混凝土結(jié)構(gòu)裂縫問題分析與防治
2011-01-05 00:00
一、混凝土裂縫類型及成因
實際上，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(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，此時混凝土強度趨近于零，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(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，此時混凝土的齡期很短，抗拉強度很低，如果溫差產(chǎn)生的表面拉應(yīng)力，超過此時的混凝土極限抗拉強度，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:
?、黉摻罨炷帘Ｗo(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、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。
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。
?、芑炷翑嚢?、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。
?、萦帽盟突炷潦┕r，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)硬化時收縮量增加，混凝土表面出現(xiàn)不規(guī)則裂縫。
?、藁炷练謱踊蚍侄螡沧r，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。
?、呋炷猎缙谑軆觯箻?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。
?、嗍┕r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施工時拆模過早，混凝土強度不足，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。混凝土所采用材料的質(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度和抗?jié)B性，還會使混凝土干燥時產(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，攪拌運輸卸料前先高速運轉(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。
2、塑性收縮裂縫預(yù)防措施
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(dá)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(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(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；試塊強度達(dá)到設(shè)計允許值時方能拆模。
②混凝土的成品保護(hù)。對澆筑好的板面，必須在混凝土強度達(dá)到1.2N／MM2 后方可上人。
③鋼筋綁扎施工加強對負(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。振搗時間過短，混凝土不均勻；時間過長，易導(dǎo)致嚴(yán)重浮漿。
三 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(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（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(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)補強法：因超荷載產(chǎn)生的裂縫、裂縫長時間不處理導(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)強度可采取結(jié)構(gòu)補強法。包括斷面補強法、錨固補強法、預(yù)應(yīng)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。
四 濟南市政務(wù)中心工程實例
濟南政務(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，混凝土抗壓強度滿足設(shè)計要求，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，報設(shè)計院通過做如下處理：
1、對寬度小于0.3mm的裂縫進(jìn)行封縫處理?？裳亓芽p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)場實際情況進(jìn)行調(diào)整。
施工注意事項：
（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)場實際情況
進(jìn)行調(diào)整。
施工注意事項：
?。?）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20mm×20mm。鑿槽時先沿裂縫打開，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。
?。?）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，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。
?。?）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度后進(jìn)行。
?。?）灌漿機具、器具、及管子在灌漿前應(yīng)進(jìn)行檢查，運行正常時方可使用。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。
?。?）灌漿結(jié)束后，應(yīng)檢查補強效果和質(zhì)量。
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