浅析常见混凝土结构裂缝形成原因及预防措施

1 浅析常见混凝土结构裂缝原因及防治措施 程守智 在实际施工过程中 混凝土结构的开裂问题是一个普遍存在而又难于解决的工程实 际问题 在建筑物的建造和使用过程中 有关因出现裂缝而影响工程质量甚至导致结构 垮塌的报道屡见不鲜 混凝土开裂可以说是 常发病 和 多发病 经常困扰着工程技 术人员 本文对混凝土结构工程中常见的一些裂缝现象进行了探讨分析 并针对具体情 况提出了一些预防措施 一 总述一 总述 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身和财产安全 二 混凝土结构裂缝种类和成因二 混凝土结构裂缝种类和成因 混凝土结构裂缝的成因复杂而繁多 每一条裂缝均有其产生的一种或几种主要原因 混凝土结构裂缝的种类 就其产生的原因 大致可划分如下几种 一 荷载引起的裂缝 混凝土结构在常规静 动荷载及次应力下产生的裂缝称荷载裂缝 归纳起来主要有 直接应力裂缝 次应力裂缝两种 1 直接应力裂缝是指外荷载引起的直接应力产生的裂缝 裂缝产生的原因有 设计 计算阶段 施工阶段 使用阶段 2 次应力裂缝是指由外荷载引起的次生应力产生裂缝 3 荷载裂缝分类及其特征 荷载裂缝特征依荷载不同而异呈现不同的特点 这类裂 缝多出现在受拉区 受剪区或振动严重部位 但必须指出 如果受压区出现起皮或有沿受压方向的短裂缝 往往是结构达到承载 力极限的标志 是结构破坏的前兆 其原因往往是截面尺寸偏小 根据结构不同受力方 式 产生的裂缝特征如下 中心受拉 中心受压 受弯 大偏心受压 小偏心受压 受 剪 受扭 受冲切 局部受压 2 二 温度变化引起的裂缝 混凝土硬化期间水泥放出大量水化热 内部温度不断上升 在表面引起拉应力 后 期在降温过程中 由于受到基础或原有混凝上的约束 又会在混凝土内部出现拉应力 气温的降低也会在混凝土表面引起很大的拉应力 有时温度应力可超过其它外荷载所引起 的应力 当这些拉应力超出混凝土的抗裂能力时即会出现裂缝 温度裂缝区别其它裂缝 最主要特征是将随温度变化而扩张或合拢 3 收缩引起的裂缝 在实际工程中 混凝土因收缩所引起的裂缝是最常见的 在混凝土收缩种类中 塑 性收缩和缩水收缩 干缩 是发生混凝土体积变形的主要原因 另外还有自生收缩和炭 化收缩 塑性收缩 缩水收缩 干缩 自生收缩 炭化收缩 4 钢筋锈蚀引起的裂缝 由于混凝土质量较差或保护层厚度不足 由于锈蚀 使得钢筋有效断面面积减小 钢筋与混凝土握裹力削弱 结构承载力下降 并将诱发其它形式的裂缝 加剧钢筋锈蚀 导致结构破坏 要防止钢筋锈蚀 设计时应根据规范要求控制裂缝宽度 采用足够的保 护层厚度 当然保护层亦不能太厚 否则构件有效高度减小 受力时将加大裂缝宽度 施工时应控制混凝土的水灰比 加强振捣 保证混凝土的密实性 防止氧气侵入 同时 严格控制含氯盐的外加剂用量 沿海地区或其它存在腐蚀性强的空气 地下水地区尤其 应慎重 5 冻胀引起的裂缝 大气气温低于零度时 混凝土中膨胀力加大 混凝土强度降低 并导致裂缝出现 尤其是混凝土初凝时受冻最严重 成龄后混凝土强度损失可达 30 50 冬季施工时对预 应力孔道灌浆后若不采取保温措施也可能发生沿管道方向的冻胀裂缝 温度低于零度和 混凝土吸水饱和是发生冻胀破坏的必要条件 冬季施工时 采用电气加热法 暖棚法 地下蓄热法 蒸汽加热法养护以及在混凝土拌和水中掺入防冻剂 但氯盐不宜使用 可 保证混凝土在低温或负温条件下硬化 6 材料质量引起的裂缝 混凝土主要由水泥 砂 骨料 拌和水及外加剂组成 配置混凝土所采用材料质量 不合格 可能导致结构出现裂缝 水泥 砂 石骨料 拌和水或外加剂中氯化物等 杂质含量较高时对钢筋锈蚀有较大影响 采用海水或含碱泉水拌制混凝土 或采用含碱 的外加剂 可能对碱骨料反应有影响 3 7 施工质量引起的裂缝 在混凝土结构浇筑 构件制作 起模 运输 堆放 拼装及吊装过程中 若施工工 艺不合理 施工质量低劣 裂缝出现的部位和走向 裂缝宽度因产生的原因而异 比较 典型常见的有 混凝土保护层过厚 或乱踩已绑扎的上层钢筋 使承受负弯矩的受力 筋保护层加厚 导致构件的有效高度减小 形成与受力钢筋垂直方向的裂缝 混凝土 振捣不密实 不均匀 混凝土浇筑过快 混凝土流动性较低 混凝土搅拌 运输时 间过长 混凝土初期养护时急剧干燥 用泵送混凝土施工时 加大了水灰比 混 凝土分层或分段浇筑时 接头部位处理不好 混凝土早期受冻 施工时模板刚度不 足 施工时拆模过早 混凝土强度不足 使得构件在自重或施工荷载作用下产生裂缝 施工前对支架压实不足或支架刚度不足 浇筑混凝土后支架不均匀下沉 导致混凝土 11 出现裂缝 装配式结构 在构件运输 堆放时 支承垫木不在一条垂直线上 或悬臂 12 过长 或运输过程中剧烈颠撞 吊装时吊点位置不当 T 梁等侧向刚度较小的构件 侧向 无可靠的加固措施等 均可能产生裂缝 安装顺序不正确 对产生的后果认识不足 13 导致产生裂缝 如钢筋混凝土连续梁满堂支架现浇施工时 钢筋混凝土墙式护栏若与主 梁同时浇筑 拆架后墙式护栏往往产生裂缝 拆架后再浇筑护栏 则裂缝不易出现 施工质量控制差 14 三 混凝土结构裂缝的防治措施三 混凝土结构裂缝的防治措施 一 设计方面 1 设计中的 抗 与 放 在建筑设计中应处理好构件中 抗 与 放 的关系 所谓 抗 就是处于约束状 态下的结构 没有足够的变形余地时 为防止裂缝所采取的有力措施 而所谓 放 就 是结构完全处于自由变形无约束状态下 有足够变形余地时所采取的措施 设计人员应灵活地运用 抗一放 结合 或以 抗 为主 或以 放 为主的设计 原则 来选择结构方案和使用的材料 2 设计中应尽量避免结构断面突变带来的应力集中 如因结构或造型方面原因等而 不得以时 应充分考虑采用加强措施 3 积极采用补偿收缩混凝土技术 在常见的混凝土裂缝中 有相当部分都是由于混凝土收缩而造成的 要解决由于收 缩而产生的裂缝 可在混凝土中掺用膨胀剂来补偿混凝土的收缩 实践证明 效果是很 好的 4 4 重视对构造钢筋的认识 在结构设计中 设计人员应重视对于构造钢筋的配置 特别是于楼面 墙板等薄壁 构件更应注意构造钢筋的直径和数量的选择 5 对于大体积混凝土 建议在设计中考虑采用 60 天龄期混凝土强度值作为设计值 以减少混凝土单方用灰量 并积极采用各类行之有效的混凝土掺合料 二 材料选择和混凝土配合比设计方面 1 根据结构的要求选择合适的混凝土强度等级及水泥品种 等级 尽量避免采用早 强高的水泥 2 选用级配优良的砂 石原材料 含泥量应符合规范要求 3 积极采用掺合料和混凝土外加剂 4 正确掌握好混凝土补偿收缩技术的运用方法 5 配合比设计人员应深入施工现场 合理选择好混凝土的设计坍落度 针对现场的 砂 石原材料质量情况及时调整施工配合比 协助现场搞好构件的养护工作 三 现场操作方面 1 浇捣工作 浇捣时 振捣捧要快插慢拔 根据不同的混凝土坍落度正确掌握振捣 时间 避免过振或漏振 应提倡采用二次振捣 二次抹面技术 以排除泌水 混凝土内 部的水分和气泡 2 混凝土养护 在混凝土裂缝的防治工作中 对新浇混凝土的早期养护工作尤为重 要 以保证混凝土在早期尽可能少产生收缩 主要是控制好构件的湿润养护 对于大体 积混凝土 有条件时宜采用蓄水或流水养护 养护时间为 14 28 天 3 混凝土的降温和保温工作 对于厚大体积混凝土 施工时应充分考虑水泥水化热 问题 采取必要的降温措施 埋设散热孔 通水排热等 避免水化热高峰的集中出现 降低峰值 浇捣成型后 应采取必要的蓄水保温措施 表面覆盖薄膜 湿麻袋等进行养 护 以防止由于混凝土内外温差过大而引起的温度裂缝 4 避免在雨中或大风中浇灌混凝土 5 对于地下结构混凝土 尽早回填土 对减少裂缝有利 6 夏季应注意混凝土的浇捣温度 采用低温人模 低温养护 必要时经试验可采用 冰块 以降低混凝土原材料的温度 7 采用综合措施 控制混凝土初始温度 混凝土温度和温度变化 引起温差裂缝浇 筑时间尽量安排在夜间 最大限度降低混凝土的初凝温度 白天施工时要求在沙 石堆 5 场搭设简易遮阳装置 或用湿麻袋覆盖 必要时向骨料喷冷水 混凝土泵送时 在水平 及垂直泵管上加盖草袋 并喷冷水 四 因使用环境原因造成的裂缝防治 1 因使用期间气温湿度变化而形成的裂缝 一般不易根除 以采用对钢筋混凝土构 件的保护措施 减少大气湿度变化对构件变化的影响为宜 2 因多次冻融而产生的裂缝 除对已形成缺陷和损坏的部分要予以补强或加固外 宜添加对受冻混凝土构件的保温措施 3 因处于侵蚀性介质中而产生的大面积的缺陷和损伤 除应剔除受腐蚀和损伤的部 位予以补强或加固外 应使用矿渣水泥混凝土或水玻璃耐酸混凝土罩面加以保护 4 因地震灾害的损伤要采用抗震构造措施来预防 对已产生的不太严重的地震损伤 可参考震损建筑修复加固的办法来解决 另外 还可以从控制温度和改善约束条件两个方面着手 采用改善骨料级配 用干 硬性混凝土 掺混合料 加引气剂或塑化剂等措施以减少混凝土中的水泥用量 拌合混 凝土时加水或用水将碎石冷却以降低混凝土的浇筑温度 热天浇筑混凝土时减少浇筑厚 度 利用浇筑层面散热 在混凝土中埋设水管 通入冷水降温 规定合理的拆模时间 气温骤降时进行表面保温 以免混凝土表面发生急剧的温度梯度 施工中长期暴露的混 凝土浇筑块表面或薄壁结构 在寒冷季节采取保温措施 改善约束条件的措施是 合理地分缝分块 避免基础过大起伏 合理地安排施工工 序 避免过大的高差和侧面长期暴露 此外 改善混凝土的性能 提高抗裂能力 加强养护 防止表面干缩 特别是保证 混凝土的质量对防止裂缝十分重要 应特别注意避免产生贯穿裂缝 出现后要恢复其结 构的整体性十分困难 因此施工中应以预防贯穿性裂缝的发生为主 四 混凝土结构裂缝的处理方法四 混凝土结构裂缝的处理方法 一 表面处理法 表面涂抹和表面贴补法表面涂抹适用范围是浆材难以灌入的细而浅的裂缝 深度未 达到钢筋表面的发丝裂缝 不漏水的缝 不伸缩的裂缝以及不再活动的裂缝 表面贴补 土工膜或其它防水片 法适用于大面积漏水 蜂窝麻面等或不易确定具体漏水位置 变形缝 的防渗堵漏 二 填充法 6 用修补材料直接填充裂缝 一般用来修补较宽的裂缝 作业简单 费用低 宽度小 于 0 3mm 深度较浅的裂缝 或是裂缝中有充填物 用灌浆法很难达到效果的裂缝 以及 小规模裂缝的简易处理可采取开 V 型槽 然后作填充处理 三 灌浆法 此法应用范围广 从细微裂缝到大裂缝均可适用 处理效果好 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 也可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 四 结构补强法 因超荷载产生的裂缝 裂缝长时 间不处理导致的混凝土耐久性降低 火灾造成的裂 缝等影响结构强度可采取结构补强法 五 混凝土置换法 混凝土置换法是处理严重损坏混凝土的一种有效方法 此方法是先将损坏的混凝土 剔除 然后再置换入新的混凝土或其他材料 常用的置换材料有 普通混凝土或水泥砂 浆 聚合物或改性聚合物混凝土或砂浆 六 电化学防护法 电化学防腐是利用施加电场在介质中的电化学作用 改变混凝土或钢筋混凝土所处 的环境状态 钝化钢筋 以达到防腐的目的 阴极防护法 氯盐提取法 碱性复原法是 化学防护法中常用而有效的三种方法 这种方法的优点是防护方法受环境因素的影响较 小 适用钢筋 混凝土的长期防腐 既可用于已裂结构也可用于新建结构 七 仿生自愈合法 仿生自愈合法是一种新的裂缝处理方法 它模仿生物组织对受创伤部位自动分泌某 种物质 而使创伤部位得到愈合的机能 在混凝土的传统组分中加入某些特殊组分 如含 粘结剂的液芯纤维或胶囊 在混凝土内部形成智能型仿生自愈合神经网络系统 当混凝 土出现裂缝时分泌出部分液芯纤维可使裂缝重新愈合 六六 结 结 论论 裂缝是混凝土结构中