shí)的最大風(fēng)速7m/s，濕度僅有30～40％，特別是每天于21時(shí)施工完畢后，混凝土正處于初凝期，強(qiáng)度尚未有大的發(fā)展，作業(yè)面又沒(méi)有防風(fēng)措施，導(dǎo)致混凝土失去水分過(guò)快，引起表面混凝土干縮，產(chǎn)生裂縫。根據(jù)有關(guān)資料記載，當(dāng)風(fēng)速為7m/s時(shí)，水分的蒸發(fā)速度為無(wú)風(fēng)時(shí)的2倍；當(dāng)相對(duì)濕度為30％時(shí)，蒸發(fā)速度為相對(duì)濕度90％時(shí)的3倍以上。假如將施工時(shí)的風(fēng)速和濕度影響疊加，則可推算出此時(shí)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(gòu)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(shí)，開裂與其使用的材料關(guān)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?yàn)閴χ珒擅娑加心０澹恢苯邮艽髿獾挠绊?。由此可以基本斷定，天氣因素是?dǎo)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(zhǎng)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(shí)降低近30℃，導(dǎo)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(shè)計(jì)院進(jìn)行的技術(shù)交底要求，梁板混凝土只要達(dá)到C30強(qiáng)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(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行施工，而C40混凝土的水泥用量為480kg/m3，相對(duì)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(wú)形中又增加了裂縫出現(xiàn)的可能。 　　第三，進(jìn)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(duì)減少，混凝土強(qiáng)度增長(zhǎng)較快，加劇了混凝土水分的蒸發(fā)和裂縫的發(fā)展。同時(shí)，由于天氣寒冷，擔(dān)心養(yǎng)護(hù)用水結(jié)冰而僅采用覆蓋雙層*簾保溫的措施也對(duì)混凝土抗裂強(qiáng)度的發(fā)展不利。  　　第四，從本工程的結(jié)構(gòu)平面圖中我們可以看出，梁板結(jié)構(gòu)在9、12和C、K軸線處平面發(fā)生突變，截面削弱達(dá)50％以上，而且核心筒和墻肢集中處剛度非常大，對(duì)現(xiàn)澆板的約束較強(qiáng)，核心筒四角和墻肢兩端內(nèi)部應(yīng)力非常集中。從現(xiàn)澆板最初出現(xiàn)裂縫的位置來(lái)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(yīng)力最集中、最復(fù)雜和最薄弱的部位。由于墻肢和核心筒剛度的強(qiáng)烈約束作用，當(dāng)混凝土的收縮應(yīng)力大于其抗拉強(qiáng)度時(shí)，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(jié)構(gòu)裂縫成因 1.材料方面。有些構(gòu)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(guò)小，外加劑質(zhì)量差或加入量過(guò)大等。     2.地基變形。當(dāng)?shù)鼗l(fā)生不均勻下沉?xí)r，在結(jié)構(gòu)內(nèi)部必然產(chǎn)生極大的應(yīng)力。當(dāng)應(yīng)力超過(guò)構(gòu)件抗力時(shí)，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(shè)計(jì)方面。構(gòu)造處理不當(dāng)，主次梁交合處主梁未設(shè)加強(qiáng)箍筋或附加吊筋；大截面梁未設(shè)腰筋；構(gòu)件斷面突變或因開洞、留槽引起應(yīng)力集中等因素，均可導(dǎo)致構(gòu)件裂縫的出現(xiàn)。     4.結(jié)構(gòu)荷載方面。結(jié)構(gòu)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(gòu)件早期受到震傷，拆除承重模板過(guò)早，施工荷載過(guò)大，構(gòu)件堆放、運(yùn)輸、吊裝時(shí)，墊木或吊點(diǎn)位置不當(dāng)，預(yù)應(yīng)力張拉值過(guò)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(gòu)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(gòu)件允許出現(xiàn)寬度不大于0.3毫米的裂縫。但對(duì)裂縫寬度超過(guò)規(guī)范規(guī)定的，以及不允許出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件出現(xiàn)裂縫，則應(yīng)屬于有害裂縫，須加以認(rèn)真分析，慎重處理。     5.溫度應(yīng)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(dāng)環(huán)境溫度發(fā)生變化時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生溫度變形，在構(gòu)件受到約束不能自由變形時(shí)，構(gòu)件內(nèi)就會(huì)產(chǎn)生附加應(yīng)力，當(dāng)溫度應(yīng)力超過(guò)混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí)，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(jié)時(shí)，體積會(huì)發(fā)生收縮，由此而在構(gòu)件內(nèi)產(chǎn)生拉應(yīng)力，在早期混凝土強(qiáng)度較低時(shí)，混凝土收縮值最大。因此，若構(gòu)件早期養(yǎng)護(hù)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(jié)構(gòu)中最為常見。     7.徐變裂縫。結(jié)構(gòu)構(gòu)件在內(nèi)應(yīng)力的作用下，除瞬時(shí)彈性變形外，其變形值隨時(shí)間的延長(zhǎng)而增加的現(xiàn)象稱為徐變變形。據(jù)文獻(xiàn)記載受彎構(gòu)件由于徐變變形的作用，其長(zhǎng)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(yīng)力，造成裂縫的出現(xiàn)。預(yù)應(yīng)力構(gòu)件因徐變會(huì)產(chǎn)生較大的應(yīng)力損失，降低了結(jié)構(gòu)的抗裂性能。此類裂縫常見于受彎構(gòu)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(jié)構(gòu)養(yǎng)護(hù)不良或養(yǎng)護(hù)時(shí)間不夠；水灰比過(guò)大、水泥或外加劑加入量過(guò)大；攪拌時(shí)間不夠、振搗不實(shí)；鋼筋表面污染、保護(hù)層過(guò)小或過(guò)大；任意留置施工縫且不按規(guī)定處理；后期施工擾動(dòng)前期混凝土；構(gòu)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(qiáng)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(duì)于作業(yè)面的防風(fēng)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(qiáng)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(fēng)速更巨，對(duì)混凝土的影響更大，施工單位對(duì)此應(yīng)予以警惕。  　　5.2 在高層建筑的施工中，混凝土墻、柱的設(shè)計(jì)強(qiáng)度較高，梁、板的設(shè)計(jì)強(qiáng)度相對(duì)較低，施工單位為了施工方便，大多把梁、板的混凝土等級(jí)提高到與墻、柱相同，無(wú)形中提高了混凝土的收縮應(yīng)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(jí)。  　　5.3 一般民用建筑的梁板不做抗裂設(shè)計(jì)，施工單位在做混凝土配合比的試配過(guò)程中，也多對(duì)強(qiáng)度、和易性、是否泵送、早強(qiáng)等方面提出要求(除非大體積混凝土)，對(duì)施工過(guò)程中的溫度收縮考慮較少，當(dāng)外界數(shù)種不利因素同時(shí)發(fā)生時(shí)，配比方面的潛在影響就暴露出來(lái)了，所以，對(duì)重要建筑物，無(wú)論是否做抗裂設(shè)計(jì)，混凝土試配時(shí)應(yīng)考慮這種因素。     六、混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的預(yù)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(qiáng)度較高的水泥，嚴(yán)禁使用安定性不合格的水泥：2）骨料應(yīng)選用粒徑適當(dāng)、級(jí)配合理、無(wú)堿性反應(yīng)、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(zhǎng)建筑物或構(gòu)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(shè)計(jì)應(yīng)盡量采有低水灰比、低水泥用量、低用水量。投料計(jì)量應(yīng)準(zhǔn)確，攪拌時(shí)間應(yīng)保證；2）澆筑分層應(yīng)合理，振搗應(yīng)均勻、適度，不得隨意留置施工縫。     3.設(shè)計(jì)方面。1）建筑平面造型在滿足使用要求的前提下，力求簡(jiǎn)單；控制建筑物的長(zhǎng)高比，增強(qiáng)整體剛度和調(diào)整不均勻沉降的能力；2）正確設(shè)置沉降縫、變形縫，位置和寬度選擇要適當(dāng)，構(gòu)造要合理；3）磚混結(jié)構(gòu)底層窗臺(tái)下應(yīng)采用加筋砌體，洞口較寬的窗臺(tái)下宜設(shè)置鋼筋混凝土梁，以防止窗臺(tái)因地基沉降產(chǎn)生豎向裂縫；4）構(gòu)件配筋要合理，間距要適當(dāng)。斷面較大的梁應(yīng)設(shè)置腰筋。大跨度、較厚的現(xiàn)澆板，上面中心部位宜配置構(gòu)造鋼筋。主梁在集中應(yīng)力處，宜加設(shè)抗剪鋼筋。 4.施工方面。1）加強(qiáng)地基的檢查與驗(yàn)收，復(fù)雜地基，應(yīng)做補(bǔ)充勘探。異常地基處理必須謹(jǐn)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(shè)置后澆帶，較長(zhǎng)的墻、板、基礎(chǔ)等結(jié)構(gòu)和主樓與裙房之間等高低層錯(cuò)落處，均應(yīng)設(shè)置后澆帶。具體要求可由設(shè)計(jì)單位確定；3）加強(qiáng)混凝土的早期養(yǎng)護(hù)，并適當(dāng)延長(zhǎng)養(yǎng)護(hù)時(shí)間，當(dāng)柱、墻等構(gòu)件澆水養(yǎng)護(hù)有困難或不能保證其表面濕潤(rùn)時(shí)，應(yīng)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(yīng)做好溫度測(cè)控工作，采取有效的保溫措施，保證構(gòu)件內(nèi)外溫差不超過(guò)規(guī)定（25℃）；5）鋼筋綁扎位置要正確，保護(hù)層厚度準(zhǔn)確，鋼筋表面應(yīng)潔凈，鋼筋代換必須考慮對(duì)構(gòu)件抗裂性能的影響。 七．結(jié) 語(yǔ) 裂縫是混凝土結(jié)構(gòu)中普遍存在的一種現(xiàn)象，它的出現(xiàn)不僅會(huì)降低建筑物的抗?jié)B能力，影響建筑物的使用功能，而且會(huì)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(duì)混凝土裂縫進(jìn)行認(rèn)真研究、區(qū)別對(duì)待，采用合理的方法進(jìn)行處理，并在施工中采取各種有效的預(yù)防措施來(lái)預(yù)防裂縫的出現(xiàn)和發(fā)展，保證建筑物和構(gòu)件安全、穩(wěn)定地工作。     參考文獻(xiàn)： 1 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范.中國(guó)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(jìn)展.混凝土，2002. 5. 3 郭仕萬(wàn)，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 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