混凝土結(jié)構(gòu)的病害分析

趙建光

摘 要：混凝土構(gòu)件作為當(dāng)今建筑結(jié)構(gòu)中最主要的承重構(gòu)件，在使用中要求保持一定的結(jié)構(gòu)完整性，一旦產(chǎn)生危害整體結(jié)構(gòu)安全的裂縫，對工程而言十分危險，因而要控制其裂縫的產(chǎn)生并及時進(jìn)行處理。混凝土構(gòu)件的裂縫成因有很多，首先有由于各類變形引起的裂縫：比如由于溫度升降導(dǎo)致的體積收縮和膨脹、由于地基不均勻沉降引起的裂縫、由于地震等外力作用引起的裂縫；除此之外還有外荷載引起的裂縫；以及主體結(jié)構(gòu)構(gòu)件由于養(yǎng)護(hù)條件差或發(fā)生了有害化學(xué)作用引起的裂縫等。在實際工實踐中，針對已出現(xiàn)的構(gòu)件裂縫進(jìn)行，應(yīng)該針對病害的形態(tài)認(rèn)真分析其成因，同時應(yīng)該根據(jù)工程的實際情況采取最合理、經(jīng)濟(jì)的處理方案。

關(guān)鍵詞：混凝土；構(gòu)件；病害；裂縫

我們都知道，混凝土作為一種由水泥、水、粗骨料、細(xì)骨料和其他外加劑經(jīng)過均勻攪拌混合制成的建筑材料?；炷吝@種建筑材料的抗壓強(qiáng)度相對比較高，但是對應(yīng)的抗拉強(qiáng)度就比較低，因而混凝土的結(jié)構(gòu)構(gòu)件非常容易開裂?；炷吝@種材料在施工的過程中，小孔洞、貫通縫隙形成的氣穴和纖維裂縫這些病害會通過構(gòu)件受到的多余約束或疲勞作用逐漸顯露出來。對于安全經(jīng)過養(yǎng)護(hù)期正在使用中的構(gòu)件極易產(chǎn)生這類情況。產(chǎn)生的細(xì)小的纖維裂縫大多數(shù)對于構(gòu)件本身是起不到危害的，也基本影響不到構(gòu)件在結(jié)構(gòu)中發(fā)揮的正常作用。但是，一旦這些纖維裂縫經(jīng)過長期荷載作用同時頻繁升降溫作用而發(fā)生疲勞破壞，內(nèi)部纖維裂縫逐漸融匯貫通形成大裂縫，這對結(jié)構(gòu)本身就是一個非常大的威脅。

1 混凝土病害的概述及簡要分析

1.1 基本設(shè)計理論

混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的兩種極限狀態(tài)受力情況分析，長久以來作為設(shè)計工作中的基本考察依據(jù)，在進(jìn)行設(shè)計工作中，應(yīng)該詳細(xì)分析正常使用極限狀態(tài)下的構(gòu)件，同比極限狀態(tài)下的承力情況，可以在設(shè)計在考慮到各類不同的受力情況，保證結(jié)構(gòu)安全可靠。在構(gòu)件臨近破壞時的極限狀態(tài)可以反映出構(gòu)件的承載能力，而正常使用極限狀態(tài)則可以反映出混凝土構(gòu)件在工作時的受力情況。通過研究這兩種受力狀態(tài)，我們可以通過合理的正常使用極限狀態(tài)來設(shè)計可以控制混凝土的裂縫并且保證其剛度。可以通過裂縫、變形和振動來體現(xiàn)混凝土結(jié)構(gòu)的使用性能，剛度就可以通過變形和振動程度來體現(xiàn)。

1.2 混凝土裂縫的分類

1.2.1 結(jié)構(gòu)裂縫

構(gòu)件外部許多因素諸如長期處于外部荷載作用、多與約束作用、地基不均勻沉降引起的結(jié)構(gòu)變形或者長期循環(huán)溫度升降等，引起了結(jié)構(gòu)構(gòu)件微小裂縫的產(chǎn)生，如果不進(jìn)行檢測處理，久而久之就會對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生非常大的影響。

1.2.2 非結(jié)構(gòu)裂縫

非結(jié)構(gòu)裂縫顧名思義就是指材料原因或者施工工藝及方法不當(dāng)引起的裂縫。我們通常情況下說的塑性裂縫就是指非結(jié)構(gòu)裂縫，它是一種不可恢復(fù)的裂縫，這類裂縫的類型包括材料收縮導(dǎo)致的裂縫，地基不均勻沉降引起的變形裂縫，施工過程中不良外力引起的構(gòu)件裂縫或者材料發(fā)生不良化學(xué)反應(yīng)引起的破壞裂縫。

收縮裂縫的形成一般發(fā)生在養(yǎng)護(hù)階段的水泥與水結(jié)合骨料的凝結(jié)硬化反應(yīng)，這部分裂縫包括水泥與水發(fā)生膠結(jié)反應(yīng)的體積收縮裂縫、養(yǎng)護(hù)過程中水分蒸發(fā)或者但與反應(yīng)引起的裂縫、養(yǎng)護(hù)結(jié)束后由于水化熱漸漸傳遞出構(gòu)件引起的冷縮裂縫。

混凝土腐蝕破壞是混凝土構(gòu)件腐蝕性介質(zhì)的作用下，基本的骨料膠結(jié)結(jié)構(gòu)破壞，形成的嚴(yán)重病害。這類裂縫主要出現(xiàn)在疲勞破壞或者受外部腐蝕性物質(zhì)影響較大的混凝土構(gòu)件中。

鋼筋的銹蝕裂縫的成因是混凝土構(gòu)件表面的微裂縫逐漸擴(kuò)展和貫通，腐蝕性物質(zhì)通過貫通的裂縫滲入構(gòu)件內(nèi)部最終導(dǎo)致鋼筋發(fā)生銹蝕和膨脹，最終將保護(hù)層頂開而產(chǎn)生的裂縫。

2 工程應(yīng)用中混凝土結(jié)構(gòu)的常見病害與成縫分析

2.1 成因分析

混凝土裂縫的成因有以下幾個方面：

2.1.1 材料方面

首先在材料方面，水泥的安定性較差或者水化反應(yīng)產(chǎn)生的熱量過大引起的溫差，混凝土的配合比設(shè)計不合理，在拌合過程中由于拌合不利產(chǎn)生的泌水和沉陷等病害，混凝土中添加了不合適的外加劑，砂、石骨料中含有超標(biāo)的泥或其他有害雜質(zhì)，混凝土基本配合骨料中發(fā)生堿骨料反應(yīng)或骨料已經(jīng)風(fēng)化等這些原因都會引起混凝土的干縮。

2.1.2 施工方面

從施工這方面的因素考慮，產(chǎn)生裂縫的原因主要有混凝土的攪拌時間過長和運(yùn)輸間隔過久導(dǎo)致混凝土在澆筑前發(fā)生了部分凝結(jié)；在攪拌過程中未能均勻攪拌外加摻合劑導(dǎo)致外加劑在構(gòu)件內(nèi)作用不均；在泵送混凝土澆筑構(gòu)件的過程中水泥與水增用過量；構(gòu)件混凝土的澆筑順序錯誤或速度過快；如果澆筑過程中振搗工作不到位會導(dǎo)致模板端角處出現(xiàn)空穴；鋼筋在混凝土初步凝結(jié)硬化后受到較大外力作用導(dǎo)致偏移；構(gòu)件保護(hù)層沒有得到保證，厚度減小導(dǎo)致箍筋外皮只有水泥漿包裹；施工縫位置不正確、制作處理不當(dāng)；模板設(shè)計不合理，支撐系統(tǒng)不足以抵抗?jié)仓炷廉a(chǎn)生的力矩從而導(dǎo)致底模下沉，最終使構(gòu)件形狀發(fā)生改變；模板拼接部分沒做澆筑前勾縫處理，拼接不密實導(dǎo)致漏漿或者漏水；養(yǎng)護(hù)時間不足便拆除模板，導(dǎo)致混凝土早期強(qiáng)度不達(dá)標(biāo)；混凝土養(yǎng)護(hù)條件差，構(gòu)件早期過分失水，水泥未能完全發(fā)揮膠結(jié)作用，或者養(yǎng)護(hù)初期受凍還，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)松散；另外在構(gòu)件運(yùn)輸、吊裝或存放的過程中處理不當(dāng)都可能產(chǎn)生裂縫。

2.1.3 設(shè)計方面

在設(shè)計方面，設(shè)計階段基本構(gòu)件的構(gòu)造細(xì)節(jié)處理不當(dāng)，設(shè)計計算簡圖不符合實際受力情況，構(gòu)件局部承載力不足或是在設(shè)計過程中沒有考慮某些次要應(yīng)力作用。

2.1.4 環(huán)境和使用情況的影響

這部分影響裂縫產(chǎn)生的因素主要有環(huán)境中溫度與濕度的變化以及環(huán)境中危害結(jié)構(gòu)的有害介質(zhì)含量的大小。如果溫度變化幅度較大，很容易導(dǎo)致混凝土的凍融熱脹變化，濕度變化過大則非常容易使混凝土在養(yǎng)護(hù)過程中失水過快形成干縮縫，而有害介質(zhì)的存在則會影響混凝土和鋼筋這些材料的本身穩(wěn)定性。

2.1.5 其他各種原因

這部分因素主要指不可抗力作用，比如火災(zāi)、地震、燃?xì)獗?、撞擊等?/p>

2.2 常見裂縫的分析及預(yù)防措施

混凝土構(gòu)件在使用中經(jīng)常出現(xiàn)的裂縫有沉降縫、干縮縫、塑性收縮縫、溫度縫和化學(xué)縫。

2.2.1 沉降裂縫

結(jié)構(gòu)所處地基土質(zhì)不均勻、回填土材料選用不當(dāng)、排水不善都是形成沉降縫的原因，除此之外，前面提到的模板支撐系統(tǒng)失穩(wěn)也是影響因素之一，比如冬季凍土在氣溫回升后的軟化，會直接導(dǎo)致上部結(jié)構(gòu)下沉。

針對沉陷性的裂縫的主要預(yù)防措施如下：在勘測期如果發(fā)現(xiàn)地基土質(zhì)為松軟土或填土地基，那么在進(jìn)行結(jié)構(gòu)施工之前應(yīng)提前對地基進(jìn)行夯實和加固；構(gòu)件的模板支撐體系要保證足夠的強(qiáng)度和剛度以及牢固性；嚴(yán)格控制地基周圍的水含量，防止在澆灌過程中浸水；拆模工作應(yīng)按照科學(xué)合理的順序進(jìn)行，堅決避免混凝土沒有足夠承載能力的時候就提前拆模。

2.2.2 干縮裂縫

干縮裂縫一般出現(xiàn)在養(yǎng)護(hù)初期，產(chǎn)生原因有以下幾個方面：養(yǎng)護(hù)初期構(gòu)件內(nèi)外部失水程度不同，構(gòu)件與外部環(huán)境相對濕度越大越容易產(chǎn)生這類干縮裂縫。這類裂縫常見于體量較大的結(jié)構(gòu)構(gòu)件、水工結(jié)構(gòu)或者環(huán)境氣溫較高時的的澆筑工作中?；炷馏w量過大，內(nèi)部水分散發(fā)過慢導(dǎo)致內(nèi)外濕度相差較大；水工結(jié)構(gòu)導(dǎo)致外部相對內(nèi)部濕度過高，內(nèi)部收縮大于外部收縮；氣溫較高時，外部失水速度過快。

針對干縮裂縫可以通過改善材料和溫度濕度的措施解決：材料方面可以選擇低水化熱水泥，攪拌過程中應(yīng)該攪拌均勻并且嚴(yán)格控制水灰比，注意水含量的保證，減水劑也可以作為輔助材料適當(dāng)添加；冬季養(yǎng)護(hù)要十分注意，減小內(nèi)外溫差，延長時間并做防凍處理；通過合理設(shè)置收縮縫來減小產(chǎn)生干縮裂縫的可能。

2.2.3 塑性裂縫

凝結(jié)硬化的前期快速失水是塑性裂縫的主要成因。失水過快常常由于氣溫和風(fēng)速過高引起，高溫引起水分大量蒸發(fā)，高速流動的空氣也會帶走大量水分。過快的失水使得混凝土因體積快速收縮使得混凝土承受過大的負(fù)壓力，而構(gòu)件本身的承載能力還不足以抵抗收縮產(chǎn)生的應(yīng)力，因此產(chǎn)生龜裂。

針對塑性縫可采用下列方法預(yù)防：材料選用上可以使用早強(qiáng)、干縮程度小的水泥；混凝土攪拌制作時保證水灰比按照設(shè)計比進(jìn)行攪拌；澆筑前，對混凝土接觸面的介質(zhì)進(jìn)行加濕，養(yǎng)護(hù)期注意構(gòu)件表面保護(hù)，定時加水或養(yǎng)護(hù)劑；養(yǎng)護(hù)期若處于水分易蒸發(fā)天氣需要考慮周全的保護(hù)措施，比如遮蓋物和擋風(fēng)板。

2.2.4 溫度裂縫

環(huán)境導(dǎo)致構(gòu)件失水程度過大或本身體量過大的結(jié)構(gòu)容易產(chǎn)生此類病害。大體量混凝土一般尺寸較大，因而內(nèi)部反應(yīng)產(chǎn)生的熱量無法暢通的散發(fā)到構(gòu)件外部，導(dǎo)致內(nèi)部溫度急劇上升。內(nèi)外的過大溫差導(dǎo)致了兩部分線脹系數(shù)相同的材料處于差別較大的溫度下，必然會產(chǎn)生變形上的差異，內(nèi)外變形的差異使中間接觸部分產(chǎn)生拉應(yīng)力，當(dāng)混凝土本身難以抵抗這部分拉應(yīng)力時產(chǎn)生裂縫，這類溫度裂縫一般產(chǎn)生在養(yǎng)護(hù)中期或后期。

針對溫度裂縫的主要預(yù)防措施有：材料的選用上，可以多采用地水化熱水泥，盡可能的通過設(shè)計減小水泥用量，以降低水化熱；在混凝土攪拌工藝上要進(jìn)行改善，在保證骨料合理級配的條件下保證攪拌均勻，可以適當(dāng)添加外加劑以起到減水、增塑、緩凝等作用；高溫天氣進(jìn)行澆筑工作時盡可能采取有效措施避免構(gòu)建內(nèi)外部溫差過大，比如表面保溫減緩散熱，避免陽光直射導(dǎo)致溫度再次升高等方法；大體量混凝土結(jié)構(gòu)可以通過設(shè)計合理的施工澆筑順序避免散熱不暢，比如合理的整體分層或區(qū)域分層的澆筑方案，同時可以內(nèi)部設(shè)置管道循環(huán)冷水的方法來進(jìn)行混凝土內(nèi)部的降溫工作以減小混凝土內(nèi)外溫差；保證養(yǎng)護(hù)期間溫度的控制工作，出現(xiàn)預(yù)期外的溫度變化及時設(shè)計降溫、保溫方案，及時進(jìn)行覆蓋保濕工作，并適當(dāng)延長養(yǎng)護(hù)時間。

2.2.5 化學(xué)反應(yīng)裂縫

這類裂縫主要由混凝土材料的堿骨料反應(yīng)和剛進(jìn)材料的銹蝕反應(yīng)引起。堿骨料反應(yīng)主要是混凝土材料上的問題，拌和后產(chǎn)生的堿性離子與混凝土內(nèi)部某些活性骨料共同吸收水分發(fā)生反應(yīng)導(dǎo)致體積增大，最終反應(yīng)使得混凝土酥松、膨脹開裂。堿骨料反應(yīng)引起的混凝土的失效以及鋼筋的銹脹引起的結(jié)構(gòu)開裂修補(bǔ)十分困難，因而要嚴(yán)格控制構(gòu)件工作環(huán)境中的有害介質(zhì)含量，避免這類病害的發(fā)生。

針對化學(xué)反應(yīng)裂縫有以下處理措施有：材料選擇方面注意骨料部分和外加劑部分的堿性物質(zhì)含量，進(jìn)料前應(yīng)該進(jìn)行實驗檢測以保證安全；也通過合適的外摻料選用來抑制堿骨料反應(yīng)；澆筑過程中注意工藝細(xì)節(jié)，比如攪拌過程中的級配、澆筑過程中的振搗、保護(hù)層厚度的嚴(yán)格限制；另外針對鋼筋銹脹反應(yīng)，可以采用涂刷防腐涂料的方法來進(jìn)行有效的抑制。

3 表層破損病害與裂縫的實用處理方法

針對已經(jīng)出現(xiàn)的混凝土結(jié)構(gòu)表面病害及裂縫，可以采用如下措施進(jìn)行合理的修補(bǔ)，以保證結(jié)構(gòu)的繼續(xù)使用。

（1）抹面層：可采用抹素水泥漿方法簡單處理小范圍的蜂窩、麻面或表面浮皮現(xiàn)象。抹漿前使用鋼絲刷去除表面浮渣，再使用壓力水將掉皮處沖洗干凈。抹漿修補(bǔ)后期的養(yǎng)護(hù)要保證濕潤。

（2）填縫法：針對相對寬度較大但是數(shù)量不多的裂縫，或因銹脹反應(yīng)產(chǎn)生順筋剝落混凝土的裂縫可以采用填縫法進(jìn)行處理。填縫優(yōu)先選用環(huán)氧樹脂、環(huán)氧砂漿、聚合物水泥砂漿、水泥砂漿等材料。填縫前對裂縫進(jìn)行如下處理：將裂縫鑿成槽狀，對于有較高防滲漏要求的結(jié)構(gòu)加涂一層防水油膏，另外表面也可以圖環(huán)氧樹脂漿液來提高粘結(jié)力，對于銹脹縫鑿到暴露鋼筋的程度，在露出的鋼筋上加涂防銹涂料。

（3）壓力注漿法：也是通常說的灌漿法，處理方法是高壓將高粘結(jié)性漿液擠入裂縫深部，來填補(bǔ)縫隙、使結(jié)構(gòu)重新成為整體并完善構(gòu)件防水性能。這類方法適用于縫寬較窄小，在0.3mm左右且較深的裂縫。在使用上注意保證灌注液粘結(jié)力強(qiáng)、可灌性好。

（4）其他處理方法：針對混凝土表面的大孔洞缺陷，通常情況可以采用豆石混凝土進(jìn)行填實。如果出現(xiàn)表面大面積破損，則可以通過噴射混凝土的方法來進(jìn)行修補(bǔ)。