混凝土結(jié)構(gòu)件裂縫分析及處理

李永清

摘要分析混凝士結(jié)構(gòu)件產(chǎn)生裂縫的原因，簡(jiǎn)要說(shuō)明結(jié)構(gòu)件裂縫處理時(shí)注意的事項(xiàng)和方法，為以后混凝土結(jié)構(gòu)件施工提供參考。

關(guān)鍵詞混凝土結(jié)構(gòu)件結(jié)構(gòu)件裂縫成因結(jié)構(gòu)件裂縫處理

中圖分類(lèi)號(hào)：Tu－0文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1671—7597(2009)0410084—02

由于水泥混凝土是一種抗壓承載力較高而抗拉承載力較低的建筑材料，而且受拉極限應(yīng)變很小，在結(jié)構(gòu)中的拉應(yīng)力以及抗裂性能主要是由普通鋼筋或預(yù)應(yīng)力鋼筋承擔(dān)。長(zhǎng)期以來(lái)，盡管人們采取各種措施努力使結(jié)構(gòu)不致開(kāi)裂而保持其整體性，但在施工過(guò)程中或是已經(jīng)投入使用的橋涵等混凝土結(jié)構(gòu)物，往往還是或發(fā)生各種類(lèi)型的不同程度的裂縫。甚至一些部位或一些構(gòu)件因?yàn)楫a(chǎn)生的裂縫而不能被驗(yàn)收。多年來(lái)，混凝士結(jié)構(gòu)的裂縫一直是施工中最為常見(jiàn)和難以克服的弊病，甚至在預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中的某些復(fù)合應(yīng)力的特殊部位以及混凝土澆筑的上表面也常常會(huì)出現(xiàn)裂縫。

一、裂縫類(lèi)型及成因

(一)荷載引起的裂縫

混凝士結(jié)構(gòu)在常規(guī)靜、動(dòng)荷載及次應(yīng)力作用下產(chǎn)生的裂縫稱(chēng)為荷載裂縫，歸納起來(lái)主要有直接應(yīng)力裂縫及次應(yīng)力裂縫兩種。

l直接應(yīng)力裂縫是指在外荷載的直接作用下產(chǎn)生的裂縫。其主要原因?yàn)椋?/p>

(1)未考慮某些施工荷載的可能性；鋼筋設(shè)置偏少；結(jié)構(gòu)處理不當(dāng)或結(jié)構(gòu)剛度不足等。

(2)施工階段：隨意翻轉(zhuǎn)、起吊、運(yùn)輸、安裝，使結(jié)構(gòu)受力不合理：不按設(shè)計(jì)圖紙施工，擅自更改結(jié)構(gòu)施工順序；未對(duì)結(jié)構(gòu)做施工機(jī)具振動(dòng)等條件下的疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算。

(3)使用階段：頻繁超載或超負(fù)荷載使用。

2次應(yīng)力裂縫是指由外荷載引起的次生應(yīng)力產(chǎn)生的裂縫。其主要原因?yàn)椋?/p>

(1)由于結(jié)構(gòu)物的實(shí)際工作狀態(tài)同常規(guī)計(jì)算有出入或計(jì)算時(shí)考慮不全面，從而在某些部位引起較大的次應(yīng)力導(dǎo)致結(jié)構(gòu)裂縫。

(2)局部應(yīng)力集中：橋梁結(jié)構(gòu)中經(jīng)常需要鑿槽、開(kāi)洞、設(shè)置牛腿等，在常規(guī)計(jì)算中難以用準(zhǔn)確的圖式進(jìn)行模擬計(jì)算，一般根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)置受力鋼筋。研究表明，受力構(gòu)件挖孔后，應(yīng)力流將產(chǎn)生繞射現(xiàn)象，在孔洞附近比較密集，產(chǎn)生巨大的應(yīng)力集中導(dǎo)致結(jié)構(gòu)裂縫。

(二)溫度變化引起的裂縫

1氣溫變化

混凝土具有熱脹冷縮的性質(zhì)，當(dāng)外部環(huán)境或結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度發(fā)生變化時(shí)，混凝士將發(fā)生變形，若變形遇到約束，則在結(jié)構(gòu)內(nèi)將產(chǎn)生應(yīng)力，當(dāng)應(yīng)力超過(guò)混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)，即產(chǎn)生溫度裂縫。

2水化熱

出現(xiàn)在施工過(guò)程中，大體積混凝土(厚度超過(guò)2.0m)澆筑之后由于水泥水化放熱集中，致使內(nèi)部溫度很高(可達(dá)70度以上)而由于體積大散熱緩慢，施工中采取的其他散熱技術(shù)措施又不當(dāng)，內(nèi)外溫差太大，致使表面出現(xiàn)裂縫。

3蒸汽養(yǎng)護(hù)或冬季施工時(shí)措施不當(dāng)

采用蒸汽養(yǎng)護(hù)或在冬季施工時(shí)所采取的技術(shù)措施不當(dāng)，升溫降溫速度太快，使混凝土驟冷驟熱，結(jié)構(gòu)內(nèi)外溫度不均，而出現(xiàn)裂縫。

4施工氣溫炎熱

高溫下的混凝土隨溫度的升高而明顯降低。鋼筋與混凝土的粘結(jié)力也隨之下降。由于受熱，混凝土體內(nèi)游離水大量蒸發(fā)也可產(chǎn)生急劇而產(chǎn)生裂縫。

(三)收縮引起的裂縫

混凝土是由氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)三組組成的假固體(指澆筑過(guò)程到養(yǎng)護(hù))。液態(tài)、固態(tài)相間的膠凝體，困水分散失，體積會(huì)縮小，引起收縮裂縫。其主要原因如下：

1塑性收縮：塑性收縮是發(fā)生在施工過(guò)程中，混凝土澆筑后約4～5h，此時(shí)水泥水化反應(yīng)激烈，分子鏈逐步形成，出現(xiàn)泌水和水分急劇蒸發(fā)，混凝土失水收縮，同時(shí)骨料因自重下沉，而此時(shí)混凝土尚未硬化，稱(chēng)為塑性收縮。其產(chǎn)生量級(jí)很大，可以達(dá)到1％左右，而其大小與混凝士流態(tài)有很大關(guān)系，且僅發(fā)生在混凝土澆筑初期。在骨料下沉過(guò)程中若受到鋼筋阻擋，便會(huì)形成沿鋼筋方向的裂縫。

2縮水收縮(干縮)：混凝土硬結(jié)以后，隨著表層水分逐步蒸發(fā)，濕度逐步降低，混凝土體積減小，稱(chēng)為縮水收縮。園混凝土表層水分損失快，內(nèi)部水分損失慢，因此產(chǎn)生表面收縮大、內(nèi)部收縮小的不均勻收縮，表面收縮變形受到內(nèi)部混凝土的約束，致使表面混凝土承受拉力，當(dāng)表面拉應(yīng)力超過(guò)其抗拉極限強(qiáng)度時(shí)，便產(chǎn)生收縮裂縫。

(四)基礎(chǔ)變形引起的裂縫

由于基礎(chǔ)豎向不均勻沉降或水平方向位移，使結(jié)構(gòu)物中產(chǎn)生附加應(yīng)力，超過(guò)結(jié)構(gòu)物的抗拉能力，導(dǎo)致整個(gè)結(jié)構(gòu)開(kāi)裂。其主要原因如下：

1在沒(méi)有充分掌握地質(zhì)資料的情況下就施工，這是造成地基不均勻沉陷的主要因素。

2結(jié)構(gòu)荷載差異太大。在結(jié)構(gòu)情況較均勻的情況下，各部分基礎(chǔ)荷載差異太大時(shí)。也可能引起不均勻沉降。

3結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)類(lèi)型差別大。同一聯(lián)橋梁中，使用不同的基礎(chǔ)類(lèi)型，如擴(kuò)大基礎(chǔ)和樁基礎(chǔ)，或同時(shí)采用樁基礎(chǔ)但樁徑或樁長(zhǎng)差別較大時(shí)，或同時(shí)采用擴(kuò)大基礎(chǔ)但基底標(biāo)高差異較大時(shí)，也可能引起不均勻沉降。

4分期建造的基礎(chǔ)。在原有橋梁附近新建橋梁時(shí)或者對(duì)于舊橋加固或加寬改造工程，新建橋梁荷載或基礎(chǔ)處理時(shí)引起地基土重新固結(jié)，均有可能對(duì)原有橋梁基礎(chǔ)造成較大的沉降。

5地基凍脹。在地基零度的條件下含水率較高的地基土因凍脹膨脹；一旦溫度回升，凍土融化，地基出現(xiàn)下沉。

6橋梁基礎(chǔ)置于滑坡體、溶洞或活動(dòng)斷層等不良地質(zhì)時(shí)，可能造成不均勻沉降。

(五)鋼筋銹蝕引起的裂縫

由于銹蝕，使鋼筋有效斷面面積減小，鋼筋與混凝土握裹力削弱，結(jié)構(gòu)承載力下降，將會(huì)誘發(fā)其它形式的裂縫，加劇鋼筋銹蝕，甚至最終導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞。

(六)原材料質(zhì)量不良引起的裂縫

混凝土主要由水泥、砂、粗骨料、拌和水及外加劑組成。所采用的原材料質(zhì)量不合格，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫。

1水泥：使用不合格水泥出現(xiàn)早期不規(guī)則的裂縫；

2砂石材料。

(1)砂石含泥量超過(guò)規(guī)定，不僅降低混凝土的強(qiáng)度和抗?jié)B性，還會(huì)使混凝土干燥時(shí)產(chǎn)生不規(guī)則的網(wǎng)狀裂縫。

(2)砂石的級(jí)配差，有的砂礫過(guò)細(xì)，用這種材料拌制的混凝土長(zhǎng)造成側(cè)面裂縫。

(3)堿骨料反應(yīng)，骨料中含有酸性硅化物質(zhì)與水泥中的堿性物質(zhì)相遇，則發(fā)生水硅反應(yīng)生成膨脹的膠質(zhì)，吸水后造成局部膨脹和拉應(yīng)力，構(gòu)件就會(huì)產(chǎn)生爆裂狀裂縫，在潮濕的地方較為多見(jiàn)。

3拌和水及外加劑，拌和水及外加劑中氯化物等雜質(zhì)含量較高時(shí)對(duì)鋼筋銹蝕有較大影響。采用海水或含堿水拌和混凝土，或采用含堿的外加劑，可能對(duì)堿骨料反應(yīng)也有影響。

(七)施工工藝質(zhì)量引起的裂縫

施工工藝不合理，旌工質(zhì)量低劣，可能產(chǎn)生各種形式的裂縫。

1混凝土振搗不密實(shí)、不均勻，出現(xiàn)蜂窩、麻面或空洞，導(dǎo)致鋼筋銹蝕或形成其他荷載裂縫的起源點(diǎn)；

2混凝土澆筑攪拌、運(yùn)輸時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，水分蒸發(fā)過(guò)多，引起混凝土坍落度過(guò)低，使得在混凝土表面出現(xiàn)不規(guī)則的收縮裂縫；

3混凝土澆筑過(guò)快，混凝土流動(dòng)性較低在硬化前因混凝土振搗不足，硬化后沉實(shí)過(guò)大，容易在澆筑數(shù)小時(shí)后發(fā)生裂縫，即塑性收縮裂縫；

4混凝土初期養(yǎng)護(hù)不好，導(dǎo)致混凝土表面急劇干燥，使得混凝土與大氣接觸面上出現(xiàn)不規(guī)則的收縮裂縫；

5混凝土分層或分段澆筑時(shí)，接頭部位處理不良，易在新、舊混凝土的施工縫之間出現(xiàn)裂縫：

6混凝土早期受凍，使構(gòu)件表面出現(xiàn)裂紋，或局部剝落，或脫模后出現(xiàn)空鼓現(xiàn)象；

7施工時(shí)模板剛度不足，在澆筑混凝土?xí)r，因側(cè)向壓力的作用使模板變形，產(chǎn)生與模板變形一致的裂縫；

8施工時(shí)拆模過(guò)早，混凝土強(qiáng)度不足，使得構(gòu)件在自重或施工荷載作用下產(chǎn)生裂縫；

9施工前對(duì)支架基礎(chǔ)壓實(shí)不足、支架剛度不夠或未按要求進(jìn)行荷載預(yù)壓或預(yù)壓荷載不足，澆筑混凝土后支架發(fā)生不均勻下沉，導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)裂縫；

10裝配式結(jié)構(gòu)在構(gòu)件運(yùn)輸、堆放時(shí)，支撐墊木不在一條垂直線上或距離理論支撐點(diǎn)相差太大使得懸臂過(guò)長(zhǎng)，或運(yùn)輸過(guò)程中劇烈顛簸，吊裝時(shí)吊點(diǎn)位置不當(dāng)引起結(jié)構(gòu)受力不合理而開(kāi)裂；

11安裝順序不正確，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫：

12追求施工進(jìn)度，提高混凝土早期強(qiáng)度，致使水泥水化熱集中在早期的根短時(shí)間內(nèi)，產(chǎn)生溫度裂縫：

13以提高混凝土強(qiáng)度等級(jí)來(lái)彌補(bǔ)設(shè)計(jì)要求的張拉或放張控制強(qiáng)度，使得混凝土在齡期很短的情況下承受較大的荷載：

14混凝土配臺(tái)比不合理；

15由于混凝土坍落度過(guò)大，表面出現(xiàn)浮漿而產(chǎn)生龜裂。

二、裂縫的處理

首先要分析判定裂縫的性質(zhì)、觀測(cè)裂縫有無(wú)繼續(xù)發(fā)展的跡象以及對(duì)結(jié)構(gòu)的整體性、承載能力的影響，采用不同的修補(bǔ)方法。

1采用環(huán)氧膠結(jié)劑修補(bǔ)混凝土裂縫，具有粘結(jié)力強(qiáng)、強(qiáng)度高、固化養(yǎng)護(hù)時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)，是比較優(yōu)越的混凝土修補(bǔ)。

裂縫采用環(huán)氧膠粘劑修補(bǔ)后，要進(jìn)行養(yǎng)護(hù)固化。固化速度與溫度成正比關(guān)系。在較高溫度下養(yǎng)護(hù)固化，能保證環(huán)氧樹(shù)脂的機(jī)械強(qiáng)度和各種性能。養(yǎng)護(hù)溫度宜控制在15～35度之間，氣溫較低時(shí)，必須采取加溫措施。養(yǎng)護(hù)固化期間內(nèi)，應(yīng)避免雨水侵入。

2表面噴漿修補(bǔ)。表面噴漿修補(bǔ)是在經(jīng)鑿毛處理后的裂縫表面，噴射一層密實(shí)而且強(qiáng)度較高的水泥砂漿保護(hù)層來(lái)封閉裂縫的一種修補(bǔ)方法。根據(jù)裂縫的部位、性質(zhì)和修補(bǔ)要求與條件，可采用無(wú)筋素噴漿。

3柔性表面封閉。對(duì)容易活動(dòng)的窄小的裂縫，如不要求美觀，可甩表面封閉材料封閉裂縫。

4刻槽封閉。先用混凝土鋸、手動(dòng)或氣動(dòng)工具沿裂縫的裸露面鋸或鑿，使裂縫擴(kuò)大成槽形豁口，用鋼絲刷刷毛并用空壓機(jī)吹干掙。然后用各種粘結(jié)材料(如環(huán)氧砂漿、瀝青、甲基丙烯酸脂類(lèi)化學(xué)補(bǔ)強(qiáng)劑等)進(jìn)行填充封閉。

5鋼板粘貼修補(bǔ)。用環(huán)氧基液粘貼劑敷在鋼板上，然后將其壓貼于裂縫位置上。

6加鋼筋加固。當(dāng)鋼筋混凝土構(gòu)件產(chǎn)生的主拉應(yīng)力不是很?chē)?yán)重時(shí)，可采用在裂縫處加以扁鋼或圓鋼箍使裂縫封閉的方法。可采用斜箍或直箍，但其方向應(yīng)與裂縫垂直，箍的上下接觸面可墊以鋼板或角鋼。

7灌漿封閉。此法是將結(jié)構(gòu)物的裂縫或空隙與外界封閉，留出進(jìn)漿口與排氣孔，然后將一定的高強(qiáng)度膠結(jié)材料配制成較低粘度的漿液，用壓縮泵以一定的壓力將漿液壓入裂縫內(nèi)，使其在裂縫內(nèi)進(jìn)行擴(kuò)散、膠凝固化，以達(dá)到加固或恢復(fù)原來(lái)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的目的。