建筑工程质量缺陷事故分析及处.ppt

工程质量检测及处理,古松电话E-,本课程主要内容,1.建筑工程质量总论2.钢筋混凝土工程中的质量控制、缺陷和事故3.砌体结构工程中的质量控制、缺陷和事故4.钢结构工程中的质量控制、缺陷和事故5.地基和基础工程中的质量控制、缺陷和事故6.装饰工程中的质量控制、缺陷和事故7.防水工程的缺陷和处理8.建筑工程检测方法9.建筑结构缺陷处理方法概述,1 建筑工程质量总论,1.1 建筑工程的质量特性1.2 建筑工程中缺陷、破坏、倒塌、事故的概念1.3 造成质量缺陷事故的原因1.4 质量事故分析的过程、性质和基本原则1.5 我国建设工程质量检测行业现状及发展对策,1.1建筑工程的质量特性,建筑工程产品的特性，是建筑物的适用性、安全可靠性和耐久性的总和，它体现在以下四个方面：,使用性能,承载力,耐久性,整体稳定性,(1)建筑物在正常使用时具有良好的使用性能，指建筑物要满足使用者对使用条件、舒适感和美观方面的需要。(2)建筑结构能承受正常施工和正常使用时可能出现的各种作用，指建筑物中的各种结构构件要有足够的承载力和可靠度。(3)建筑材料和构件在正常维护条件下具有足够的耐久性，指建筑物的寿命和对环境因素长期作用的抵御能力。(4)建筑物在偶然事件发生时及发生后，仍能保持必需的整体稳定性，不致完全失效，甚至倒塌，指建筑物对使用者生命财产的安全保障。,(1)单项性与群体性(2)一次性与长期性(3)高投入性与预约性(4)管理特殊性与风险性,建筑物的建造过程还具有以下四个方面特征：,1.2 建筑工程中缺陷、破坏、倒塌、事故的概念,1.缺陷：是由人为的(勘察、设计、施工、使用)或自然的(地质、气候)原因，使建筑物出现影响正常使用、承载力、耐久性、整体稳定性的种种不足的统称。(1)轻微缺陷(2)使用缺陷(3)危及承载力缺陷,缺陷的发展是破坏，而破坏本身又经历着一个过程。它对建筑装饰来说，是指装饰物从失效、毁坏到脱落的过程；对建筑结构来说，是指结构构件从临近破坏到破坏，再由破坏到即将倒塌的过程。,2.破坏：是结构构件或构件截面在荷载、变形作用下承载和使用性能失效的协议标志。(1)截面破坏 协议规定(2)构件破坏 协议检验指标 临近破坏 延性破坏 脆性破坏,3.倒塌：是建筑结构在多种荷载和变形共同作用下稳定性和整体性完全丧失的表现。局部倒塌 整体倒塌,倒塌具有突发性，是不可修复的；它的发生，一般都伴随着人员的伤亡和经济上的巨大损失。但倒塌绝不是不可避免的，因为，建筑结构的倒塌一般都要经过以下几种规律性的阶段：结构的承载力减弱；结构超越所能承受的极限内力或极限变形；结构的稳定性和整体性丧失；结构的薄弱部位先行突然破坏、倾倒；局部结构或整个结构倒塌。,4.事故：建筑结构的临近破坏、破坏和倒塌，统称质量事故，简称事故。破坏称破坏事故；倒塌称倒塌事故。建设部规定建筑工程的，事故有以下几（6）个级别：,(1)一级重大事故，指死亡30人以上，直接经济损失300万元以上者；(2)二级重大事故，指死亡1029人，直接经济损失100万元以上，不满300万元者；(3)三级重大事故，指死亡39人，重伤20人以上，直接经济损失30万元以上，不满100万元者；,(4)四级重大事故，指死亡2人以下，重伤3-19人，直接经济损失10万元以上，不满30万元者；(5)一般质量事故，指重伤2人以下，或直接经济损失10万元以下，5千元以上者；(6)质量问题，指经济损失不足5千元者。,缺陷和事故的关系：建筑结构的缺陷和事故，虽然是两个不同概念；缺陷和事故又是同一类事物的两种程度不同的表现，缺陷往往是产生事故的直接或间接原因；而事故往往是缺陷的质变或经久不加处理的发展。,工程实例：1.1993年某水库大坝缺口事故 这是一起对轻微缺陷没有引起足够重视，处理不及时、不彻底，而最终形成重大事故的案例。2.1997年某县职工宿舍整体倒塌事故 这是一起由各种质量因素共同作用引发的质量事故。,1.3 造成质量缺陷事故的原因,建筑工程的质量问题(泛指质量缺陷和质量事故)有两大类：(1)装饰工程的质量问题(2)结构工程的质量问题,1.3.1 影响建筑结构质量的技术因素,致使建筑结构丧失承载能力发生破坏倒塌的技术因素有：(1)设计时对结构承受的荷载和作用估计不足，施工时或使用后的实际荷载严重超越设计荷载；环境条件(如气温、地基情况等)与设计时的假定相比有重大变化。(2)设计时所取的计算简图与实际结构不符，施工时或使用后结构的实际受力状态与设计严重脱节。,(3)设计时选用材料、构配件不当，或对材料的物理力学性能(如脆性、疲劳等)掌握不够；施工时采用的原材料存在着物理的和化学的质量问题，或选用的构配件不满足设计要求；使用期间结构暴露在腐蚀性介质中未加维护致使材料性质发生变化。(4)设计时所确定的构件截面过小或连接构造不当；施工时所形成的结构构件或连接构造质量低劣，甚至残缺不全；使用后对各种因素引起的构件损伤缺乏检验，不加维修，听任发展。,(5)设计时对地基、气象等自然条件和场地现状了解不够，甚至完全不了解；施工单位在不充分掌握地基和场地现状，或者在不应有的气象条件下盲目施工；建设单位提供了错误的勘察和气象资料。(6)设计时错误地依据设计规范或设计计算规程，严重地违背设计规范和国家标准(或规范、标准、规程本身有不完善之处)；施工时违反操作规程(或操作规程有不完善之处)，施工工序有误，运输安装不当，临时支撑失稳等。,(7)设计文件未经严格审查，在计算书和施工图中存在有错误、矛盾、混乱和遗漏：施工质量失控、管理混乱、技术人员素质过低等。以上各种导致建筑结构质量缺陷事故的原因，也可列表说明，如表11所示。,建筑结构质量事故的发生既有可能是设计原因，也有可能是施工原因，还有可能是使用原因；同时，既有可能是技术方面的原因，也有可能是管理方面的原因，还有可能是体制方面的原因。一个重大事故的实际发生，往往是由于设计计算和施工图纸中出现重大错误，或者由于施工现场出现重大质量问题，或者由于使用单位盲目使用不加维护，或者由于设计、施工甚至使用多种因素复合作用的结果，而以设计和施工的复合作用为主。,1.3.2 历史回顾,总结历史教训，近年来建筑工程出现质量问题的主要原因是：一是体制改革后的生产关系尚未理顺，有些地方存在着技术管理和建筑市场失控的危机；二是企业管理松弛，尤其对工程质量工作有所放松；三是施工队伍的素质过低，受过专业训练的工程技术人员的比例太小。,建筑工程出现质量问题的原因的主要表现为：1.设计单位技术力量薄弱；2.建筑市场不规范、不健全；3.管理部门任意降低检验和评定标准；4.施工企业片面追求产值和利润；5.层层分包，施工管理和技术保证严重失控；6.施工人员素质低下；7.施工单位越级承担任务；8.材料不合格。,1.3.3 建筑结构工程质量事故统计及其分析,对统计数据的总结分析：1.从技术方面分析，建筑结构最容易产生质量问题的是屋盖、墙、柱和钢筋混凝土水平构件。在屋盖结构中以钢和钢木屋架出现的事故最多，而钢屋架中以焊接连接的质量问题居众。在墙、柱构件中以砖砌体出现的事故最多。在钢筋混凝土水平构件中以数量最多的板、梁和雨篷、阳台等悬挑构件出现的事故最多。,（1）屋架的杆件细、节点多、构造复杂，容易产生质量问题；（2）我国目前大量建造的还是砖混结构房屋，主要承重构件为砖墙、砖柱；（3）有些人对钢筋混凝土构件的受力特性和施工期间的质量要求还认识不清；（4）许多地区钢筋混凝土预制构件的生产工艺简陋、质量控制很不严格。这四方面的根本原因则是我国施工技术力量过于薄弱(如砖工的砌筑质量，焊工的焊接质量等)，尤其令人担忧的是施工第一线缺乏优秀的技术工人，而且后继乏人。,2.从房屋倒塌场合分析，对钢筋混凝土和砖混结构来说，在施工现场发生的多于在使用期间发生的；而对于钢结构来说，在使用阶段发生的却多于在安装阶段发生的。3.从房屋质量问题的宏观原因分析，六无(无报建程序、无设计图纸、无勘察资料、无招投标、无执照施工、无质量监督)现象往往是祸害之源。设计、施工、使用三方面都有可能成为质量问题的主因。但“设计错误”和“施工质量低劣”，往往占全年重大事故宏观原因中的6080。此外，历史也说明，建筑主管部门在管理上的失控，更会造成大面积的质量事故。,1.3.4 建筑工程质量四要素,建筑工程质量四要素之间的关系如下：(1)建筑工程的质量问题，表现为结构质量和使用质量两类技术现象中的缺陷和事故。一是由于设计、施工技术水平的低下；二是因为工程管理中存在弊端。而且往往是建筑市场的无序和建筑企事业单位的管理不善直接导致重大事故的发生。(2)建筑工程的管理，指从事建筑业人员在建设过程中所建立的管理制度和实施的管理行为。市场的无序和管理的不善，与当时当地有关人员素质低又直接相关。,(3)提高从事建筑业人员素质的根本途径，是在努力学习科学技术知识的基础上提高专业技术水平，建立工程质量意识。(4)社会环境对人的素质水平、设计和施工的技术水平、市场和企事业单位的管理水平乃至工程质量水平有很大的影响。,1.4 质量事故分析的过程、性质和基本原则,1.质量事故分析全过程大体要经历以下几个基本阶段：(1)观察记录事故现场的全部实况(2)收集调查与事故有关的全部设计和施工文件(3)找出可能产生事故的所有因素设计方案，结构计算，构造做法；材料、半成品、构配件的质量；施工技术方案，施工中各工种的实施质量；地质条件，气候条件；建设单位在设计或施工过程中的不合理干预，不正常的使用，使用环境的改变等。,(4)从上述全部因素中分析导致原发破坏的主导因素，以及引起连锁破坏的其它原因这里指的是初步分析判断，它对下一步工作(指第(5)步)会产生影响。(5)通过现场取样的实际检测、理论分析或结构构件的模拟试验对破坏现象、倒塌原因加以论证。(6)解释发生质量事故的全过程(要听取设计、施工、建设单位的分析报告，作为参考)。(7)提出质量事故的分析结论和应该吸取的教训，对事故责任进行仲裁。,一项高质量的质量事故分析必然要遵循以下六点基本原则：(1)信息的客观性(2)原因的综合性(3)方法的科学性(4)过程的回顾性(5)判断的准确性(6)结论的教育性,1.5 我国建设工程质量检测行业现状及发展对策,作为建筑行业的一个组成部分，工程质量检测随着全民质量意识的提高而不断被人重视。检测行业从开始出现发展到今天，都是作为建筑行业的附属部分出现：一种是建筑施工企业的内部试验室；一种是科研院校内部的教学科研性质的试验室；一种是各级质量监督管理部门设立的带有政府色彩的监督检测室。三种形式的检测单位一直以来按照各自的工作领域开展检测工作，并且一直按照附属于母体的部门形式进行运作，还没有形成独立企业运作的理念。但是随着入世的冲击，检测机构根据国际通用要求必须成为具有独立法人资格的机构，应该是第三方独立的服务中介机构，由于定位的逐步明确，各类检测单位都开始着手进行转变。在转变的阶段，应该认真从行业发展角度研究如何能够在逐渐规范化、正规化的市场经济中成功转变成适应市场变化、快速成长发展。,检测行业现状,检测行业从形成到今天大约经历了1520年的历史，十几年时间已经使检测行业规模由小变大，工作类型由单一到综合，检测市场化概念从无到有，从暗到明，如今全国各种建筑工程检测机构近5000家，其中企业试验室数量大约占40%，监督检测机构占30%，科研院校检测力量占30%。,企业试验室(第一方试验室)，即企业为了保证自身产品质量而设立的试验室，由于其自身性质很大程度上限制了他们走向检测市场的步伐，作为企业内部附属机构的地位使其在经济实力、检测能力、规模和技术力量等个环节处于劣势，在检测市场所占市场分额约20%。,各级监督机构设立的检测室由于有了政策上的绝对优势，由于其政府背景，使其克服成立时间短的劣势，通过垄断检测任务的形式很快在规模和检测能力上占据优势，成为目前检测市场中主流检测力量。但是垄断行为的副作用是其长期处在政策保护状态，相比其他机构效率低下，技术水平不高，服务意识差，自身竞争能力差。,科研院校随着事业单位机构改革，不断加大检测业务投入，使其变成主业发展，并相继将其转型为第三方独立法人检测企业。它们依靠原来国家科研投入的优势，在技术力量、硬件设备和办公场地方面有着不可比拟的优势。由于他们最早走向市场，在市场竞争中已经总结了许多经验。,检测行业特点,检测行业是政策性较强的行业 检测行业是带有很强的地域性检测行业目前技术门槛不高 检测行业体制单一,行业中存在的主要问题,1.目前的检测市场十分混乱，由于部分施工单位对质量意识的认识停留在资料过关的阶段，并且检测单位目前是被动的接受施工单位的委托，因此在检测和被检测之间的关系不仅是委托被委托同时又是检测和被检测，在经济关系和公正性的看似矛盾的两者，许多检测单位很难把好关。导致检测市场上评价一个检测单位工作质量的标准不是严谨而是能否在必要时的灵活和方便。在这样的环境中，不可能培养出依靠信誉品牌立足的检测单位。,2.目前的检测单位大部分面临如何从母体脱离，是否脱离、脱离以后如何生存的困扰。部分已经脱离的单位实质上在名义上的脱离，从行政管理和经济来往上仍然不是独立的。因此，作为真正意义上的独立运作的检测机构如何管理、如何生存发展还没有太多可借鉴的经验。3.检测单位由于长期处于附属地位，因此在技术、人力、资金的投入不足，因此与其他行业相比或与其他领域的检测机构相比，技术含量不高，并且技术发展速度很慢。随着我国建筑业的蓬勃发展，特别是我国加入WTO，对尽快提高检测单位的技术能力和技术水平要求迫切。,2 钢筋混凝土工程中的质量控制、缺陷和事故,(1)钢筋混凝土工程的“材料”，是由混凝土和钢筋两种材性相补并能够协同受力的材料粘结而成的：它既受到水泥、骨料、钢材的化学性能影响，也受到混凝土、钢筋以及它们间粘结的物理性能影响。(2)钢筋混凝土工程的“构件”，可以做成承受拉伸、压缩、弯曲、剪切、扭转等各种受力状态的构件，以剪弯构件和压弯构件为主；它们中的多数是带裂缝工作的构件。,2.1.1 钢筋混凝土工程的特点,(3)钢筋混凝土工程的“结构”具有可模性好但构件截面尺寸较大，整体性强但容易因次应力引起裂缝，刚度较大但对约束变形敏感，耐久耐火性好但对侵蚀性介质抵抗力弱等优缺点。(4)钢筋混凝土工程的“成型”，是一个包含模板的制作和装设，混凝土的拌制、灌筑和养护，以及钢筋的加工和配制的多边复杂过程；工种、成型方法、工序繁多，受气候、时间和环境的影响显著。钢筋混凝土工程的质量控制，涉及对材料、构件和结构性能、施工成型等多方面的控制。,钢筋混凝土工程的缺陷涉及的方面也很广泛，按其形成的先后，有材料选配不当，施工违反操作规程的种种做法，结构受力(含约束、外加变形引起的受力)超越材料承受能力，受环境因素影响等4个类别。而在这4类成因中，又可分为物理性缺陷和化学性缺陷两个方面：(1)属于受力因素和施工因素的，多以物理性缺陷为主；(2)属于材料因素和环境因素的，多以化学性缺陷为主。,在各种钢筋混凝土工程缺陷中有一个共同缘由，就是水泥水化硬化后形成水泥石的性能，还有一个共同表现，就是在钢筋混凝土构件中出现肉眼可以观察到的裂缝。,2.1.2 混凝土、钢筋性能的基础,2.1.2.1 混凝土性能的基础1.水泥的性能 水泥熟料组成 水泥水化产物组成,CaO,SiO2,Al2O3,Fe2O3,C3S,C2S,C3A,C4AF,2.影响水泥水化凝结的因素主要是：(1)加水量 水泥浆体的理论需水量约为水泥重量的1525，实际加水量一般占水泥重量的4070。(2)掺入一定量石膏(3)适宜的温湿度环境(4)混合材料(5)外加剂,2.1.2.2 钢筋性能的基础,钢筋的性质（1）强度：屈强比（2）塑性：（3）冷弯性能（4）可焊性（5）合金元素：有益元素：C、Mn、Si、Ti、V 有害杂质：P、S、O、N、H,2.1.3 钢筋混凝土构件中一般裂缝的概念,混凝土的电子显微镜照片,混凝土裂缝,宏观裂缝0.05mm,微观裂缝0.05mm,微裂缝主要有两种：(1)沿骨料和水泥石界面的微裂缝，呈月牙形，两端尖细中间宽粗，称粘结裂缝；(2)骨料之间水泥石中的微裂缝，称水泥石微裂缝。,（1）粘着裂缝（2）水泥石裂缝（3）骨料裂缝,混凝土结构设计规范GB500102002 第条规定：对室内正常环境下的一般构件，其裂缝宽度应不大于0.3mm；对露天或室内高湿度环境中的构件，其裂缝宽度应不大于0.2mm。,微观裂缝的形成,混凝土微裂缝的存在及其容易扩展、串连和分布不均匀的性质，不仅使混凝土对受拉很敏感，它的抗拉强度很低，它抗拉强度的离散性很大；而且可以认为混凝土的各种破坏，包括受力破坏，以及因施工、材料、环境因素的破坏，都是微裂缝被拉伸后扩展、串连，以致材料失去强度，结构构件失去承载能力的结果。,2.2 钢筋混凝土工程质量控制要点,混凝土工程的质量控制材料质量控制配合比控制施工控制（拌制、运输、浇筑及养护）成品检查及保护钢筋工程的质量控制材料质量控制加工质量控制（除锈、调直、成型、冷加工及焊接）施工质量控制（搭接锚固长度、位置、保护层厚度）模板工程的质量控制模板质量施工质量,2.2.1 混凝土工程的质量控制,1.水泥：种类、性 质、质量、现场保存2.砂、石：级配、粒径、有害杂质、碱活性3.水：水质、PH值、有害离子4.外加剂：种类、用量、拌制方法5.混合料：,2.2.1.1 混凝土材料的质量控制,1.控制原则限制混凝土的水泥用量；力求最少但符合和易性要求的用水量满足混凝土的最大水灰比、最小水泥用量、适宜用水量和适宜坍落度规定；石子的最大粒径要受构件截面尺寸和钢筋最小间距等条件的限制；要选用使石子用量最多、砂石级配合适，使混凝土密度最大，与混凝土水灰比和石子最大粒径相适应的砂率(砂重与砂石总重的百分数)。,2.2.1.2 混凝土的配合比控制,2.配合比的控制 混凝土水泥用量 最大水灰比 W/C混凝土浇筑时的坍落度 砂率 s泵送混凝土 材料实用重量与配合比设计重量相比的允许偏差,(1)拌制：搅拌制度：搅拌时间、加料顺序、搅拌机的转速(2)运输：运输要求、运输工具、时间、自由下落高度(3)浇筑：模板、竖向构件底部密实、保护层厚度、分层浇筑、振捣密实(4)留施工缝：连续浇筑的概念、施工缝的位置(5)养护：方法、时间,2.2.1.3 混凝土的拌制、运输、浇筑、振捣和养护,(1)外观检查(2)构件尺寸允许偏差(3)强度检验评定 取样：每拌制100盘且不超过100m3的同配合比混凝土，取样不少于一组(3个试件)；每工作班拌制同配合比混凝土不足100盘时，取样不少于一组。确定强度代表值：3个试件 15%强度检验评定：非统计方法 统计方法,2.2.1.4 混凝土成型后的质量控制,2.2.2 钢筋工程的质量控制,2.2.2.1 钢筋材料的质量控制检查内容：屈服点抗拉强度伸长率冷弯化学成分松弛试验,2.2.2.2 钢筋加工的质量控制1.除锈2.调直3.成型4.冷加工：冷拉、冷拔5.焊接：点焊、对焊、电弧焊、电渣压力焊,钢筋的牌号,1.碳素结构钢以屈服点等级为主,划分五个牌号:Q195、Q215、Q235、Q255、Q275（Q表示屈服点；数值为屈服强度；质量等级：A-不要求冲击韧性；B-要求200C冲击韧性；C-要求00C冲击韧性；D-要求-200C冲击韧性；脱氧程度：F-沸腾钢；b-半镇静钢；Z-镇静钢；TZ-特殊镇静钢。Z和TZ可省略。,2.优质碳素钢大部分为镇静钢，分为普通含锰量（0.35%0.80%）和较高含锰量（0.70%1.20%）两大组共31个牌号。表示方法以平均含碳量（0.01%为单位）、含锰量标注、脱氧程度代号组成。如：45Mn-表示平均含碳量0.45%，较高含锰量的镇静钢；30-表示平均含碳量0.30%，普通含锰量的镇静钢。,3.低合金结构钢是在碳素钢的基础上添加总量小于5%合金元素的钢材。牌号以屈服点登记为主，划分为五个牌号：Q295、Q345、Q390、Q420、Q460 屈服点等级-质量等级 质量等级：E、D、C、B、A（E要求-400C冲击韧性）,2.2.2.3 钢筋骨架的质量控制1.接头：焊接接头（焊接方式、焊头数量）、绑扎接头（搭接长度、接头数量箍筋间距）2.锚固3.钢筋位置4.保护层厚度,2.2.3 模板工程质量控制,1.模板的基本要求：(1)保证构件各部分形状、尺寸和相互位置；(2)有足以支承新浇混凝土的重力、侧压力和施工荷载的能力，(3)装拆方便，便于混凝土和钢筋工程施工；(4)接缝不得漏浆。,模板基本质量控制要点为：(1)必须有足够的强度、刚度和稳定性(2)必须保证结构和构件各部分形状、尺寸和相互位置准确。(3)现浇钢筋混凝土梁跨度4m时，模板应起拱，起拱高度宜为全跨长度的1/1000-3/1000。,(4)现浇多层房屋和构筑物，应采用分段分层支模的方法，上下层支柱要在同一竖向中心线上。(5)拼装后模板间接缝宽度不大于2.5mm；固定在模板上的预埋件和预留孔洞不得遗漏，位置要准确，安装要牢固。(6)为便于拆模、防止粘浆，应对拼装后的模板涂以隔离剂(隔离剂必须不污染构件表面并对混凝土和钢筋无损害者)。,2.3 起钢筋混凝土工程缺陷常见因素和主要表现,1.材料选配不当常见因素有水泥过期或品种选用不当；混凝土配比不良；水泥、骨料含过量有害物质；碱骨料反应；外加剂使用不当；水泥水化热过高；钢筋技术性能不良等。其中多数属化学性缺陷。,2.施工违反操作规程常见因素有搅拌、运输时间过长；振捣不良；浇筑速度过快；塑性混凝土下沉；施工缝接茬处理不好；初期养护不当，早期受冻；钢筋骨架构造不当(主箍筋配置、主箍筋间距、主筋搭焊接锚固、辅筋和预埋件问题等)；乱踩配筋致使保护层减小；模型板刚度不足；模板支架下沉或失稳；过早拆模等。其中多数属物理性缺陷。,3.构件受力、变形使内应力超越材料强度 常见的受力有拉伸(中、偏拉)、压缩(中、偏压、局压)、弯曲(少筋、适筋、超筋)、剪切(少箍、适箍、超箍、冲切)、扭转等状态；常见的变形有因过大不均匀沉降、因收缩和温度变形受到约束等状态。它们所造成的缺陷均属物理性缺陷。,4.环境因素影响常见因素有环境的温湿度变化和差异；混凝土受腐蚀；钢筋受腐蚀；地震作用；火灾袭击或构件表面遭灼热等。其中有些属化学性缺陷，有些则是物理性缺陷。,因缺陷使钢筋混凝土工程呈现的现象有：(1)混凝土出现可见裂缝；（主要现象）(2)材料的强度降低；构件的承载力或截面刚度减小；(3)混凝土不密实、被溶蚀或剥落，影响耐久性；(4)钢筋出现锈斑、鳞落、减重甚至断裂。,2.3.1 钢筋混凝土构件产生裂缝的机理及特征描述产生裂缝的机理一般认为是因为混凝土材料(包括水泥石和粗细骨料)变形受约束所引起的内应力大于材料抗拉强度的缘故。混凝土可见裂缝的发生和开展，是钢筋与混凝土间不能再保持变形协调而出现相对滑动的结果；裂缝宽度本质上是裂缝之间受拉混凝土拉伸变形和受拉钢筋拉伸变形之差。,混凝土裂缝的性质和严重程度要在弄清下述特征后才能认识：(1)裂缝发生在构件上的部位，裂缝的数量和疏密程度，裂缝的分布状态；(2)裂缝的表面宽度和长度，以及裂缝的深度(指从表面到裂缝闭合处的深度）；(3)裂缝的走向(竖向、横向、纵向、斜向、沿钢筋方向)；(4)裂缝的形状(上宽下窄、下宽上窄、枣核形、八字形)；,(5)裂缝是表面裂缝、深层裂缝，还是贯通裂缝?有否析出物?是否引起材料剥落(6)裂缝随时间发展(死缝指已被胶凝物封死的裂缝，稳定裂缝指不再随时间和环境变化而发展的裂缝，准稳定裂缝指长期以来基本不变化或变化缓慢的裂缝，不稳定裂缝指随外界因素变化而增长的裂缝)等。,上述6项特征描述中，最重要的是裂缝宽度，因为它直接影响混凝土对钢筋的保护能力，也即直接影响钢筋混凝土构件和结构的承载能力。而钢筋混凝土构件的裂缝宽度又与下列因素有关：,(1)受拉钢筋直径愈粗，裂缝宽度愈大；(2)受拉钢筋若为光圆钢筋，比螺纹筋及其它变形钢筋的裂缝宽度大；(3)受拉钢筋的拉应力愈大，裂缝宽度愈大；(4)裂缝间距愈长，裂缝宽度愈大；(5)受拉钢筋的混凝土保护层愈厚，裂缝宽度愈大。,我国规范的最大裂缝宽度限值是：(1)处于正常条件下的构件为0.3mm；(2)处于正常条件下的屋(托)架、重级工作制吊车梁，以及允许出现裂缝的构件为0.2mm。,但目前愈来愈多的研究者同意，即使表面裂缝宽度达到0.4mm，也不会存在钢筋腐蚀问题。,2.3.2 裂缝宽度和裂缝宽度控制的概念,限制裂缝宽度的理由是：过宽的裂缝会引起混凝土中钢筋的锈蚀，降低结构的耐久性；过宽的裂缝会损坏结构外观，引起使用者的不安。,(1)优良 施工后，使用前施工荷载不超过抗裂荷载时，没有肉眼可见裂缝；超过抗裂荷载后，允许出现小于规范限定的裂缝；使用后，满足规范限定的使用荷载条件下裂缝宽度的要求。(2)合格 施工后，使用前施工荷载不超过抗裂荷载时，允许出现可见裂缝，但不影响使用要求；超过抗裂荷载后或使用后，允许出现不大于规范限定的裂缝。,2.3.3 钢筋混凝土构件裂缝的评定标准和破坏的检验标志,(3)较差 出现超过规范限定的裂缝，但根据裂缝部位、性质、结构特点等条件的分析，认为裂缝对结构承载力并无严重影响，从长期使用和美观等使用要求分析，须加以补强处理后才能保证正常使用者。(4)不合格 出现的裂缝超过规范规定的限值，同时经过分析又认为已严重影响结构承载力或稳定，必须采用妥善加固措施后才能正常使用者。(5)破坏 破坏的检验标志依构件受力情况而异，一般以裂缝宽度达到1.5mm为度。,(1)因材料选配不当形成缺陷和裂缝表现如表24所示；(2)因施工违反操作规程形成缺陷、裂缝表现和预防措施如表25所示；(3)因构件受力、变形形成裂缝的原因和特征如表26所示；(4)因环境因素影响形成缺陷和裂缝表现表27所示。,2.3.4 常见的形成钢筋混凝土工程缺陷的原因、特征和裂缝表现,(1)对水泥、水、骨料、外加剂、钢筋材料选用不当形成的裂缝 必须用对进场原材料按照国家标准进行严格检查和验收的办法加以预防，凡不合格的次品材料一律不得使用，或经试验后降低等级使用；对已发生这类因材料选用不当而产生的混凝土缺陷或裂缝，必须作长期详细的观察(因有的问题需要一段时间才能发现)，认真查明其原因和质量问题的严重程度，研究制定其处理和加固方案。,2.3.5 钢筋混凝土工程缺陷的一般防治措施,(2)由于混凝土搅拌运输时间过长、浇筑速度过快、振捣不实、施工缝做法不当、模板走动等原因形成的裂缝 可以按照混凝土施工规程严格执行混凝土拌制、运输、浇筑、振捣、施工缝设置和新旧混凝土连接、模板制作、拆模以及养护方面的规定来防止；对已出现这类裂缝的构件，也要区分构件的类别、构件的受力特征、裂缝所在的部位以及裂缝严重的程度，分别采用一般混凝土裂缝补强措施或采用第9章所述充填混凝土材料、钢锚栓加固、甚至粘钢板加固、预应力加固等办法补救。,(3)由于气候干燥、初期养护不好、混凝土早期受冻、大气温湿度变化产生的裂缝 分别采用加强混凝土凝结硬化过程中的自然养护、蓄热养护，采用引气剂使混凝土内部均匀分布气泡，预留温度伸缩缝等措施加以预防；对已出现的这类裂缝要在查明产生原因后用表面处理法、充填材料法或注入环氧树脂法等措施修补。受冻严重的构件，有的要拆除，有的要加固后方可使用。,(4)由于承受荷载使构件产生过宽裂缝合理地进行设计，可以防止这些裂缝的出现，对已出现过宽裂缝的构件，要采用第9章911节所述加固措施进行加固。(5)由于地基过大不均匀沉降产生过宽裂缝 合理地在设计时进行建筑物在使用阶段的沉降验算，可以防止这些裂缝的出现；对已出现这类裂缝的结构，要采用第9章912节所述地基基础的防治措施对地基处理妥善后，再采用建筑结构的加固措施解决。,(6)对因使用及环境条件变化而发生的裂缝，要根据其不同性质区别采用不同的防治措施。如：因使用期间气候温湿度变化而形成的裂缝，一般不易根除，以采取对钢筋混凝土构件的保护措施，减少大气温湿度变化对构件变化的影响为宜。因多次冻融而产生的裂缝，除对已形成缺陷和损坏部分要予以补强或加固外，宜添加对受冻混凝土构件的保温措施。因处于腐蚀性介质中而产生的大面积缺陷和损伤，除应剔除受腐蚀和损伤的部位，予以补强或加固外，应使用矿渣水泥混凝土或水玻璃耐酸混凝土罩面加以防护。,因地震震害的损伤要采用抗震验算和抗震构造措施来预防；已产生的不太严重的地震损伤可参考震损建筑修复加固的办法解决。,2.4 钢筋混凝土工程常见缺陷和事故的案例分析,2.4.1 水泥过期和受潮1.水泥在存放时，容易吸收空气中的水分和碳酸气(C02)，使其颗粒表面缓慢水化硬化，从而降低了自身凝胶力和强度。2.在贮存运输的过程中不得受潮，更不能雨淋。3.水泥的允许贮存期为出厂后3个月。4.表2.8 受潮水泥的处理,案例1：（广西百色某单层厂房倒塌事故）1.原因分析：（1）使用受潮过期水泥；（2）人工拌制和振捣混凝土，配合比控制不好，骨料中有杂质和大粒径石子；（3）配筋少于设计要求。2.教训：进合格材料、妥善保管、如有过期或受潮，按规定处理。,1.游离的CaO和MgO水化作用，往往在水泥凝结硬化后还继续进行水化作用，产生剧烈的不均匀体积变化。2.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；3.游离的Na2O、K2O若过量时遇到混凝土中的活性骨料(活性Si02)，也会产生使骨料体积膨胀的效果，严重时会使混凝土开裂。,2.4.2 水泥和骨料含有害物质,案例2：（山西某砖混结构住宅预制楼板破坏事故）1.原因：混凝土材料品质不良，含大量活性氧化物2.教训：（1）水泥必须合格，并检查其性能指标（2）骨料必要时做化学成分检验。,1.概念：碱骨料反应是指混凝土中水泥、外加剂、掺合料或拌和水中的可溶性碱(K+、Na+)溶于混凝土孔隙液中，与骨料中能与碱反应的活性成分(如Si02)在混凝土凝结硬化后逐渐发生反应，生成含碱的凝胶体，吸水膨胀，使混凝土产生内应力而开裂。2.现状：3.对工程的危害：表现在外观上主要是混凝土因后期体积膨胀而开裂，裂缝中渗出凝胶物，混凝土构件发生附加变形。表现在内部结构中则是使混凝土强度降低，碳化加快，引起钢筋锈蚀，大大降低混凝土结构的耐久性。,2.4.3 碱-骨料反应,4.特征：当混凝土所受约束力不大时(无筋或少筋部位)，出现网状龟背纹裂缝，外观上接近六边形，裂缝从网结点处三分岔开，夹角约1200；当混凝土受到约束(钢筋附近或其它外力约束)，膨胀裂缝往往平行于约束力方向，如主筋外保护层的顺筋裂缝。5.这种膨胀裂缝与因混凝土收缩裂缝有很多区别，如表211所示：,案例3：（北京某厂受热车间墙面裂纹）1.原因：（1）粗骨料含碱活性成分，由碱-骨料反应引起裂纹；（2）钢筋锈蚀也是因为混凝土保护层发生碱-骨料反应脱落所致。2.教训：（1）对重要工程的混凝土所使用的骨料进行碱活性检验；（2）进行碱活性检验时，首先应采用岩相分析检验碱活性骨料的品种、类型(也可由地质部门提供),1.衡量骨料中杂质是否有害的三条标准：一、是对水泥水化硬化是否产生不利影响；二、是对水泥石与骨料的粘结是否有害；三、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。2.骨料中的有害杂质大体有以下几种：(1)含泥量(2)有机质含量(3)硫化物和硫酸盐含量(4)生石灰和其它轻物质含量,2.4.4 骨料中含过量杂质,案例4：（一、河南某中学教学楼梁断裂，屋面局部倒塌）原因：（1）混凝土强度只是C7.5左右，而不是设计时的C20，梁断口处发现有大量杂质；（2）水泥强度偏低；（3）梁的主筋位置偏移，使梁的受力状态发生变化；,（二、某商店梁出现崩裂及裂缝）原因：石灰石混入混凝土粗骨料中。加固措施：将梁底用木柱顶住，保证安全地进行加固；将梁中裂缝处左右约1500mm范围内的混凝土凿去，凿剔部位为直槎；原纵向受力筋不变，加密箍筋；采用C30混凝土进行补强。,（三、某已使用三年的建筑混凝土崩裂）原因：混凝土崩裂的原因是其骨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，经过一个很长的时间才完全熟化。（一、二、三）的教训：(1)粗、细骨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815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 应符合要求；(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、细骨料。,2.4.5 混凝土受冻或养护温度过低1.混凝土冬期施工的概念：2.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骨料间的粘结力遭到损伤，使混凝土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。(5)若混凝土骨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。,案例5：（一、某三层砖混结构大梁斜裂缝）1.原因分析：（1）施工原因：A.无专门养护措施；B.施工荷载时间太早；C.三层施工属于冬期施工，未做相应措施；D.水泥用量偏低；（2）设计原因：A.箍筋间距过大；B.纵筋在梁跨内截断主要原因是混凝土受冻。,2.加固方案：在原大梁外包一U形截面梁，该粱按承受原来梁的全部弯矩和剪力进行设计并在U彤截面粱的端部沿墙设置钢筋混凝土柱和基础，作为加固梁的支承。（二、某小学教室6.3米大梁断裂事故）原因：（1）气温已达零下十几度，施工单位未采取任何冬季施工措施，浇筑后的大梁遭冻结；（2）混凝土由人工搅拌、人工振捣，水灰比控制不严，浇筑时已有离析现象；而且模板缝隙较大，漏浆现象严重。,（3）现场用回弹仪检测，混凝土强度仅达到设计强度的50%，上部卵石较少，剩下的是砂子和少量水泥，下部却几乎全是卵石，大粱的受压区混凝土强度严重不足。（4）支撑结构拆除太早，且同时有施工荷载。（三、某钢筋混凝土无梁楼盖冻融破坏）原因：（1）二层楼板是在11月间(冬季)进行浇筑的，施工时并未采取任何加热措施。,（2）在已灌筑混凝土的楼板下受到另一车间定期排放蒸汽作用。这种延续几个月的混凝土冻结和放蒸汽解冻的交替作用，损坏了混凝土质量。（一、二、三）教训：(1)当室外日平均气温连续5d稳定低于5C时，混凝土工程即进入冬期施工阶段；(2)混凝土冬期施工时应采用冬期施工法。(3)冬季施工时选择水泥品种、标号、用量；骨料必须清洁；水应优先采用加热水。水灰比不应大于o.6；采用机械搅拌；控制入模温度；,（4）加入适量外加剂和外掺料，改善混凝土的性能；（5）保证混凝土的受冻临界强度。2.4.6 混凝土初期收缩原理：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，会成为破坏的间接原因。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。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。,案例6：（某框架办公楼楼板出现裂纹事故）原因：由于异常干燥加上强风影响，故使得混凝土在凝结后不久即出现裂纹。应吸取的教训：(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7d，火山灰水泥、粉煤灰水泥不少于14d，抗渗混凝土不少于14d；(2)浇水养护时的平均气温50C。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三天中，白天每隔2h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)。2.4