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应重视混凝土结构缺陷的防治

时间:2012-11-19 09:15:22 来源: 作者:

1概述

进入21世纪的今天,混凝土仍然是土木建筑工程中用途最广泛的材料之一。由于防水工程一般都以混凝土结构作为基层,且通过一定技术措施后,混凝土还可配制成具有一定抗渗等级的防水混凝土,因此确保混凝土材料及其结构的质量至关重要。遗憾的是,十几年来大量工程实践表明,在各种自然和人为的灾害中,由混凝土结构缺陷(主要是裂缝)引起的事故十分突出,造成的经济损失也很惊人。

由于土木建筑是一个系统工程,混凝土结构产生的缺陷,必然会影响到防水工程的质量。因此普及这方面的有关知识,对保证包括混凝土在内的防水工程质量将不无裨益。

2混凝土裂缝与耐久性的关系

混凝土耐久性是指达到设计指标的混凝土经过长年的使用不毁坏,能够继续服役于工程环境,且对浸蚀性介质有一定的抵抗能力,并保持适应性。

长期以来,人们一直认为强度与耐久性之间呈对应关系,因而确定了符合耐久性要求的混凝土配合比设计方法。事实上,混凝土对化学介质的耐腐蚀能力不一定与机械强度有关。因为强度高的混凝土不一定有很高的耐腐蚀能力,而由耐化学浸蚀性较好的材料制备成的一般强度混凝土,却有相当高的耐久性能。

近年来研究认为,混凝土裂缝、微裂缝对结构耐久性影响最大。例如中国建材研究院通过长期观察认为,室外自然暴露的φ12 mm钢锈试件,混凝土发生开裂的时间为7~10年,平均为8.5年,其裂缝宽度约小于0.1 mm,此时锈蚀失重率计算平均值为0.779%;而室内自然条件下φ12 mm钢锈试件有的钢筋失重率已超过0.4%,如室内相对湿度大于90%时,有的超过0.6%,但保护层没有开裂。混凝土结构发生开裂后,在干湿循环交替作用下会促进钢筋锈蚀,且影响到钢筋与混凝土界面的粘结。而在冻融循环的作用下,也会破坏混凝土内部结构,降低混凝土抵抗钢锈产生的膨胀压力的能力。另外,由于钢筋和混凝土的线膨胀系数不同,当温差变化较大时,如混凝土保护层失去足够碱度且钢筋锈蚀时,混凝土和钢筋之间的界面就会受到破坏,从而影响结构的承载能力。

值得指出的是.当前由于普遍使用早强、高强商品混凝土,混凝土结构的开裂问题越来越严重。这个问题不是我国独有的,而是世界性的。从近几年工程建设单位反馈的信息来看,我国的房屋建筑中现浇钢筋混凝土楼板和地下工程连续墙的开裂现象十分严重,其后果不容忽视。另外,当前城市污染日甚,大气、雨水中均会有浸蚀性介质。这些有害介质的浸入,均会加速钢筋的锈蚀,破坏混凝土内部结构,使混凝土开裂时间提早,如不采取有效防范措施,势必影响结构的耐久性。因此混凝土结构裂缝常常是控制建筑物使用寿命的主要因素。

通过大量工程实践和理论分析,钢筋混凝土结构(含采用各种新型膨胀剂、防水剂和复合型的补偿收缩混凝土)出现宽度在0.2~0.3 mm以下的裂缝(一般认为是无害的)是不可避免的,并应视为可以接受的。但由此引起的钢筋锈蚀、混凝土剥落、降低结构承载能力和耐久性等问题不可低估。有关文献指出,由混凝土裂缝引起的各种不利后果中,渗漏水占60%。从物理概念上说,水分子的直径约0.3 gm,可穿过任何肉眼可见的裂缝田。所以从理论上讲,任何混凝土结构产生的裂缝都应进行防治,这是防水工程的基本要求。

3混凝土冻害问题日益严重

水工混凝土的冻融破坏在三北地区(即东北、西北、华北)的工程中占100%,这些大型混凝土工程一般运营也就30年左右,有的甚至不到20年。特别是接触海水的工程,其受冻破坏的现象更为严重。

地处寒冷地区的水电站、工业厂房、铁道桥涵、交通部门的混凝土路面、桥梁及市政工程等混凝土,接触雨水、蒸气的部分以及排水系统等,都会受到冻融破坏的影响。如通辽发电厂的冷却塔简壁,由于渗水致使混凝土遭受冻结而发生表皮脱落、空鼓等现象。

随着工程建设规模不断扩大,工业与民用建筑中混凝土冻害问题也日益严重。因为冬期大体积混凝土施工时,基底的结冰层无法彻底清除,而在负温环境下作业,新浇筑的混凝土与基底冻土层之间产生的温度应力不可小视。随着混凝土浇筑的数量不断增大,以及混凝土内部温度逐渐升高,此时巨大的温差会使尚未硬化的混凝土(含龄期较短的混凝土)产生裂缝的机会增大,并成为渗漏水的隐患。我们验证过不少冬期施工大体积混凝土的测温资料,说明与正常条件下施工的混凝土温度曲线差异很大。换言之,冬期施工的大体积混凝土开裂危险性更大。因此在这种情况下,仅以混凝土试块的强度与抗渗等级来评定冬期混凝土施工质量是片面的。

另外,在冬期浇筑混凝土时防止初期遭受冻结固然重要,但由于在这方面我们已积累了丰富经验,且在现行技术规范中都有明确规定,因此只要严格遵守,一般不存在多大问题。相反,对于跨年度已经完成的混凝土结构,如长期裸露且未采取越冬保护措施,因而引起不良后果的严重性却认识不足。笔者曾对北方某一高层地下3层建筑(埋深约15 m)进行长达15个月(跨越2个冬季)的观察,结果发现,该地下3层混凝土底板(厚度为1.4 m)于当年冬期施工,在1年多的时间内未出现渗漏水。而在跨越第2个冬季时,因窝于混凝土结构内部的水分(施工中长期积存的水分),在结冰膨胀过程中释放出来的应力不仅使混凝土结构出现新生的贯穿性裂缝,而且于施工初期出现的一些表面裂缝、深进裂缝也被不断扩张贯通,形成渗漏水通道,从而造成该地下室渗漏水。值得一提的是,我们在该地下室内还观察到,在底板出现渗漏水的同时,由于地下水的压力并通过毛细管作用,于底板与剪力墙的水平施工缝、剪力墙的垂直裂缝(一般间距约3~4 m)处均出现大小与长短不一的冰棱。因此如何防止施工用水、雨雪水等浸入混凝土内部结构而引起冻害的问题,有待深入研究。笔者在过去的读书笔记中也查到,欧洲的CEB技术规范在关于混凝土的抗冻安全性规定中有“消除积存水的构造”这一要求,可见国内外在这个问题上的认识是相似的。

4结论与建议

从以上提到的几种混凝土结构缺陷来看,主要是混凝土的裂缝问题,其他如冻害等也都与裂缝相关。混凝土结构出现裂缝后应认真分析,属于影响结构安全的有害裂缝,应采取加固补强措施.而其他一般性裂缝也应进行封闭或堵漏,以免引起渗漏水。有了裂缝而久不治愈,就会引起钢筋锈蚀和混凝土剥落等现象,并影响到结构强度、刚度与稳定性。为了减少自然资源的消耗,实现人类文明的可持续发展,特提出如下建议:

1)开展地下工程结构症害的研究。应组织有关部门从结构裂缝、钢筋腐蚀、地下混凝土的物理化学性能、地下工程结构维护与安全等方面进行深人研究,这其中应包括本文提到的混凝土冻害及三北地区地下室越冬保护等内容。

2)在重大工程中不宜单独采用混凝土结构自防水作法。目前大多数单一采用混凝土结构自防水的地下工程都存在不同程度的渗漏水问题,导致地下室室内长期潮湿,不仅影响使用功能,且有害人体健康。另外,混凝土结构如长期遭受地下水及各种腐蚀介质的浸入,会减少建筑物的使用年限。因此,从环境保护和改善使用功能出发,再次呼吁在重要地下防水工程中不宜单独采用结构自防水作法

3)新产品的推广离不开中间试验和施工工艺的配合。随着建设节约型社会的开展,集保温、隔热、防水、节能等多功能的屋面、墙体、地下工程用新型材料开始得到应用,但在施工技术方面却甚少试验研究,不少工程施工后的质量问题已经显现,值得关注。长期以来我国防水行业发展误区之一是重产品开发、轻应用技术和施工工艺的配套研究(包括机具和零配件)。其结果是,虽然各种先进的防水产品使用比例在不断扩大,但却难改当今工程严重渗漏的现实。另外,由于建筑功能呈多样化的趋势,土建与防水之间的施工技术配合也至关重要。例如,在一个外墙外保温系统工程中,要解决保温板与墙体之间的固定、抹灰层与保温板以及防水涂料与抹灰层之间的粘结和防止开裂等问题、都需要多单位、多方面科技人员进行试验研究,同时还要对一批示范工程进行长期跟踪观察,然后才能得出科学的结论,由此制订的施工工法才具有可信度和可操作性。历史证明,新产品的推广离不开中间试验和施工工艺的配合,若舍弃这一过程,或不顾条件地蛮干,由此造成的损失将难以预料。

4)总包方项目经理应抓防水质量。施工条件、施工程序及成品保护被公认为影响防水工程质量的三大要素,在实践中如何做到措施落实、岗位到位、奖罚分明,是一个需要不断深化、不断改进的过程。由于这项工作涉及到与防水工程相关的多单位、多工种的相互配合,因此必须由施工总包方的项目经理亲自组织实施。如果做不到这一点,那么一切正确的设计与施工方案,再好的质量保证措施,都会在实际工作中受到冷落与漠视,保证防水功能与工程质量就会变成一句空话

 

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