鋼筋混凝土裂縫產(chǎn)生的原因與處理方法

劉軍林

（廣州市黃埔建筑工程總公司，廣東 廣州 510700）

鋼筋混凝土構(gòu)件產(chǎn)生裂縫的主要原因有設(shè)計(jì)有誤、原材料不符合要求、施工質(zhì)量不達(dá)標(biāo)、養(yǎng)護(hù)不當(dāng)?shù)?。根?jù)建筑工程設(shè)計(jì)、施工技術(shù)原理和施工經(jīng)驗(yàn),鋼筋混凝土構(gòu)件裂縫處理方法主要有表面處理法、注入法、充填法、鋼錨栓法等。

1 癥害情況及其原因分析

1.1 癥害情況分析

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)物一般均有裂縫。國(guó)家規(guī)范對(duì)鋼筋混凝土構(gòu)件出現(xiàn)的裂縫有嚴(yán)格明確的規(guī)定,寬度應(yīng)限制在規(guī)定允許值以內(nèi)。如在一類環(huán)境下,對(duì)鋼筋混凝土屋架、托架及需作疲勞驗(yàn)算的吊車梁,其最大裂縫寬度限值為0.2mm;對(duì)鋼筋混凝土屋面梁和托梁,其最大裂縫寬度限值為0.3mm。[1]即處于正常條件下,構(gòu)件最大裂縫寬度嚴(yán)格控制在0.2mm或0.3mm以下。允許值內(nèi)細(xì)小的裂縫在合理使用壽命期內(nèi)不會(huì)危及構(gòu)件的安全。就裂縫產(chǎn)生的時(shí)間而言,有施工中和施工后產(chǎn)生的兩種裂縫。受力情況、鋼筋分布、原材料的品質(zhì)以及混凝土的密實(shí)程度與養(yǎng)護(hù)條等不同,其裂縫的位置、大小、長(zhǎng)短、形狀等也不同。

混凝土在未受力之前,由于水泥水化造成的化學(xué)和物理收縮,在混凝土內(nèi)部將會(huì)產(chǎn)生超過混凝土抗拉強(qiáng)度的局部拉應(yīng)力,以致在骨料與水泥石之間以及水泥石內(nèi)部形成局部的微細(xì)裂縫,又因水泥石彈性模量與骨料不同,當(dāng)溫度、濕度發(fā)生變化時(shí),則會(huì)引起不同的體積變形,導(dǎo)致水泥石與骨料的界面上產(chǎn)生的應(yīng)力集中而形成微細(xì)裂縫。另外混凝土成型后的泌水作用,骨料下邊因泌水而產(chǎn)生水囊,混凝土硬化后就成為界面裂縫。界面縫在外力作用下骨料的兩側(cè)面產(chǎn)生拉應(yīng)力,很容易在裂縫的頂端形成應(yīng)力集中,隨著拉應(yīng)力的增大,導(dǎo)致裂縫進(jìn)一步延伸、擴(kuò)展以致連通,最后成為幾條可見的裂縫。從微觀上看,混凝土是由水泥、砂、石、空氣、水組成的多相結(jié)合體,由于混凝土的組成材料、微觀構(gòu)造以及所受外界影響不同,混凝土裂縫產(chǎn)生的原因很多,現(xiàn)將一般混凝土構(gòu)件裂縫的成因分析如下：

1.2 原因分析

1.2.1 設(shè)計(jì)不當(dāng)產(chǎn)生的裂縫

設(shè)計(jì)不恰當(dāng)引起混凝土構(gòu)件裂縫。如某煤坑(半地下室)混凝土連續(xù)梁因設(shè)計(jì)人員未考慮地下室與地面溫差的實(shí)際情況,伸縮縫間距設(shè)計(jì)太大。據(jù)此設(shè)計(jì)方案所施工的混凝土梁出現(xiàn)比較明顯的裂縫。其混凝土梁采用C30的混凝土,水灰比較大,雖加入了減水劑,仍不能有效抵消混凝土的收縮變形;另外,該連續(xù)梁寬度達(dá)600mm,內(nèi)外溫差大,導(dǎo)致產(chǎn)生溫度和收縮變形,連續(xù)梁所產(chǎn)生的溫度和收縮變形在高度方向是自由的,但在長(zhǎng)度方向卻受到另一結(jié)構(gòu)半地下室柱的約束,在連續(xù)梁受降溫和收縮作用時(shí),必將產(chǎn)生縮短變形,受到柱的約束,引起拉應(yīng)力,當(dāng)拉應(yīng)力超過抗拉強(qiáng)度時(shí)便引起開裂,此時(shí)裂縫方向永遠(yuǎn)垂直于拉應(yīng)力方向一為豎向。

此外,設(shè)計(jì)中水泥等級(jí)或品種選用不當(dāng);配合比設(shè)計(jì)中砂率、水灰比選擇不當(dāng)造成混凝土和易性偏差,導(dǎo)致混凝土離淅、泌水、保水性差,增加收縮;配合比設(shè)計(jì)中混凝土膨脹劑摻量選擇不當(dāng)?shù)榷加锌赡芤饦?gòu)件裂縫。

1.2.2 施工不當(dāng)引起的裂縫

骨料下沉裂縫?；炷翝补嗪笸蛩嗥贩N或其他原因發(fā)生泌水現(xiàn)象,導(dǎo)致比重大的材料下沉,鋼筋所阻,材料下沉不均勻,致使被阻部位的構(gòu)件表面出現(xiàn)裂縫。例如,某洗煤廠洗煤車間在建時(shí),由于建筑施工人員所用水泥非大廠生產(chǎn)的合格產(chǎn)品,結(jié)果導(dǎo)致構(gòu)件出現(xiàn)裂縫。

水泥水化、硬化時(shí)的裂縫。水泥在水化反應(yīng)及硬化過程中產(chǎn)生熱量,混凝土的內(nèi)部及外部產(chǎn)生溫差,當(dāng)溫度降低時(shí),因混凝土的收縮不一致而發(fā)生裂縫。如大體積混凝土在硬化過程中,產(chǎn)生的水化熱不易擴(kuò)散,施工中如不采取有效措施,由于混凝土內(nèi)外溫差過大而出現(xiàn)裂縫。[2]懸臂鋼筋受到雨水或有害氣體的侵入,容易銹蝕,天長(zhǎng)日久也易使懸挑構(gòu)件折斷塌下。這種裂縫往往是構(gòu)件折斷的早期征象。產(chǎn)生原因除鋼筋錯(cuò)位外,還有支模方法有誤,在澆搗混凝土后,模板變形,支撐下沉,使強(qiáng)度很低的新澆搗混凝土構(gòu)件產(chǎn)生裂縫。[3]模板支撐松動(dòng)及拆模過早引起的裂縫。在混凝土硬化過程中,模板支撐不牢,或在混凝土未完全硬化提前拆模,致使混凝土產(chǎn)生裂縫。這種裂縫緣于混凝土尚未達(dá)到一定程度負(fù)荷所致。

1.2.3 養(yǎng)護(hù)不當(dāng)導(dǎo)致的裂縫

溫度變化、干燥收縮產(chǎn)生的裂縫。由于混凝土用水量過大,混凝土雖達(dá)到相應(yīng)的強(qiáng)度,仍會(huì)因水化熱及硬化時(shí)的收縮而產(chǎn)生裂縫,養(yǎng)護(hù)不及時(shí)也會(huì)導(dǎo)致裂縫的出現(xiàn)。許多裂縫的產(chǎn)生與忽視對(duì)新澆混凝土的早期養(yǎng)護(hù)工作直接有關(guān)。混凝土構(gòu)件早期缺乏必要的養(yǎng)護(hù)而產(chǎn)生收縮,最終形成裂縫。對(duì)此必須監(jiān)控好混凝土構(gòu)件的濕潤(rùn)養(yǎng)護(hù),尤其是對(duì)于大體積混凝土,有條件時(shí)宜采用蓄水或流水養(yǎng)護(hù)。養(yǎng)護(hù)不當(dāng)或者沒有達(dá)到養(yǎng)護(hù)時(shí)間(一般為14天～28天),出現(xiàn)裂縫的可能性很大。如果混凝土的降溫和保溫工作沒有落實(shí)做好,最終導(dǎo)致混凝土構(gòu)件裂縫問題的發(fā)生。未采取必要的降溫措施,導(dǎo)致水化熱高峰集中出現(xiàn)。當(dāng)混凝土構(gòu)件澆搗成型后,仍沒有采取必要的蓄水保溫措施,或者沒有采取表面覆蓋薄膜、濕麻袋等措施養(yǎng)護(hù),以致因混凝土內(nèi)外溫差過大而引起溫度裂縫。如水化熱為165J/g～250J/g的水泥,隨混凝土水泥用量提高,其絕對(duì)溫升可達(dá)50℃～80℃,當(dāng)混凝土內(nèi)外溫差10℃時(shí)冷縮值為0.01%～0.02%,如溫差20℃～30℃時(shí)其冷縮值為 0.02%～0.03%,當(dāng)大于混凝土極限拉伸值時(shí)混凝土就會(huì)開裂。[4]例如,某校實(shí)驗(yàn)樓屋面板施工后,因養(yǎng)護(hù)不當(dāng)產(chǎn)生了明顯的裂縫。雖多次修補(bǔ),效果仍不理想。換言之,現(xiàn)場(chǎng)養(yǎng)護(hù)措施不到位,混凝土出現(xiàn)早期脫水,必然引起混凝土收縮裂縫。

2 處理方法

2.1 配筋法。配筋法即先鑿開開裂部分的混凝土,再配筋重新澆筑混凝土。如在梁腰加設(shè)2根16腰筋,以抵抗在梁中產(chǎn)生的收縮拉應(yīng)力,效果顯著.這一有效措施在新版的混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范中得以驗(yàn)證。[5]

2.2 充填法。當(dāng)裂縫較寬時(shí)(>0.3mm),采用樹脂或無機(jī)類材料填充裂縫。即沿裂縫將混凝土表面鑿成V或U字形槽,然后填入1∶2.5樹脂砂漿類的充填材料。充填溝槽外形有V形及U形兩種,如U形難于開鑿,可使用V形槽。V形槽用于填充樹脂砂漿,若充填普通砂漿,V形槽易使砂漿剝離脫落,故此時(shí)最好鑿成U形槽。開U形槽時(shí),首先用混凝土切割機(jī)沿裂縫開出兩條溝,然后再剔除中間部分的混凝土。

填充施工時(shí),先用鋼絲刷清除槽中殘?jiān)槠?必要時(shí)還應(yīng)涂以底層結(jié)合料,然后再填充填材料,待充填材料充分硬化后,再用砂輪或拋光機(jī)將表面磨光。

2.3 注入法。將修補(bǔ)材料注入混凝土內(nèi)部的一種修補(bǔ)方法。一般常用低粘度環(huán)氧樹脂作注入材料。首先沿需要修補(bǔ)的裂縫安設(shè)注入用管,裂縫的其他部位可用V形槽充填法、表面薄膜法或粘膠帶法等密封,以防注入材料漏掉,然后用電動(dòng)泵、手動(dòng)或腳踏泵注入樹脂。注入樹脂前,先要送氣以清掃裂縫并進(jìn)行注入檢驗(yàn),再慢慢地注入樹脂。此時(shí),注入速度不能過快,以免堵塞或因所加壓力過大導(dǎo)致裂縫繼續(xù)擴(kuò)大。

2.4 鋼錨栓法。鋼錨栓法是將如騎馬釘?shù)匿撳^栓錨于裂縫兩邊,類似于縫合裂縫的方法,此法多兼作補(bǔ)強(qiáng)之用。錨引用電錘開孔,用水泥砂漿、樹脂砂漿等錨固。

綜上所述,鋼筋混凝土構(gòu)件產(chǎn)生裂縫的主要原因表現(xiàn)于設(shè)計(jì)、原材料、施工質(zhì)量、養(yǎng)護(hù)等方面。鋼筋混凝土構(gòu)件裂縫的處理,主要有配筋法、充填法、鋼錨栓法、注入法等。

[1]建設(shè)部.混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50010-2002[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2002.13.

[2]建設(shè)部.建筑工程施工及驗(yàn)收規(guī)范條文說明匯編[M].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社,1999.231.

[3]李吉生.混凝土的裂縫及其防治的措施與技術(shù)[J].遼寧師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2005,(3)：78-80.

[4]余歡,黃艷明.現(xiàn)澆樓板裂縫原因分析及防控措施[J].國(guó)外建筑科技,2005,(5)：27-28.

[5]李建峰,黃永剛.鋼筋混凝土梁裂縫原因及對(duì)策[J].長(zhǎng)安大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2005,(5).