混凝土裂缝及处理

1 混凝土裂缝成因分析与处理混凝土裂缝成因分析与处理 一 混凝土裂缝的分类 混凝土裂缝是混凝土的一种常见病和多发病 病情绝大多数发生于施工阶段 其原因复杂 多变 为了分析其成因 试作如下大致分类 从裂缝外观可分成微观裂缝和宏观裂缝两大类 微观裂缝是指肉眼看不到的 砼内部固有的一种裂缝 它是不连贯的 宽度一般在 0 05mm 以下 但是要比肉眼可见的即宏观裂缝多得多 这种砼本身固有的微观裂缝 在荷载不超过设计规定的条件下 一般视为无害 用实体显 微镜观察 X 射线或超声波探测仪等物理检验手段都可鉴定出这种裂缝 另外一种最直接 的方法就是用渗水观察 一定压力的水可以从砼内部的裂缝中渗透出来 宏观裂缝宽度在 0 05mm 以上 并且认为宽度小于 0 2 0 3mm 的裂缝是无害的 但是这 里必须有个前提 即裂缝不再扩展 为最终宽度 宏观裂缝可分为以下几种 收缩裂缝 在施工阶段因水泥水化热及外部气温的作用引起砼收缩而产生的裂缝 多为 规则的条状 很少交 常发生在结构变截面处 往往与受力钢筋平行 收缩裂缝多发生在 大体积砼中 梁 板 柱等小块体构件 特别是预应力构件极少产生收缩裂缝 砼收缩裂 缝危害较大 尤其是暴露在大气中的构筑物 影响更大 如不加以防止 可能会造成严重 后果 超载裂缝 砼构件超荷载使用时 造成变形 失稳或因疲劳等原因产生裂缝 一般均发 生在构件受弯矩最大的部位 成条状 但分布不象收缩裂缝那样均匀 扩展方向也相反 一般沿受力钢筋垂直方向或斜向发展 产生超载裂缝的原因 往往是施工阶段在构件上不 适当地施加施工荷载或者是上部建筑过早施工 另外 温度应力影响也是原因之一 沉降裂缝 因地基差异沉降或构件接合不良 剪应力超过设计强度而产生的一种砼裂缝 多见于填土地基 桩基沉降不均匀的各种基础与墙体 这种裂缝一般与地面垂直 或成 30 40 角方向发展 宽度因荷载大小而异 与成降值成比例 沉降裂缝危害极大 并且 极难处理 因此必须在设计上采取有效措施 施工 使用中也要加强观测 监视 龟裂裂缝 施工阶段因配料 搅拌 浇筑 养护等各环节的操作不当均能产生 其中以 养护环节为关键 裂缝成龟壳状或散射状 无规律 长度 宽度也不一致 疏松裂缝 砼浇筑时因下料不均 致使砼材料离析 或因漏振 过振而产生的疏松状态 裂缝 如果它延续到砼表面 当然容易发现 如果只产生在砼内部 则不能直接表现出来 这种疏松带长度不等 视下料或振捣情况而异 二 裂缝的成因 砼裂缝成因很多 但可以主要归纳为以下几点 砼的收缩 收缩是砼的一个主要特性 对砼的性能有很大影响 由于收缩而产生的微观裂缝一旦发展 则有可能引起结构物的开裂 变形甚至破坏 温度应力 砼内的水泥在水化反应中散出大量热量 使砼升温 并与外部气温形成一定的温差 从而 产生温度应力 其大小与温差有关 并直接影响到砼的开裂及裂缝宽度 配筋不足 从实践中观察到 配筋间距大 配筋率小的砼结构开裂多 无筋砼比有筋砼开裂多 砼材料及配合比 配合比设计不当直接影响砼的抗拉强度 是造成砼开裂不可忽视的原因 配合比不当指水 2 泥用量过大 水灰比大 含砂率不适当 骨料种类不佳 选用外加剂不当等 这几个因素 是互相关联的 有关试验资料显示 用水量不变时 水泥用量每增加 10 混凝土收缩增加 5 水泥用量 不变时 用水量每增加 10 混凝土强度降低 20 混凝土与钢筋的粘结力降低 10 养护条件 养护是使砼正常硬化的重要手段 养护条件对裂缝的出现有着关键的影响 在标准养护条 件下 砼硬化正常 不会开裂 但只适用于试块或是工厂的预制件生产 现场施工中不可 能拥有这种条件 但是必须注意到 现场砼养护越接近标准条件 砼开裂可能性就越小 施工质量 砼浇筑施工中 振捣不均匀 或是漏振 过振等情况 会造成砼离析 密实度差 降低结 构的整体强度 砼内部气泡不能完全排除时 裂缝在钢筋表面 泡则降低了砼与钢筋的粘结 力 钢筋若受到过多振动 则水泥浆在钢筋周围密集 也将大大降低粘结力 这些因素都会造成砼较大的收缩 致使砼微观裂缝迅速扩展 形成宏观裂缝 三 砼裂缝预防措施 根据砼裂缝成因 采取适当措施进行预防要比事后补救有效的多 也就是说采取以防为主 的方法 归纳起来 可以从以下几个方面着手 设计 在设计上要注意到那些容易开裂的部位 如深基与浅基 高低跨处等 应考虑到由于地基 的差异沉降或结构原因而引起的薄弱环节 在设计中加以解决 在构件截面允许 配筋率 不变而且浇筑方便的条件下 钢筋直径越细 间距越小则对预防开裂越有利 施工方案 良好的施工方案与预防 控制裂缝有很大的关系 施工方案主要应确定一定浇筑量 施工 缝间距 位置及构造 浇筑时间 运输及振捣等 一次浇筑长度由垂直施工缝分割 最好 是设置在变截面处或承受拉 剪 弯应力较小的部位 除控制一次浇筑厚度外 分层位置 即水平施工缝留设位置也应加以注意 一般来说 因尽量留在变截面处 或远离受拉钢筋 部位而设在砼的受压区 确定浇筑时间的原则应尽量避开炎热天气和昼夜温差大的日子 如果必须在夏季施工 则应采取材料降温措施来控制砼入模温度 施工质量 由于施工质量原因而产生的裂缝发生率在 95 以上 如果在施工阶段控制住了裂缝 则在 使用阶段开裂的可能性就很小了 因此 施工阶段是裂缝预防的主要阶段 在施工阶段要 注意以下几个问题 首先砼要有合适的配合比 选择合适的配合比 不仅要满足强度要求 施工要求 还要从防止产生裂缝的需要出发 适当地选择好水灰比 在满足强度要求的原 则下 尽可能减少水泥用量 其次钢筋的成型和模板安装位置要准确 牢固 以免施工中 变形 钢筋上的污物和氧化铁皮要清除 以免影响粘结力 第三是浇筑 振捣操作合理 特别是振捣操作技术 往往不被人们重视 过分地振捣对砼均匀性有害 振捣不足也不能 保证砼应有的密实度 要恰到好处 养护 养护的目的是使砼正常硬化 强度增长 不受或少受外界影响 技术关键是设法使砼温度 级慢慢下降到接近外界气温 缩小降温过程中的温差 以便减小温度应力 阻力裂缝的产 生 常规养护方法是喷水 对一般砼结构 减小表面收缩 防止龟裂是可行的 大体积砼由于 块体内外温度不一致 强度增长不同 常常是在强度增长慢的表面开裂 其养护就不能只 满足于用常规方法 具体说 尽量晚拆模 拆模后要立即覆盖或及时回填 避开外界气候 的影响 养护期应以砼强度增长最快的阶段为准 即 7 至 28 天 最好能长些 3 四 砼裂缝常见修补方法 压力注浆法修补裂缝 a 机械动力法 利用压送设备 压力 0 2 0 4Mpa 将补缝浆液注入砼裂隙 达到闭塞的目 的 该方法属传统方法 效果很好 b 低压注浆法 利用弹性补缝器将注缝胶注入裂缝 不用电力 十分方便效果也很理想 开槽填补法修补裂缝 沿砼裂缝开凿成槽 用聚合物水泥砂浆将其填补封闭的方法称为开槽填补修补法 适用于 结构允许开槽而宽度较大但数量不多的裂缝 如墩台或路面砼的裂缝 涂膜封闭法修补裂缝 在砼表面涂刷防水涂膜以封闭微细裂缝的修补方法称涂膜封闭法 适用于宽度小于 0 2mm 的微细裂缝的修补 混凝土裂缝的预防与处理 作者 陈璐 李风云 一 前言 混凝土是一种由砂石骨料 水泥 水及其他外加材料混合而形成的非均质脆性材料 由于混凝土施工和本身变形 约束等一系列问题 硬化成型的混凝土中存在着众多的微孔 隙 气穴和微裂缝 正是由于这些初始缺陷的存在才使混凝土呈现出一些非均质的特性 微裂缝通常是一种无害裂缝 对混凝土的承重 防渗及其他一些使用功能不产生危害 但 是在混凝土受到荷载 温差等作用之后 微裂缝就会不断的扩展和连通 最终形成我们肉 眼可见的宏观裂缝 也就是混凝土工程中常说的裂缝 混凝土建筑和构件通常都是带缝工作的 由于裂缝的存在和发展通常会使内部的钢筋 等材料产生腐蚀 降低钢筋混凝土材料的承载能力 耐久性及抗渗能力 影响建筑物的外 观 使用寿命 严重者将会威胁到人们的生命和财产安全 很多工程的失事都是由于裂缝 的不稳定发展所致 近代科学研究和大量的混凝土工程实践证明 在混凝土工程中裂缝问 题是不可避免的 在一定的范围内也是可以接受的 只是要采取有效的措施将其危害程度 控制在一定的范围之内 钢筋混凝土规范也明确规定 1 有些结构在所处的不同条件下 允许存在一定宽度的裂缝 但在施工中应尽量采取有效措施控制裂缝产生 使结构尽可能 不出现裂缝或尽量减少裂缝的数量和宽度 尤其要尽量避免有害裂缝的出现 从而确保工 程质量 混凝土裂缝产生的原因很多 有变形引起的裂缝 如温度变化 收缩 膨胀 不均匀 沉陷等原因引起的裂缝 有外载作用引起的裂缝 有养护环境不当和化学作用引起的裂缝 等等 在实际工程中要区别对待 根据实际情况解决问题 二 凝土工程中常见裂缝及预防 1 干缩裂缝及预防 干缩裂缝多出现在混凝土养护结束后的一段时间或是混凝土浇筑完毕后的一周左右 水泥浆中水分的蒸发会产生干缩 且这种收缩是不可逆的 干缩裂缝的产生主要是由于混 凝土内外水分蒸发程度不同而导致变形不同的结果 混凝土受外部条件的影响 表面水分 损失过快 变形较大 内部湿度变化较小变形较小 较大的表面干缩变形受到混凝土内部 约束 产生较大拉应力而产生裂缝 相对湿度越低 水泥浆体干缩越大 干缩裂缝越易产 4 生 干缩裂缝多为表面性的平行线状或网状浅细裂缝 宽度多在 0 05 0 2mm 之间 大体 积混凝土中平面部位多见 较薄的梁板中多沿其短向分布 干缩裂缝通常会影响混凝土的 抗渗性 引起钢筋的锈蚀影响混凝土的耐久性 在水压力的作用下会产生水力劈裂影响混 凝土的承载力等等 混凝土干缩主要和混凝土的水灰比 水泥的成分 水泥的用量 集料 的性质和用量 外加剂的用量等有关 主要预防措施 一是选用收缩量较小的水泥 一般采用中低热水泥和粉煤灰水泥 降 低水泥的用量 二是混凝土的干缩受水灰比的影响较大 水灰比越大 干缩越大 因此在混 凝土配合比设计中应尽量控制好水灰比的选用 同时掺加合适的减水剂 三是严格控制混 凝土搅拌和施工中的配合比 混凝土的用水量绝对不能大于配合比设计所给定的用水量 四是加强混凝土的早期养护 并适当延长混凝土的养护时间 冬季施工时要适当延长混凝 土保温覆盖时间 并涂刷养护剂养护 五是在混凝土结构中设置合适的收缩缝 2 塑性收缩裂缝及预防 塑性收缩是指混凝土在凝结之前 表面因失水较快而产生的收缩 塑性收缩裂缝一般 在干热或大风天气出现 裂缝多呈中间宽 两端细且长短不一 互不连贯状态 较短的裂 缝一般长 20 30cm 较长的裂缝可达 2 3 宽 1 5mm 其产生的主要原因为 混凝土 在终凝前几乎没有强度或强度很小 或者混凝土刚刚终凝而强度很小时 受高温或较大风 力的影响 混凝土表面失水过快 造成毛细管中产生较大的负压而使混凝土体积急剧收缩 而此时混凝土的强度又无法抵抗其本身收缩 因此产生龟裂 影响混凝土塑性收缩开裂的 主要因素有水灰比 混凝土的凝结时间 环境温度 风速 相对湿度等等 主要预防措施 一是选用干缩值较小早期强度较高的硅酸盐或普通硅酸盐水泥 二是 严格控制水灰比 掺加高效减水剂来增加混凝土的坍落度和和易性 减少水泥及水的用量 三是浇筑混凝土之前 将基层和模板浇水均匀湿透 四是及时覆盖塑料薄膜或者潮湿的草 垫 麻片等 保持混凝土终凝前表面湿润 或者在混凝土表面喷洒养护剂等进行养护 五 是在高温和大风天气要设置遮阳和挡风设施 及时养护 3 沉陷裂缝及预防 沉陷裂缝的产生是由于结构地基土质不匀 松软 或回填土不实或浸水而造成不均匀 沉降所致 或者因为模板刚度不足 模板支撑间距过大或支撑底部松动等导致 特别是在 冬季 模板支撑在冻土上 冻土化冻后产生不均匀沉降 致使混凝土结构产生裂缝 此类 裂缝多为深进或贯穿性裂缝 其走向与沉陷情况有关 一般沿与地面垂直或呈 30 45 角 方向发展 较大的沉陷裂缝 往往有一定的错位 裂缝宽度往往与沉降量成正比关系 裂 缝宽度受温度变化的影响较小 地基变形稳定之后 沉陷裂缝也基本趋于稳定 主要预防措施 一是对松软土 填土地基在上部结构施工前应进行必要的夯实和加固 二是保证模板有足够的强度和刚度 且支撑牢固 并使地基受力均匀 三是防止混凝土浇 灌过程中地基被水浸泡 四是模板拆除的时间不能太早 且要注意拆模的先后次序 五是 在冻土上搭设模板时要注意采取一定的预防措施 4 温度裂缝及预防 温度裂缝多发生在大体积混凝土表面或温差变化较大地区的混凝土结构中 混凝土浇 筑后 在硬化过程中 水泥水化产生大量的水化热 当水泥用量在 350 550 kg m3 每立 方米混凝土将释放出 17500 27500kJ 的热量 从而使混凝土内部温度升达 70 左右甚至 更高 由于混凝土的体积较大 大量的水化热聚积在混凝土内部而不易散发 导致内部 温度急剧上升 而混凝土表面散热较快 这样就形成内外的较大温差 较大的温差造成内 部与外部热胀冷缩的程度不同 使混凝土表面产生一定的拉应力 实践证明当混凝土本身 温差达到 25 26 时 混凝土内便会产生大致在 10MPa 左右的拉应力 当拉应力超 过混凝土的抗拉强度极限时 混凝土表面就会产生裂缝 这种裂缝多发生在混凝土施工中 5 后期 在混凝土的施工中当温差变化较大 或者是混凝土受到寒潮的袭击等 会导致混凝 土表面温度急剧下降 而产生收缩 表面收缩的混凝土受内部混凝土的约束 将产生很大 的拉应力而产生裂缝 这种裂缝通常只在混凝土表面较浅的范围内产生 温度裂缝的走向通常无一定规律 大面积结构裂缝常纵横交错 梁板类长度尺寸较大 的结构 裂缝多平行于短边 深入和贯穿性的温度裂缝一般与短边方向平行或接近平行 裂缝沿着长边分段出现 中间较密 裂缝宽度大小不一 受温度变化影响较为明显 冬季 较宽 夏季较窄 高温膨胀引起的混凝土温度裂缝是通常中间粗两端细 而冷缩裂缝的粗 细变化不太明显 此种裂缝的出现会引起钢筋的锈蚀 混凝土的碳化 降低混凝土的抗冻 融 抗疲劳及抗渗能力等 主要预防措施 一是尽量选用低热或中热水泥 如矿渣水泥 粉煤灰水泥等 二是减 少水泥用量 将水泥用量尽量控制在 450kg m3 以下 三是降低水灰比 一般混凝土的水灰 比控制在 0 6 以下 四是改善骨料级配 掺加粉煤灰或高效减水剂等来减少水泥用量 降低 水化热 五是改善混凝土的搅拌加工工艺 在传统的 三冷技术 的基础上采用 二次风冷 新工艺 降低混凝土的浇筑温度 六是在混凝土中掺加一定量的具有减水 增塑 缓凝等 作用的外加剂 改善混凝土拌合物的流动性 保水性 降低水化热 推迟热峰的出现时间 七是高温季节浇筑时可以采用搭设遮阳板等辅助措施控制混凝土的温升 降低浇筑混凝土 的温度 八是大体积混凝土的温度应力与结构尺寸相关 混凝土结构尺寸越大 温度应力 越大 因此要合理安排施工工序 分层 分块浇筑 以利于散热 减小约束 九是在大体 积混凝土内部设置冷却管道 通冷水或者冷气冷却 减小混凝土的内外温差 十是加强混 凝土温度的监控 及时采取冷却 保护措施 十一是预留温度收缩缝 十二是减小约束 浇筑混凝土前宜在基岩和老混凝土上铺设 5mm 左右的砂垫层或使用沥青等材料涂刷 十 三是加强混凝土养护 混凝土浇筑后 及时用湿润的草帘 麻片等覆盖 并注意洒水养护 适当延长养护时间 保证混凝土表面缓慢冷却 在寒冷季节 混凝土表面应设置保温措施 以防止寒潮袭击 十四是混凝土中配置少量的钢筋或者掺入纤维材料将混凝土的温度裂缝 控制在一定的范围之内 5 化学反应引起的裂缝及预防 碱骨料反应裂缝和钢筋锈蚀引起的裂缝是钢筋混凝土结构中最常见的由于化学反应而 引起的裂缝 混凝土拌和后会产生一些碱性离子 这些离子与某些活性骨料产生化学反应并吸收周 围环境中的水而体积增大 造成混凝土酥松 膨胀开裂 这种裂缝一般出现中混凝土结构 使用期间 一旦出现很难补救 因此应在施工中采取有效措施进行预防 主要的预防措施 一是选用碱活性小的砂石骨料 二是选用低碱水泥和低碱或无碱的外加剂 三是选用合适 的掺和料抑制碱骨料反应 由于混凝土浇筑 振捣不良或者是钢筋保护层较薄 有害物质进入混凝土使钢筋产生 锈蚀 锈蚀的钢筋体积膨胀 导致混凝土胀裂 此种类型的裂缝多为纵向裂缝 沿钢筋的 位置出现 通常的预防措施有 一是保证钢筋保护层的厚度 二是混凝土级配要良好 三 是混凝土浇注要振捣密实 四是钢筋表层涂刷防腐涂料 三 裂缝处理 裂缝的出现不但会影响结构的整体性和刚度 还会引起钢筋的锈蚀 加速混凝土的碳 化 降低混凝土的耐久性和抗疲劳 抗渗能力 因此根据裂缝的性质和具体情况我们要区 别对待 及时处理 以保证建筑物的安全使用 混凝土裂缝的修补措施主要有以下一些方法 表面修补法 灌浆 嵌逢封堵法 结构 加固法 混凝土置换法 电化学防护法以及仿生自愈合法 1 表面修补法 6 表面修补法是一种简单 常见的修补方法 它主要适用于稳定和对结构承载能力没有 影响的表面裂缝以及深进裂缝的处理 通常的处理措施是在裂缝的表面涂抹水泥浆 环氧 胶泥或在混凝土表面涂刷油漆 沥青等防腐材料 在防护的同时为了防止混凝土受各种作 用的影响继续开裂 通常可以采用在裂缝的表面粘贴玻璃纤维布等措施 2 灌浆 嵌逢封堵法 灌浆法主要适用于对结构整体性有影响或有防渗要求的混凝土裂缝的修补 它是利用 压力设备将胶结材料压入混凝土的裂缝中 胶结材料硬化后与混凝土形成一个整体 从而 起到封堵加固的目的 常用的胶结材料有水泥浆 环氧树脂 甲基丙烯酸酯 聚氨酯等化 学材料 嵌缝法是裂缝封堵中最常用的一种方法 它通常是沿裂缝凿槽 在槽中嵌填塑性或刚 性止水材料 以达到封闭裂缝的目的 常用的塑性材料有聚氯乙烯胶泥 塑料油膏 丁基 橡胶等等 常用的刚性止水材料为聚合物水泥砂浆 3 结构加固法 当裂缝影响到混凝土结构的性能时 就要考虑采取加固法对混凝土结构进行处理 结 构加固