淺析混凝土裂縫的原因、預防與處理
關鍵詞:水泥混凝土 裂縫 原因 分析 處理
1.混凝土裂縫的分類
混凝土裂縫是混凝土的一種常見病和多發(fā)病。病情絕大多數發(fā)生于施工階段,其原因復雜多變,一般可分為微觀裂縫和宏觀裂縫兩大類。
微觀裂縫是指肉眼看不到的、砼內部固有的一種裂縫,它是不連貫的,呈規(guī)則或不規(guī)則的網絡狀。寬度一般在0.05mm以下,這種砼本身固有的微觀裂縫,荷載不超過設計規(guī)定的條件下,一般視為無害。雖然細裂縫不影響混凝土的結構整體性,不影響其耐久性和耐磨性,但它十分顯眼,影響美觀。
宏觀裂縫寬度在0.05mm以上,并且認為寬度小于0.2~0.3mm的裂縫是無害的,但是這里必須有個前提,即裂縫不再擴展,為最終寬度。
2.混凝土裂縫的成因
裂縫產生的形式和種類很多,有設計方面的原因,但更多的是施工過程的各種因素組合產生的,要根本解決混凝土中裂縫問題,還是需要從混凝土裂縫的形成原因人手。正確判斷和分析混凝土裂縫的成因是有效地控制和減少混凝土裂縫產生的最有效的途徑。
2.1 砼的收縮。
收縮是砼的一個主要特性,對砼的性能有很大影響。由于收縮而產生的微觀裂縫一旦發(fā)展,則有可能引起結構物的開裂、變形甚至破壞。產生收縮裂縫的原因,一般認為在施工階段因水泥水化熱及外部氣溫的作用引起砼收縮而產生的裂縫。多為規(guī)則的條狀,很少交叉。常發(fā)生在結構變截面處,往往與受力鋼筋平行。收縮裂縫多發(fā)生在大體積砼中,梁、板、柱等小塊體構件,預應力構件極少產生收縮裂縫。砼收縮裂縫危害較大,尤其是暴露在大氣中的構筑物,影響更大。如不加以防止,可能會造成嚴重后果。
2.2 混凝土材料及配合比。
配合比設計不當直接影響砼的抗拉強度,是造成砼開裂不可忽視的原因。配合比不當指水泥用量過大,水灰比大,含砂率不適當,骨料種類不佳,選用外加劑不當等,這幾個因素是互相關聯的。有關試驗資料顯示:用水量不變時,水泥用量每增加10%,混凝土收縮增加5%;水泥用量不變時,用水量每增加10%,混凝土強度降低20%,混凝土與鋼筋的粘結力降低10%。合肥市近兩年發(fā)現不少商品混凝土澆搗的樓板出現裂縫,總結的原因有如下方面:
2.2.1 粗細集料含泥量過大,造成混凝土收縮增大。集料顆粒級配不良或采取不恰當的間斷級配,容易造成混凝土收縮的增大,誘導裂縫的產生。
2.2.2 骨料粒徑越細、針片含量越大,混凝土單方用灰量、用水量增多,收縮量增大。
2.2.3 混凝土外加劑、摻和料選擇不當、或摻量不當,嚴重增加混凝土收縮。
2.2.4 水泥品種原因,礦渣硅酸鹽水泥收縮比普通硅酸鹽水泥收縮大。
2.2.5 水泥等級及混凝土強度等級原因:水泥等級越高、細度越細、早強越高對混凝土開裂影響很大?;炷猎O計強度等級越高,混凝土脆性越大、越易開裂。
2.2.6 堿—骨料反應,水泥中的堿和一些含硅骨料之間的化學反應,有時會導致非正常膨脹,產生大量網狀裂紋。
2.3 施工及現場養(yǎng)護原因。
2.3.1 現場澆搗混凝土時,振搗或插入不當,漏振、過振或振搗棒抽撤過快,均會影響混凝土的密實性和均勻性,誘導裂縫的產生。
2.3.2 高空澆注混凝土,風速過大、烈日暴曬,混凝土收縮值大。
2.3.3 對大體積混凝土工程,缺少兩次抹面,易產生表面收縮裂縫。
2.3.4 大體積混凝土澆注,對水化計算不準、現場混凝土降溫及保溫工作不到位,引起混凝土內部溫度過高或內外溫差過大,混凝土產生溫度裂縫。
2.3.5 現場養(yǎng)護措施不到位,混凝土早期脫水,引起收縮裂縫。
2.3.6 現場模板拆除不當,引起拆模裂縫或拆模過早。
2.3.7 現場預應力張拉不當(超張、偏心),引起混凝土張拉裂縫。
這些因素都會造成砼較大的收縮,產生龜裂裂縫或疏松裂縫,致使砼微觀裂縫迅速擴展,形成宏觀裂縫。
養(yǎng)護是使砼正常硬化的重要手段。養(yǎng)護條件對裂縫的出現有著關鍵的影響。在標準養(yǎng)護條件下,砼硬化正常,不會開裂,但只適用于試塊或是工廠的預制件生產,現場施工中不可能擁有這種條件。但是必須注意到,現場砼養(yǎng)護越接近標準條件,砼開裂可能性就越小。
2.4 使用原因(外界因素)。
2.4.1 構筑物基礎不均勻沉降,產生沉降裂縫。
2.4.2 使用荷載超負。
2.4.3 野蠻裝修,隨意拆除承重墻或鑿洞等,引起裂縫。
2.4.4 周圍環(huán)境影響,酸、堿、鹽等對構筑物的侵蝕,引起裂縫。
2.4.5 意外事件,火災、輕度地震等引起構筑物的裂縫。
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3.混凝土裂縫預防措施
根據砼裂縫成因,采取適當措施進行預防要比事后補救有效的多。也就是說采取以防為主的方法,歸納起來,可以從以下幾個方面著手:
3.1 設計。
在設計上要注意到那些容易開裂的部位,如深基與淺基、高低跨處等,應考慮到由于地基的差異沉降或結構原因而引起的薄弱環(huán)節(jié),在設計中加以解決。在構件截面允許、配筋率不變而且澆筑方便的條件下,鋼筋直徑越細、間距越小則對預防開裂越有利。
3.2 施工方案。
良好的施工方案與預防、控制裂縫有很大的關系。施工方案主要應確定一定澆筑量、施工縫間距、位置及構造、澆筑時間、運輸及振搗等。一次澆筑長度由垂直施工縫分割,最好是設置在變截面處或承受拉、剪、彎應力較小的部位。除控制一次澆筑厚度外,分層位置即水平施工縫留設位置也應加以注意,一般來說,因盡量留在變截面處,或遠離受拉鋼筋部位而設在砼的受壓區(qū),確定澆筑時間的原則應盡量避開炎熱天氣和晝夜溫差大的日子。如果必須在夏季施工,則應采取材料降溫措施來控制砼入模溫度。
3.3 施工質量。
由于施工質量原因而產生的裂縫發(fā)生率在95%以上。如果在施工階段控制住了裂縫,則在使用階段開裂的可能性就很小了。因此,施工階段是裂縫預防的主要階段,在施工階段要注意以下幾個問題:首先砼要有合適的配合比,選擇合適的配合比,不僅要滿足強度要求、施工要求,還要從防止產生裂縫的需要出發(fā)。適當地選擇好水灰比,在滿足強度要求的原則下,盡可能減少水泥用量。其次鋼筋的成型和模板安裝位置要準確、牢固,以免施工中變形。鋼筋上的污物和氧化鐵皮要清除,以免影響粘結力。第三是澆筑、振搗操作合理,特別是振搗操作技術,往往不被人們重視。過分地振搗對砼均勻性有害,振搗不足也不能保證砼應有的密實度,要恰到好處。
3.4 養(yǎng)護。
養(yǎng)護的目的是使砼正常硬化,強度增長,不受或少受外界影響。技術關鍵是設法使砼溫度級慢慢下降到接近外界氣溫,縮小降溫過程中的溫差。以便減小溫度應力,阻力裂縫的產生。
常規(guī)養(yǎng)護方法是噴水,對一般砼結構,減小表面收縮,防止龜裂是可行的。大體積砼由于塊體內外溫度不一致,強度增長不同,常常是在強度增長慢的表面開裂,其養(yǎng)護就不能只滿足于用常規(guī)方法。具體說,盡量晚拆模,拆模后要立即覆蓋或及時回填,避開外界氣候的影響,養(yǎng)護期應以砼強度增長最快的階段為準,即7至28天,最好能長些。
4.混凝土裂縫的處理方法
在修補裂縫前應全面考慮與之相關的各種影響因素,仔細研究產生裂縫的原因,裂縫是否已經穩(wěn)定,若仍處于發(fā)展過程,要估計該裂縫發(fā)展的最終狀態(tài)。裂縫的現狀調查(裂縫類型和寬度);有無病害(漏水、鋼筋銹蝕);產生裂縫的經過(發(fā)生時間和過程);施工記錄的檢查;根據混凝土鉆芯檢查構件的強度、厚度;荷載調查;中性化試驗;鋼筋調查(鋼筋位置、細筋數量及有無銹蝕);地基調查;混凝土分析;荷載試驗;振動試驗。
4.1 表面修補法。
表面修補法是一種簡單、常見的修補方法,它主要適用于穩(wěn)定和對結構承載能力沒有影響的表面裂縫以及深進裂縫的處理。通常的處理措施是在裂縫的表面涂抹水泥漿、環(huán)氧膠泥或在混凝土表面涂刷油漆、瀝青等防腐材料,在防護的同時為了防止混凝土受各種作用的影響繼續(xù)開裂,通??梢圆捎迷诹芽p的表面粘貼玻璃纖維布等措施。
4.2 灌漿、嵌縫封堵法。
灌漿法主要適用于對結構整體性有影響或有防滲要求的混凝土裂縫的修補,它是利用壓力設備將膠結材料壓入混凝土的裂縫中,膠結材料硬化后與混凝土形成一個整體,從而起到封堵加固的目的。常用的膠結材料有水泥漿、環(huán)氧樹脂、甲基丙烯酸酯、聚氨酯等化學材料。
嵌縫法是裂縫封堵中最常用的一種方法,它通常是沿裂縫鑿槽,在槽中嵌填塑性或剛性止水材料,以達到封閉裂縫的目的。常用的塑性材料有聚氯乙烯膠泥、塑料油膏、丁基橡膠等等;常用的剛性止水材料為聚合物水泥砂漿。
4.3 結構加固法。
當裂縫影響到混凝土結構的性能時,就要考慮采取加固法對混凝土結構進行處理。結構加固中常用的主要有以下幾種方法:加大混凝土結構的截面面積,在構件的角部外包型鋼、采用預應力法加固、粘貼鋼板加固、增設支點加固以及噴射混凝土補強加固。
4.4 混凝土置換法。
混凝土置換法是處理混凝土嚴重損壞的一種有效方法,此方法是先將損壞的混凝土剔除,然后再置換新的混凝土或其他材料。常用的置換材料有:普通混凝土或水泥砂漿、聚合物或改性聚合物混凝土或砂漿。
4.5 電化學防護法。
電化學防腐是利用施加電場在介質中的電化學作用,改變混凝土或鋼筋混凝土所處的環(huán)境狀態(tài),鈍化鋼筋,以達到防腐的目的。陰極防護法、氯鹽提取法、堿性復原法是化學防護法中常用而有效的三種方法。
4.6 仿生自愈合法。
仿生自愈合法是一種新的裂縫處理方法,它模仿生物組織對受創(chuàng)傷部位自動分泌某種物質,而使創(chuàng)傷部位得到愈合的機能,在混凝土的傳統(tǒng)組分中加入某些特殊組分如含粘結劑的液芯纖維或膠囊,在混凝土內部形成智能型仿生自愈合神經網絡系統(tǒng),當混凝土出現裂縫時分泌出部分液芯纖維可使裂縫重新愈合。
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,使結構盡量不出現裂縫,或盡量減少裂縫的數量和寬度,特別是避免有害裂縫的出現,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。
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