混凝土裂縫形成原因與處理

周國(guó)民,張雁秋

(雞西市政建設(shè)工程公司)

1 裂縫分類

混凝土在溫度和濕度變化的條件下,硬化并產(chǎn)生體積變形,由于各種材料變形不一致,互相約束而產(chǎn)生初始應(yīng)力(拉應(yīng)力或剪應(yīng)力),造成在骨料與水泥石粘結(jié)面或水泥石本身之間出現(xiàn)肉眼看不見(jiàn)的微觀裂縫。這種微觀裂縫的分布是不規(guī)則的,且不連貫,但在荷載作用下或進(jìn)一步產(chǎn)生溫差、干縮的情況下,裂縫開始發(fā)展,并逐漸互相串通,從而出現(xiàn)較大的肉眼可見(jiàn)的裂縫,稱為宏觀裂縫。

宏觀裂縫主要可分為收縮裂縫、超載裂縫、沉降裂縫、龜裂裂縫、疏松裂縫等幾種,此外還包括張拉、化學(xué)反應(yīng)、凍脹等裂縫。

2 裂縫成因

(1)混凝土的收縮。收縮是混凝土的一個(gè)主要特性,對(duì)混凝土的性能有很大影響。由于收縮而產(chǎn)生的微觀裂縫一旦發(fā)展則有可能引起機(jī)構(gòu)物的開裂、變形甚至破壞。

(2)溫度應(yīng)力?；炷羶?nèi)的水泥在水化反應(yīng)中發(fā)散出大量熱量,使混凝土升溫,并與外部氣溫形成一定溫差,從而產(chǎn)生溫度應(yīng)力。其大小與溫差有關(guān),并直接影響到混凝土的開裂及裂縫寬度。

(3)配筋不足。配筋間距大、配筋率小的混凝土結(jié)構(gòu)開裂多,無(wú)筋混凝土比有筋混凝土開裂多。鋼筋的位置要正確,保護(hù)層過(guò)大或過(guò)小都可能導(dǎo)致混凝土開裂。

(4)混凝土材料及配合比。配合比設(shè)計(jì)不當(dāng)直接影響混凝土的抗拉強(qiáng)度,是造成混凝土開裂不可忽視的原因。配合比不當(dāng)指水泥用量過(guò)大、水灰比大、含砂率不適當(dāng)、骨料種類不佳、選用外加劑不當(dāng)?shù)?這幾個(gè)因素是互相關(guān)聯(lián)的。

(5)養(yǎng)護(hù)條件。養(yǎng)護(hù)是使混凝土正常硬化的重要手段。養(yǎng)護(hù)條件對(duì)裂縫的出現(xiàn)有著關(guān)鍵的影響。在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下,混凝土硬化正常,不會(huì)開裂,但只適用于試塊或是工廠的預(yù)制件生產(chǎn),現(xiàn)場(chǎng)施工中不可能擁有這種條件?，F(xiàn)場(chǎng)混凝土養(yǎng)護(hù)越接近標(biāo)準(zhǔn)條件,混凝土開裂可能性就越小。

(6)施工質(zhì)量。混凝土澆筑施工中,振搗不均勻,或是漏振、過(guò)振等情況,會(huì)造成混凝土離析、密實(shí)度差,降低結(jié)構(gòu)的整體強(qiáng)度?；炷羶?nèi)部氣泡不能完全排除時(shí),鋼筋表面的氣泡則會(huì)降低混凝土與鋼筋的粘結(jié)力。鋼筋若受到過(guò)多振動(dòng),則水泥漿在鋼筋周圍密集,也將大大降低粘結(jié)力。

3 混凝土裂縫預(yù)防措施

(1)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)上要注重容易開裂的部位,如深基與淺基、高低跨處等,應(yīng)考慮到由于地基的差異沉降或結(jié)構(gòu)原因而引起的薄弱環(huán)節(jié),在設(shè)計(jì)中加以解決。如對(duì)軟弱地基進(jìn)行必要處理;各部分荷載懸殊的結(jié)構(gòu)適當(dāng)增設(shè)構(gòu)造鋼筋,以避免不均勻下沉,造成應(yīng)力集中而出現(xiàn)裂縫。

(2)施工方案。施工方案主要是確定一定澆筑量、施工縫間距、位置及構(gòu)造、澆筑時(shí)間、運(yùn)輸及振搗等。一次澆筑長(zhǎng)度由垂直施工縫分割,最好是設(shè)置在變截面處或承受拉、剪、彎直力較小的部位;除控制一次澆筑厚度外,分層位置即水平施工縫留設(shè)位置也應(yīng)加以注意。

(3)施工質(zhì)量?；炷烈泻线m的配合比,不僅要滿足強(qiáng)度要求、施工要求,還要從防止產(chǎn)生裂縫的需要出發(fā),適當(dāng)?shù)剡x擇好水灰比,在滿足強(qiáng)度要求的原則下,盡可能減少水泥用量。其次,鋼筋的成型和模板安裝位置要準(zhǔn)確、牢固,以免施工中變形。鋼筋上的污物和氧化鐵皮要清除,以免影響粘結(jié)力。其三是澆筑、振搗操作合理,特別是振搗操作技術(shù),往往不被人們重視。過(guò)分地振搗對(duì)混凝土均勻性有害,振搗不足也不能保證混凝土應(yīng)有的密實(shí)度,要恰到好處。

(4)養(yǎng)護(hù)。養(yǎng)護(hù)的目的是使混凝土正常硬化,強(qiáng)度增長(zhǎng),不受或少受外界影響。關(guān)鍵是設(shè)法使混凝土溫度慢慢下降到接近外界氣溫,縮小降溫過(guò)程中的溫差,以便減小溫度應(yīng)力,阻止裂縫的產(chǎn)生。常規(guī)養(yǎng)護(hù)方法是噴水,對(duì)一般混凝土結(jié)構(gòu),減小表面收縮,防止龜裂是可行的。大體積混凝土由于塊體內(nèi)外溫度不一致,強(qiáng)度增長(zhǎng)不同,常常是在強(qiáng)度增長(zhǎng)慢的表面開裂,其養(yǎng)護(hù)就不能只滿足于用常規(guī)方法。具體說(shuō),盡量晚拆模,拆模后要立即覆蓋或及時(shí)回填,避開外界氣候的影響,養(yǎng)護(hù)期應(yīng)以混凝土強(qiáng)度增長(zhǎng)最快的階段為準(zhǔn),即7～28 d,最好能長(zhǎng)些。

4 混凝土裂縫的處理

(1)經(jīng)過(guò)調(diào)查分析,確認(rèn)在裂縫不降低承載力的情況下,采取表面修補(bǔ)法、充填法、注入法等處理方法。

①表面修補(bǔ)法。該法適用于縫較窄,用以恢復(fù)構(gòu)件表面美觀和提高耐久性時(shí)所采用,常用的是沿混凝土裂縫表面鋪設(shè)薄膜材料,一般可用環(huán)氧類樹脂或樹脂浸漬玻璃布。

②充填法。當(dāng)裂縫較寬時(shí),可沿裂縫混凝土表面鑿成V形或U形槽,使用樹脂砂漿材料進(jìn)行填充,也可使用水泥砂漿或?yàn)r青等材料。

③注入法。當(dāng)裂縫寬度較小且較深時(shí),可采用將修補(bǔ)材料注入混凝土內(nèi)部的修補(bǔ)方法,首先裂縫處設(shè)置注入用管,其他部位用表面處理法封住,使用低粘度環(huán)氧樹脂注入材料,用電動(dòng)泵或手動(dòng)泵注入修補(bǔ)。

(2)如果裂縫影響到結(jié)構(gòu)安全,可采取圍套加固法、鋼箍加固法、粘貼加固法等結(jié)構(gòu)加固法。此方法屬結(jié)構(gòu)加固,須經(jīng)設(shè)計(jì)驗(yàn)算同意后方可進(jìn)行。

①圍套加固法。在周圍尺寸允許的情況下,在結(jié)構(gòu)外部一側(cè)或數(shù)側(cè)外包鋼筋混凝土圍套,以增加鋼筋和截面,提高其承載力;對(duì)構(gòu)件裂縫嚴(yán)重,尚未破碎裂透或一側(cè)破裂的,將裂縫部位鋼筋保護(hù)層鑿去,外包鋼絲網(wǎng)一層;大型設(shè)備基礎(chǔ)一般采取增設(shè)鋼板箍帶,增加環(huán)向抗拉強(qiáng)度的方法處理。

②鋼箍加固法。在結(jié)構(gòu)裂縫部位四周加U型螺栓或型鋼套箍將構(gòu)件箍緊,以防止裂縫擴(kuò)大和提高結(jié)構(gòu)的剛度及承載力。加固時(shí),應(yīng)使鋼套箍與混凝土表面緊密接觸,以保證共同工作。

③粘貼加固法。將鋼板或型鋼用改性環(huán)氧樹脂和粘結(jié)劑,粘結(jié)到構(gòu)件混凝土裂縫部位表面,使鋼板或型鋼與混凝土連成整體共同工作。粘結(jié)前,鋼材表面進(jìn)行噴砂除銹,混凝土刷凈干燥,粘結(jié)層厚度為1～4mm。

綜上所述,混凝土裂縫應(yīng)針對(duì)成因,貫徹預(yù)防為主的原則,完善設(shè)計(jì)及加強(qiáng)施工等方面的管理,使結(jié)構(gòu)盡量不出現(xiàn)裂縫或盡量減少裂縫數(shù)量和寬度,以確保結(jié)構(gòu)安全。