淺析混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫成因及加固措施

裴燕+鄭文英+孫存婧

摘要：混凝土結(jié)構(gòu)是一種脆性材料，其抗壓強(qiáng)度較高而抗拉強(qiáng)度很低，其破壞源于材料內(nèi)部原有的微裂紋，通過微裂紋的產(chǎn)生、擴(kuò)展、貫通，到宏觀裂縫出現(xiàn)并擴(kuò)展，最終導(dǎo)致混凝土破壞的過程。為了延長結(jié)構(gòu)的使用壽命，設(shè)計(jì)不同的加固方案，采取補(bǔ)救措施。

關(guān)鍵詞：裂縫危害；裂縫成因；加固方法

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）02-0062-02

在土木工程中鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)用很廣泛，優(yōu)點(diǎn)較多，但缺點(diǎn)也不容忽視?；炷恋钠茐氖怯捎谧陨泶嬖诘母鞣N缺陷所引起的，使用材料的多樣性，促使其內(nèi)部存有微裂紋，從萌生、擴(kuò)展、貫通，直到產(chǎn)生宏觀裂紋，最終導(dǎo)致混凝土破壞。

一、裂縫的危害

混凝土結(jié)構(gòu)中裂縫的產(chǎn)生是難以避免的，根據(jù)出現(xiàn)裂縫的類型、數(shù)量、寬度、穩(wěn)定性以及產(chǎn)生裂縫的部位，來確定裂縫對建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生危害的程度。有些裂縫的進(jìn)一步擴(kuò)展，則可能會(huì)危及結(jié)構(gòu)的安全可靠性，裂縫的出現(xiàn)，也稱為先兆。有些裂縫的出現(xiàn)可能造成工程滲漏，使鋼筋銹蝕、保護(hù)層剝落、降低混凝土強(qiáng)度，影響建筑物的正常使用，抗?jié)B性、抗凍性、耐磨性等均會(huì)受到影響，嚴(yán)重?fù)p害工程耐久性，縮短工程使用的壽命。

裂縫引起的危害主要表現(xiàn)在混凝土結(jié)構(gòu)的安全可靠性和耐久性兩個(gè)方面，前者側(cè)重于承重結(jié)構(gòu)的剛度和承載能力，耐久性則包括混凝土結(jié)構(gòu)的使用壽命。同時(shí)較大的結(jié)構(gòu)裂縫，也難為人們接受，造成不安全和恐懼的心理壓力，影響建筑美觀。

二、混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的研究現(xiàn)狀

有許多國外專門的科研機(jī)構(gòu)從事混凝土裂縫的研究工作，并已取得成熟的科研成果，編制出了相應(yīng)的規(guī)范。而在國內(nèi)，也有很多的科研院校和研究機(jī)構(gòu)對此也做了大量的試驗(yàn)研究工作，并在此基礎(chǔ)上，考慮荷載類型的約束條件，配筋方式，粘結(jié)滑移關(guān)系等影響裂縫寬度的因素，編制了《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》，及相應(yīng)的施工操作規(guī)范，對工程設(shè)計(jì)人員起到一定的指導(dǎo)作用。

三、混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件裂縫成因

由于混凝土自身材料的因素，在澆筑完成時(shí)出現(xiàn)細(xì)微裂縫，更確切地說，混凝土在水泥硬結(jié)硬化的過程中就有裂縫存在。這是因?yàn)榛炷林邪韬衔铮此嗪凸橇显跍囟茸兓瘲l件下產(chǎn)生不均勻的體積變形，而它們又粘結(jié)在一起，不能自由變形，于是在其內(nèi)部形成相互之間的約束應(yīng)力。一旦約束應(yīng)力超出它們之間的粘結(jié)強(qiáng)度，即自身的抗拉強(qiáng)度，于是就產(chǎn)生微裂縫。這種微裂縫肉眼不可見，分布極不規(guī)則，并未貫通。此時(shí)混凝土微裂縫的出現(xiàn)不會(huì)使混凝土喪失抗拉能力，因?yàn)槲⒘芽p雖然遍布混凝土內(nèi)部，但裂縫之間并非貫穿整個(gè)構(gòu)件的內(nèi)部或表面，所以混凝土的抗拉強(qiáng)度很低，但構(gòu)件仍可承受拉力。混凝土微裂縫的存在極其容易擴(kuò)展、串聯(lián)并貫通的性質(zhì)，不僅使混凝土對受拉很敏感，其抗拉強(qiáng)度的離散性很大，相當(dāng)一部分取決于振搗混凝土和養(yǎng)護(hù)工作，加之后續(xù)因施工、材料、環(huán)境因素的影響，都將使微裂縫被拉伸、擴(kuò)展、貫通，保護(hù)層脫落，鋼筋銹蝕，裂縫進(jìn)一步擴(kuò)展和延伸，影響混凝土結(jié)構(gòu)的可靠性和耐久性。

隨著外加荷載的出現(xiàn)，包括靜荷載、動(dòng)荷載及后期正常使用時(shí)出現(xiàn)的房間使用功能變化，荷載隨之變化，造成混凝土變形受約束所引起的內(nèi)應(yīng)力大于材料抗拉強(qiáng)度，隨之產(chǎn)生裂縫。由于混凝土的徐變，將會(huì)使混凝土內(nèi)部原來出現(xiàn)的微裂縫進(jìn)一步擴(kuò)展和延伸。由于荷載的性質(zhì)與大小不同（如靜荷載、動(dòng)荷載、沖擊荷載等），混凝土構(gòu)件出現(xiàn)裂縫的寬度、長度和深度也有所不同，對構(gòu)件或整體結(jié)構(gòu)造成的影響亦不同。

此外，由于變形引起的裂縫也非常常見，如溫度影響、收縮（包括塑性收縮、自生收縮、干燥收縮等）、地基不均勻沉降、后期澆筑養(yǎng)護(hù)不及時(shí)、混凝土徐變等，使構(gòu)件產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，在釋放過程中產(chǎn)生裂縫；拌和混凝土配合比設(shè)計(jì)、拌和原材料差異性大，（新疆地區(qū)的砂石料中含泥量較大），也將會(huì)直接影響構(gòu)件的承載力；南疆地區(qū)鹽堿地多，氯離子的侵蝕也使鋼筋表面的鈍化膜產(chǎn)生破壞，引起鋼筋的銹蝕，堿骨料反應(yīng)對混凝土結(jié)構(gòu)也有較大影響。

四、加固方法

為了延長結(jié)構(gòu)的使用壽命、提高建筑物的耐久性能，對舊有建筑的加固已經(jīng)成為當(dāng)務(wù)之急。對于一些微裂縫，采用結(jié)構(gòu)膠修補(bǔ)即可，而出現(xiàn)一些較為嚴(yán)重的裂縫，則應(yīng)遵循建筑結(jié)構(gòu)的加固原則，從實(shí)際出發(fā)，為正常生活消除隱患，在諸多的選擇方案中擇優(yōu)選擇，同時(shí)避免對原結(jié)構(gòu)構(gòu)件造成新的損害。

1.加大截面加固法。加大截面法是較為傳統(tǒng)的加固方法之一，通過增加原構(gòu)件的受力筋進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，同時(shí)在外側(cè)重新澆筑混凝土，增大構(gòu)件的截面尺寸來達(dá)到提高構(gòu)件承載能力的目的，有單側(cè)加厚、雙側(cè)加厚、三面外包、四面外包等，適用于梁、板、柱、墻和一般構(gòu)造物的混凝土加固。但此種加固法卻會(huì)使得混凝土構(gòu)件的截面變大，結(jié)構(gòu)自重增加，現(xiàn)場濕工作量較大，養(yǎng)護(hù)時(shí)間較長，特別是占用的凈空較大，對生產(chǎn)和生活有一定的影響。

2.粘貼鋼板加固法。此方法與鋼筋混凝土設(shè)計(jì)原理中的縱向受力鋼筋和箍筋的設(shè)計(jì)方法類似。此加固方法施工速度快、現(xiàn)場無濕作業(yè)或僅有抹灰等少量濕作業(yè)，對周邊環(huán)境影響較小，適用于承受靜力作用的受彎構(gòu)件或受拉構(gòu)件。但粘鋼加固對鋼板的防腐要求很高，增加自重較大，施工操作復(fù)雜，并且只有在荷載增加到一定程度，梁體變形達(dá)到一定范圍時(shí)，加固效果才能明顯顯現(xiàn)，因而加固初期效果不明顯。

3.體外預(yù)應(yīng)力加固法。以預(yù)應(yīng)力拉桿分，有水平拉桿、下?lián)问嚼瓧U和組合式拉桿。以張拉方法分，由人工橫向張拉（水平橫向張拉和豎直橫向張拉）、機(jī)械張拉和電熱張拉。體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)須在施工前精確的計(jì)算張拉控制量，再根據(jù)嚴(yán)格的施工操作步驟實(shí)施，此法可大大縮短施工工期，但加固后對原結(jié)構(gòu)外觀有一定影響，且不適合混凝土收縮大和徐變較大的結(jié)構(gòu)。體外預(yù)應(yīng)力鋼筋易松弛，鋼筋失效等現(xiàn)象在加固中較為常見。另外，與其他加固方法相比，對原結(jié)構(gòu)的破壞性較大。

4.粘鋼法。通過將型鋼貼在被加固構(gòu)件的表面，從而提高構(gòu)件性能的加固方法，中間的界面粘接劑可用水泥砂漿、乳膠水泥漿或環(huán)氧樹脂化學(xué)灌漿等。雖然此法對混凝土構(gòu)件的影響較小，但是，由于粘鋼構(gòu)件抗動(dòng)力性能和抗疲勞性能方面的試驗(yàn)研究不夠充分，因此，應(yīng)用的并不是非常廣泛。

5.噴射混凝土加固法。通過借助噴射機(jī)械，利用壓縮空氣或其他動(dòng)力，將預(yù)先按照一定比例配合的拌和料，通過管道輸送，高速噴射到受噴面上凝結(jié)硬化而成的一種混凝土。噴射混凝土具有較高的力學(xué)性能和良好的耐久性，混凝土早強(qiáng)，不需模板和振搗，施工快速方便，但此加固法對施工器具要求極高。

6.粘貼碳纖維增強(qiáng)塑料（CFRP）加固法。選用CFRP纖維加固法，具有耐腐蝕、耐高溫、耐潮濕、維護(hù)費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，加固后對使用空間影響不大，適用于各種受力性質(zhì)的混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件，是一種比較方便而有效的加固方法。另外，碳纖維有自身特點(diǎn)的優(yōu)勢：重量輕，且具有很高的抗拉強(qiáng)度，彈性模量高，尺寸穩(wěn)定，抗疲勞，阻尼特性好。由于近年的研究和發(fā)展，纖維加工生產(chǎn)技術(shù)的改進(jìn)，逐步推行工業(yè)化，可大大降低了生產(chǎn)成本，更有利于這種加固方法的推廣應(yīng)用。

7.耗能減震阻尼器。近年來，由于耗能減震技術(shù)因其減震效果好、構(gòu)造簡單、造價(jià)低廉、適用范圍廣、維護(hù)方便等特點(diǎn)，也受到諸多重視，在土木工程領(lǐng)域中發(fā)展較為迅速。利用增設(shè)粘滯阻尼器的方法進(jìn)行抗震加固，對結(jié)構(gòu)整體進(jìn)行隔震，從而達(dá)到整體加固效果，施工較為方便，對原有建筑物干擾較小，尤其是部分樓層已經(jīng)投入使用的續(xù)建建筑，利用阻尼器進(jìn)行加固更方便更實(shí)用。

在進(jìn)行加固設(shè)計(jì)時(shí)，必須根據(jù)工程特點(diǎn)和實(shí)際情況，進(jìn)行承載能力、正常使用功能等方面的驗(yàn)算，并選擇合適的施工方法和合理的構(gòu)造措施。在加固過程中，可按以下程序進(jìn)行操作：可靠性鑒定（針對加固對象）→經(jīng)過比較確定加固方案→進(jìn)行加固設(shè)計(jì)（計(jì)算、構(gòu)造、施工技術(shù)過程、施工圖紙）→施工組織設(shè)計(jì)→現(xiàn)場操作→驗(yàn)收。

五、結(jié)語

裂縫對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的危害要根據(jù)產(chǎn)生裂縫的原因、類型、數(shù)量、寬度、產(chǎn)生的部位綜合確定。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)裂縫是難以避免的，應(yīng)從材料、設(shè)計(jì)、施工等多個(gè)方面進(jìn)行把控，通過工程師的檢查、測定、分析和判斷，采取及時(shí)有效的加固處理措施，延緩結(jié)構(gòu)的損傷進(jìn)程，達(dá)到延長結(jié)構(gòu)使用壽命的目的。endprint