混凝土結(jié)構(gòu)裂縫問題分析與防治

李尚德

【摘要】眾所周知,裂縫在使用荷載或外界物理及化學(xué)因素作用下,不斷產(chǎn)生和發(fā)展引起混凝土碳化、保護(hù)層剝落及鋼筋銹蝕,使鋼筋混凝土強(qiáng)度和剛度受到削弱,耐久性降低,嚴(yán)重時(shí)甚至發(fā)生垮塌事故,危害結(jié)構(gòu)的正常使用,必須加以控制, 因此研究商品混凝土裂縫產(chǎn)生的原因及預(yù)防措施是非常重要而迫切的。本文就混凝土裂縫類型進(jìn)行敘述并分析其成因,并在此基礎(chǔ)上提出混凝土裂縫常見預(yù)防措施、混凝土裂縫常見補(bǔ)救措施,最后以實(shí)際案例進(jìn)行分析。

【關(guān)鍵詞】混凝土結(jié)構(gòu);裂縫問題;分析;防治

我國國民經(jīng)濟(jì)的高速增長,帶動了建筑業(yè)的快速、持續(xù)的發(fā)展。混凝土因其取材廣泛,價(jià)格低廉,抗壓強(qiáng)度高,可澆注成各種形狀,并且耐火性好,不易風(fēng)化,養(yǎng)護(hù)費(fèi)用低,成為當(dāng)今世界建筑結(jié)構(gòu)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(zhì)量可靠,勞動強(qiáng)度低,生產(chǎn)效率高,同時(shí)又可減少噪音,保護(hù)環(huán)境等綜合優(yōu)點(diǎn),更是把混凝土推向了一個(gè)頂峰。

但是,大量的工程和實(shí)踐理論分析表明,鋼筋混凝土構(gòu)件基本上都是帶裂縫工作的,只是有些裂縫很細(xì),甚至肉眼看不見(縫寬<0.5mm),一般對結(jié)構(gòu)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(xué)因素作用下,不斷產(chǎn)生和發(fā)展引起混凝土碳化、保護(hù)層剝落及鋼筋銹蝕,使鋼筋混凝土強(qiáng)度和剛度受到削弱,耐久性降低,嚴(yán)重時(shí)甚至發(fā)生垮塌事故,危害結(jié)構(gòu)的正常使用,必須加以控制, 因此研究商品混凝土裂縫產(chǎn)生的原因及預(yù)防措施是非常重要而迫切的。

一、混凝土裂縫類型及成因

實(shí)際上,鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的成因復(fù)雜而繁多,甚至多種因素互相影響,但每一條裂縫均有其產(chǎn)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(chǎn)生的主要原因是由于混凝土骨料沉降時(shí)受到阻礙(如鋼筋、模板)而產(chǎn)生的。這種裂縫大多出現(xiàn)在混凝土澆注后0.5小時(shí)至3小時(shí)之間,混凝土尚處在塑性狀態(tài),混凝土表面消失水光時(shí)立即產(chǎn)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(shí)也會出現(xiàn)此類裂縫。

2、塑性收縮裂縫

此類裂縫產(chǎn)生的主要原因是混凝土澆筑后,在塑性狀態(tài)時(shí)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(chǎn)生的原因主要是混凝土澆注后3—4小時(shí)左右表面沒有被覆蓋,特別是平板結(jié)構(gòu)在炎熱或大風(fēng)天氣混凝土表面水分蒸發(fā)過快,或者是基礎(chǔ)、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(chǎn)生急劇收縮,此時(shí)混凝土強(qiáng)度趨近于零,不能抵抗這種變形應(yīng)力而導(dǎo)致開裂?；炷林姓舭l(fā)和吸收水分的速度越快,塑性收縮裂縫越容易產(chǎn)生,而商品混凝土由于為了滿足可泵性、流動性、出機(jī)時(shí)混凝土的塌落度和砂率比普通混凝土大很多,早期強(qiáng)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(yīng)力裂縫

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

4、施工工藝質(zhì)量引起的裂縫

在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)澆注、構(gòu)件制作、起模、運(yùn)輸、堆放、拼裝及吊裝過程中,若施工工藝不合理,施工質(zhì)量低劣,可能產(chǎn)生各種形式的裂縫,特別是細(xì)長薄壁結(jié)構(gòu)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(chǎn)生原因而異,比較典型且常見的如下:①鋼筋混凝土保護(hù)層過厚,或亂踩綁扎的上層鋼筋,使承受負(fù)彎矩的鋼筋保護(hù)層加厚,導(dǎo)致構(gòu)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(shí)、不均勻,出現(xiàn)蜂窩、麻面、空洞,導(dǎo)致鋼筋銹蝕或形成其它荷載裂縫的起源點(diǎn)。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(shí)過大,容易在澆注數(shù)小時(shí)后發(fā)生裂縫,即塑性收縮裂縫。④混凝土攪拌、運(yùn)輸時(shí)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(shí),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(dǎo)致混凝土凝結(jié)硬化時(shí)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(shí),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(gòu)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(shí)模板剛度不足,在澆注混凝土?xí)r,因側(cè)向壓力的作用使得模板變形,產(chǎn)生與模板變形一致的裂縫。⑨施工時(shí)拆模過早,混凝土強(qiáng)度不足,使得構(gòu)件在自重或施工荷載作用下產(chǎn)生裂縫。

5、原材料質(zhì)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|(zhì)量不合格,可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)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(qiáng)度和抗?jié)B性,還會使混凝土干燥時(shí)產(chǎn)生不規(guī)則的網(wǎng)狀裂縫。砂石的級配差,或砂顆粒過細(xì),用這種材料拌制的混凝土常造成側(cè)面裂縫。堿骨料反應(yīng)。骨料中含有泥性硅化物質(zhì)與堿性物質(zhì)相遇,水、硅反應(yīng)會生成膨脹的膠質(zhì),吸水后造成局部膨脹和拉應(yīng)力,則構(gòu)件產(chǎn)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(zhì)含量較高時(shí)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(yīng)有影響。

二、 混凝土裂縫常見預(yù)防措施

1、塑型沉降裂縫預(yù)防措施

此類裂縫預(yù)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(zhì)性,攪拌運(yùn)輸卸料前先高速運(yùn)轉(zhuǎn)20—30秒,然后反轉(zhuǎn)卸料;③施工過程中應(yīng)經(jīng)常觀察模板的位移和混凝土澆搗的密實(shí)情況,不能漏振、過振使混凝土離析分層;④施工過程中嚴(yán)禁隨意加水。

塑性收縮裂縫預(yù)防措施

2、此類裂縫預(yù)防的措施如下:①施工單位在澆注混凝土后要及時(shí)覆蓋養(yǎng)護(hù),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(jī)塌落度、降低砂率、嚴(yán)格控制骨料的含泥量。

3、溫度應(yīng)力裂縫預(yù)防措施

此類裂縫預(yù)防措施如下:①降低混凝土發(fā)熱量。選用水化熱低、凝結(jié)時(shí)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(qiáng)度并減少用水量及水泥用量,延長混凝土達(dá)到最高溫度時(shí)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(yán)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(yùn)輸工具、泵送管路盡量遮蔭,防止混凝土升溫;埋設(shè)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(shí)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(qiáng)度以抵抗開裂拉應(yīng)力。主要有蓄水養(yǎng)護(hù)和覆蓋灑水養(yǎng)護(hù)兩種方式,養(yǎng)護(hù)時(shí)間一般不少于14d。

4、施工方面原因造成的裂縫預(yù)防措施

此類裂縫預(yù)防措施如下:①加強(qiáng)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(jìn)行看模,防止松扣下沉現(xiàn)象發(fā)生;試塊強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)允許值時(shí)方能拆模。②混凝土的成品保護(hù)。對澆筑好的板面,必須在混凝土強(qiáng)度達(dá)到1.2N/MM2 后方可上人。③鋼筋綁扎施工加強(qiáng)對負(fù)彎矩筋的管理。加密支撐馬凳的間距、確保板面負(fù)彎矩筋的保護(hù)層厚度。④振搗方式方法必須正確。振搗易快插、慢拔。振搗時(shí)間過短,混凝土不均勻;時(shí)間過長,易導(dǎo)致嚴(yán)重浮漿。

三、 混凝土裂縫常見補(bǔ)救措施

1、表面處理法:包括表面涂抹和表面補(bǔ)貼法。表面涂抹適用范圍是漿材難以灌入的細(xì)而淺的裂縫,深度未達(dá)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(bǔ)(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(yīng)用范圍廣,從細(xì)微裂縫到大裂縫均可適用,處理效果好。

3、填充法:用修補(bǔ)材料直接填充裂縫,一般用來修補(bǔ)較寬的裂縫,作業(yè)簡單,費(fèi)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(dá)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(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)法:因超荷載產(chǎn)生的裂縫、裂縫長時(shí)間不處理導(dǎo)致的混凝土耐久性降低、火災(zāi)造成的裂縫等影響結(jié)構(gòu)強(qiáng)度可采取結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)法。包括斷面補(bǔ)強(qiáng)法、錨固補(bǔ)強(qiáng)法、預(yù)應(yīng)力法等混凝土裂縫處理效果的檢查包括修補(bǔ)材料試驗(yàn);鉆心取樣試驗(yàn);壓水試驗(yàn);壓氣試驗(yàn)等。

四、 濟(jì)南市政務(wù)中心工程實(shí)例

濟(jì)南政務(wù)中心大廈15層框架剪力墻結(jié)構(gòu),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(qiáng)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(zhì)檢部門對該工程混凝土質(zhì)量進(jìn)行了現(xiàn)場檢測,檢測結(jié)果表明,混凝土抗壓強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求,混凝土的均質(zhì)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(yán)重,個(gè)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(chǎn)生的主要原因是:

(1)混凝土早期強(qiáng)度上升慢

(2)混凝土收縮

(3)混凝土養(yǎng)護(hù)不到位

該裂縫為非結(jié)構(gòu)受力裂縫,雖然對結(jié)構(gòu)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(yīng)根據(jù)裂縫情況進(jìn)行必要的處理。經(jīng)集體技術(shù)部研究決定,報(bào)設(shè)計(jì)院通過做如下處理:

1、對寬度小于0.3mm的裂縫進(jìn)行封縫處理。可沿裂縫用環(huán)氧樹脂膠泥對其進(jìn)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(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。

施工注意事項(xiàng):

(1)封閉前,應(yīng)對裂縫表面進(jìn)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(jī)溶液,把沿裂縫兩側(cè)20～30mm處擦洗干凈并保持干燥。

(2)裂縫處理好后,先在裂縫兩側(cè)寬20～30mm范圍內(nèi)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(shí)應(yīng)防止產(chǎn)生小孔和氣泡,表面需要刮平整,保證封閉嚴(yán)密。

2、較寬裂縫的處理對寬度大于0.3mm的裂縫進(jìn)行化學(xué)壓力灌漿處理。采用環(huán)氧樹脂漿液進(jìn)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(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。

施工注意事項(xiàng):

(1)對裂縫表面進(jìn)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(shí)先沿裂縫打開,再向兩側(cè)加寬,鑿?fù)旰笥娩摻z刷及壓縮空氣將混凝土碎屑粉塵清除干凈。

(2)埋設(shè)灌漿嘴的間距可根據(jù)裂縫的深度確定,一般為350～500mm。埋設(shè)時(shí),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(jìn)漿孔騎縫粘貼在預(yù)定的位置上。

(3)裂縫封閉后,應(yīng)進(jìn)行壓氣試漏,檢查密閉效果。試漏須待封縫膠泥有一定強(qiáng)度后進(jìn)行。

(4)灌漿機(jī)具、器具、及管子在灌漿前應(yīng)進(jìn)行檢查,運(yùn)行正常時(shí)方可使用。灌漿結(jié)束后,應(yīng)立即拆除管道,并用丙酮沖洗管道和設(shè)備。

(5)灌漿結(jié)束后,應(yīng)檢查補(bǔ)強(qiáng)效果和質(zhì)量,發(fā)現(xiàn)缺陷應(yīng)及時(shí)補(bǔ)救,確保工程質(zhì)量。

五、結(jié) 語

綜上所述,混凝土裂縫問題一直嚴(yán)重困擾著混凝土的施工質(zhì)量,在混凝土生產(chǎn)以及施工過程中有針對性地采取預(yù)防措施,盡可能采取有效的技術(shù)措施控制裂縫,使結(jié)構(gòu)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(zhì)量,使建筑物具備良好的耐久性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

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