鋼筋混凝土裂縫的一般評(píng)定及裂縫對(duì)結(jié)構(gòu)危害的初探

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簡(jiǎn)介： 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)破壞倒塌的工程質(zhì)量事故，絕大多數(shù)是從裂縫的擴(kuò)展開始的；其實(shí)，只要仔細(xì)觀察不難發(fā)現(xiàn)，普通的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)又一般都是帶裂縫受力工作的，如果借助儀器，甚至還可以發(fā)現(xiàn)裂縫是時(shí)刻發(fā)生變化的，隨著裂縫的發(fā)展變化，結(jié)構(gòu)構(gòu)件的耐久性和適用性會(huì)不同程度的降低，嚴(yán)重的 甚至?xí)?dǎo)致結(jié)構(gòu)構(gòu)件的破壞；所以研究裂縫的形態(tài)、分析裂縫產(chǎn)生的原因和裂縫對(duì)結(jié)構(gòu)功能的影響并加以控制是一個(gè)十分重要的課題。
關(guān)鍵字：裂縫 危害

1、 前言

     鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)破壞倒塌的工程質(zhì)量事故，絕大多數(shù)是從裂縫的擴(kuò)展開始的；其實(shí)，只要仔細(xì)觀察不難發(fā)現(xiàn)，普通的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)又一般都是帶裂縫受力工作的，如果借助儀器，甚至還可以發(fā)現(xiàn)裂縫是時(shí)刻發(fā)生變化的，隨著裂縫的發(fā)展變化，結(jié)構(gòu)構(gòu)件的耐久性和適用性會(huì)不同程度的降低，嚴(yán)重的甚至?xí)?dǎo)致結(jié)構(gòu)構(gòu)件的破壞；所以研究裂縫的形態(tài)、分析裂縫產(chǎn)生的原因和裂縫對(duì)結(jié)構(gòu)功能的影響并加以控制是一個(gè)十分重要的課題。

2、裂縫的形態(tài)判定及對(duì)裂縫的修補(bǔ)加固措施

2.1裂縫的形態(tài)

     裂縫的形式多種多樣；從裂縫的寬度來(lái)分，可分為微裂縫和宏觀裂縫；一般將混凝土材料在化合過程中產(chǎn)生的寬度小于0.05mm的裂縫稱之為微裂縫；它是混凝土材料固有的一種物理性質(zhì)，微裂縫的產(chǎn)生幾乎是不可避免的，它的分布不規(guī)則且不貫通；這種細(xì)微裂縫如果不擴(kuò)展或是擴(kuò)展在一定范圍的話，它對(duì)一般的工業(yè)和民用建筑的正常使用是不會(huì)造成危害的；故這類裂縫又稱為無(wú)害裂縫。但是，在實(shí)際使用過程中，因?yàn)榛炷两Y(jié)構(gòu)的抗拉強(qiáng)度要比抗壓強(qiáng)度低得多，所以在荷載作用下或是進(jìn)一步產(chǎn)生溫差和干縮的情況下，微裂縫會(huì)開始擴(kuò)展并逐漸相互貫通，從而出現(xiàn)較大的、肉眼可見的裂縫，這種裂縫稱之為宏觀裂縫，這種裂縫的寬度一般大于0.05mm。同時(shí)，按裂縫對(duì)結(jié)構(gòu)影響的不同，裂縫又可以分為結(jié)構(gòu)性裂縫和非結(jié)構(gòu)性裂縫，非結(jié)構(gòu)性裂縫主要是由于水泥硬化干縮、外界溫度和濕度變化、施工縫處理不當(dāng)、鋼筋腐蝕等原因造成的；而結(jié)構(gòu)性裂縫主要是由受力引起的，所以結(jié)構(gòu)性裂縫又叫荷載裂縫，它是工程中最常見的裂縫。

2.2裂縫狀態(tài)的判定

通過對(duì)建筑物外觀檢查，可能會(huì)發(fā)現(xiàn)各種質(zhì)量問題，其中裂縫是最為常見的現(xiàn)象之一。構(gòu)件上出現(xiàn)裂縫后，首先須要判定裂縫是否穩(wěn)定（裂縫是否已經(jīng)停止擴(kuò)展），裂縫是否有害；根據(jù)裂縫的形成原因和特性定性的判定結(jié)構(gòu)受力的狀態(tài)，評(píng)定結(jié)構(gòu)的安全度、剛度以及抗裂度等性能，從而找出相應(yīng)的防治修補(bǔ)措施。

2.2.1裂縫是否穩(wěn)定可以根據(jù)觀測(cè)和計(jì)算的方法判定

    （1）觀測(cè)：定期對(duì)裂縫寬度、長(zhǎng)度進(jìn)行觀測(cè)、記錄。觀測(cè)的方法可在裂縫的個(gè)別區(qū)段及裂縫頂端涂上石膏，用讀數(shù)放大鏡讀出裂縫的寬度。如果在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)石膏沒有開裂，則說明裂縫已經(jīng)停止擴(kuò)展，趨于穩(wěn)定狀態(tài)。但這里也要注意有些裂縫是隨時(shí)間和環(huán)境變化而變化的，譬如貫穿溫度裂縫在冬天由于混凝土冷縮而增大，夏天則因材料的膨脹而縮小。又如收縮裂縫初期的發(fā)展速度迅速，在1～2年內(nèi)方可趨于穩(wěn)定狀態(tài)；這些裂縫變化都是正?，F(xiàn)象。所謂發(fā)展中不穩(wěn)定裂縫，主要是隨時(shí)間持續(xù)不斷增大的荷載裂縫和沉降裂縫等。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在各種荷載作用下，一般在受拉區(qū)是允許帶裂縫工作的，只要裂縫發(fā)展是穩(wěn)定的，寬度在規(guī)范允許的范圍內(nèi)都是正常的。但是，裂縫穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，裂縫會(huì)不會(huì)繼續(xù)擴(kuò)展還要視外界的環(huán)境是否穩(wěn)定，環(huán)境的變化可能引起舊的裂縫繼續(xù)擴(kuò)展，甚至還會(huì)出現(xiàn)新的裂縫，所以還應(yīng)根據(jù)構(gòu)件所處的具體環(huán)境加以分析。

（2）計(jì)算：對(duì)于適筋梁，鋼筋的應(yīng)力σ_s是影響裂縫寬度的主要因素，因此可以通過對(duì)混凝土梁在按荷載短期效應(yīng)組合下裂縫截面處縱向鋼筋應(yīng)力的計(jì)算來(lái)判定裂縫是否穩(wěn)定，計(jì)算公式如下：

             σ_ss=M_S/   A_Sηh₀

式中：A _s— 受拉鋼筋的總面積；

      η— 裂縫截面處內(nèi)力臂長(zhǎng)度系數(shù)，通常取η=0.87;

       h₀—截面有效高度；

如果計(jì)算鋼筋的應(yīng)力σ_ss小于0.8f_y（f_y為鋼筋強(qiáng)度設(shè)計(jì)值），則可認(rèn)為裂縫的是處于穩(wěn)定狀態(tài)，否則，裂縫是不穩(wěn)定的。

2.2.2裂縫是否有害的判定

   判定裂縫是否有害，原則上根據(jù)裂縫的危害程度和后果而定，一般認(rèn)為下列情況的裂縫是有害的：

（1）                         損害建筑物使用功能的裂縫；如水池、水塔開裂滲漏水進(jìn)而影響使用的；

（2）                         寬度超過規(guī)范規(guī)定限值的裂縫，沿鋼筋縱向裂縫；這類裂縫會(huì)引起鋼筋的銹蝕，使保護(hù)層崩落；

（3）                         嚴(yán)重降低結(jié)構(gòu)剛度或影響建筑物整體性的裂縫；

（4）                         嚴(yán)重?fù)p害建筑結(jié)構(gòu)美觀的裂縫。

  對(duì)于這些裂縫應(yīng)根據(jù)具體情況及時(shí)進(jìn)行修補(bǔ)處理或采取加固措施；一般情況下從耐久性和防水性考慮必需修補(bǔ)與不需修補(bǔ)的裂縫寬度限值可按表（一）規(guī)定采用。

表（一）

     目    的

    按耐久性考慮

 按防水性考慮

 修補(bǔ)后

對(duì)鋼筋腐蝕影響因素

      環(huán)境因素

惡劣的

中等的

優(yōu)良的

（A）需要修補(bǔ)的裂縫寬度（mm）

大

＞0.4

＞0.4

＞0.4

＞0.2

中

＞0.4

＞0.4

小

＞0.6

＞0.4

＞0.4

續(xù)表

（B）不需要修補(bǔ)的裂縫寬度（mm）

大

≤0.1

≤0.2

≤0.2

≤0.05

中

≤0.3

小

≤0.2

≤0.3

  當(dāng)裂縫寬度介于表中必需修補(bǔ)（A）和無(wú)需修補(bǔ)（B）之間時(shí)則需根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，并通過對(duì)結(jié)構(gòu)的驗(yàn)算結(jié)果、開裂原因、裂縫寬度及密度、裂縫性狀及環(huán)境條件等因素進(jìn)行綜合分析，判斷確定是否需要對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行修補(bǔ)和補(bǔ)強(qiáng)加固。

2.3裂縫的修補(bǔ)和補(bǔ)強(qiáng)加固方法

2.3.1非結(jié)構(gòu)性裂縫的修補(bǔ)方法

   對(duì)于結(jié)構(gòu)受力影響不大的混凝土非結(jié)構(gòu)性裂縫，為了滿足美觀和使用上的要求、防止鋼筋的銹蝕、減少滲漏、提高耐久性，也需對(duì)裂縫進(jìn)行修補(bǔ)，這樣的修補(bǔ)一般起到增加結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度和抗裂度的作用常用的修補(bǔ)方法分為表面修補(bǔ)和內(nèi)部修補(bǔ)兩類。

（一）       表面修補(bǔ)法

    本方法是沿構(gòu)件表面涂刷水泥漿、油漆、瀝青、環(huán)氧樹脂等材料來(lái)修補(bǔ)構(gòu)件表面細(xì)小的混凝土裂縫，對(duì)于混凝土干縮裂縫?？梢圆捎眠@種辦法來(lái)進(jìn)行修補(bǔ)。另外，對(duì)于中等寬度的溫度裂縫，還可以采用向裂縫中填充剛性材料（水泥砂漿、膨脹漿和樹脂砂漿等）和彈性材料（丙烯酸樹脂、硅酸脂、聚硫化合物、合成橡膠等）以固定裂縫和阻止裂縫的擴(kuò)張。

（二）       內(nèi)部修補(bǔ)法

    內(nèi)部修補(bǔ)法是采用壓力灌漿，它不僅修補(bǔ)混凝土表面的裂縫；而且能注入到構(gòu)件的內(nèi)部，對(duì)裂縫進(jìn)行粘合封閉和補(bǔ)強(qiáng)，但是為了提高灌漿的飽和度，一般采用壓力灌漿；目前常采用的灌漿材料有純水泥灌漿和環(huán)氧樹脂灌漿；對(duì)于施工裂縫和大寬度裂縫多采用此方法進(jìn)行修補(bǔ)。

2.3.2結(jié)構(gòu)性裂縫的加固補(bǔ)強(qiáng)方法

如前所述；由于結(jié)構(gòu)性裂縫主要是由于構(gòu)件在荷載作用下引起的，所以對(duì)于這類裂縫的加固，必須根據(jù)實(shí)際情況，通過計(jì)算分析方能確定其加固的方案，其計(jì)算方法在相關(guān)規(guī)范、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和手冊(cè)上均有介紹，在這里只簡(jiǎn)單羅列一些常用的加固方法。

（一）        加大截面法

    這種方法是采用增大原結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的截面積，以提高其承載力和滿足正常使用的加固方法；這種加固方法廣泛使用加固混凝土結(jié)構(gòu)中梁、板、柱和鋼結(jié)構(gòu)中的柱及屋架以及磚墻柱等。

（二）        外包鋼加固法

    這種加固方法是在鋼筋混凝土構(gòu)件四周或兩面包以型鋼的一種加固方法，它適用于對(duì)混凝土柱、梁、屋架以及煙囪等建構(gòu)筑物的加固。

（三）        預(yù)應(yīng)力加固法

預(yù)應(yīng)力加固法適用于混凝土承重（包括受拉、受壓、受彎）結(jié)構(gòu)的構(gòu)件，要求提高承載能力、剛度、和抗裂度，同時(shí)又要求不占更多空間的構(gòu)件。

（四）        外部粘貼鋼板加固法

粘貼鋼板加固法是指用高強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)膠粘劑把鋼板貼在構(gòu)件外部的一種加固方法，這是一種新型的加固技術(shù)，它常被用來(lái)加固承受靜力荷載作用下的鋼筋混凝土（或型鋼）受彎、受拉構(gòu)件。

當(dāng)然對(duì)于結(jié)構(gòu)裂縫的修補(bǔ)或補(bǔ)強(qiáng)加固措施還有很多，只有在實(shí)踐過程中，根據(jù)實(shí)際情況，綜合考慮安全性、適用性、經(jīng)濟(jì)性，在加固設(shè)計(jì)中提出相應(yīng)的處理對(duì)策隨后再進(jìn)行加固；成而避免裂縫對(duì)構(gòu)件造成進(jìn)一步的危害。

3、裂縫對(duì)結(jié)構(gòu)的危害

   當(dāng)裂縫的寬度超過了一定的限值就成了有害裂縫；有害裂縫的存在嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)物的耐久性和適用性，而裂縫對(duì)結(jié)構(gòu)的危害主要表現(xiàn)如下：

（1）冰凍的影響。這點(diǎn)在北方地區(qū)的表現(xiàn)更為惡劣；混凝土一旦產(chǎn)生裂縫，水分就會(huì)乘虛而入，即使?jié)B入不是很深，但當(dāng)外界氣溫降到-2°C以下時(shí)，水分便會(huì)凝結(jié)成冰，水分結(jié)冰后體積膨脹約9%，導(dǎo)致裂縫邊緣的散裂，而冰融循環(huán)一次這種散裂就發(fā)生一次，這樣，裂縫將逐漸加寬。

（2）鋼筋的銹蝕?？v向裂縫與鋼筋銹蝕的關(guān)系比較復(fù)雜，有“先裂后銹”和“先銹后裂”兩種情況。

先裂后銹即由于鋼筋混凝土收縮，塑性下降；同時(shí)，由于施工質(zhì)量等原因引起的沿鋼筋縱向裂縫和梁中沿箍筋的裂縫，常常成為空氣、水分及其它侵蝕介質(zhì)的通道，久而久之，使鋼筋產(chǎn)生銹蝕。成而削弱了鋼筋的受力截面積；特別是高強(qiáng)鋼絲，因其表面積大而截面積小，銹蝕對(duì)其危害更大。

先銹后裂即由于鋼筋混凝土的炭化或氯鹽的作用，使鋼筋發(fā)生銹蝕；銹蝕物體積比原體積增大3～4倍，使鋼筋周圍的混凝土產(chǎn)生很大的拉力，從而引起沿鋼筋長(zhǎng)度方向的混凝土產(chǎn)生縱向劈裂裂縫，一旦保護(hù)層混凝土劈裂，鋼筋與外界接觸，甚至完全裸露于空氣當(dāng)中，導(dǎo)致銹蝕速度迅速加快。

在實(shí)際結(jié)構(gòu)中，這兩種情況是相互作用且同時(shí)進(jìn)行的，裂縫的產(chǎn)生使鋼筋銹蝕，鋼筋銹蝕的發(fā)展又促進(jìn)了裂縫的擴(kuò)展；如此銹——裂——銹的惡性循環(huán)，最終導(dǎo)致混凝土保護(hù)層完全脫落，致使鋼筋失去抵抗銹蝕的保護(hù)，甚至結(jié)構(gòu)徹底破壞。

（3）引起建筑物滲漏，影響建筑物的美觀和使用功能。

4、結(jié)語(yǔ)

   綜上所述，了解裂縫的分類，分析裂縫產(chǎn)生的主要原因，針對(duì)裂縫對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的危害，是確定對(duì)出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件如何處理的必須步驟；同時(shí)，也為選定經(jīng)濟(jì)有效的措施來(lái)保護(hù)鋼筋混凝土具有重大的意義。