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高强弹簧钢丝网在大面积混凝土表面防裂的应用

高强弹簧钢丝网在大面积混凝土表面防裂的应用

一、混凝土常见裂缝类型

1、干缩裂缝:混凝土硬化过程中的收缩裂缝叫做塑性收缩裂缝,干缩主要针对硬化后的混凝土。收缩是浆体的特性,骨料对浆体中发生的体积变化有抑制作用。在整个混凝土构件水份的蒸发是非均匀的,失去水份是干燥收缩的基本原因。新拌混凝土内部空隙中是充满着水的,只有一少部份起到水泥水化作用是必须的,多数是为了混凝土有足够的坍落度而使得能够浇筑,这部份水中大部份是要从混凝土逸出的,在混凝土硬化后失水,由于空隙毛细管力(大空隙不产生毛细管力)的作用,水泥受压收缩产生收缩变形,变形受到集料或边界约束使得混凝土开裂。相反,在潮湿的环境中混凝土吸收水份,会产生湿胀。

2、温度裂缝:混凝土温度裂缝与温度有关,温度可以是外界大气环境的温度,也可以是混凝土中水泥水化产生的温度。温度裂缝通常是由温度应力大于混凝土的抗拉强度,致使混凝土开裂,与混凝土本身的抗拉强度、密实性有关。大体积混凝土温度裂缝是由于内外温差的存在,混凝土体积变化不均匀造成。另一种情况是来自约束,约束包括外部约束、内部约束,构件或构件的某一部份不能够自由变形(就算是没有外部约束,混凝土的非均质性也使得变形不均匀),在混凝土内部产生应力而开裂,可以作为荷载考虑。

3、结构变形裂缝:混凝土结构在承受外力(或自身收缩徐变)时,会产生变形,当变形量超过截面允许最大变形量时,则会产生裂缝。例如勘察设计时对基础地质情况认识不清,或者施工时对基础的处理不恰当,造成施工后超载或地基下沉引起的应力超过混凝土的抗拉强度或结构受力不均匀而局部产生沉降出现裂缝;房屋或挡土墙、混凝土路面长度过长而未考虑设置伸缩缝、沉降缝、膨胀缝,或者是虽有考虑但设计的长度间距不合理,当混凝土的自由伸缩达到应该设置仲缩缝、膨胀缝、沉降缝所需要的间距的时候就要引起裂缝的产生。

4、施工裂缝:施工配合比不当,造成混凝土水灰比偏大,振捣时过振等使混凝土离析,造成局部过稀过湿,拆模和起吊及加载过早都容易使混凝土出现裂缝。房屋建筑施工过程中由于施工工艺不合理,使现浇板支座处负筋下陷、保护层过大,固定支座变成塑性铰支座,使现浇板上部沿梁支座处钢筋正上方与其周围发生不同的收缩沉陷而产生裂缝。另外,道路施工、桥梁铺装层中钢筋网摆放位置靠下也容易使铺装层产生裂缝。

5、原材料裂缝:活性砂石料的含泥量超过规定标准以及水泥安定性不良降低了混凝土强度而产生裂缝。混凝土和水泥中含碱量过高,集料发生“碱集料反应”等化学腐蚀,以及钢筋锈蚀都可导致钢筋内部膨胀引起开裂。

6、表面腐蚀:混凝土结构长期处于具有腐蚀作用的环境中,混凝土表面会产生剥落、开裂。

二、混凝土表面开裂的主要原因

(1)材料本身的原因引起

干缩裂缝、施工裂缝、原材料裂缝均属于由于材料本身的性质所引起的裂缝,主要由于材料在施工过程中施工工艺不当所致。后两种属于非正常裂缝,在施工过程中都会非常注意,一般不允许出现,这里我们主要讨论干缩裂缝。

干缩裂缝在工程中较为常见。施工中养护不良,表面干燥过快,而内部湿度变化小,表面收缩变形,受到收缩慢的内部混凝土的约束,因此,在构件表面产生较大的拉应力,当拉应力超过混凝土的极限抗拉强度时,即产生干缩裂缝。此外,尺寸较大的壁板式结构,长的现浇梁,以及框架等,也经常出现干缩裂缝。而砂石级配差、砂太细、砂率太高、粗骨料中石粉含量高、配合比不良、用水量或水泥用量太多、混凝土中掺氯化钙等,都会增大混凝土的干缩率。混凝土干缩裂缝为表面性裂缝,形状很不规则,而且长短不一,互不连贯,这种裂缝在混凝土露天养护完毕,经一段时间后,出现于混凝土表层或侧面,并随温度和湿度的变化而逐渐发展。

(2)外部因素引起

温度裂缝、结构变形裂缝均属于外因引起的。结构变形裂缝在工程上等于是事故,这里不讨论,我们主要讨论温度裂缝。

混凝土温度裂缝多出现于大体积中,温度应力的形成过程可分为早期、中期、晚期三个阶段。早期一般为30天,自混凝土浇筑开始至水泥放热基本结束为止。水泥水化热大量积聚,造成混凝土内部温度升高,表面温度降低,形成内外温差(在没有拆模时,正确的内外温差值是混凝土的中心温度与拆模前混凝土的表面温度之差);中期自水泥放热基本结束时开始至混凝土冷却到稳定温度时为止;晚期是混凝土完全冷却后的运转时期,混凝土在拆模前后或受寒潮袭击,使表面温度降低很快,造成了温度陡降(骤冷)。由温度所引起混凝土的应力又可分为自生应力和约束应力两种,这两种温度应力往往和混凝土的干缩应力共同产生作用。施工中混凝土最高温度冷却到运转时期的稳定温度往往内部产生相当大的应力,有时温度应力可超过其它荷载所引起的应力产生裂缝(全部裂开时内部温差仅为12~19℃)。

三、混凝土防裂设计原理

抗裂性能好的混凝土应具有较高的抗拉强度、较大的极限拉伸值、较低的弹性模量、较小的干缩率、较低的绝热温升以及较小的温度变形系数和自生体积收缩变形等。规范中规定混凝土结构带裂缝工作最大允许裂缝为0.2mm,而从以上分析可以看出,减少或消除裂缝,因此如何限制预防混凝土表面裂缝是设计上必须重视及考虑的问题。

要防止混凝土开裂,一方面要在设计中使结构有足够的刚度,以抵抗外力,减少变形,这可以依靠增加结构尺寸及材料强度达到;另一方面要防止混凝土表面由于水化热、温缩、腐蚀等因素产生的细小裂缝,这就需要增加表面混凝土的粘合力和耐久性,而由于目前材料本身的限制,若要达到这个目的,除了在材料配合比及施工工艺上注意外,必要时还需添加辅助材料,例如在混凝土中添加钢纤维、碳纤维、环氧树脂等外加剂,但这些添加剂价格昂贵,不利于大面积使用,目前主要的手段是在混凝土表层增加防裂钢筋网。

一般人认为钢筋越粗,与混凝土的粘结力越大,防裂效果越好,这种想法过于片面。在温度不太高及应力低于屈服极限的条件下,钢的各项性能是稳定的,而与应力状态、时间及温度无关。钢的线胀系数与混凝土线胀系数相差很小,在温度变化时两者间只发生很小的内应力。由于钢的弹性模量为混凝土弹性模量的7~15倍,当混凝土内应力达到抗拉强度而开裂时,钢筋的应力将不超过100~200kg/cm2,因此,在混凝土中想要利用钢筋来防止微小裂缝的出现较为困难,但加筋后结构内的裂缝一般就变得数目多、间距小、宽度与深度较小了,所以钢筋的直径细而间距密时,对提高混凝土抗裂性的效果非常好。这就是防裂钢筋设置的原则:“密而细”,即钢筋间距尽量要小,而钢筋的直径尽量要细。

但是钢筋加密势必造成钢筋间混凝土骨料的缺失,从而降低混凝土强度,同时,我们既要减小钢筋直径,还要增加单位面积钢筋的抗拉强度,另一方面还不能降低混凝土强度,同时还要节约成本。

四、防裂钢丝网特点简介

防裂钢丝网依据防裂钢筋 “细而密”的设置原则而设计开发,采用直径2.5~4mm高强度合金弹簧钢丝为主材,在工厂经特殊焊接工艺加工成型,它可广泛应用在公路、铁路、市政、码头、电力等基础设施建设中。它主要的特点是:

(1)强度高,节约材料

目前普通钢材的设计抗拉强度为350mpa,而合金弹簧钢丝最高可达1600mpa以上,因此同样的抗拉力可以节约材料约80%,同时减少自重。

(2)工厂加工,质量可靠

所有节点均采用特殊工艺焊接,节点强度达到200kgl,整体性强,;由于是工厂生产,网孔间距误差在0.3mm以内,远远大于施工精度。

(3)施工方便

目前采用常规钢材例如直径8mm或10mm的R235钢筋作为主材的钢筋网均为片状,最长的长度12米,宽度2.2米,运输、安装均较为复杂,由于运输长度限制,造成搭接较多,钢材浪费较大。而防裂钢丝网由于可成卷运输,长度在理论上可以不受限制,宽度1.8~2.3米变化,甚至可以做成异形尺寸,为施工提供很大便利,同时可以减少搭接次数,减少材料浪费。另外,由于是成卷运输,因此方便吊装及现场安装,同时节约大量人力物力,减少检测工作量。

(4)适用性强

它在软基路段混凝土路面、桥面铺装层、桥墩表面防裂、收费广场混凝土地面、隧道内拱形衬砌、市政广场的混凝土地面、混凝土管、护栏、护坡、站台、车站广场和货场混凝土地面、机场跑道、停机坪、水库坝基、防洪设施、边坡加固、崩塌防护等工程领域都有着广泛的用途。

五、施工中应该注意的问题

1、制定合适的允许温差。在一般的大体积钢筋混凝土结构工程中,如基础的约束不大,内外温差可控制在不超过25℃。

2、合理选用原材料,减少水化热;选用级配良好的骨料,并严格控制砂、石的含泥量,采用低水灰比,加强振捣,以提高混凝土的密实性和抗拉强度。

3、避开炎热天气浇筑大体积混凝土。

4、采取分块、分层间隔浇筑。

5、冬季施工应加强养护。

6、规定合理的拆模时间。


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