第四章 钢筋砼结构精选PPT.ppt
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1、第四章钢筋砼结构第1页,此课件共138页哦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。第2页,此课件共138页哦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日安装完屋盖预制板,
2、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,使用的是第3页,此课件共138页哦进场已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,发现有断砖
3、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第4页,此课件共138页哦 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。包装水
4、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,生成多种矿物;但
5、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第5页,此课件共138页哦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若过量时遇到混凝土中的活性
6、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%。如水泥经压蒸第6页,此课件共138页哦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或由供需双方商定”的说法
7、。)。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、第7页,此课件共138页哦平屋顶,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,在这五幢楼房铺设的2190块
8、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第8页,此课件共138页哦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岩相分析检验。检
9、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。第9页,此课件共138页哦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45分钟,终凝不迟于
10、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第10页,此课件共138页哦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,如Ca(OH)2和
11、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,因第11页,此课件共138页哦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年在阪神高速公路上发现大量因碱
12、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第12页,此课件共138页哦13石英
13、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第13页,此课件共138页哦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,也即当半年的体积膨胀率
14、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:第14页,此课件共138页哦151)水泥含碱量普遍有
15、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2CaSO2H2O(石膏)
16、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。将此芯第15页,此课件共138页哦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混凝土内部裂纹第16页,此课
17、件共138页哦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。第17页,此课件共138页哦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SiO2时,应采用化学法和砂浆长度法
18、(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,混凝土质量除与水第18页,此课件共138页哦19泥品质有关外,也与集料中杂质含量有密切关系。
19、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质质含含含含量量量量指以附属在集料
20、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。第19页,此课件共138页哦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(值得注意的是石灰石在混凝土内可以经过一个很长的时间才
21、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。第20页,此课件共138页哦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:屋面局部倒塌后曾对设计进行审查,未发现任何问题
22、。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第21页,此课件共138页哦22图4-1-5河南某中学教学楼示意弯、剪、扭受力状态,使梁的支承处作用有扭力矩。4)对墙体进行检查,未发现有质量
23、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,第22页,此课件共138页哦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,又发现与这侧崩裂部位对应的另一侧还有一条长达700800
24、mm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;第23页,此课件共138页哦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子堆旁有过去第24页,此课件共138页哦淋灰时没有
25、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第25页,此课件共138页哦26一个很长的时间才完全熟化。3年后导致混凝土崩裂的例子不鲜。这种隐患有人称
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