混凝土框架結(jié)構(gòu)裂縫分析及加固方法研究

王俊霖

摘 要：裂縫問題經(jīng)常出現(xiàn)在建設(shè)和使用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的過程中，使其質(zhì)量受到嚴(yán)重影響。從混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)用情況來看，鑒于混凝土干燥收縮、溫差收縮以及設(shè)計(jì)因素等原因均會(huì)造成混凝土構(gòu)件出現(xiàn)開裂問題，應(yīng)當(dāng)在混凝土構(gòu)件成型前對其采取有效預(yù)防混凝土開裂措施。該文首先對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫的原因進(jìn)行詳細(xì)的分析，然后針對此問題提出了防治裂縫和加固鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的方法，希望能對類似的工程起到借鑒作用。

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)裂縫 預(yù)防措施 原因 結(jié)構(gòu)加固

中圖分類號(hào)：TU318 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2017）07（b）-0087-02

1 結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生的原因

造成結(jié)構(gòu)裂縫原因比較復(fù)雜，主要是由20%機(jī)率的外荷載（如靜、動(dòng)荷載）的直接應(yīng)力和結(jié)構(gòu)次應(yīng)力引起，80%機(jī)率的溫度、膨脹、收縮和不均勻沉降等因素由變形變化引起的兩類原因造成的裂縫。下面介紹了造成80%比例變形裂縫問題的原因。

1.1 干燥收縮

研究表明，造成較低的混凝土抗拉強(qiáng)度和較小的極限拉伸變形的根本原因就是因?yàn)樗尤氲剿嗍蛊渥兂伤嘤不w，減小其絕對體積。此外，每100 g水泥漿體在干燥條件下會(huì)有6 mL水蒸發(fā)，因此毛細(xì)孔縫在350 kg/m3的混凝土水泥用量蒸發(fā)掉21L/m3水量的條件下就會(huì)導(dǎo)致有毛細(xì)壓力產(chǎn)生，而混凝土在這些壓力下產(chǎn)生“毛細(xì)收縮”，最終導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生干縮裂縫。

1.2 溫差收縮

假如混凝土具有較高的強(qiáng)度，那就需要較多水泥用量。因溫差變化超出混凝土的極限拉伸值而引起開裂問題。

1.3 塑性收縮

在混凝土初凝之前因過大水灰比、水泥用量、較差保水性外的加劑、較少的骨料，加之不均勻的振搗和較高的施工環(huán)境等原因而發(fā)生劇烈蒸發(fā)水份和沉縮不均勻變形的塑性收縮問題，一般情況，可達(dá)到1%左右收縮量。這時(shí)收縮后期因不及時(shí)抹壓和不良養(yǎng)護(hù)導(dǎo)致產(chǎn)生龜裂。

1.4 自生收縮

自干燥收縮是指隨著不斷進(jìn)展水泥水化，密閉的混凝土內(nèi)部相對濕度會(huì)不斷的降低。雖然具有高水灰比的普通混凝土因較低自生收縮值不會(huì)注意到自干燥問題，但是具有較低水灰比的高性能混凝土?xí)蜻^快的水分消耗、致密結(jié)構(gòu)很難滲入水泥而產(chǎn)生自干收縮。由此可知，HPC的收縮性完全不同于OPC，OPC和HPC分別是以干縮、白干收縮為主。問題的要害是：HPC自收縮過程開始于水化速率處于高潮階段的頭幾天，溫度梯度首先引發(fā)表面裂縫，隨后引發(fā)內(nèi)部微裂縫，若混凝土變形受到約束，則進(jìn)一步產(chǎn)生收縮裂縫。這是高標(biāo)號(hào)混凝土容易開裂的主要原因。

2 混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的預(yù)防措施

2.1 混凝土配料、攪拌及澆筑

（1）施工中就可以按照低水灰比、水泥用量和用水量的要求進(jìn)行配比原材料。準(zhǔn)確的計(jì)量好投放料和攪拌時(shí)間；（2）合理分層澆筑，均勻、適度進(jìn)行振搗材料。

2.2 設(shè)計(jì)方面

（1）在滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求的前提下，按照簡單的要求設(shè)計(jì)建筑平面造型；并且為了將整體剛度和不均勻沉降的能力提高，需要對建筑物的長高比進(jìn)行合理的控制；（2）正確設(shè)置選擇沉降縫以及位置和寬度；（3）磚混結(jié)構(gòu)底層窗臺(tái)下需要使用加筋砌體，由于地基沉降問題可能會(huì)使產(chǎn)生豎向裂縫，所以需要按照合理的構(gòu)件配筋和適當(dāng)?shù)拈g距要求下將鋼筋混凝土梁設(shè)置在具有較寬窗臺(tái)洞口的窗臺(tái)下。具有較大斷面的梁應(yīng)和大跨度、較厚的現(xiàn)澆板上面中心部位分別需要安裝上腰筋和構(gòu)造鋼筋。

2.3 材料方面

（1）水泥：按照工程條件，需要使用具有較低水化熱和較高強(qiáng)度的水泥；（2）骨料需要使用滿足適當(dāng)粒徑、合理級配要求，并且不會(huì)發(fā)生堿性反應(yīng)以及摻加有害物質(zhì)的砂、石材料；（3）為了將混凝土工作性能改善，從而能夠在一定程度上將水泥、水量減少，在配置原材料的時(shí)候，需要將適量減水劑等外加劑摻入其中，微膨脹劑加入超長建筑物中。

2.4 施工方面

（1）檢查與驗(yàn)收地基，補(bǔ)充勘探復(fù)雜地基。按照和正常地基承載力相同的標(biāo)準(zhǔn)要求謹(jǐn)慎處理異常地基；（2）后澆帶需要合理的設(shè)置在具有較長的墻、板、基礎(chǔ)等結(jié)構(gòu)和主樓與裙房之間等高低層錯(cuò)落處；（3）為了將混凝土的收縮變形減少，可以通過養(yǎng)護(hù)時(shí)間適當(dāng)延長或者是覆蓋保溫材料等做法來加強(qiáng)早期養(yǎng)護(hù)混凝土；（4）大體積混凝土施工，測控溫度工作需要做好，但溫度不符合不超過25 ℃規(guī)定的要求的時(shí)候，還需要采取有效的降溫措施；（5）正確綁扎鋼筋位置，準(zhǔn)確控制好保護(hù)層厚度，在考慮好構(gòu)件抗裂性能前提下，才能代換鋼筋。

3 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)加固方法

3.1 碳纖維加固法

碳纖維抗震加固鋼筋混凝土柱，不僅能夠?qū)炷恋淖冃芜M(jìn)行有效約束、耗能能力增強(qiáng)，而且還能有效地提高其承載能力及延性能力。這是因?yàn)閷︿摻罨炷林褂镁哂休^高地強(qiáng)度和較大的彈性模量的碳纖維片材進(jìn)行橫向包裹時(shí)，不僅能夠顯著提高其抗剪承載力，而且也能明顯改善出現(xiàn)斜裂縫的構(gòu)件的變形性能。此外，平緩了下降混凝土應(yīng)力—應(yīng)變曲線，提高極限壓，使得破壞受壓區(qū)混凝土的過程得到有效的推遲了，所以縱向鋼筋的塑性變形性能得到了充分發(fā)揮。

3.2 粘鋼板加固法

粘鋼板加固技術(shù)是一種在需要加固的已開裂構(gòu)件部位使用粘結(jié)劑粘貼上鋼板來以提高結(jié)構(gòu)承載力的方法。它主要的技術(shù)特點(diǎn)是：（1）只需要使用建筑結(jié)構(gòu)膠粘結(jié)被加固構(gòu)件的表面和鋼板成一個(gè)整體，因而具有簡便工藝，這樣可以使鋼板和原構(gòu)件很好地共同工作。（2）該技術(shù)在應(yīng)急的加固工程特別適合使用，這是因?yàn)樵摷夹g(shù)加固過程不需要較大的場地、空間，能夠快速地在已開裂構(gòu)件上粘貼上鋼板。（3）加固后，其結(jié)構(gòu)外觀不會(huì)受到太大影響，這是因?yàn)榧庸探Y(jié)構(gòu)粘鋼只需要2～6 mm厚度的鋼板，也不會(huì)增加重量。（4）具有明顯的加固效果。

3.3 化學(xué)植筋技術(shù)

植筋技術(shù)是在鋼筋、螺桿等和混凝土之間使用高強(qiáng)度的化學(xué)粘合劑來產(chǎn)生握裹力。該技術(shù)應(yīng)用之后，不僅不會(huì)對基材不會(huì)產(chǎn)生膨脹破壞，而且能夠產(chǎn)生高負(fù)荷承載力，不容易發(fā)生移位、拔出問題，具有較好的密實(shí)性能。該技術(shù)主要是增建變更各類建筑結(jié)構(gòu)、各類鋼結(jié)構(gòu)錨定的預(yù)留中使用。它主要的技術(shù)特點(diǎn)就是：（1）不會(huì)對固定的基材產(chǎn)生膨脹力。（2）具有高的承載力、較為簡便的施工方式和時(shí)間。

3.4 注漿加固法

為了延長因各種原因?qū)е落摻罨炷两Y(jié)構(gòu)物產(chǎn)生的各種裂縫的試驗(yàn)壽命，需要采取注漿環(huán)氧樹脂類粘合劑及密封劑灌漿加固法，這種方法能夠使強(qiáng)度在生產(chǎn)運(yùn)營的情況不受到影響的情況下達(dá)到預(yù)期效果，具有較為便捷的施工方式。該方式主要是在修補(bǔ)混凝土建筑物裂縫、修補(bǔ)各種構(gòu)筑物、修補(bǔ)橋梁、鐵路的附屬構(gòu)件中比較適合使用。它的特點(diǎn)是：（1）為了更好地在裂縫細(xì)微部位注入樹脂，該方法的灌漿主要是采用慢速、附壓延續(xù)方式。（2）結(jié)合裂縫大小對注入量和注漿的壓力進(jìn)行合理的控制。（3）目視觀察注入量和注入情形。

3.5 增大加固法

增大加固法是指澆筑新的混凝土和補(bǔ)加鋼筋在原受彎構(gòu)件的上面或下面，該方法是一種經(jīng)常使用的加固方法。如果是在受拉區(qū)進(jìn)行補(bǔ)澆的混凝土，那么該技術(shù)能夠在一定程度將構(gòu)件的有效高度、抗彎、抗剪承載力和剛度增加，如果是在變拉區(qū)進(jìn)行補(bǔ)澆的混凝土，那么該技術(shù)能夠粘結(jié)和保護(hù)補(bǔ)加的鋼筋，所以該技術(shù)能夠取得較為顯著的加固效果。

4 結(jié)語

從混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)用情況來看，鑒于混凝土干燥收縮、溫差收縮以及設(shè)計(jì)因素等原因均會(huì)造成混凝土構(gòu)件出現(xiàn)開裂問題。針對此，應(yīng)當(dāng)在混凝土構(gòu)件成型前對其采取有效預(yù)防混凝土開裂措施，如可從材料、設(shè)計(jì)等因素入手。對于出現(xiàn)混凝土構(gòu)件開裂等情況，則結(jié)合工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，筆者認(rèn)為可考慮采取碳纖維加固、粘鋼板加固等措施解決，從工程實(shí)施效果表明，這些加固措施是可行的，可有效處理混凝土構(gòu)件開裂問題。

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