鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫形態(tài)探討

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　一、裂縫原因分析

　　致使建筑物裂縫的因素很多，宏觀上可分為原材料質(zhì)量低劣或選用不當(dāng)，施工質(zhì)量不合格，設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，使用不當(dāng)或環(huán)境的不良影響等四個(gè)方面。

　　原材料對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)裂縫影響最大的是水泥品種及質(zhì)量，單就裂縫而言，硅酸鹽水泥及普通硅酸鹽水泥水化熱較高，大體量現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)易于裂縫；火山灰水泥及快硬水泥干縮性大，大面積混凝土結(jié)構(gòu)易于裂縫；礦渣水泥、火山灰水泥及粉煤灰水泥抗凍性較差，干濕交替工程易于裂縫。礦渣水泥易發(fā)生沉縮和泌水現(xiàn)象。水泥含量越高，混凝土收縮越大，產(chǎn)生裂縫的可能性就越大。砂石含泥量過大，存在反應(yīng)性骨料，外加劑不當(dāng)或過量等，均容易造成混凝土結(jié)構(gòu)裂縫。

　　施工質(zhì)量不合格對(duì)建筑物裂縫形成最為直接，分混凝土、鋼筋及模板三方面?；炷练矫妫缁炷僚浜媳炔划?dāng)或泵送時(shí)改變了配合比，混凝土摻合料拌合不勻，混凝土攪拌時(shí)間不夠或過長(zhǎng)，混凝土澆筑順序或接打處理不當(dāng)，混凝土振搗不充分，混凝土硬化前受震動(dòng)或受力，混凝土養(yǎng)護(hù)不及時(shí)或不充分或受凍。混凝土強(qiáng)度過低會(huì)直接降低結(jié)構(gòu)的抗裂性。鋼筋方面，如混凝土在結(jié)硬期鋼筋被擾動(dòng)，鋼筋保護(hù)層過小。模板方面，如模板變形，模板支撐下沉，模板漏漿，過早拆模。

　　設(shè)計(jì)錯(cuò)誤造成的結(jié)構(gòu)裂縫，主要表現(xiàn)為結(jié)構(gòu)方案及布置不合理，結(jié)構(gòu)計(jì)算錯(cuò)誤，結(jié)構(gòu)抗裂性過低，以及結(jié)構(gòu)構(gòu)造不合理等方面。內(nèi)力分析常見的錯(cuò)誤是，計(jì)算簡(jiǎn)圖與實(shí)際不符，荷載取值偏小或漏項(xiàng)，未考慮溫度收縮應(yīng)力及地基差異沉降所產(chǎn)生的內(nèi)力；承載力計(jì)算常見的錯(cuò)誤是，安全度取值偏低，配筋量不足，只算抗彎，不計(jì)算抗剪、抗扭；結(jié)構(gòu)抗裂驗(yàn)算常易被忽視，尤其是手算；結(jié)構(gòu)構(gòu)造不合理，主要是伸縮縫及施工縫設(shè)置不當(dāng)，配筋不合理，只配受力鋼筋，忽略構(gòu)造鋼筋的作用和配置，如簡(jiǎn)支梁板入墻不配負(fù)筋，現(xiàn)澆連續(xù)板只配受力鋼筋，不設(shè)收縮溫度筋，高梁不設(shè)腰筋等。

　　使用不當(dāng)及環(huán)境的不良影響，多表現(xiàn)為荷載超過設(shè)計(jì)規(guī)定，周圍存在酸、鹽及氯化物等有害介質(zhì)作用，環(huán)境溫、濕度急劇變化，構(gòu)件各部位溫、濕度差過大，表面受熱過度或火災(zāi)，建筑物處于反復(fù)凍融和干濕交替狀態(tài)等。

　　二、裂縫形態(tài)分析

　　1．荷載裂縫

　　荷載裂縫又稱受力裂縫，是外荷載作用下產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)裂縫。這種裂縫規(guī)律性極強(qiáng)，一般通過計(jì)算分析可以得出確切的結(jié)論。跨中為正截面受彎裂縫，垂直于梁軸，下大上??；端部為斜截面受剪裂縫，起始于支座，指向梁頂集中荷載。裂縫沿柱軸縱向分布，中間稍密。裂縫集中在最大彎矩部位，受拉面裂縫為水平走向，外大內(nèi)小，垂直于柱軸；臨近極限狀態(tài)，受壓面混凝土有壓碎現(xiàn)象。受剪裂縫起始于集中荷載作用點(diǎn)，斜向牛腿外斜面與下柱面交匯點(diǎn)延伸；受彎裂縫起始于牛腿支承面與上柱面交匯點(diǎn)，斜向柱內(nèi)延伸。板面裂縫成環(huán)狀，沿框架梁邊分布；板底裂縫成十字或米字，集中于跨中。裂縫分布于板面，垂直于長(zhǎng)軸，由板面向下延伸；有的縱肋預(yù)應(yīng)力筋端部還存在局壓裂縫。轉(zhuǎn)角陽(yáng)臺(tái)或挑檐板裂縫位于板面，起始于墻板交界，以角點(diǎn)為中心成米字形向外延伸。

　　2．溫度收縮裂縫

　　溫度收縮裂縫是建筑物最常見的一種裂縫，主要是由于結(jié)構(gòu)溫度變形及材料收縮變形受阻及應(yīng)力超標(biāo)所致。據(jù)調(diào)查，收縮裂縫與原材料品質(zhì)、施工質(zhì)量及結(jié)構(gòu)類型較為密切，一般，現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)或超靜定結(jié)構(gòu)較裝配式結(jié)構(gòu)或靜定結(jié)構(gòu)收縮裂縫多；平面尺寸大、施工質(zhì)量差的房屋收縮裂縫相對(duì)較多。典型的現(xiàn)澆樓板收縮裂縫主要集中于房屋中部，沿樓層方向沒有明顯差異，裂縫形態(tài)為棗核狀，中間粗兩端細(xì)，絕大部分止于梁、墻邊。

　　3．碳化銹蝕裂縫

　　我國(guó)《鋼鐵工業(yè)建（構(gòu)）筑物可靠性鑒定規(guī)程》關(guān)于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性給定了評(píng)估方法，該方法主要建立在混凝土碳化及鋼筋銹蝕的基礎(chǔ)上，認(rèn)為混凝土碳化到鋼筋部位，鋼筋失去了混凝土鈍化膜保護(hù)，會(huì)逐漸生銹，鋼筋生銹后體積膨脹，會(huì)引起混凝土沿鋼筋開裂；混凝土裂縫的開展，反過來又促使鋼筋更快銹蝕，尤其是當(dāng)環(huán)境濕度較大，周圍存在有害介質(zhì)時(shí)，這種惡性循環(huán)速度顯著加快。因此，碳化銹蝕裂縫，必須給予高度重視。碳化銹蝕裂縫的特征是，裂縫沿鋼筋分布，系由膨脹鐵銹向外將混凝土脹開，裂縫周圍混凝土發(fā)酥，高出原有混凝土表面，并附著有褐色銹漬滲出物。

　　4．反復(fù)凍融產(chǎn)生的裂縫

　　驗(yàn)研究表明，長(zhǎng)期與水接觸的混凝土，當(dāng)溫度為-4～-20℃時(shí)，表現(xiàn)為“冷脹熱縮”。寒冷地區(qū)的外露混凝土結(jié)構(gòu)，年復(fù)一年地遭受雨雪浸蝕，長(zhǎng)期處于干濕交替、反復(fù)凍融的狀態(tài)下，當(dāng)混凝土密實(shí)度較差、空隙率較大時(shí)，容易產(chǎn)生如圖10所示的凍脹裂縫，造成結(jié)構(gòu)表面混凝土酥松、剝落，引起鋼筋銹蝕。

　　5．沉縮裂縫

　　混凝土在硬化過程中，因塑性下沉所產(chǎn)生的裂縫稱為沉縮裂縫，或塑性收縮裂縫。沉縮裂縫一般在混凝土澆筑后1～3小時(shí)發(fā)生，主要出現(xiàn)在結(jié)構(gòu)變截面處、梁板交接處、梁柱交接處及順鋼筋部位，如圖11所示。沉縮裂縫形態(tài)與收縮裂縫相似，為水平分布，呈兩端細(xì)中間粗的棗核狀。引起混凝土沉縮的主要原因是水灰比及混凝土流動(dòng)性過大，致使混凝土產(chǎn)生泌水下沉；或水分蒸發(fā)過快，使混凝土結(jié)硬時(shí)下沉加大；或振搗不充分，混凝土未沉實(shí)或沉實(shí)不均勻。沉縮變形比收縮變形大數(shù)十倍。沉縮裂縫一般可通過初凝前的二次抹面-收水壓實(shí)處理克服。

　　三、混凝土裂縫的幾種修補(bǔ)措施

　　1修補(bǔ)方法

　　1.1鋼絲網(wǎng)水泥修補(bǔ)法

　　用噴砂法把混凝土表面打毛，然后壓縮空氣除去松散的材料和塵土。在混凝土表面抹一層水泥素漿后，再抹一層1∶2水泥砂漿（厚約5mm），2h后用水泥鋼釘把一層鋼絲網(wǎng)固定在混凝土表面。抹第二層水泥砂漿，壓實(shí)蓋住鋼絲網(wǎng)即可。

　　1.2環(huán)氧樹脂注射法

　　對(duì)寬度大于0.3mm的較大裂縫用環(huán)氧樹脂修補(bǔ)。先用壓縮空氣噴射法將裂縫處的污垢和松散材料清除掉，每條裂縫周邊用快凝環(huán)氧樹脂凝結(jié)劑封住，并在裂縫端頭裝上噴嘴，等粘結(jié)劑養(yǎng)護(hù)好后，即向縫中注入結(jié)構(gòu)環(huán)氧樹脂。注射過程中上部噴嘴作為排出空氣的通道。

　　1.3鋼板粘結(jié)法

　　用手錘或用噴砂法把混凝土表面打毛，再用壓縮空氣將松散材料和灰塵清除掉。將準(zhǔn)備好的鋼板用鹽酸除去其表面的污垢和銹跡，然后用環(huán)氧樹脂粘結(jié)劑把鋼板粘結(jié)在混凝土的受拉表面上。養(yǎng)護(hù)期間，在鋼上施加均勻的壓力，以保證鋼板和混凝土的粘結(jié)。

　　1.4環(huán)氧樹脂注射和鋼絲網(wǎng)水泥組合法

　　混凝土中較大的裂縫先用環(huán)氧樹脂注射，然后用鋼絲網(wǎng)水泥修補(bǔ)法將混凝土構(gòu)件包住。

　　2幾種修補(bǔ)方法的比較

　　2.1裂縫荷載

　　用鋼絲網(wǎng)水泥修補(bǔ)的混凝土結(jié)構(gòu)，裂縫荷載提高很少。用環(huán)氧樹脂注射法修補(bǔ)的結(jié)構(gòu)裂縫荷載沒有提高。用鋼板粘結(jié)法修補(bǔ)的結(jié)構(gòu)沒有裂縫荷載。先用環(huán)氧樹脂注射，然后用鋼絲網(wǎng)水泥修補(bǔ)的結(jié)構(gòu)，可使裂縫荷載提高1倍以上，這是由于注射環(huán)氧樹脂恢復(fù)了結(jié)構(gòu)的剛度，鋼絲網(wǎng)水泥層提高了結(jié)構(gòu)的慣性矩。

　　2.2延性

　　用鋼絲網(wǎng)水泥修補(bǔ)的結(jié)構(gòu)，其延性隨損壞程度的增大而降低。用環(huán)氧樹脂修補(bǔ)的結(jié)構(gòu)，其延性減小最少。用鋼板粘結(jié)法修補(bǔ)的結(jié)構(gòu)，其延性減小最多，修補(bǔ)區(qū)段已轉(zhuǎn)變成脆性。而用組合法修補(bǔ)的結(jié)構(gòu)，其延性實(shí)際是提高了，但在持續(xù)破壞程度嚴(yán)重的結(jié)構(gòu)，其延性略有減小。

　　2.3裂縫性能

　　用組合法修補(bǔ)的結(jié)構(gòu)具有優(yōu)良的抗裂性，與用其他方法修補(bǔ)的結(jié)構(gòu)相比較，前者裂縫較細(xì)，數(shù)量也較多。同樣，用鋼絲網(wǎng)水泥修補(bǔ)的結(jié)構(gòu)，在極限時(shí)裂縫數(shù)量較多，比修補(bǔ)前的裂縫更細(xì)。用環(huán)氧樹脂注射修補(bǔ)的結(jié)構(gòu)，在破壞時(shí)裂縫的最大寬度和裂縫發(fā)生的數(shù)量與原梁性能相似。

　　四、結(jié)語

　　近幾十年乃至今后很長(zhǎng)一段時(shí)間，鋼筋混凝土在建筑行業(yè)還將處于主導(dǎo)地位，而鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)裂縫是影響混凝土結(jié)構(gòu)安全性和耐久性的重要因素。如何控制鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)裂縫是一門邊緣科學(xué)，也是一個(gè)系統(tǒng)工程，必須綜合考慮設(shè)計(jì)、材料、施工、使用及外界環(huán)境條件。文中主要從鋼筋混凝土開裂的形態(tài)進(jìn)行了分析，以及混凝土裂縫的幾種修補(bǔ)措施。