混凝土結構裂縫問題分析與防治

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簡介： 大量的工程和實踐理論分析表明,鋼筋混凝土構件基本上都是帶裂縫工作的,只是有些裂縫很細,甚至肉眼看不見(縫寬<0.5ｍｍ),一般對結構的使用無大的危害,允許其存在。有些裂縫在使用荷載或外界物理及化學因素作用下,不斷產生和發(fā)展引起混凝土碳化、保護層剝落及鋼筋銹蝕,使鋼筋混凝土強度和剛度受到削弱,耐久性降低,嚴重時甚至發(fā)生垮塌事故,危害結構的正常使用,必須加以控制, 因此研究商品混凝土裂縫產生的原因及預防措施是非常重要而迫切的。
關鍵字：混凝土結構 裂縫

前 言

　　我國國民經濟的高速增長,帶動了建筑業(yè)的快速、持續(xù)的發(fā)展?；炷烈蚱淙〔膹V泛,價格低廉,抗壓強度高,可澆注成各種形狀,并且耐火性好,不易風化,養(yǎng)護費用低,成為當今世界建筑結構中使用最廣泛的建筑材料之一。而隨著商品混凝土的誕生，由于其施工方便快捷，性能穩(wěn)定，質量可靠，勞動強度低，生產效率高，同時又可減少噪音，保護環(huán)境等綜合優(yōu)點，更是把混凝土推向了一個頂峰。

　　但是,大量的工程和實踐理論分析表明,鋼筋混凝土構件基本上都是帶裂縫工作的,只是有些裂縫很細,甚至肉眼看不見(縫寬<0.5ｍｍ),一般對結構的使用無大的危害,允許其存在。有些裂縫在使用荷載或外界物理及化學因素作用下,不斷產生和發(fā)展引起混凝土碳化、保護層剝落及鋼筋銹蝕,使鋼筋混凝土強度和剛度受到削弱,耐久性降低,嚴重時甚至發(fā)生垮塌事故,危害結構的正常使用,必須加以控制, 因此研究商品混凝土裂縫產生的原因及預防措施是非常重要而迫切的。

　　1、混凝土裂縫類型及成因

　　實際上,鋼筋混凝土結構裂縫的成因復雜而繁多,甚至多種因素互相影響,但每一條裂縫均有其產生的一種或幾種原因，其中最常見的是混凝土早期裂縫，混凝土早期裂縫有以下幾種：

　　1、塑性沉降裂縫

　　此類裂縫產生的主要原因是由于混凝土骨料沉降時受到阻礙（如鋼筋、模板）而產生的。這種裂縫大多出現(xiàn)在混凝土澆注后0.5小時至３小時之間，混凝土尚處在塑性狀態(tài)，混凝土表面消失水光時立即產生，沿著梁及板上面鋼筋的走向出現(xiàn)，主要是混凝土塌落度大、沉陷過高所致。另外在施工過程中如果模板綁扎的不好、模板沉陷、移動時也會出現(xiàn)此類裂縫。

　　2、塑性收縮裂縫

　　此類裂縫產生的主要原因是混凝土澆筑后，在塑性狀態(tài)時表面水分蒸發(fā)過快造成的。這類裂縫多在表面出現(xiàn)，形狀不規(guī)則、長短寬窄不一、呈龜裂狀，深度一般不超過50mm。產生的原因主要是混凝土澆注后３—４小時左右表面沒有被覆蓋，特別是平板結構在炎熱或大風天氣混凝土表面水分蒸發(fā)過快，或者是基礎、模板吸水過快，以及混凝土本身的水化熱高等原因造成混凝土產生急劇收縮，此時混凝土強度趨近于零，不能抵抗這種變形應力而導致開裂。混凝土中蒸發(fā)和吸收水分的速度越快，塑性收縮裂縫越容易產生，而商品混凝土由于為了滿足可泵性、流動性、出機時混凝土的塌落度和砂率比普通混凝土大很多，早期強度低所以其水分特別容易散失，表面容易形成裂縫。

　　3、溫度應力裂縫

　　此類裂縫產生的主要原因是由于混凝土澆筑后，聚積在內部的水泥水化熱不易散發(fā)，造成混凝土的內部溫度升高，而混凝土表面散熱較快，這樣形成較大的內外溫差，使混凝土內部產生壓應力，表面產生拉應力。如果在混凝土表面附近存在較大的溫度梯度，就會引起較大的表面拉應力，此時混凝土的齡期很短，抗拉強度很低，如果溫差產生的表面拉應力，超過此時的混凝土極限抗拉強度，就會在混凝土表面產生表面裂縫。這種裂縫一般產生很早，多呈不規(guī)則狀態(tài)，深度較淺，屬表面性質。表面裂縫易產生應力集中，能促使裂縫進一步開展。

　　3、施工工藝質量引起的裂縫

　　在鋼筋混凝土結構澆注、構件制作、起模、運輸、堆放、拼裝及吊裝過程中,若施工工藝不合理,施工質量低劣,可能產生各種形式的裂縫,特別是細長薄壁結構更容易出現(xiàn)裂縫。裂縫出現(xiàn)的部位和走向、裂縫寬度因產生原因而異,比較典型且常見的如下:①鋼筋混凝土保護層過厚,或亂踩綁扎的上層鋼筋,使承受負彎矩的鋼筋保護層加厚,導致構件的有效高度減小,形成與受力鋼筋垂直方向的裂縫。②混凝土震搗不密實、不均勻,出現(xiàn)蜂窩、麻面、空洞,導致鋼筋銹蝕或形成其它荷載裂縫的起源點。③混凝土澆注過快,混凝土流動性較低在硬化前因混凝土振搗不足,硬化后沉實過大,容易在澆注數(shù)小時后發(fā)生裂縫,即塑性收縮裂縫。④混凝土攪拌、運輸時間過長,水分蒸發(fā)過多,引起混凝土塌落度過低,使得在混凝土表面出現(xiàn)不規(guī)則的收縮裂縫。⑤用泵送混凝土施工時,為保證混凝土的流動性,增加水和水泥用量,或因其它原因加大了水灰比,導致混凝土凝結硬化時收縮量增加，混凝土表面出現(xiàn)不規(guī)則裂縫。⑥混凝土分層或分段澆注時,接頭部位處理不好,易在新、舊混凝土和施工縫之間出現(xiàn)裂縫。⑦混凝土早期受凍,使構件表面出現(xiàn)裂紋,或局部剝落,或脫模后出現(xiàn)空鼓現(xiàn)象。⑧施工時模板剛度不足,在澆注混凝土時,因側向壓力的作用使得模板變形,產生與模板變形一致的裂縫。⑨施工時拆模過早,混凝土強度不足,使得構件在自重或施工荷載作用下產生裂縫。

　　4、原材料質量引起的裂縫

　　混凝土主要由水泥、砂、骨料、拌和水及外加劑組成?；炷了捎貌牧系馁|量不合格,可能導致結構出現(xiàn)裂縫。①砂石含泥量超過規(guī)定,不僅降低混凝土的強度和抗?jié)B性,還會使混凝土干燥時產生不規(guī)則的網(wǎng)狀裂縫。砂石的級配差,或砂顆粒過細,用這種材料拌制的混凝土常造成側面裂縫。堿骨料反應。骨料中含有泥性硅化物質與堿性物質相遇,水、硅反應會生成膨脹的膠質,吸水后造成局部膨脹和拉應力,則構件產生爆裂狀裂縫,在潮濕的地方較為多見。②拌和用水及外加劑拌和用水或外加劑中氯化物等雜質含量較高時對鋼筋銹蝕有較大影響。采用海水或含堿泉水拌制混凝土,或采用含堿的外加劑,可能對堿骨料反應有影響。

　　2 混凝土裂縫常見預防措施

　　1、塑型沉降裂縫預防措施

　　此類裂縫預防的措施如下：①在滿足泵送和施工的前提下盡可能減小混凝土塌落度；②保證混凝土均質性，攪拌運輸卸料前先高速運轉20—30秒，然后反轉卸料；③施工過程中應經常觀察模板的位移和混凝土澆搗的密實情況，不能漏振、過振使混凝土離析分層；④施工過程中嚴禁隨意加水。

　　2、塑性收縮裂縫預防措施

　　此類裂縫預防的措施如下：①施工單位在澆注混凝土后要及時覆蓋養(yǎng)護，增加環(huán)境濕度；②商品混凝土公司在滿足可泵性、和易性的前提下盡量減小出機塌落度、降低砂率、嚴格控制骨料的含泥量。

　　3、溫度應力裂縫預防措施

　　此類裂縫預防措施如下：①降低混凝土發(fā)熱量。選用水化熱低、凝結時間長的水泥，以降低混凝土的溫度；摻加緩凝劑或高效減水劑，以提高混凝土強度并減少用水量及水泥用量，延長混凝土達到最高溫度時間，減少干縮；盡可能選用最大粒徑較大，顆粒形狀好且級配良好的粗骨料，避免砂量過多以減少水泥用量及用水量；在滿足泵送和施工的前提下用低流動性混凝土，嚴格控制水灰比，減少單位體積混凝土用水量。②降低混凝土澆筑溫度。在高溫季節(jié)要降低原材料溫度，在環(huán)境溫度較低的早晚澆筑；避免吸收外部環(huán)境熱量，運輸工具、泵送管路盡量遮蔭，防止混凝土升溫；埋設冷卻水管，通入冷水降溫。③分層分塊澆筑。④表面保溫與保濕。要盡量長時間地保溫和保持混凝土表面濕潤，讓其表面慢慢冷卻、干燥，使混凝土能夠增長強度以抵抗開裂拉應力。主要有蓄水養(yǎng)護和覆蓋灑水養(yǎng)護兩種方式，養(yǎng)護時間一般不少于１４ｄ。

　　4、施工方面原因造成的裂縫預防措施

　　此類裂縫預防措施如下：①加強模板施工的過程管理。模板及其支架必須有足夠的承載能力、剛度和穩(wěn)定性，在振搗過程中派專人進行看模，防止松扣下沉現(xiàn)象發(fā)生；試塊強度達到設計允許值時方能拆模。②混凝土的成品保護。對澆筑好的板面，必須在混凝土強度達到１．２Ｎ／ＭＭ２ 后方可上人。③鋼筋綁扎施工加強對負彎矩筋的管理。加密支撐馬凳的間距、確保板面負彎矩筋的保護層厚度。④振搗方式方法必須正確。振搗易快插、慢拔。振搗時間過短，混凝土不均勻；時間過長，易導致嚴重浮漿。

　　3 混凝土裂縫常見補救措施

　　1、表面處理法：包括表面涂抹和表面補貼法。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，不漏水的縫，不伸縮的裂縫以及不再活動的裂縫。表面貼補（土工膜或其它防水片）法適用于大面積漏水（蜂窩麻面等或不易確定具體漏水位置、變形縫）的防滲堵漏。

　　2、灌漿法：此法應用范圍廣，從細微裂縫到大裂縫均可適用，處理效果好。

　　3、填充法：用修補材料直接填充裂縫，一般用來修補較寬的裂縫，作業(yè)簡單，費用低。寬度小于0.3mm，深度較淺的裂縫、或是裂縫中有充填物，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型槽，然后作填充處理。

　　4. 結構補強法：因超荷載產生的裂縫、裂縫長時間不處理導致的混凝土耐久性降低、火災造成的裂縫等影響結構強度可采取結構補強法。包括斷面補強法、錨固補強法、預應力法等混凝土裂縫處理效果的檢查包括修補材料試驗；鉆心取樣試驗；壓水試驗；壓氣試驗等。

　　4 濟南市政務中心工程實例

　　濟南政務中心大廈1５層框架剪力墻結構，總建筑面積約350000m2。施工中發(fā)現(xiàn)3月12號澆筑的D2段２層梁、板混凝土，至3月16號混凝土強度上升一直不明顯，且拆除模板后現(xiàn)澆板多處出現(xiàn)不規(guī)則裂縫。質檢部門對該工程混凝土質量進行了現(xiàn)場檢測，檢測結果表明，混凝土抗壓強度滿足設計要求，混凝土的均質性滿足規(guī)范要求。

　　根據(jù)現(xiàn)場檢查，D2區(qū)北區(qū)現(xiàn)澆板多處出現(xiàn)不規(guī)則裂縫，其中D2工段２層現(xiàn)澆板D6軸線角較嚴重，個別裂縫長度約1200mm，寬度約0.6mm，框架梁身混凝土未見裂縫。

　　根據(jù)對裂縫檢測的分析，裂縫產生的主要原因是：

　?。?）混凝土早期強度上升慢

　　（2）混凝土收縮

　?。?）混凝土養(yǎng)護不到位

　　 該裂縫為非結構受力裂縫，雖然對結構受力無較大影響，但裂縫的存在對混凝土的耐久性影響很大，應根據(jù)裂縫情況進行必要的處理。經集體技術部研究決定，報設計院通過做如下處理：

　　1、對寬度小于0.3mm的裂縫進行封縫處理?？裳亓芽p用環(huán)氧樹脂膠泥對其進行表面封閉，環(huán)氧樹脂膠泥配比為：環(huán)氧樹脂﹕二丁脂﹕乙二胺﹕水泥=100﹕30﹕10﹕250～300（重量比），該配比可根據(jù)現(xiàn)場實際情況進行調整。

　　施工注意事項：

　?。?）封閉前，應對裂縫表面進行處理，用鋼絲刷等工具清除裂縫表面的灰塵、浮渣及松散層等污物，然后再用毛刷蘸丙酮、酒精等有機溶液，把沿裂縫兩側20～30mm處擦洗干凈并保持干燥。

　?。?）裂縫處理好后，先在裂縫兩側寬20～30mm范圍內涂一層環(huán)氧樹脂基液，然后抹一層厚1 mm左右的環(huán)氧樹脂膠泥。抹膠泥時應防止產生小孔和氣泡，表面需要刮平整，保證封閉嚴密。

　　2、較寬裂縫的處理對寬度大于0.3mm的裂縫進行化學壓力灌漿處理。采用環(huán)氧樹脂漿液進行灌注。環(huán)氧樹脂漿液配合比為：環(huán)氧樹脂﹕丙酮﹕糠醛﹕乙二胺=100﹕20～25﹕20～25﹕15～20（重量比），該配比可根據(jù)現(xiàn)場實際情況進行調整。

　　施工注意事項：

　?。?）對裂縫表面進行處理，沿裂縫用鋼釬鑿成“V”形槽，槽寬與槽深可根據(jù)裂縫深度和有利于封縫來確定，一般為20 mm×20mm。鑿槽時先沿裂縫打開，再向兩側加寬，鑿完后用鋼絲刷及壓縮空氣將混凝土碎屑粉塵清除干凈。

　?。?）埋設灌漿嘴的間距可根據(jù)裂縫的深度確定，一般為350～500mm。埋設時，先將灌漿嘴的底盤上抹一層厚約1mm的環(huán)氧膠泥，將灌漿嘴的進漿孔騎縫粘貼在預定的位置上。

　?。?）裂縫封閉后，應進行壓氣試漏，檢查密閉效果。試漏須待封縫膠泥有一定強度后進行。

　?。?）灌漿機具、器具、及管子在灌漿前應進行檢查，運行正常時方可使用。灌漿結束后，應立即拆除管道，并用丙酮沖洗管道和設備。

　?。?）灌漿結束后，應檢查補強效果和質量，發(fā)現(xiàn)缺陷應及時補救，確保工程質量。

　　結 語

　　綜上所述，混凝土裂縫問題一直嚴重困擾著混凝土的施工質量，在混凝土生產以及施工過程中有針對性地采取預防措施，盡可能采取有效的技術措施控制裂縫，使結構盡量不出現(xiàn)裂縫，或盡量減少裂縫的數(shù)量和寬度，特別是避免有害裂縫的出現(xiàn)，以確保工程質量，使建筑物具備良好的耐久性和結構穩(wěn)定性。

　　參考文獻：

　　1、陳曉東—淺談商品混凝土結構裂縫的控制—泰州職業(yè)技術學院學報—2006-2

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