混凝土框架結構裂縫分析及加固方法研究

王俊霖

摘 要：裂縫問題經常出現在建設和使用鋼筋混凝土結構的過程中，使其質量受到嚴重影響。從混凝土結構應用情況來看，鑒于混凝土干燥收縮、溫差收縮以及設計因素等原因均會造成混凝土構件出現開裂問題，應當在混凝土構件成型前對其采取有效預防混凝土開裂措施。該文首先對鋼筋混凝土結構產生裂縫的原因進行詳細的分析，然后針對此問題提出了防治裂縫和加固鋼筋混凝土結構的方法，希望能對類似的工程起到借鑒作用。

關鍵詞：結構裂縫 預防措施 原因 結構加固

中圖分類號：TU318 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）07（b）-0087-02

1 結構裂縫產生的原因

造成結構裂縫原因比較復雜，主要是由20%機率的外荷載（如靜、動荷載）的直接應力和結構次應力引起，80%機率的溫度、膨脹、收縮和不均勻沉降等因素由變形變化引起的兩類原因造成的裂縫。下面介紹了造成80%比例變形裂縫問題的原因。

1.1 干燥收縮

研究表明，造成較低的混凝土抗拉強度和較小的極限拉伸變形的根本原因就是因為水加入到水泥使其變成水泥硬化體，減小其絕對體積。此外，每100 g水泥漿體在干燥條件下會有6 mL水蒸發，因此毛細孔縫在350 kg/m3的混凝土水泥用量蒸發掉21L/m3水量的條件下就會導致有毛細壓力產生，而混凝土在這些壓力下產生“毛細收縮”，最終導致混凝土產生干縮裂縫。

1.2 溫差收縮

假如混凝土具有較高的強度，那就需要較多水泥用量。因溫差變化超出混凝土的極限拉伸值而引起開裂問題。

1.3 塑性收縮

在混凝土初凝之前因過大水灰比、水泥用量、較差保水性外的加劑、較少的骨料，加之不均勻的振搗和較高的施工環境等原因而發生劇烈蒸發水份和沉縮不均勻變形的塑性收縮問題，一般情況，可達到1%左右收縮量。這時收縮后期因不及時抹壓和不良養護導致產生龜裂。

1.4 自生收縮

自干燥收縮是指隨著不斷進展水泥水化，密閉的混凝土內部相對濕度會不斷的降低。雖然具有高水灰比的普通混凝土因較低自生收縮值不會注意到自干燥問題，但是具有較低水灰比的高性能混凝土會因過快的水分消耗、致密結構很難滲入水泥而產生自干收縮。由此可知，HPC的收縮性完全不同于OPC，OPC和HPC分別是以干縮、白干收縮為主。問題的要害是：HPC自收縮過程開始于水化速率處于高潮階段的頭幾天，溫度梯度首先引發表面裂縫，隨后引發內部微裂縫，若混凝土變形受到約束，則進一步產生收縮裂縫。這是高標號混凝土容易開裂的主要原因。

2 混凝土結構裂縫的預防措施

2.1 混凝土配料、攪拌及澆筑

（1）施工中就可以按照低水灰比、水泥用量和用水量的要求進行配比原材料。準確的計量好投放料和攪拌時間；（2）合理分層澆筑，均勻、適度進行振搗材料。

2.2 設計方面

（1）在滿足設計規范要求的前提下，按照簡單的要求設計建筑平面造型；并且為了將整體剛度和不均勻沉降的能力提高，需要對建筑物的長高比進行合理的控制；（2）正確設置選擇沉降縫以及位置和寬度；（3）磚混結構底層窗臺下需要使用加筋砌體，由于地基沉降問題可能會使產生豎向裂縫，所以需要按照合理的構件配筋和適當的間距要求下將鋼筋混凝土梁設置在具有較寬窗臺洞口的窗臺下。具有較大斷面的梁應和大跨度、較厚的現澆板上面中心部位分別需要安裝上腰筋和構造鋼筋。

2.3 材料方面

（1）水泥：按照工程條件，需要使用具有較低水化熱和較高強度的水泥；（2）骨料需要使用滿足適當粒徑、合理級配要求，并且不會發生堿性反應以及摻加有害物質的砂、石材料；（3）為了將混凝土工作性能改善，從而能夠在一定程度上將水泥、水量減少，在配置原材料的時候，需要將適量減水劑等外加劑摻入其中，微膨脹劑加入超長建筑物中。

2.4 施工方面

（1）檢查與驗收地基，補充勘探復雜地基。按照和正常地基承載力相同的標準要求謹慎處理異常地基；（2）后澆帶需要合理的設置在具有較長的墻、板、基礎等結構和主樓與裙房之間等高低層錯落處；（3）為了將混凝土的收縮變形減少，可以通過養護時間適當延長或者是覆蓋保溫材料等做法來加強早期養護混凝土；（4）大體積混凝土施工，測控溫度工作需要做好，但溫度不符合不超過25 ℃規定的要求的時候，還需要采取有效的降溫措施；（5）正確綁扎鋼筋位置，準確控制好保護層厚度，在考慮好構件抗裂性能前提下，才能代換鋼筋。

3 鋼筋混凝土結構加固方法

3.1 碳纖維加固法

碳纖維抗震加固鋼筋混凝土柱，不僅能夠對混凝土的變形進行有效約束、耗能能力增強，而且還能有效地提高其承載能力及延性能力。這是因為對鋼筋混凝土柱使用具有較高地強度和較大的彈性模量的碳纖維片材進行橫向包裹時，不僅能夠顯著提高其抗剪承載力，而且也能明顯改善出現斜裂縫的構件的變形性能。此外，平緩了下降混凝土應力—應變曲線，提高極限壓，使得破壞受壓區混凝土的過程得到有效的推遲了，所以縱向鋼筋的塑性變形性能得到了充分發揮。

3.2 粘鋼板加固法

粘鋼板加固技術是一種在需要加固的已開裂構件部位使用粘結劑粘貼上鋼板來以提高結構承載力的方法。它主要的技術特點是：（1）只需要使用建筑結構膠粘結被加固構件的表面和鋼板成一個整體，因而具有簡便工藝，這樣可以使鋼板和原構件很好地共同工作。（2）該技術在應急的加固工程特別適合使用，這是因為該技術加固過程不需要較大的場地、空間，能夠快速地在已開裂構件上粘貼上鋼板。（3）加固后，其結構外觀不會受到太大影響，這是因為加固結構粘鋼只需要2～6 mm厚度的鋼板，也不會增加重量。（4）具有明顯的加固效果。

3.3 化學植筋技術

植筋技術是在鋼筋、螺桿等和混凝土之間使用高強度的化學粘合劑來產生握裹力。該技術應用之后，不僅不會對基材不會產生膨脹破壞，而且能夠產生高負荷承載力，不容易發生移位、拔出問題，具有較好的密實性能。該技術主要是增建變更各類建筑結構、各類鋼結構錨定的預留中使用。它主要的技術特點就是：（1）不會對固定的基材產生膨脹力。（2）具有高的承載力、較為簡便的施工方式和時間。

3.4 注漿加固法

為了延長因各種原因導致鋼筋混凝土結構物產生的各種裂縫的試驗壽命，需要采取注漿環氧樹脂類粘合劑及密封劑灌漿加固法，這種方法能夠使強度在生產運營的情況不受到影響的情況下達到預期效果，具有較為便捷的施工方式。該方式主要是在修補混凝土建筑物裂縫、修補各種構筑物、修補橋梁、鐵路的附屬構件中比較適合使用。它的特點是：（1）為了更好地在裂縫細微部位注入樹脂，該方法的灌漿主要是采用慢速、附壓延續方式。（2）結合裂縫大小對注入量和注漿的壓力進行合理的控制。（3）目視觀察注入量和注入情形。

3.5 增大加固法

增大加固法是指澆筑新的混凝土和補加鋼筋在原受彎構件的上面或下面，該方法是一種經常使用的加固方法。如果是在受拉區進行補澆的混凝土，那么該技術能夠在一定程度將構件的有效高度、抗彎、抗剪承載力和剛度增加，如果是在變拉區進行補澆的混凝土，那么該技術能夠粘結和保護補加的鋼筋，所以該技術能夠取得較為顯著的加固效果。

4 結語

從混凝土結構應用情況來看，鑒于混凝土干燥收縮、溫差收縮以及設計因素等原因均會造成混凝土構件出現開裂問題。針對此，應當在混凝土構件成型前對其采取有效預防混凝土開裂措施，如可從材料、設計等因素入手。對于出現混凝土構件開裂等情況，則結合工程實踐經驗，筆者認為可考慮采取碳纖維加固、粘鋼板加固等措施解決，從工程實施效果表明，這些加固措施是可行的，可有效處理混凝土構件開裂問題。

參考文獻

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