混凝土构件裂缝防治与耐久性讨论

1、混凝土构件裂缝防治与耐久性讨论摘要：钢筋混凝土裂缝问题是土木工程中普遍存在的问题。本文从裂缝的基本概念入手，通过对混凝土结构因温度变形、收缩变形、地基的不均匀沉降和外荷载等所产生的裂缝的角度分析和探讨了混凝土结构裂缝的成因。并详细阐述了混凝土裂缝和混凝土耐久性的关系，指出裂缝对耐久性的重要影响。通过分析裂缝的种类和产生的原因，合理选择结构形式，并从设计、材料、施工等方面提出解决措施，从而有效地控制和减少混凝土结构裂缝的产生。关键词：混凝土结构裂缝 耐久性1裂缝基本概念及成因123因为混凝土是多种材料组成的一种混合体，而且又是一种脆性材料，在受到温度、压力和外力的作用下，都有出现裂缝的可能性。产

2、生裂缝的原因，有以下诸方面：1.1 大体积混凝土水化热引起的裂缝水泥水化过程中会产生出大量的热量，每克水泥放出50.2J的热量，如果以水泥用量350550kg/m3来计算，每m3混凝土将放出1750027500kJ的热量，从而使混凝土内部温度升高，在浇注温度的基础上，通常升高35左右。国内外工程实践表明大尺寸构件由于水泥的水化热，混凝土内部和构件表面的温差可达7095。混凝土内部和表面形成温度梯度，使表面混凝土产生拉应力，硬化初期这种温差产生的拉应力很可能超过混凝土的抗拉强度因而产生裂缝。1.2 收缩裂缝随着现代混凝土的普及化，水泥用量的增加、水灰比的增加、骨料粒径的减小以及用水量的增加等都会

3、导致混凝土硬化时产生收缩变形。硬化后混凝土绝对体积减小，若这种变形受到边界的约束作用，便可能导致裂缝的产生。另外在配筋较高的构件中，即使边界没有约束，混凝土的收缩也会受到钢筋的限制而产生拉应力，从而可能引起构件产生局部裂缝。1.3 碱骨料化学反应引起的裂缝所谓碱骨料反应是指具有碱活性的粗骨料和水泥或混凝土中的碱起作用，造成混凝土开裂、强度和弹性模量下降、耐久性降低的工程质量问题。原因是当水泥含量较高时，同时又使用具有碱活性的粗骨料，水泥中碱性氧化物水解后形成的氢氧化钠、氢氧化钾与骨料中的活性氧化硅等起化学反应，生成不断吸水、膨胀、复杂的碱硅酸凝胶体，在粗骨料界面上明显膨胀，碱硅酸凝胶体的碱骨料

4、反应发展缓慢，造成早已凝结硬化的水泥石结构破坏、混凝土开裂、物理力学性能劣化、耐久性降低等问题。特征是表面产生无色至深褐色的离析凝胶物，在裂缝或裂缝附近有白色盐霜，有网状或呈现以粗骨料为核心的放射状裂缝。混凝土的抗压强度、抗拉强度和静力弹性模量明显下降。混凝土的碱骨料反应，一般出现在浇筑后的410周，这种作用可以持续若干年，混凝土的物理力学性能逐渐衰减，严重的会造成结构破坏。1.4 不均匀沉陷引起的裂缝主要原因是工程地质勘察报告与实际情况有出入、地基处理不到位，改建工程对原有地质情况估计有偏差，基础环境保护不好，如由于给水、排水、雨水浸泡，造成基础局部下沉。这种裂缝首先在主体结构中某一部位产生

5、裂缝，且发展较快，随后逐渐趋于稳定。1.5 冻胀引起的裂缝大气气温低于0时，吸水饱和的混凝土出现冰冻，游离的水转变成冰，体积膨胀，因而混凝土产生膨胀应力；尤其是混凝土初凝时受冻最严重，混凝土强度损失可达30%50%。温度低于0和混凝土吸水饱和是发生冻胀破坏的必要条件。当混凝土中骨料空隙多、吸水性强，骨料中含泥土等杂质过多，混凝土水灰比偏大、振捣不密实，养护不利使混凝土早期受冻等，均可能导致混凝土冻胀裂缝。1.6 外界温度变化引起的裂缝混凝土具有热胀冷缩性质，当外部环境温度发生变化，混凝土将发生变形，若变形遭到约束，则在结构内将产生应力，当应力超过混凝土抗拉强度时即产生温度裂缝。温度裂缝区别其它

6、裂缝最主要特征是将随温度变化而扩张或合拢。1.7 钢筋腐蚀引起的裂缝钢筋混凝土构件处于不利环境，如容易炭化或渗入氯离子和氧的海洋环境。当混凝土保护层过薄，特别是混凝土的密实性不良时，埋在混凝土中的钢筋将生锈，即产生氧化铁，氧化铁的体积比原来未锈蚀的金属大很多，铁锈体积膨胀，对周围混凝土挤压，使其胀裂，这种裂缝通常是“先锈后裂”，走向沿钢筋方向，称为“顺筋裂缝”，比较容易识别。“顺筋裂缝”发生后，更加速了钢筋的腐蚀，最后导致保护层成片脱落，这种“顺筋裂缝”对耐久性的影响较大。1.8 荷载裂缝钢筋混凝土构件在荷载作用下，截面受拉区主拉应力超过混凝土极限抗拉强度时混凝土即出现开裂，其裂缝宽度与钢筋应

7、力几乎成正比。此裂缝沿主拉应力方向开展，走向与主拉应力方向垂直。外荷载作用下常见荷载裂缝有：（1）偏心受力、受弯构件因抗拉钢筋配置太少或设计时没有按抗裂要求进行设计而产生的垂直于受拉主筋的弯曲裂缝；（2）受剪构件因混凝土强度低，截面小，抗剪钢筋不足引起的剪切裂缝；（3）偏心受力、受弯构件因混凝土截面小或受拉钢筋配置过多引起的受压混凝土裂缝；（4）受扭构件抗扭刚度能力不足引起斜裂缝。除以上几种裂缝外，还有混凝土塑性塌落，混凝土炭化等引起的裂缝，这里不再具体论述。2裂缝预防措施34钢筋混凝土结构的裂缝是不可避免的，但其有害程度可以控制。裂缝控制的主要方法是通过设计、施工、材料等方面的综合技术措施将

8、裂缝控制在无害范围内。2.1 设计方面设计人员必须尽可能考虑各种影响因素，根据不同的结构部位采取相应的合理配筋； 严格执行规范和强制性条文，做到既能满足结构安全，又尽可能地减少结构出现裂缝。( 1) 降低约束。主要是采取构造措施，设置各种连接缝以及在约束界面上设置滑动层、缓冲层等。( 2) 提高混凝土的抗裂形能。除规定构造配筋的数量和布置方法外，设计单位应在施工图或施工文件中提出对混凝土配比的具体要求。2.2 通过加强设计质量监控做好施工方案设计监理单位要充分发挥协调作用，会同建设、施工单位技术人员充分了解建设、设计意图，做好技术交流。施工前应做好混凝土配合比设计和试配检验，在满足混凝土设计标

9、号的前提下尽量减少单位用水量，拌制混凝土时掺入一定量的磨细粉煤灰，降低水泥用量以减少水化热量。另外，还要对装料顺序、搅拌时间、浇注点坍落度、入模温度、留茬部位进行规划，对模板进行设计，充分做好施工前的准备工作。2.3施工方面施工技术管理人员要充分认识裂缝产生的危害，加强对混凝土结构组成及新工艺的学习了解，提高质量意识，有效地避免有害裂缝的产生。（1）加强对进场材料的控制严把原材料质量关，使用的各种材料必须符合设计及国家有关规范标准要求，如尽量选用水化热较小的水泥品种，必要时可以加入缓凝剂，减缓浇注速度以利于散热，或加入适当的减水剂，减少水泥用量，降低水化热。（2） 施工过程的质量控制应根据设计

10、要求严格验收材料质量和强度、构件尺寸，避免或减少偷工减料现象； 按照施工规范要求，确定合理的施工方法、程序，混凝土搅拌均匀，振捣密实、养护及时，重视混凝土养护，包括湿度与温度两方面，防止温度变化过大引起混凝土表面开裂； 在现浇混凝土未达到设计强度时不得拆除支撑、模板或堆载过重； 正确留置施工缝。3裂缝的处理45混凝土裂缝的修补措施主要有以下一些方法：表面修补法，结构加固法，混凝土置换法，灌浆、嵌缝封堵法等。1)表面修补法：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

11、维布等措施。2)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。结构加固中常用的主要有以下几种方法：加大混凝土结构的截面面积，在构件的角部外包型钢、采用预应力法加固、粘贴钢板加固、增设支点加固以及喷射混凝土补强加固。3)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。4)灌浆、嵌缝封堵法：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

12、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。4裂缝、微裂缝和混凝土的耐久性的关系人们普遍认为，影响混凝土桥梁耐久性的一些主要原因，按主次顺序，依次为：钢筋的腐蚀、循环性冷冻与融化环境、碱硅反应和硫酸盐侵袭。上述每一项的膨胀开裂的机制中都牵扯到了水。不仅如此，水还是侵蚀性离子进入混凝土内部的主要载体。裂缝及其宽度对混凝土桥梁耐久起着

13、直接重要的作用，裂缝宽度大，结构耐久性失效的可能性也大。裂缝宽度达某一值时，结构的耐久性不能满足要求。同时，钢筋并不能消除或削减混凝土的收缩裂缝，它只是把一些大的裂缝变成细纹和微裂。然而，恰恰是那些肉眼看不见也无法测量的细纹和微裂才构成潜在通道，最终为离子从混凝土表面运动到钢筋建立了必要的通道，从而加速了混凝土桥梁的耐久性损失。无论对预应力混凝土结构或钢筋混凝土结构来说，裂缝及其宽度对力筋腐蚀都有影响，且宽度不同其影响程度也不同。首先，裂缝加快了腐蚀的发生。在早期，裂缝宽度对力筋腐蚀影响较大，因为力筋去钝化的时间取决于裂缝的宽度，然而腐蚀一旦开始，其影响程度大大降低。这时，腐蚀速度取决于未开裂处混凝土保护层的质量和渗透性，混凝土保护层的质量越好，渗透性越小，氧气及水分的供给量也越少，腐蚀速度越慢，随着碳化进程的深入，毛细孔将逐渐被堵塞，使混凝土渗透性逐步降低，腐蚀速度也随之下降。当力筋腐蚀速度小到一定程度时，即在设计寿命期内不影响其各项力学指