混凝土裂縫形成原因與處理

周國民,張雁秋

(雞西市政建設工程公司)

1 裂縫分類

混凝土在溫度和濕度變化的條件下,硬化并產生體積變形,由于各種材料變形不一致,互相約束而產生初始應力(拉應力或剪應力),造成在骨料與水泥石粘結面或水泥石本身之間出現肉眼看不見的微觀裂縫。這種微觀裂縫的分布是不規則的,且不連貫,但在荷載作用下或進一步產生溫差、干縮的情況下,裂縫開始發展,并逐漸互相串通,從而出現較大的肉眼可見的裂縫,稱為宏觀裂縫。

宏觀裂縫主要可分為收縮裂縫、超載裂縫、沉降裂縫、龜裂裂縫、疏松裂縫等幾種,此外還包括張拉、化學反應、凍脹等裂縫。

2 裂縫成因

(1)混凝土的收縮。收縮是混凝土的一個主要特性,對混凝土的性能有很大影響。由于收縮而產生的微觀裂縫一旦發展則有可能引起機構物的開裂、變形甚至破壞。

(2)溫度應力。混凝土內的水泥在水化反應中發散出大量熱量,使混凝土升溫,并與外部氣溫形成一定溫差,從而產生溫度應力。其大小與溫差有關,并直接影響到混凝土的開裂及裂縫寬度。

(3)配筋不足。配筋間距大、配筋率小的混凝土結構開裂多,無筋混凝土比有筋混凝土開裂多。鋼筋的位置要正確,保護層過大或過小都可能導致混凝土開裂。

(4)混凝土材料及配合比。配合比設計不當直接影響混凝土的抗拉強度,是造成混凝土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。

(5)養護條件。養護是使混凝土正常硬化的重要手段。養護條件對裂縫的出現有著關鍵的影響。在標準養護條件下,混凝土硬化正常,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。現場混凝土養護越接近標準條件,混凝土開裂可能性就越小。

(6)施工質量。混凝土澆筑施工中,振搗不均勻,或是漏振、過振等情況,會造成混凝土離析、密實度差,降低結構的整體強度。混凝土內部氣泡不能完全排除時,鋼筋表面的氣泡則會降低混凝土與鋼筋的粘結力。鋼筋若受到過多振動,則水泥漿在鋼筋周圍密集,也將大大降低粘結力。

3 混凝土裂縫預防措施

(1)結構設計。設計上要注重容易開裂的部位,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節,在設計中加以解決。如對軟弱地基進行必要處理;各部分荷載懸殊的結構適當增設構造鋼筋,以避免不均勻下沉,造成應力集中而出現裂縫。

(2)施工方案。施工方案主要是確定一定澆筑量、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、彎直力較小的部位;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。

(3)施工質量。混凝土要有合適的配合比,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,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。其三是澆筑、振搗操作合理,特別是振搗操作技術,往往不被人們重視。過分地振搗對混凝土均勻性有害,振搗不足也不能保證混凝土應有的密實度,要恰到好處。

(4)養護。養護的目的是使混凝土正常硬化,強度增長,不受或少受外界影響。關鍵是設法使混凝土溫度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,阻止裂縫的產生。常規養護方法是噴水,對一般混凝土結構,減小表面收縮,防止龜裂是可行的。大體積混凝土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,其養護就不能只滿足于用常規方法。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,養護期應以混凝土強度增長最快的階段為準,即7～28 d,最好能長些。

4 混凝土裂縫的處理

(1)經過調查分析,確認在裂縫不降低承載力的情況下,采取表面修補法、充填法、注入法等處理方法。

①表面修補法。該法適用于縫較窄,用以恢復構件表面美觀和提高耐久性時所采用,常用的是沿混凝土裂縫表面鋪設薄膜材料,一般可用環氧類樹脂或樹脂浸漬玻璃布。

②充填法。當裂縫較寬時,可沿裂縫混凝土表面鑿成V形或U形槽,使用樹脂砂漿材料進行填充,也可使用水泥砂漿或瀝青等材料。

③注入法。當裂縫寬度較小且較深時,可采用將修補材料注入混凝土內部的修補方法,首先裂縫處設置注入用管,其他部位用表面處理法封住,使用低粘度環氧樹脂注入材料,用電動泵或手動泵注入修補。

(2)如果裂縫影響到結構安全,可采取圍套加固法、鋼箍加固法、粘貼加固法等結構加固法。此方法屬結構加固,須經設計驗算同意后方可進行。

①圍套加固法。在周圍尺寸允許的情況下,在結構外部一側或數側外包鋼筋混凝土圍套,以增加鋼筋和截面,提高其承載力;對構件裂縫嚴重,尚未破碎裂透或一側破裂的,將裂縫部位鋼筋保護層鑿去,外包鋼絲網一層;大型設備基礎一般采取增設鋼板箍帶,增加環向抗拉強度的方法處理。

②鋼箍加固法。在結構裂縫部位四周加U型螺栓或型鋼套箍將構件箍緊,以防止裂縫擴大和提高結構的剛度及承載力。加固時,應使鋼套箍與混凝土表面緊密接觸,以保證共同工作。

③粘貼加固法。將鋼板或型鋼用改性環氧樹脂和粘結劑,粘結到構件混凝土裂縫部位表面,使鋼板或型鋼與混凝土連成整體共同工作。粘結前,鋼材表面進行噴砂除銹,混凝土刷凈干燥,粘結層厚度為1～4mm。

綜上所述,混凝土裂縫應針對成因,貫徹預防為主的原則,完善設計及加強施工等方面的管理,使結構盡量不出現裂縫或盡量減少裂縫數量和寬度,以確保結構安全。