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1、第四章钢筋砼结构本讲稿第一页，共一百三十八页25.水泥在贮存3个月后按过期水泥使用。3个月后，水泥的强度将降低10一20；6个月后，约降低15一30；一年以后，约降低25一40。如果水泥在贮存期间不慎受潮，其处理和使用须符合表4-1-1的要求。工程实例工程实例工程实例工程实例:广西百色某车间为单层砖房,建筑面积221m2,屋盖采用预制空心板和12m跨现浇钢筋混凝土大梁(梁底标高5m)，屋面荷载经梁传给MU10砖、M5砂浆砌筑的490mm870mm砖柱和490m620mm砖壁柱上。本讲稿第二页，共一百三十八页3此车间于l983年l0月开工，当年12浇筑完大梁混凝土，12月2629日安装完屋盖预制
2、板，接着进行屋面防水层施工；1984年1月3日拆完大梁底模板和支撑，1月4日下午房屋全部倒塌。图4-1-1车间平面示意分析倒塌原因如下：分析倒塌原因如下：分析倒塌原因如下：分析倒塌原因如下：(1)钢筋混凝土大梁原设计为C20混凝土。施工时，使用的是本讲稿第三页，共一百三十八页进场已3个多月并存放在潮湿地方已有部分硬块的325号水泥。(2)这种受潮水泥应通过试验按实际强度用于不重要的构件或砌筑砂浆，但施工单位却仍用于浇筑大梁，且采用人工搅拌和振捣、无严格配合比。(3)大梁在混凝土浇筑28天后(倒塌后)用回弹仪测定的平均抗压强度只有5Nmm2左右；有些地方竞测不到回弹值。(4)在倒塌的大梁中，发现
3、有断砖块和拳头大小的石块。(5)大梁纵筋和箍筋的实际配置量少于设计需要(纵筋原设计为1022，实配7 20，322；箍筋原设计为8250，实配6300)，分别仅及设计需要量的88和47。经按施工时实际荷载复核，本倒塌事故是因施工中大梁混凝土强度过低，在大梁拆除底模后，其压区混凝土被压碎所引发，继而导致整个房屋倒塌。使用过期受潮水泥是主因，混凝土配比不严、振捣不实、配筋不足也是重要原因。4本讲稿第四页，共一百三十八页 应吸取的教训应吸取的教训应吸取的教训应吸取的教训(1)施工现场入库水泥应按品种、标号、出厂日期分别堆放，并建立标志。先到先用，防止混掺使用。(2)为防止水泥受潮，现场仓库应尽量密闭
4、。包装水泥存放时应垫起离地300mm以上，离墙也要300mm以上。堆放高度不超过10包。临时露天暂存水泥应用防雨篷布盖严，底板要垫高，并采取油毡、油纸或油布铺垫等防潮措施。(3)过期(3个月)水泥使用时应复查试验，按试验结果使用。(4)受潮水泥应严格按表4-1-1办法处理。二、水泥和集料台有害物质二、水泥和集料台有害物质二、水泥和集料台有害物质二、水泥和集料台有害物质水泥除CaO、SiO2、A12O3：、Fe203：4种氧化物的总数大约在95以上外，还有5以下的其它氧化物如MgO、SO3、TiO2、K20、Na2O等。所有上述氧化物大多来自原料，少数来自燃料。它们在燃烧过程中相互结合，生成多种
5、矿物；但是，总还有极少量的氧化物因没有足够的反应时间而残余下来，以游离状态5本讲稿第五页，共一百三十八页6存在于泥浆体之中。游离的CaO和MgO水化作用很慢。它们往往在水泥凝结硬化后还继续进行水化作用，使得已发生均匀体积变化而凝结(水泥在水化过程中一般都会产生均匀体积变化，这时对凝结后的混凝土质量并无影响)的水泥浆体继续产生剧烈的不均匀体积变化。这种再生的体积变化，严重时会发生使混凝土开裂甚至崩溃的质量事故。游离的SO3能在水泥凝结硬化后继续与水化铝酸钙作用，形成大量体积膨胀的水化硫铝酸钙(钙矾石)晶体，在凝结后的水泥浆体内产生膨胀应力，破坏水泥浆体结构。游离的Na2O、K2O若过量时遇到混凝
6、土中的活性骨料(活性SiO2)，也会产生使骨料体积膨胀的效果，严重时会使混凝土“开裂”。国家标准硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥(GB17585)规定：硅酸盐水泥熟料中MgO的含量不得超过5.0%。如水泥经压蒸本讲稿第六页，共一百三十八页7安定性试验合格，则允许放宽到6.0。水泥中的SO3的含量不得超过3.5(这里的水泥指硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、火山灰水泥和粉煤灰水泥；但矿渣水泥中的SO3含量不得超过4.0。)一般还认为水泥中的Na2O当量不宜大于1(我国水泥品质指标控制中无此规定，美国等国家有类似规定；但我国却有“若使用活性集料，用户要求提供低碱水泥时，水泥中碱含量不得大于0.60或由供需双方
7、商定”的说法。)。原国家建筑工程总局普通混凝土用碎石或卵石质量标准及检验方法(JGJ5379)规定：碎石或卵石中硫化物及硫酸盐含量折算成S03的含量不得超过1.0。工程概况：工程概况：工程概况：工程概况：山西某厂有九幢4层砖混结构住宅，均采用预制空心楼板、本讲稿第七页，共一百三十八页平屋顶，总建筑面积10290m2。该工程1984年5月开工，同年底完成主体工程，翌年内部装修。在1985年6月进行工程质量检查时，发现其中一幢(12号楼)有多处预制楼板起鼓、酥裂情况。随后，该楼楼板损坏愈来愈严重，其它四幢(13、11、16、17号楼)也相继不同程度地出现破坏迹象。至l985年10月，在这五幢楼房铺
8、设的2190块预制板中，已完全塌落的有48块，明显存号在隐患的有2065块。这些预制板都由太原市某乡镇企业所生产，其中最早使用于12、13楼的，图4-1-2预制混凝土空心板破坏情况8本讲稿第八页，共一百三十八页9质量问题也最严重。楼板酥裂和塌落的情况见图4-1-2。分析破坏原因如下：分析破坏原因如下：分析破坏原因如下：分析破坏原因如下：从预制板普遍破坏迹象看，主要是由于混凝土材料品质不良引起的，而且显然是因为混凝土内含有害物使材料逐渐发生物理化学变化引起体积膨胀所造成的。于是，从破坏最严重的楼板、尚未铺设的楼板以及尚未出厂的楼板上取样2000余个，筛选10，再从中抽出部分样品作材料的化学分析和
9、岩相分析检验。检验时按粗骨料的不同颜色分类。其中有代表性的白石、青石、亮石的化学分析结果见表4-1-2。本讲稿第九页，共一百三十八页10耗尽的石膏也可能在混凝土硬化后继续生成水化硫铝酸钙，而水化硫铝酸钙生成时的体积约达原体积的2.5倍，这是造成预制板混凝土膨胀、酥裂、破坏乃至倒塌的主要内在原因。应吸取的教训应吸取的教训应吸取的教训应吸取的教训(1)水泥进场时必须有出厂合格证或水泥物理试验报告，并对其品种、标号、物理力学性能进行检查验收。(2)水泥合格与否除强度指标外，还必须看其体积安定性试验结果和细度、凝结时间等三项指标(细度的要求为0.08mm方孔筛的筛余量12；凝结时间的要求为初凝不早于4
10、5分钟，终凝不迟于12小时。(3)体积安定性是指水泥硬化过程中体积变化的均匀性能，如果水泥中含有较多的游离CaO、MgO或SO3：，就会使水泥的结构产生不均匀变形甚至破坏。体积安定性试验可按压蒸法进行。(4)混凝土用碎石(卵石)和砂在必要时应做硫化物和硫酸盐含量本讲稿第十页，共一百三十八页11检验。用磨细后的粗、细集料粉试样品按一定步骤加入蒸馏水、盐酸、氯化钡溶液等试剂，用求试样重、沉淀物重、坩埚重的方法代入一定公式即可求出以SO3计的水溶性硫化物和硫酸盐的含量。若含量值大于集料样品重的1.0，即为不合格集料。三、三、三、三、碱碱碱碱 集料反应集料反应集料反应集料反应碱集料反应是指水泥中的碱，
11、如Ca(OH)2和易生成NaOH的Na20，与集料中的活性SiO2发生反应，生成碱的硅酸盐凝胶体，吸水膨胀，引起混凝土开裂的现象。它能使混凝土的耐久性下降，严重时还会使混凝土失去使用价值。由于这种破坏既难以阻止其发展，也难以修补，故俗称为混凝土的“癌症癌症癌症癌症”。因碱集料反应发生的质量事故遍及全世界：美国是发现碱集料反应最早的国家，有十余个州曾发生碱集料反应的破坏事件；加拿大也深受其害，1906年在渥太华建成的Hurdman桥，因本讲稿第十一页，共一百三十八页12碱集料反应严重而于1987年拆毁，1957年后该国中部和东部地区发现数百个混凝土工程因碱集料反应而破坏；日本于1980年在阪神高
12、速公路上发现大量因碱集体反应的破坏事故；南非碱集料反应的破坏也十分严重，遭破坏的混凝土工程包括桥梁、挡土墙、路面、蓄水坝、电线杆、桩基等，它们出现混凝土开裂多在建成后3-10之内。碱碱碱碱 集料反应来自两个方面：集料反应来自两个方面：集料反应来自两个方面：集料反应来自两个方面：一一一一是是是是集料中的活性SiO2，如玉髓、玛蹈、鳞石英、方石英、微晶石英等；一是一是一是一是水泥原料中碱含量(以等当量Na2O计)过高。我国经初步研究，已证实广西红水河地区、辽宁锦州地区、江苏仪征地区、北京地区、长江流域的沦江地区等所采集的部分粗集料中含有活性Si02。如在石灰石集料中夹杂有成分为微晶本讲稿第十二页，
13、共一百三十八页13石英的隧石、在砾石中含有玉髓和玛瑙等。我国历年来生产的水泥的碱含量也偏高。早在60年代初，华北、西北、东北地区水泥厂所生产水泥的碱含量以等当量Na2O计，就已经波动于0.39一1.08之间(不少厂接近1)。有关部门曾对含有燧石的细集料(证实为碱活性集料)做成的水泥砂浆试件进行过测试，测得试件的线膨胀率如表4-1-3。注：砂浆长度法和快速测长法为两种不同的测试方法本讲稿第十三页，共一百三十八页14上述试验表明：上述试验表明：上述试验表明：上述试验表明：1)当水泥碱含量为1时，试件的体积膨胀率随时间而增长；2)当水泥碱含量为1.2时，膨胀率约为1时的1.5倍。它说明水泥碱含量为1
14、，也即当半年的体积膨胀率0.1%时(或3个月的体积膨胀率0.05时)，会产生潜在破坏性的膨胀。这个结论与前人的研究结论：“当混凝土中的碱含量大于3.0m3时，碱将与活性集料反应，产生破坏性膨胀”是一致的。因为若水泥中的碱为1，单位水泥用量为400kgm3：，则混凝土中的碱含量为4.0(3.0kgm3)，超过了极限安全碱含量。以往我国虽水泥含碱量较多，但由于一般工程的混凝土强度等级不高(C15一C25)，而且水泥中多掺加混合材料(如普通硅酸盐水泥允许渗入l5混合材料，矿渣硅酸盐水泥多达40)，这对抑制碱集料反应的发生十分有效。可是，近年来我国混凝土工程却有着三个趋向：本讲稿第十四页，共一百三十八
15、页151)水泥含碱量普遍有所提高(有的地区水泥厂竟达1.8一2.0，等当量Na20达1.31-1.86；2)混凝土强度等级普遍提高(也即每m3混凝土的水泥用量增多)；3)有的施工单位广泛使用早强型减水剂，其中有的碱含量很高。这些倾向，对碱集料反应来说，十分令人担忧。工程实例工程实例工程实例工程实例:北京某厂受热车间，建于1960年，建成后长年处于4050的高湿环境中，后发现其混凝土墙面上有许多网状裂纹。经查当年混凝土所用原料为400号矿渣水泥、每立方米混凝土水泥用量4lOkg，配合比为水泥：砂：石：水1:1.009:3.58:0.39，粗集料为粒径5mm30mm的卵石，掺2CaCl2(氯盐)和
16、2CaSO2H2O(石膏)的外加剂。为了确定此墙面的严重网状裂纹是否为碱集料反应所致，在裂纹处钻一直径70mm、长120mm的混凝土圆柱芯体。将此芯本讲稿第十五页，共一百三十八页16体横向锯成若干磨光薄片，在反光显微镜下观察，发现内部有许多网状裂缝(图4-1-3)。将此磨光薄片进行岩相分析，发现每个薄片含有6至11枚粗集料中有1至3枚粗集料含微晶石英和玉髓。该厂露天堆场钢筋混凝土柱的混凝土保护层也严重剥落，钢筋严重锈蚀(图4-1-4)。从剥落的混凝土中取得一些集料进行岩相分析，其中也含有典型的活性矿物玉髓和微晶石英。因而，此柱的混凝土剥落和钢筋锈蚀可视作是碱集料反应导致混凝土开裂，图4-1-3
17、混凝土内部裂纹本讲稿第十六页，共一百三十八页17从而加剧钢筋锈蚀，而钢筋锈蚀又促使混凝土剥落，这两方面综合作用的结果。根据上述分析，可以证明上述墙面严重裂纹是由于碱集料反应所引起的。图4-1-4漏天堆场钢筋混凝土柱破坏情况 应吸取的教训应吸取的教训应吸取的教训应吸取的教训(1)广泛系统地调查我国哪些地区的集料具有碱活性(如北京市建筑工程研究所已发现北京南口碎石的碱活性较高，不宜用作水泥混凝土集料)。同时，对重要工程的混凝土所使用的集料进行碱活性检验。本讲稿第十七页，共一百三十八页18(2)进行碱活性检验时，首先应采用岩相分析检验碱活性集料的品种、类型(也可由地质部门提供)。若集料中含有活性Si
18、O2时，应采用化学法和砂浆长度法(参见表24)进行检验。若集料判定为有潜在破坏性膨胀，则应遵守以下规定：1)使用含碱量小于0.6的水泥；2)掺用粉煤灰、矿渣、硅灰等掺合料，以降低水泥用量，但混凝土总含碱量不得超过3kgm3；3)当使用含K、Na离子的外加剂时，必须进行专门试验。(3)对于一般混凝土工程，当其集料有碱活性但并不高时，混凝土总含碱量不得超过3kgm3；当其集料无碱活性时，混凝土总合碱量不得超过6kgm3。四、集料中含过量杂质四、集料中含过量杂质四、集料中含过量杂质四、集料中含过量杂质集料(砂、石子)占混凝土总体积70以上，混凝土质量除与水本讲稿第十八页，共一百三十八页19泥品质有关
19、外，也与集料中杂质含量有密切关系。衡量集料中杂质是否有害有三条标准：一是一是一是一是对水泥水化硬化是否产生不利影响；二是二是二是二是对水泥石与集料的粘结是否有害；三三三三是是是是杂质自身的物理化学变化对已形成混凝土结构是否产生不利影响。根据这三条标准，一般认为集料中的有害杂质大体有以下几种：(1)(1)含含含含泥泥泥泥量量量量指砂或石子中粒径小于0.08mm的尘屑、淤泥和粘土的总含量。若含泥量过多(分别指粗和细集料中含泥的重量占粗和细集料重量的百分比)，它不仅由于自身是软弱颗粒而影响混凝土强度和耐久性，而且还会影响集料与水泥石界面的粘结，从根本降低混凝土的强度。(2)(2)有有有有机机机机质质
20、质质含含含含量量量量指以附属在集料上的有机土形式出现的植物腐烂产物。它的危害性主要是妨碍水泥的水化，降低混凝土的强度。检验有机质含量采用比色法。本讲稿第十九页，共一百三十八页20(3)硫化物和硫酸盐含量若集料中有硫铁矿(FeS2)、生石膏(CaSO2H20)等硫化物或硫酸盐折算为SO：(按质量计)的含量过高，可能对混凝土产生硫酸盐腐蚀，即与水泥中的氢氧化钙作用后生成的结晶体体积膨胀，致使水泥石严重开裂而破坏。(4)生石灰和其它轻物质含量砂、石子在堆放、运输过程中易混入生石灰块或煤粒等轻物质。生石灰遇水会产生熟化反应,熟化时体积膨胀l-2.5倍，并生成大量蒸汽，使石灰松解为细粉(值得注意的是石灰
21、石在混凝土内可以经过一个很长的时间才完全熟化)。轻物质则不仅本身软弱而且和水泥石的粘结也差，从而对混凝土的强度和耐久性产生不良影响。因此，集料中不得含有生石灰石。工程实例工程实例工程实例工程实例(1)河南某中学教学楼为一3层砖混结构，全长42.4m，开间3.2m，进深6.4m，层高3.45m，单面走廊(图4-1-5)，每三开间配置两根混凝土为C20的进深梁，上铺预制空心板。本讲稿第二十页，共一百三十八页21该楼1982年8月开工，11月主体结构完工，在进行屋面施工时，屋面进深梁突然断裂，造成屋面局部倒塌(顶层墙体未倒)。分析破坏原因如下分析破坏原因如下分析破坏原因如下分析破坏原因如下：屋面局部
22、倒塌后曾对设计进行审查，未发现任何问题。在对施工方面进行审查中发现以下问题：1)进深梁设计时为C20混凝土，施工时未留试块，事后鉴定其强度等级只是C7.5左右。在梁的断口处可清楚地看出砂石未洗净，集料中7混有鸽蛋大小的粘土块、石灰颗粒和树叶等杂质。2)混凝土采用的水泥是当地生产的400号普通硅酸盐水泥，后经检验只达到350号，施工时当作400号水泥配制混凝土，致使混凝土强度受到一定影响。3)在进深梁断口上发现主筋偏在一侧，梁的受拉区l3宽度内几乎没有钢筋，这种主筋布置使梁在屋盖荷载作用下处于本讲稿第二十一页，共一百三十八页22图4-1-5河南某中学教学楼示意弯、剪、扭受力状态，使梁的支承处作用
23、有扭力矩。4)对墙体进行检查，未发现有质量问题。综合以上施工问题，可以认为进深梁的断裂主要由于该梁受有因扭矩和剪力产生的较大剪应力，而梁的混凝土强度又过低,本讲稿第二十二页，共一百三十八页23导致梁发生剪切破坏的缘故。其中混凝土集料含过量的土块等有害杂质，又是混凝土强度过低的主要原因。(2)(2)某商店工程为内框架结构。其中7m跨现浇钢筋混凝土连续梁在拆模时发现跨度中部有一块混凝土崩裂，直径约250mm。崩裂处突出侧面3040mm。当时梁的底模和另一侧模板尚未拆除，发现上述问题后，停止拆模，将崩裂部位剔出，发现侧面有一块直径约40一50mm的石灰石，已经粉化。后来，在拆除另一侧模时，又发现与这
24、侧崩裂部位对应的另一侧还有一条长达700800mm的斜裂缝，说明该梁已经断裂。此外，还发现在已凿剔部位内部还有已粉化的石灰石，它们分布在宽约130mm，深约110mm，厚约90mm的区域内。因此，决定对此梁作以下加固处理：1)将梁底用木柱顶住，保证安全地进行加固；本讲稿第二十三页，共一百三十八页242)将梁中裂缝处左右约1500mm范围内的混凝土凿去，凿剔部位为直搓；3)原纵向受力筋不变，加密箍筋；4)采用C30混凝土进行补强。该梁崩裂、斜裂缝情况和加固范围示意见图4-7。图4-1-67m跨梁的开裂情况经事后检查，认为混凝土内混入石灰石块是由于施工时对材料检查不严的缘故。因为发现在现场使用的石
25、子堆旁有过去本讲稿第二十四页，共一百三十八页淋灰时没有烧熟的生石灰块，石子堆料场内清理不彻底，石子和少量剩下的石灰块混杂在一起。(3)在某一幢已使用了三年的建筑物中曾发现混凝土一块一块地崩裂。崩裂部位的尺寸从直径约5mm至直径约120mm。有一块板上崩裂处达20余个。个别板上，崩裂处的直径达80120mm。所有崩裂处的特征都是水泥石沿碎石外缘的开裂，开裂处残留已粉化的石灰石块，如图4-1-7所示。图4-1-7混凝土夹杂未熟化石灰引起的崩裂显然，混凝土崩裂的原因是其集料中夹杂有未熟化的生石灰颗粒所致。生石灰在已凝结的混凝土内逐渐吸收水分，经过25本讲稿第二十五页，共一百三十八页26一个很长的时间
26、才完全熟化。3年后导致混凝土崩裂的例子不鲜。这种隐患有人称为混凝土中的“爆瘤爆瘤爆瘤爆瘤”。应吸取的教训应吸取的教训应吸取的教训应吸取的教训(1)粗、细集料在使用前应从料堆(或从火车、汽车、货船上)取样。取样部位应均匀分布，抽取大致相等的8-l5份组成样品。取样数量见混凝土用碎石或卵石、砂的质量检验规定。(2)关于杂质的质量检验项目及其规定如表4-1-2：(3)若检验不合格时，应重新取样，对不合格项进行加倍复验；若仍有一个试样不能满足标准要求，应按不合格品处理。(4)严禁在曾堆放过生石灰的场地上堆放水泥混凝土用的粗、细集料。本讲稿第二十六页，共一百三十八页27五、五、五、五、混凝土早期受冻或养
27、护温度过低混凝土早期受冻或养护温度过低混凝土早期受冻或养护温度过低混凝土早期受冻或养护温度过低环境的温度对水泥水化硬化有很大影响。当温度低于5时，混凝土强度的增长明显延缓。当温度在本讲稿第二十七页，共一百三十八页2840时，混凝土的凝结时间要比15时延长3倍。当温度低于0，特别是温度下降至混凝土冰点温度(新浇筑混凝土的冰点为-0.3-0.5)以下时，混凝土中的水开始结冰，体积膨胀9，混凝土有冻害的可能。当温度低、风速大时，新浇筑混凝土结构外露部分的冷却速度也加快，对大体积混凝土还可能造成内外温度差的增加，形成混凝土结构表面的裂缝。早期受冻的钢筋混凝土构件往往存在以下缺陷早期受冻的钢筋混凝土构件
28、往往存在以下缺陷早期受冻的钢筋混凝土构件往往存在以下缺陷早期受冻的钢筋混凝土构件往往存在以下缺陷：(1)混凝土浇筑后立即受冻，其抗压强度损失可达50以上，其抗拉强度损失可达40。即使后期正温三个月，亦不会恢复到原有设计强度水平。这对混凝土构件使用后的各种指标(强度、抗裂、抗渗等)影响太大。(2)混凝土冻结时水泥石和集料间的粘结力遭到损伤，使混凝本讲稿第二十八页，共一百三十八页29的弹性模量大大降低。(3)冻结后的混凝土内部组织松散，严重地影响其耐久性。(4)一旦钢筋混凝土构件遭冻害，影响最严重的部位在构件外露四侧，而以混凝土保护层尤甚。故遭冻害的构件拆模后混凝土保护层有可能沿钢筋脱开。(5)若
29、混凝土集料中夹杂有冻结的淤泥或粘土覆裹物时，还会出现混凝土冻胀开裂现象。工程实例工程实例工程实例工程实例1 1：某工程为三层砖混结构，现浇钢筋混凝土楼盖，纵墙承重、灰土基础(图4-1-7)。施工后于当年10月浇灌二层楼盖混凝土，11月浇灌三层楼盖混凝土。全部主体结构于第二年1月完工。在4月间进行装修工程时，发现各层大梁均有斜裂缝，其现象是：1)裂缝多为斜向，倾角500600，且多发生在300mm的钢箍本讲稿第二十九页，共一百三十八页30图4-1-7某工程及裂缝情况示意（a）平面图；（b）大梁（L1）配筋图；（c）大梁裂缝示意间距内。近梁中部为竖向裂缝。2)斜裂缝两端密集，中部稀少(值得注意的是
30、在纵筋截断处都本讲稿第三十页，共一百三十八页31有斜裂缝)；其沿梁高度方向的位置较多地在中和轴以下，个别贯通梁高。3)裂缝宽度在梁端附近约0.51.2mm，近跨中约0.10.5mm；裂缝深度一般小于梁宽的l3，个别的两面穿通；裂缝数量每根梁少则4根，多则22根，一般为l015根。分析混凝土开裂原因如下：1)1)施工原因施工原因施工原因施工原因浇灌二层梁板时，未采用专门养护措施，浇灌后两小时就在板面铺脚手板、堆放砖块进行砌墙。11月初浇灌三层梁板时，室内温度为01，未采取保温措施。根据试验资料，混凝土在21天后的强度只达28天理论强度值的42.5，一个月后才达到52。因此，混凝土早期受冻是这起质
31、量事故的重要原因。另外，混凝土的水泥用量偏低(只有210kgm3，略少于225kgm3的最低值)也是因素之一。本讲稿第三十一页，共一百三十八页322)2)设计原因设计原因设计原因设计原因 其一是箍筋间距过大。混凝土结构设计规范727条规定，“当梁高为500mm且时，梁中箍筋的最大间距为200mm”。而本工程箍筋间距却为300mm，这就是斜裂缝多发生在箍筋之间的原因。其二是纵筋在梁跨中间截断。混凝土结构设计规范6.1.5条规定，“纵向受拉钢筋不宜在受拉区截断”。而本工程梁中部分纵向受拉钢筋在跨中截断，截断处都出现斜裂缝，这说明受拉纵筋对梁截面的抗剪能力能起到一定作用，也说明规范的规定是适宜的。比
32、较施工和设计原因，显然可见，施工中混凝土早期受冻是产比较施工和设计原因，显然可见，施工中混凝土早期受冻是产比较施工和设计原因，显然可见，施工中混凝土早期受冻是产比较施工和设计原因，显然可见，施工中混凝土早期受冻是产生本工程质量事故的主要原因生本工程质量事故的主要原因生本工程质量事故的主要原因生本工程质量事故的主要原因。由于梁上有大量斜裂缝，很容易发生脆性斜截面破坏，引起梁的断裂，故必须进行加固。加固方案是在原大梁外包一U形截面梁，该梁按承受原来梁的全部弯矩和剪力进行设计，并在本讲稿第三十二页，共一百三十八页33U形截面梁的端部沿墙设置钢筋混凝土柱和基础，作为加固梁的支承，如图4-1-8所示。图
33、4-1-8加固方案工程实例工程实例工程实例工程实例2 2大连某工程为一建筑面积137m2的单层砖混结构，屋盖结构为1.5m6m大型屋面板搁置在250mm650mm7800mm的现浇本讲稿第三十三页，共一百三十八页34钢筋混凝土屋面大梁上(图4-1-9)。该工程于1980年11月20日开工，1981年2月14日上午12时突然发生大梁断裂塌落事故。图4-1-9某单层砖混结构平面分析大梁断裂原因如下：该工程在冬季施工，搅拌混凝土时除将水略加温外，其余材料均未加温，也未用防冻外加剂。大梁灌筑后6天才加以保温，致使混凝土边施工边受冻，灌筑后继续受冻。经查气象记录，1980年12月中旬大连地区最低气温为-
34、9.8，本讲稿第三十四页，共一百三十八页35最高气温为+8.4，大梁的混凝土正在此期间灌筑。大梁断裂后，发现梁上混凝土碎渣的石子表面有一层冰霜，说明大梁的混凝土确系受冻破坏。应吸取的教训应吸取的教训应吸取的教训应吸取的教训(1)当室外日平均气温连续五天稳定低于5时，混凝土工程即进入冬期施工阶段。如在北京，冬季施工期限为第一年的11月12日至第二年的3月22日；而在大连则为第一年的11月14日至第二年的4月1日。(2)混凝土冬期施工时应采用冬期施工法。它们有不加热养护法(如蓄热法、掺化学外加刑法)，加热养护法(如蒸汽加热法、电热法、暖棚法)，综合养护法(原材料加热、掺防冻剂、高效能保温材料、短时
35、加热)。(3)冬季施工时水泥应优先使用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，水泥标号不应低于425号，最小水泥用量不宜少于300kgm3；集料必须清洁、不得含有冰雪等冻结物和易冻的矿物质。掺含K、本讲稿第三十五页，共一百三十八页36Na离子防冻剂的混凝土中，集料不应混有活性集料。水应优先采用加热水。外加剂宜使用无氯盐防冻剂。水灰比不应大于0.6。搅拌时间应比常温搅拌时间延长50；拌合物出机温度不宜低于10，入模温度不得低于5。六、混凝土初期收缩六、混凝土初期收缩六、混凝土初期收缩六、混凝土初期收缩在混凝土尚处于未完全硬化状态时，如果环境相对湿度较低，则会产生失水收缩裂纹。这种裂纹走向不规则、宽度小，通常
36、发生在混凝土表面，虽然不是什么大的缺陷，但若在容易遭受冻融的部位发生，将会成为破坏的间接原因。混凝土初期收缩裂纹是由于水分蒸发而产生的。混凝土内部的水分主要由三部分组成：一是用于水泥水化变成结合水；二是吸附在凝胶体内外表面称为吸附水；三是毛细孔水，只有这部分水才能用于水泥的继续水化。本讲稿第三十六页，共一百三十八页37如果环境相对湿度较低，毛细孔水则易于蒸发。当相对湿度低于80时，毛细孔水可以完全蒸发掉，水泥的继续水化也就基本停止，混凝土的强度也就不再增长，甚至还会由于失水收缩而引起粗集料界面产生裂纹，使混凝土强度有所下降。湿度对混凝土强度的影响如图4-1-10所示。图413湿度对混凝土强度的
37、影响本讲稿第三十七页，共一百三十八页38工程实例：某办公楼为现浇钢筋混凝土框架结构。在达到预定混凝土强度拆除楼板模板时，发现板上有无数走向不规则的微细裂纹，如图4-14所示。裂缝宽0.050.15mm，有的上下贯通，但其总体特征是板上裂纹多于板下裂纹。图4-1-11混凝土板面塑性收缩裂缝为了分析裂纹产生的原因，查得施工时的气象条件是：上午9时气温13，风速7ms，相对湿度40；中午温度15，风速本讲稿第三十八页，共一百三十八页3913ms(最大瞬时风速达18ms)，相对湿度29；下午5时温度11，风速11ms，相对湿度39。灌筑混凝土就是在这种非常干燥的条件下进行的。由于异常干燥加上强风影响，
38、故使得混凝土在凝结后不久即出现裂纹。根据有关资料记载：当风速为16ms时，混凝土的蒸发速度为无风时的4倍；当相对湿度为10时，混凝土的蒸发速度为相对湿度90时的9倍以上。根据这些参数推算，本工程在上述气象条件下的蒸发速度可达通常条件的810倍。因此，可以认为与大气接触的楼板上面受干燥空气和强风的影响成为产生较多失水收缩裂纹的主因，而曾受模板保护的楼板下面这种失水收缩裂纹会比较少一些。经过对灌筑楼板时预留的试块和对楼板承载能力进行试验，均能达到设计要求。这说明具有失水收缩的混凝土初期裂纹对楼板的承载力并无影响。但为了建筑物的耐久性，还应使用树脂注入法进行补强。本讲稿第三十九页，共一百三十八页40
39、 应吸取的教训应吸取的教训应吸取的教训应吸取的教训 本例的主要教训是在浇筑混凝土后未认真地进行浇水自然养护。自然养护时应按照以下要求进行：(1)浇水养护日期应按水泥品种和混凝土性质而定。一般硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣水泥不少于7天，火山灰水泥、粉煤灰水泥不少于14天，抗渗混凝土不少于14天。(2)浇水养护时的平均气温5C。浇水次数以能保持混凝土具有足够的潮湿状态为宜。一般混凝土浇筑完最初二天中，白天每隔2小时浇水一次，夜间至少浇两次；以后每昼夜至少浇水四次(干燥和阴雨天气适当增减)。(3)浇水时要用草帘或麻袋将混凝土覆盖以保持其湿润(初凝后即可浇水)。七、七、七、七、混凝土麻面、掉角、蜂
40、窝、露筋和空洞混凝土麻面、掉角、蜂窝、露筋和空洞混凝土麻面、掉角、蜂窝、露筋和空洞混凝土麻面、掉角、蜂窝、露筋和空洞1.1.麻面麻面麻面麻面本讲稿第四十页，共一百三十八页41麻面是混凝土表面缺浆、起砂、掉皮的缺陷，表现为构件外表呈现质地疏松的凹点，其面积不大()、深度不深()，且无钢筋裸露现象。这种缺陷一般是由于模板润湿不够、支架不严，捣固时发生漏浆或振捣不足，气泡未排出以及捣固后没有很好养护而产生。麻面虽对构件承载力无大影响，但由于表面不平，在凹凸处容易发生各种物理化学作用，从而破坏构件表皮，影响结构的外观和耐久性。麻面的处理可用钢丝刷将表面疏松处刷净，用清水冲洗，充分湿润后用水泥浆或1：2
41、水泥砂浆抹平。修补后按一般结构面层做法进行装饰。2.2.掉角掉角掉角掉角掉角指梁、柱、墙、板和孔洞处直角边上的混凝土局部残损掉落。产生掉角的原因有：(1)混凝土浇筑前模板未充分湿润，造成棱角处混凝土失水或水本讲稿第四十一页，共一百三十八页42化不充分，强度降低，拆模时棱角受损；(2)拆模或抽芯过早，混凝土尚未建立足够强度，致使棱角受损；(3)起吊、运输时对构件保护不好，造成边角部分局部脱落、劈裂受损等。掉角较小时，可将该处用钢丝刷刷净，用清水冲洗，充分湿润后用1：2水泥砂浆抹补整齐。掉角较大时，可将不实的混凝土和突出的集料颗粒凿除，用水冲洗干净，充分湿润后支模用比原强度等级高一级的细石混凝土补
42、好，认真加以养护。3.3.蜂窝蜂窝蜂窝蜂窝蜂窝有表面的、深进的和贯通的三种，也常遇到水平的、倾斜的、斜交的单独蜂窝和相连的蜂窝群(图4-1-12，4-1-13)。其表现为局部表面酥松、无水泥浆，粗集料外露深度大于5mm(小于混凝土保护层厚)，石子间存在小于最大石子粒径的空隙，呈蜂窝状。有蜂窝处混凝土的强度很低。本讲稿第四十二页，共一百三十八页43图4-1-12砼框架结构上的麻面、调角、缝窝、漏筋和空洞蜂窝蜂窝蜂窝蜂窝 般由下列原因造成：般由下列原因造成：般由下列原因造成：般由下列原因造成：(1)混凝土在浇筑时振捣不严，尤其是没有逐层振捣；(2)混凝土在倾掷入模时，因倾落高度太大而分层；(3)采
43、用于硬性混凝土，或施工时混凝土材料配合比控制不严，尤其是水灰比太低；(4)模板不严密，浇筑混凝土后出现跑浆现象，水泥浆流失；(5)混凝上在运输过程中已有离析现象。本讲稿第四十三页，共一百三十八页44图4-1-13钢筋砼柱的蜂窝蜂窝往往出现在钢筋最密集处或混凝土难以捣实的部位。构件(板、梁、柱、墙、基础)不同部位不同形状的蜂窝，其危害性是不同的：若板、梁、柱的受压区存在蜂窝，会影响构件的承载力，而在其受拉区存在蜂窝，则会影响构件的抗裂度，并使钢筋锈蚀，从而影响构件的承载力祁耐久性；在柱、墙一侧存在蜂窝，往往会改变构件的受力状态，而若在其内部存在深进相贯通的蜂则常常是结构丧失稳定甚至倒塌的直接原因
44、；在防水混凝土中存在蜂窝，是造成渗水、漏水的隐患。本讲稿第四十四页，共一百三十八页45蜂窝形状决定着蜂窝的具体补强方案。例如对柱内贯通的蜂窝进行补强时，要从各个侧面按预定的步骤凿去疏松的混凝土，填补新的混凝土(如图4-1-14所示)。补强用混凝土应比原构件混凝土的强度等级高一级，目的是提高新混凝土与旧混凝土和钢筋之间的粘结力以及获得缺陷处的早期高强度。又如蜂窝的清净工作会引起构件承载力减弱时，则常需要构件外做好钢夹板，随后才能通过事先装置好通往蜂窝深处的灌注管进行压力灌浆，使构件内外都得到补强。本讲稿第四十五页，共一百三十八页46图4-1-14对受荷载柱的贯通蜂窝进行补强的方法和步骤1.补强前
45、的状态；2.清净贯通蜂窝的两个对角区；3.对已清净的两区浇注砼；4.清净另两个对角区；5.对另两个对角区重复第三步；6.补强后状态。4.4.露筋露筋露筋露筋露筋是拆模后钢筋暴露在混凝土外面的现象。其产生原因主要是浇筑时垫块移动，使钢筋紧贴模板，以致保护层厚度不足所造成；有时也因保护层的混凝土振捣不密实或模板湿润不够、吸水过多造成掉角而露筋。本讲稿第四十六页，共一百三十八页47露筋影响钢筋与混凝土的粘着力，使钢筋易于生锈，损害构件的抗裂度和耐久性。梁、柱拆模后主筋露筋长度大于100mm，累计长度大于200mm；板、墙、基础拆模后主筋露筋长度大于200mm，累计长度大于400mm，均为不合格的混凝
46、土工程。在任何情况下，梁端主筋锚固区内有露筋(或梁端14跨度内有大于5跨长的主筋露筋)都为不允许。露筋的补强是将外露钢筋上的混凝土残渣和铁锈清理干净，用水冲洗湿润，再用1：2水泥砂浆抹压平整；如露筋较深，应将薄弱混凝土剔除，再用高一级强度等级的细石混凝土捣实并妥善养护。5.5.空洞空洞空洞空洞由于混凝土灌筑时有一些部位堵塞不通，构件中就会产生空洞。空洞不同于蜂窝：蜂窝的特征是存在着未捣实的混凝土或缺水泥浆；而空洞却是局部或全部没有混凝土。空洞的尺度通常较大，以至于钢筋全部裸露，造成构件内贯通的断缺以致使本讲稿第四十七页，共一百三十八页48结构发生整体性破坏。空洞往往在结构构件的下列部位上发现：
47、空洞往往在结构构件的下列部位上发现：空洞往往在结构构件的下列部位上发现：空洞往往在结构构件的下列部位上发现：(1)有较密的双向配筋的钢筋混凝土板或薄壁构件中；(2)梁下部有较密的纵向受拉钢筋处或梁的支承处；(3)正交梁的连接处或梁与柱的连接处；(4)钢筋混凝土墙与钢筋混凝土底板的连接处；(5)钢筋混凝土构件中的埋设件附近。空洞的补强工作比蜂窝简单一些，它可用混凝土进行一次性的补强，也可分几次进行补强。在空洞边缘的旧混凝土上通常有带塌散集料的疏松表面和松弱浆膜。在用新混凝土填充空洞以前，应清除所有疏松的旧混凝土，并进行冲洗，充分湿润至少24小时。空洞的补强可用比旧混凝土高一等级的细碎石混凝土灌筑
48、(水灰比控制在0.5以内，掺入适量膨胀剂)，并经仔细实。本讲稿第四十八页，共一百三十八页49和养护。其模板应适应空洞的具体条件做成带托盒的悬挂式模板。托盒要高出混凝土灌筑处的水平面，以形成混凝土尚为液体时的液压，使空洞得以全部填实。工程实例工程实例工程实例工程实例：(1)某剧场眺台平面和柱截面配筋如图4-1-15a、b所示。在14根钢筋混凝土柱子中有13根有严重的蜂窝现象。具体情况是：柱全部侧面积142m2，蜂窝面积有7.41m2占5.2；其中最严重的是K4，仅蜂窝中的露筋面积就有0.56m2。露筋位置在地面以上1m处，正是钢筋的搭接部位(图4-1-15c)。本讲稿第四十九页，共一百三十八页5
49、0图4-1-15某剧场眺台混凝土结构和施工缺陷示意造成如此严重的蜂窝现象与下列因素有关：造成如此严重的蜂窝现象与下列因素有关：造成如此严重的蜂窝现象与下列因素有关：造成如此严重的蜂窝现象与下列因素有关：1)混凝土灌筑高度太高。7m多高的柱子在模板上未留灌筑混凝土的洞口，倾倒混凝土时未用串筒、溜管等设施，违反施工本讲稿第五十页，共一百三十八页51验收规范中关于“混凝土自由倾落高度不宜超过2m及“柱子分段灌筑高度不应大于3.5m”的规定，使混凝土在灌筑过程中已有离析现象。2)灌筑厚度大厚，捣固要求不严。施工时未用振捣棒，而采用6m长的木杆捣固，并且错误地规定每次灌筑厚度以一车混凝土为准(约厚40c
50、m)，灌筑后捣固30下即可。此规定违反施工验收规范中关于“柱子灌筑层厚度不得超过20cm”的界限。3)柱子钢筋搭接处的设计净距太小，只有3137.5mm，小于设计规范规定柱纵筋净距应50mm的要求。实际上有的露筋处净距为0或10mm。本例的补强方案是：剔除全部蜂窝四周的松散混凝土；用湿麻袋塞在凿剔面上，经24小时使混凝土涸透厚度至少4050mm；按照蜂窝尺寸支以有喇叭口的模板，如图4-1-15e；本讲稿第五十一页，共一百三十八页52 灌筑加有早强剂的C30(旧混凝土为C20)豆石混凝土；养护14昼夜；拆模后将喇叭口上的混凝土凿除。除以上补强措施外，还应对柱体进行超声波探伤，查明是否还有隐患。工