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第35章 任务三钢筋混凝土结构的损坏与维修(1)

一、钢筋混凝土结构损坏现象及原因分析

(一)钢筋混凝土常见的缺陷

混凝土常见的缺陷主要有蜂窝、麻面、漏筋、孔洞、缺棱掉脚、露筋、裂缝及混凝土与钢筋被腐蚀等。混凝土结构的缺陷主要是由于混凝土结构或构件在建造施工过程中产生的缺陷及在建成后使用过程中产生的损伤。

(1)在施工时建筑材料使用不当,如砂、石含泥量大,水质不良、水泥强度等级不足、沙石含泥量大等会造成混凝土强度严重下降出现酥松现象。混凝土浇筑时浇捣不当或漏捣,模板缝隙过大导致水泥浆流失,钢筋较密或石子相应过大,养护不当都会形成蜂窝、孔洞(见图6—40)、露筋等现象;模板清理不干净、表面不光滑,模板湿润不够或漏涂隔离剂,混凝土振捣不密实,拆模不当都会造成构件表面麻面、破损等。

图6—40孔洞(2)在使用过程中由于使用不当并缺乏必要维护措施,使构件遭受到碰撞、超载、高温、有害介质侵蚀,甚至部分构件人为破坏、拆除等,而导致混凝土构件出现掉角、露筋、损裂、酥松等缺陷。这些缺陷若仅在混凝土表层,尚未超过钢筋的保护层,对构件截面损失较小,不致影响构件的强度及结构近期使用的安全性,但这种损伤的发展对结构长期使用的耐久性有影响;若这些缺陷深度超过构件钢筋的混凝土保护层,对构件的有效截面有一定损失,以致影响构件的强度和结构近期使用的可靠性。因此,混凝土建筑施工过程中应预防发生施工缺陷,在使用过程中应避免损失并及时维护,以确保建筑工程质量和建筑使用耐久性。

(二)混凝土的腐蚀与钢筋的锈蚀

1混凝土的腐蚀、碳化

在雨水、雪水、硫酸盐、酸类、强碱等腐蚀性气体或液体的长期作用下,混凝土中的水泥会发生一系列的物理化学反应,破坏水泥的结构,导致水泥胀裂等。从化学角度来看,混凝土显示出强碱性,会在钢混表面形成氧化膜,也叫钝化膜,对混凝土结构内部的钢筋起到了保护作用。然而,大气中的CO2或其他酸性气体的渗透,经过长期作用,使混凝土中性化而降低其碱度,这就是混凝土的碳化现象,如图6—41所示。碳化会引起水泥化学组成及组织结构的变化,对混凝土有明显影响。碳化将显着增加混凝土的收缩,降低混凝土抗拉、抗折强度,降低混凝土的碱度而减弱对钢筋的保护作用。

图6—41混凝土碳化混凝土碳化过程的化学反应式:

2钢筋的锈蚀

钢筋混凝土构件中,由于混凝土的高碱性,它能有效地保护钢筋。但是若保护层混凝土破坏或炭化使其保护性能不足,钢筋表面的氧化膜遭到破坏,这时如果有水分浸入,钢筋就会锈蚀,如图6—42所示。钢筋锈蚀后,其有效受力截面减小,钢筋与混凝土之间的黏着力降低,构件的强度也相应受到影响。此外,若钢筋锈蚀严重时,体积膨胀将导致构件沿钢筋长度方向出现纵向裂缝,并可引起混凝土保护层脱落,从而降低构件的受力性能和耐久性能,最终将使结构构件破坏或失效。尤其是预应力混凝土梁、板内的高强度钢丝,由于断面小、应力高,一旦发生锈蚀则危险性更大,严重时会导致构件断裂。

钢筋产生锈蚀的原因有很多,在正常环境下,主要是由于混凝土不密实或有裂缝存在而造成钢筋的锈蚀。尤其当水泥用量偏小,水灰比不当和振捣不良时,或者在混凝土浇筑中产生漏筋、蜂窝、麻面等情况,都给水(汽)、氧和其他侵蚀性介质的渗透创造了有利条件,从而加速了钢筋的锈蚀。此外,若混凝土内掺入一定量的氯盐也会加速钢筋的锈蚀。

图6—42钢筋锈蚀(三)钢筋混凝土结构的裂缝

混凝土开裂是非常普遍的,不少钢筋混凝土结构的破坏都是从裂缝开始的,因此必须十分重视混凝土裂缝的分析与处理。但是应该指出的是,混凝土中的有些裂缝是很难避免的。例如,普通钢筋混凝土受弯构件,在30—40设计荷载时就可能开裂;而受拉构件开裂时的钢筋应力仅为钢筋设计应力的1/14—1/10。除了荷载作用造成的裂缝外,更多的是混凝土收缩和湿度变形导致开裂的。后者一般都不危及建筑结构的安全。

钢筋混凝土结构上产生的裂缝常见于非预应力受弯、受拉等构件和预应力构件的某部分。按裂缝产生的原因和性质主要可分为荷载裂缝、温度裂缝、收缩裂缝、腐蚀裂缝和张拉裂缝五种。

1荷载裂缝

钢筋混凝土结构在荷载作用下变形而产生的裂缝称为荷载裂缝。在构件的受拉区、受剪区或受震动影响严重的部位多出现这种裂缝,且裂缝在不同的受力特性和不同的受力大小情况下,具有不同的性状和规律。

(1)受弯构件的裂缝。

钢筋混凝土受弯构件(如梁、板)裂缝常见的有垂直裂缝和斜裂缝两种。垂直裂缝一般出现在梁、板结构弯矩最大的横截面上,如图6—43(a)中所示板的1/2号裂缝分别为支座负弯矩和跨中正弯矩产生的垂直裂缝。斜裂缝一般发生在剪力最大的截面,通常在支座附近,由下部开始,多数沿45度方向向跨中上方发展,是弯矩和剪力共同作用的结果,如图6—43(b)所示的次梁3号裂缝。如图6—40(b)所示的1、2号裂缝分别为次梁的支座负弯矩和跨中正弯矩产生的垂直裂缝。主梁也可能同次梁一样,在上述部位产生受力裂缝,此外,主梁在支撑次梁处还可能出现如图6—43(c)所示的斜裂缝。

(2)受压构件的裂缝。

受压构件的常见裂缝如图6—44所示。

(3)受拉构件的裂缝。

对轴心受拉构件,如地面水池、钢筋混凝土屋架下弦拉杆,其裂缝间距大致相等,裂缝宽度也大致相同;而对偏心受拉构件,如水箱顶、底与四壁,裂缝出现在弯矩最大的地方,多数只有一条,也可能偶有2—3条但肯定有一条为主裂缝。

2温度裂缝

钢筋混凝土结构受大气及周围环境温度变化,或大体积混凝土施工时产生大量水化热等因素的影响而冷热变化时会使其发生收缩和膨胀,当收缩和膨胀受到限制时产生温度应力,若温度应力超过混凝土强度时就会产生裂缝,这种裂缝称为温度裂缝。

图6—43钢筋混凝土受弯裂缝

图6—44受压柱在正常荷载作用下的常见裂缝钢筋混凝土梁、板周围气温和湿度出现剧变时,某些部位会产生裂缝,板上多为贯通裂缝,梁上则多为表面裂缝。当梁、板结构现场施工养护不良时,更易发生这类裂缝。一般裂缝发展时间为1—3个月,以后趋于稳定。温度裂缝对结构承载力一般没有影响,但在屋面上出现时常会造成渗漏,影响正常使用。图6—45所示为屋面板温度裂缝。

图6—45屋面板温度裂缝3收缩裂缝

由于混凝土收缩变形引起的裂缝,称为收缩裂缝(又称干缩裂缝)。单向走廊现浇板,由于纵向的分布钢筋间距过大,容易在横向造成收缩裂缝,裂缝间距约为4—6m(板厚为70mm时)。预制铺板,如果在面层内未配钢丝网,因此开裂,其间距约为1—2m。若梁内纵向钢筋的间距大于650mm,混凝土在纵向收缩时会产生横向裂缝。

4其他因素产生的裂缝

除了上述裂缝外,混凝土还会因钢筋腐蚀生锈产生裂缝;若施工不当,如过早拆除支撑模板、模板变形、混凝土浇筑方法不当、施工缝处理不当等,也会引起施工裂缝。

二、钢筋混凝土结构损坏的鉴定

钢筋混凝土裂缝和耐久性出现问题会对房屋的使用寿命甚至安全性能产生影响,物业管理人员在房屋管理过程中如发现混凝土构件存在以上问题应进行检查,必要时可采取有效的维修措施。常用的钢筋混凝土构件的检查主要包括以下内容。

(一)混凝土的检查

1混凝土裂缝的检查

混凝土裂缝检查的目的是为了推断建筑物开裂的原因、判定有无必要进行修补与加固补强。对结构或构件裂缝的检测应包括裂缝的位置、形式、走向、长度、宽度、数量,裂缝发生及开展的时间过程,裂缝是否稳定,裂缝内有无盐析、锈水等渗出物,裂缝表面的干湿度,裂缝周围材料的风化剥离情况,开裂的时间与开裂的过程等。

裂缝的位置、形式、走向、数量可用目测观察,然后记录下来,也可用照相机、录像机等设备记录。

裂缝的宽度、长度与稳定性等则需要用专门的检测仪器和设备,检测裂缝长度的仪器为直尺、钢卷尺等长度测量工具。

裂缝的深度可采用超声法检测或局部凿开检查,必要时可钻取芯样予以验证。超声法检测采用非金属超声仪检测,检测时裂缝中不能有积水。图6—46所示为裂缝超声波探测示意图。

图6—46裂缝超声波探测示意图检测裂缝宽度的仪器有裂缝对比卡、刻度放大镜(放大倍数为10—20)、裂缝塞尺、百分表、千分表、手持式引伸仪、弓形引伸仪、接触式引伸仪等。当裂缝宽度较小时,采用裂缝刻度放大镜、裂缝对比卡;当裂缝宽度较大时,可用塞尺等。裂缝的宽度测量应注意同一条裂缝上其宽度是不均匀的,检测目标是找出最大裂缝宽度。图6—47所示为裂缝宽度对比工具。

图6—47裂缝宽度对比工具裂缝稳定性观测,裂缝的性质可分为稳定裂缝和活动裂缝两种。活动裂缝亦为发展的裂缝,对于仍在发展的裂缝应进行定期观测,在构件上做出标记,用裂缝宽度观测仪器(如接触式引伸仪、振弦式应变仪等)记录其变化,或骑缝贴石膏饼,观测裂缝发展变化。常用的也是最简单的方法是在裂缝处贴石膏饼,用厚10mm左右,宽约50—80mm的石膏饼牢固地黏贴在裂缝处,因为石膏抗拉强度极低,裂缝的微小活动就会使石膏随之开裂。

2混凝土材料耐久性破坏的检查

混凝土的耐久性是指混凝土抵抗环境作用的能力,它包括渗透性能、抗冻融性能、抗磨性能、抗化学物质侵蚀性能和保护钢筋的能力等。常用目测进行,检查时选取代表性部分,用手锤或风动工具进行局部清理,暴露内部混凝土,观测并记录材料变质与破坏的分布位置、深度、特征、结构的裂缝和变形等。

(二)钢筋的检查

1钢筋锈蚀的检查

钢筋锈蚀后,钢筋截面积减少,锈蚀产物体积膨胀2—4倍,使钢筋与混凝土的黏结力降低,锈蚀产生的膨胀力还会引起混凝土顺筋裂缝,严重时保护层剥落、钢筋锈断。

检查钢筋锈蚀的方法有剔凿法、取样法、自然电位法和综合分析法。

(1)剔凿法。凿开钢筋混凝土保护层,用钢丝刷刷去浮锈,用游标卡尺测量钢筋剩余直径,主要量测钢筋截面有缺损部位的钢筋直径,以此计算钢筋截面损失率。

(2)取样法。取样可用合金钻头、手锯或电焊截取,样品的长度视测试项目而定,若须测试钢筋的力学性能,样品应符合钢筋试验要求,仅测定钢筋锈蚀量的样品的实际长度,在氢氧化钠溶液中通过电除锈。将除锈后的试样放在天平上称出残余质量与该种钢筋公称质量之比即为钢筋的剩余截面率。当已知锈前钢筋质量时,则取锈前质量与称量质量之差来衡量钢筋的锈蚀率。

(3)自然电位法。自然电位法是利用检测仪器的电化学原理来定性判断钢筋混凝土中钢筋锈蚀程度的一种方法。当混凝土中的钢筋锈蚀时,钢筋表面便有腐蚀电流,钢筋表面与混凝土表面存在电位差,电位差的大小与钢筋锈蚀程度有关,运用电位测量装置,可大致判断钢筋锈蚀的范围及其严重程度。图6—48所示为钢筋锈蚀检测仪。

图6—48钢筋锈蚀检测仪(4)综合分析法。综合分析法可通过顺筋裂缝宽度、混凝土保护层厚度、混凝土强度、混凝土碳化深度、混凝土中有害物质含量、混凝土含水率等检测参数,以及剔凿后露出钢筋的锈蚀层厚度、剩余钢筋直径等情况,综合判定钢筋的锈蚀状况。

(三)钢筋混凝土维修及养护

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