论钢筋混凝土裂缝产生的原因及修补方法

论钢筋混凝土裂缝产生的原因及修补方法 论钢筋混凝土裂缝产生的原因及修补方法 论钢筋混凝土裂缝产生的原因及修补方法 摘要:混凝土的裂缝问题是一个普遍存在而又难于解决的工程技术问题。本文分析了混凝土产生裂缝的原因和影响因素,概括介绍了修补裂缝的几种方法。

关键词:钢筋混凝土 裂缝 原因 修补方法

一、前言

混凝土是由胶凝材料、水和粗、细骨料按适当比例配合、拌制成拌合物,经一定时间硬化而成的人造石材,是一种非均质脆性材料。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,所以建筑结构产生裂缝是很普遍的现象,从理论上说,混凝土结构尤其是受弯构件总是带裂缝工作的,在使用荷载不大的情况下,没有裂缝或这类结构性裂缝非常细微,不易为肉眼所察觉。但在现实的建筑中,只要仔细观察不难发现,普遍的钢筋混凝土结构又一般都是带裂缝受力工作的,随着裂缝的发展变化,结构构件的耐久性和适用性会不同程度的降低,严重的甚至会导致结构构件超过正常使用极限状态而破坏。所以,研究裂缝的形态,分析裂缝产生的原因和裂缝对结构功能的影响并加以控制是一个十分重要的课题。

二、钢筋混凝土常见裂缝原因分析

1、材料质量

混凝土因材料选用不当产生质量缺陷或裂缝,一般认为是因为混凝土材料变形受约束所引起的内应力大于材料抗拉强度的缘故。材料选用不当的常见因素有水泥过期或品种选用不当;混凝土配比不合理;水泥、骨料含有过量有害物质;水泥水化热过高;外加剂使用不当等。其中骨料含有过量杂质最为普遍,砂、石含泥量大将降低水泥石与骨料的粘结强度,导致早期裂缝,且易发展为贯通性有害裂缝。

2、混凝土早期收缩

自90年代以来,随着我国商品混凝土的施工工艺的逐步推广,在工程中,尤其是住宅建筑中,基础底板、地下室外墙以及楼层现浇板出现早期收缩裂缝的比例逐渐增多。商品混凝土由于流动性、和易性的要求,使得坍落度增加、水灰比增大、水泥标号提高、水泥用量增加、骨料粒径减小、外加剂增多等因素的变化,导致混凝土的收缩及水化热作用多比以往的低流动性混凝土大幅增加。

3、施工质量

混凝土标号偏低、构件截面尺寸不符合设计要求、钢筋的放置不到位、配筋量不足等均会导致混凝土出现裂缝。同时由于施工不当、模板支撑下沉、模板变形、过早拆除底模和支撑,或施工控制不严、在梁上超载堆荷等也会使混凝土出现裂缝。对于阳台、雨蓬等悬臂构件,往往由于建筑工人在浇灌混凝土的过程中,将板上的负弯矩钢筋踩到板下面,使构件不能承受负弯矩从而引起裂缝,严重的甚至引起这些构件断裂。

4、地基不均匀沉降

由于结构地基土质不匀、松软,或回填土不实或浸水而造成的结构基础不均匀沉降会引起沉陷裂缝;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。随着沉降的进一步发展,裂缝会进一步扩大。此类裂缝多为深进或贯穿性裂缝,裂缝宽度往往与沉降量成正比关系。

5、温度变形

混凝土具有热胀冷缩的性质,其线膨胀系数一般为1×10-5/°C。当环境温度发生变化时,就会产生温度变形,由此产生附加应力,当这种应力超过混凝土的抗拉强度时,就会产生裂缝。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。这种裂缝的出现会引起钢筋的锈蚀,混凝土的碳化、降低混凝土的抗疲劳及抗渗能力。

6、结构改变使用功能

结构设计师做结构设计时,建筑物的使用功能是确定设计荷载的依据之一。普通钢筋混凝土构件在承受了30~40%的设计荷载时,就可能出现裂缝,肉眼一般不易察觉,而构件的极限破坏荷载往往是在设计荷载的1.5倍以上,所以在一般情况下钢筋混凝土构件是允许带裂缝工作的。在使用过程中,如将屋面建造为屋顶花园、屋面加层、将办公室改为仓库等改变原来使用功能的举动将增大结构使用荷载加速裂缝的开展。

7、设计考虑不周

如截面不够、梁的跨度过大、高度偏小,或者由于计算错误、受力钢筋截面偏小或板太薄、配筋位置不当、节点不合理、结构构件断面突变或因开洞、留槽引起应力集中、构造处理不当、现浇主梁在与次梁交接处若没有设附加箍筋、或附加吊筋以及各种结构缝设置不当等因素均容易导致混凝土开裂。另一方面,设计人员在进行混凝土受弯构件的配筋计算过程中,通常只是根据其承载能力来确定配筋量,而往往忽略了对构件在正常使用阶段由其承受的荷载而引起的挠度及裂缝宽度的验算,由此而引起结构在荷载作用下产生裂缝。

三、修补方法

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,以保证建筑物的正常使用。混凝土裂缝的修补措施主要有以下一些方法:

1、表面处理法

2、填充法(嵌缝法)

填充法主要适用于修补水平面上较宽的裂缝(大于0.3mm),根据裂缝的情况,可以直接向缝内填入不同粘度的树脂。宽度小于0.3mm的裂缝则应先将开裂部位剔凿成V形或U形槽口,然后清除浮灰,冲洗干净后先涂上一层界面剂或低粘度的树脂,以增加填充材料与混凝土的粘结力。

3、结构加固法

结构加固法是在结构构件外部或结构裂缝四周浇铸钢筋混凝土围套或包钢筋、型钢龙骨,将结构构件箍紧,以增加结构构件受力面积,提高结构的刚度和承载力的一种结构补强加固方法。这种方法适用于对结构整体性、承载能力有较大影响的深进及贯穿性裂缝的加固处理。常用的方法有以下几种: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。

4、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中的离子分布状态,提高钢筋周围的PH值,钝化钢筋,以达到有效防腐的目的。电化学防护法主要有三种:阴极防护法、氯盐提取法、碱性复原法。电化学防护法是一种新型的裂缝处理方法,有着广泛的发展前景。

5、仿生自愈合法

仿生自愈合法是一种新的裂缝处理方法,此法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,在混凝土的传统组成部分中加入某些特殊组成部分(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部分液芯纤维可使裂缝重新愈合。

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四、结论

混凝土结构应针对裂缝产生的主要原因,贯彻预防为主的原则,加强设计施工及使用等方面的管理,确保结构安全和避免不必要的损失。一旦产生裂缝,应查明原因,分析裂缝的类型,选择最合理的修补方法,使施工方便,经济高效。

参考文献:

钢筋混凝土结构设计规范[M] 中国建筑工业出版社 2002

中国有色工程设计研究总院 混凝土结构构造手册[M] 中国建筑工业出版社 2003

周献祥 品味钢筋混凝土—设计常遇的混凝土结构机制机理分析[M]

中国水利水电出版社、知识产权出版社 2006

鞠丽艳 混凝土裂缝抑制措施的研究进展[M] 混凝土[J] 2002

张承杰 现浇混凝土结构裂缝的分析及预防 混凝土[J] 2006