裂縫對混凝土結構的影響及防治

劉一寧 張世航

摘要：分析了混凝土裂縫的危害，闡述了混凝土裂縫產(chǎn)生的原因對混凝土裂縫進行了分類，詳細介紹了混凝土裂縫的控制和處理措施，以解決混凝土裂縫問題。

關鍵詞：混凝土；裂縫；影響；防治

1.引言

混凝土是一種由砂石骨料、水泥、水及其他外加材料混合而形成的非均質脆性材料。由于混凝土施工和自身變形、約束等一系列問題，硬化成型的混凝土中存在著眾多的微孔隙、氣穴和微裂縫。正是由于這些初始缺陷的存在導致混凝土呈現(xiàn)出一些非均質的特性。微裂縫通常是一種無害裂縫，對混凝土的承重、防滲及其他一些使用功能不產(chǎn)生危害，但是在混凝土受到荷載、溫差等作用之后，微裂縫就會不斷的擴展和連通，最終形成我們?nèi)庋劭梢姷暮暧^裂縫，也就是混凝土工程中常說的裂縫?；炷亮芽p產(chǎn)生的原因很多，有變形引起的裂縫。如：溫度變化收縮、膨脹、不均勻沉陷等原因引起的裂縫；有外載作用引起的裂縫；有養(yǎng)護環(huán)境不當和化學作用引起的裂縫等。在實際工程中要區(qū)別對待，根據(jù)實際情況進行預防和處理。

2.裂縫的產(chǎn)生及危害

2.1混凝土裂縫的產(chǎn)生原因

裂縫產(chǎn)生的原因主要是變形作用，如收縮變形、溫度變形、基礎不均勻沉降變形等多因素，此類裂縫幾乎占全部裂縫的80%以上?；炷猎诳諝庵杏不瘯r，其體積將在較長時間內(nèi)不斷縮小，這種收縮由混凝土在凝結硬化過程中的化學反應產(chǎn)生的“凝縮”和混凝土自由水分的蒸發(fā)所產(chǎn)生的“干縮”兩部分組成，混凝土的收縮早期發(fā)展較快，以后逐漸變慢，一般在最初半年內(nèi)收縮最大，可以完成全部收縮量的80～95%。

混凝土具有熱脹冷縮的性質，其溫度線膨脹系數(shù)一般為αс=1×10-5/℃，由溫度變化引起混凝土產(chǎn)生溫差變形，包括混凝土內(nèi)外溫差、晝夜溫差、日照下混凝土陰陽面的溫差、拆模過早及氣候突變等因素引起的溫差。

（1）內(nèi)外溫差變形

除大體積混凝土外，早期水泥水化溫升問題并未普遍引起重視，實際上混凝土地下室墻體也存在早期水泥水化溫升，其溫升一般為15℃至25℃，對于氣溫較高的南方地區(qū)，溫升可達25℃以上。當墻體模板拆除后，混凝土迅速降溫，尤其是表面降溫最大，混凝土發(fā)生了收縮，并產(chǎn)生了內(nèi)外溫差應力，由于混凝土早期強度低，當內(nèi)外溫差應力大于混凝土的抗拉強度時，混凝土墻體表面出現(xiàn)裂縫。

（2）晝夜溫差和墻體陰陽面溫差變形

由于晝夜溫度的差異以及墻體陰（背光面）陽（朝光面）面溫度的不同，引起墻體產(chǎn)生隨溫度變化的脹縮變形，特別是墻體陽面夜間降溫幅度較大，相應地收縮變形也較大。

（3）氣候突變引起的溫度變形

炎熱的夏季，暴雨頻繁，高溫下的混凝土墻體受雨淋后溫度驟降，在較短的時間內(nèi)形成較大的溫度應力，結構物沒有足夠的時間調(diào)整應力分布，極易形成廣泛性裂縫。

強度高的混凝土與強度低的混凝土比較，其化學收縮和干燥收縮小些，但塑性收縮大些，而溫度收縮和自生收縮更大些，若混凝土變形受到約束，更容易產(chǎn)生裂縫。由于流動性及和易性的要求，預拌泵送混凝土與現(xiàn)場攪拌的混凝土相比，坍落度大，水泥用量多，水灰比大，砂率增多，骨料粒徑減小，混凝土收縮率較大，容易開裂?；炷猎牧腺|量不良、使用過期的膨脹劑，施工配合比不當、坍落度控制不好、施工過程中任意加水、混凝土震搗不密實、混凝土養(yǎng)護不良等因素，均會造成混凝土收縮加大而產(chǎn)生裂縫。

2.2 混凝土裂縫的危害

混凝土裂縫是混凝土結構的嚴重病害?；炷猎缙诒砻媪芽p在以后氣溫驟降形成的溫度應力和外力作用下表面裂縫可發(fā)展成具有破壞性的貫穿裂縫和深層裂縫。貫穿裂縫和深層裂縫會破壞結構的整體性，改變混凝土的受力條件，從而有使局部甚至整體結構發(fā)生破壞的可能，嚴重影響建筑物的質量和運行安全性。

3.裂縫處理

裂縫的出現(xiàn)不但會影響結構的整體性和剛度，還會引起鋼筋的銹蝕、加速混凝土的碳化、降低混凝土的耐久性和抗疲勞、抗?jié)B能力。因此，根據(jù)裂縫的性質和具體情況要區(qū)別對待、及時處理，以保證建筑物的安全使用。混凝土裂縫的修補措施主要有非結構性裂縫、結構受力性裂縫、結構加固法、混凝土置換法等方法。

3.1非結構性裂縫

雖然非結構性裂縫對結構物的安全不會帶來直接影響，但將降低其耐久性及使用年限，可用環(huán)氧樹脂等凝膠做封閉處理，必要時也可采取表面涂抹法、填充法、灌漿法。表面涂抹適用范圍是漿材難以灌入的細而淺的裂縫，深度未達到鋼筋表面的發(fā)絲裂縫，不漏水的裂縫，不伸縮的裂縫以及不再活動的裂縫，這種方法叫表面貼補法，適用于大面積裂縫的處理。填充法是用修補材料以直接填充裂縫，作業(yè)簡單，費用低。寬度小于0.3mm，深度較淺的裂縫或者是裂縫中有充填物，用灌漿法很難達到效果的裂縫以及小規(guī)模裂縫的簡易處理可采取開V形槽，然后作填充處理。灌漿法利用壓送設備（壓力0.2MPa～0.4MPa）將補縫漿液注入混凝土裂隙，達到閉塞的目的，也可利用彈性補縫器將注縫膠注入裂縫，從細微裂縫到大裂縫均可適用，處理效果好，不用電力，十分方便。

3.2結構受力性裂縫

對于結構受力性裂縫，需具體分析裂縫對結構的安全性產(chǎn)生的影響。若不危害結構的正常使用，可根據(jù)實際情況采取必要的補強措施，以增加結構物的穩(wěn)定性。結構補強法包括斷面補強法、錨固補強法、預應力法等。

因拆模不當產(chǎn)生的裂縫、超荷載產(chǎn)生的裂縫、裂縫長時間不處理導致的混凝土耐久性降低、火災造成的裂縫，影響結構強度的便可以采取結構補強法。例如：因地基沉降引起裂縫，可采取加粉噴樁、注漿等措施加固地基；因集中應力引起壓裂破壞，可采用加墊大面積鋼板分散應力；因為受拉、受彎、抗剪引起裂縫，可采用錨定掛鋼筋網(wǎng)、噴錨等措施加強?；炷亮芽p處理效果的檢查包括鉆芯取樣試驗、壓水試驗、修補材料試驗、壓氣試驗等。

3.3結構加固法

當裂縫影響到混凝土結構的性能時，就要考慮采取加固法對混凝土結構進行處理。結構加固中常用的主要有以下幾種方法：加大混凝土結構的截面面積，在構件的角部外包型鋼、采用預應力法加固、粘貼鋼板加固、增設支點加固以及噴射混凝土補強加固。

3.4混凝土置換法

混凝土置換法是處理嚴重損壞混凝土的一種有效方法，此方法是先將損壞的混凝土剔除，然后再置換入新的混凝土或其他材料。常用的置換材料有：普通混凝土或水泥砂漿、聚合物或改性聚合物混凝土或砂漿。

3.5電化學防護法

電化學防腐是利用施加電場在介質中的電化學作用，改變混凝土或鋼筋混凝土所處的環(huán)境狀態(tài)，鈍化鋼筋，以達到防腐的目的。陰極防護法、氯鹽提取法、堿性復原法是化學防護法中常用而有效的三種方法。這種方法的優(yōu)點是防護方法受環(huán)境因素的影響較小，適用鋼筋、混凝土的長期防腐，既可用于已裂結構也可用于新建結構。

3.6 仿生自愈合法

仿生自愈合法是一種新的裂縫處理方法，它模仿生物組織對受創(chuàng)傷部位自動分泌某種物質，而使創(chuàng)傷部位得到愈合的機能，在混凝土的傳統(tǒng)組分中加入某些特殊組分（如含粘結劑的液芯纖維或膠囊），在混凝土內(nèi)部形成智能型仿生自愈合神經(jīng)網(wǎng)絡系統(tǒng)，當混凝土出現(xiàn)裂縫時分泌出部分液芯纖維可使裂縫重新愈合。

4.結語

裂縫是混凝土結構中普遍存在的一種現(xiàn)象，它的出現(xiàn)不僅會降低建筑物的抗?jié)B能力，影響建筑物的使用功能，而且會引起鋼筋的銹蝕，混凝土的碳化，降低材料的耐久性，影響建筑物的承載能力。因此，要對混凝土裂縫進行認真研究、區(qū)別對待，采用合理的方法進行處理，并在施工中采取各種有效的預防措施來預防裂縫的出現(xiàn)和發(fā)展，保證建筑物和構件安全、穩(wěn)定地工作。

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