浅述混凝土强度不足对建筑结构性能的影响与处理措施

混凝土强度是评定钢筋混凝土结构质量的主要依据之一,由于种种原因,经常发生施工完成后混凝土强度达不到设计要求的情况,给工程带来隐患。混凝土强度不足对结构构件性能有很大的影响,不仅降低构件的强度和刚度,影响结构的承载力,加大结构的挠度和其它变形,同时降低结构构件的抗裂性能,加剧裂缝的产生和发展,并由于混凝土内部组织不致密,通常伴随着抗渗性、耐磨性、耐久性等性能的降低。
　　
　　1.混凝土强度不足对结构构件承载能力的影响
　　1.1受拉构件
　　由于混凝土的抗拉强度很低,开裂时的极限拉应变很小(ε0=0.0001),所以构件承受的拉力即使不是很大,混凝土都会开裂,而这时钢筋中的应力还很小,以Ⅱ级钢为例,σs仅20N/mm2。因此,轴心受拉构件按正截面承载力计算时,不考虑混凝土参加工作,拉力全部由纵向钢筋承担。轴心受拉构件正截面受拉承载力按下式计算:
　　N≤ƒy•As (1)
　　式中,N为轴向拉力设计值,其它(下面公式)符号的意义同文献[1]。
　　因此,混凝土强度不足对轴心受拉构件其承载力无影响,但对于耐久性不利,需进行表面修补。
　　1.2受压构件
　　根据钢筋混凝土轴心受压构件截面承载力计算理论,混凝土和钢筋应力值分别达到混凝土轴心抗压强度设计值ƒc和纵向钢筋抗压强度设计值ƒy共同承担轴向荷载设计值,并考虑纵向弯曲对构件截面承载力降低的影响。轴心受压构件承载力按下式计算:
　　N≤0.9Ψ(ƒcAc+ƒy′As′) (2)
　　由于一般轴心受压构件配筋率都较小(不大于1%),可见受压构件承受的荷载大部分由混凝土来承担,若混凝土强度不足,则构件的承载力几乎成正比地降低。因此,施工时要十分注意保证混凝土设计强度等级的实现,否则有可能造成严重的质量事故。
　　1.3受弯构件正截面承载力
　　根据单筋受弯构件正截面承载力计算理论,受弯构件受拉区混凝土不参加工作,拉力全部由受拉区纵向钢筋承担,受压区全部由混凝土承担,形成抵抗外力矩的内部力矩体系。
　　aƒcbx=ƒyAs (3)
　　M≤aƒcbx(h0-x/2)=ƒyAs (h0-x/2) (4)
　　由于受弯构件正截面承载力由混凝土和钢筋分别承担的压力和拉力组成,可见若混凝土强度不足,对其影响介于受拉构件和受压构件之间。受弯构件配筋率较小,一般在0.2%~1.0%之间,混凝土受压区也较小,所以混凝土强度不足对受弯构件正截面承载力影响幅度不大。如在上述配筋率的受弯构件,混凝土强度由C20降至C10,其正截面承载力减少1%~5%。如果受弯构件配筋率较大,则混凝土强度的不足对承载能力的影响就大。由此,施工时对受弯构件的混凝土也要注意保证设计强度等级的实现,尤其是荷载较大的受弯构件。
　　1.4受弯构件斜截面承载力
　　一般情况下,受弯构件截面除受弯矩作用外,还受剪力作用。根据钢筋混凝土设计理论,受弯构件斜截面受剪承载力由斜截面剪压区的混凝土受剪承载力与斜截面相交箍筋的受剪承载力以及弯曲钢筋受剪承载力组成,其计算公式如下:
　　V≤0.7ƒtbh0+1.25ƒyv As vh0/s+0.8ƒy As bbsinas (5)
　　由上式可知,若混凝土强度不足,对其影响介于受拉和受压构件承载力之间,且因剪压破坏时,斜截面受压区较大,混凝土受剪承载力比例较大,所以混凝土强度不足对受弯构件斜截面受剪承载力降低是明显的。例如一段正常配置箍筋和弯起钢筋的受弯构件,混凝土强度等级由C20降至C10,其斜截面受剪承载力降低20%~40%。
　　2混凝土强度不足对构件裂缝宽度的影响
　　钢筋混凝土结构构件截面最大裂缝宽度计算是按荷载的标准组合并考虑准永久值组合的影响来进行计算,即:
　　
　　 (8)
　　若混凝土的抗拉强度标准值由设计值ƒtk下降到实测值ƒtk0而保持其它参数不变时,则混凝土强度降低越多对梁板结构裂缝宽度的影响越大。
　　
　　3.混凝土强度不足对结构耐久性的影响
　　当混凝土强度较低时,一般其密实性较差,碳化速度较快,特别是在露天、室内高湿环境及强腐环境下,混凝土强度降低会加速碳化和引起钢筋锈蚀,缩短结构安全使用寿命。如在上述环境中的钢筋混凝土梁板结构,当混凝土强度由C35降至C30时,梁、板混凝土保护层最小厚度需分别由35、25mm增至45、35mm,若厚度按设计的35、25mm施工,则混凝土强度降低后不满足规范。此外,在露天或室内高湿环境中的结构,其混凝土强度不宜低于C25的要求,也是出于耐久性方面的考虑。
　　
　　4.混凝土强度不足时的处理措施
　　由上述分析可知,混凝土强度等级的降低将对结构的承载力、裂缝、锚固以及耐久性等诸多方面产生不利影响,应根据其降低程度进行相应的处理。常用的处理措施:
　　(1)利用后期强度:混凝土强度随龄期增加而提高,在干燥环境下,3个月的强度可达28d的1.2倍左右,1年可达1.35~1.75倍。若混凝土实际强度低于设计值不多,结构加荷时间又较晚,可以采用加强养护,利用后期强度来补充前期混凝土强度的不足。
　　(2)减少结构荷载:因混凝土强度不足导致结构
　　承载力下降,又不便采用加固补强方法处理时,常用减少结构荷载法处理。例如,采用高效轻质材料代替普通建材以减轻建筑自重;降低建筑物总高度等。
　　(3)结构验算分析:当混凝土实际强度与设计值相差不多时,一般通过验算分析,多数承载能力的下降不超过5%,或者按实测强度等级对原结构进行承载能力复核仍能满足设计使用要求,可以不作结构加固处理。否则,应根据结构受力情况和使用环境,进行结构加固处理。必要时在验算的基础上做荷载试验,进一步证实结构的安全可靠性,这种处理方法实际上是挖设计潜力,一般不提倡。
　　(4)结构加固:最常采用的是外包加固法,外包材料可用钢筋混凝土或型钢,也可采用结构胶粘贴片材(钢板或碳纤维)提高梁的抗弯、抗剪承载力。此外还可采用预应力拉杆补强体系等方法处理。
　　(5)拆除重建:由于原材料质量问题严重,或混凝土强度严重不足时,常用此法处理。例如错用了安定性不合格的水泥,只好拆除重建。
　　
　　5.结语
　　混凝土强度不足对各类型结构构件承载力影响程度不同,通过钢筋混凝土结构设计理论的分析,得出混凝土强度不足对钢筋混凝土结构构件的影响大小顺序如下:冲切面承载能力>受压构件截面承载能力>受弯构件斜截面抗剪承载力>受弯构件正截面抗弯承载力>受拉构件截面承载能力。 (责任编辑：nylw.net)转贴于八度论文发表网: http://www.8dulw.com(论文网__代写代发论文_论文发表_毕业论文_免费论文范文网_论文格式_广东论文网_广州论文网)