混凝土結(jié)構(gòu)常見裂縫分類及養(yǎng)護(hù)建議

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引言

裂縫是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)最為常見的病害，幾乎存在于各種混凝土結(jié)構(gòu)。不同類型的裂縫，其產(chǎn)生原因和危害程度也各不相同。因此，對裂縫的處理就需要“對號入座”，不同類型采取不同的措施。混凝土構(gòu)件出現(xiàn)裂縫的本質(zhì)原因是：各種作用下，構(gòu)件某部位產(chǎn)生的拉應(yīng)變超過了混凝土的極限拉應(yīng)變。

一、常見裂縫的種類

(一)非荷載裂縫

非荷載裂縫是指在在溫度變化、材料收縮以及內(nèi)部鋼筋銹蝕等作用引起的裂縫。這種裂縫不涉及結(jié)構(gòu)的受力，是由于外界或自身的物化性質(zhì)的改變引起的。非荷載裂縫又分為收縮裂縫、溫度裂縫、堿骨料反應(yīng)裂縫、鋼筋銹脹裂縫。

1.收縮裂縫

混凝土在硬化過程中會發(fā)生收縮，這種收縮是由幾個方面引起的，如水泥水化反應(yīng)過程中的化學(xué)收縮、水分蒸發(fā)引起的干燥收縮等，一旦有外界的約束限制混凝土在硬化過程中的收縮，混凝土表面就會產(chǎn)生拉應(yīng)力，當(dāng)拉應(yīng)力產(chǎn)生的應(yīng)變值超過混凝土的極限拉應(yīng)變，表面就會產(chǎn)生裂縫。如T梁腹板在硬化過程由于模板約束而形成的豎向裂縫、樓板表面形成的不規(guī)則裂縫、框架梁在兩端柱的約束下產(chǎn)生的均布豎向裂縫。

收縮裂縫一般主要特征是：均勻分布在構(gòu)件表面，每條裂縫大致呈現(xiàn)兩頭小、中間大的棗核狀，寬度一般在0.05～0.20mm。收縮裂縫一般對結(jié)構(gòu)受力影響不大，主要影響表觀。

2.溫度裂縫

溫度裂縫主要發(fā)生在大體積混凝土結(jié)構(gòu)中，裂縫特征是無固定走向，通常縱橫交錯，呈現(xiàn)出無規(guī)律狀態(tài)。在澆筑大體積混凝土結(jié)構(gòu)時，混凝土內(nèi)部會釋放大量的水化熱，使混凝土內(nèi)部和表面溫差較大，表面膨脹程度較大而內(nèi)部膨脹程度較小，這就致使表面產(chǎn)生一定的拉應(yīng)力，當(dāng)拉應(yīng)力對應(yīng)的應(yīng)變值超過混凝土的極限拉應(yīng)變，混凝土表面就會出現(xiàn)裂縫。一般大體積混凝土出現(xiàn)的溫度裂縫僅出現(xiàn)在表層。

3.堿骨料反應(yīng)裂縫

堿骨料反應(yīng)裂縫是由于使用了堿活性物質(zhì)較高的粗骨料導(dǎo)致的。由于粗骨料中的堿活性物質(zhì)和混凝土中的堿發(fā)生反應(yīng)生成了膨脹性物質(zhì)，導(dǎo)致混凝土內(nèi)部出現(xiàn)膨脹從而引起表面的開裂。堿骨料反應(yīng)裂縫整體上呈現(xiàn)出網(wǎng)狀的龜裂狀態(tài)，裂縫寬度隨裂縫走向基本不變，寬度一般較小。

4.鋼筋銹蝕裂縫

鋼筋銹脹裂縫的形成原因在2.5部分進(jìn)行闡述，這里不再贅述，值得注意的是鋼筋銹蝕裂縫的特征。鋼筋銹蝕裂縫主要沿著最外層鋼筋走向，由內(nèi)而外開裂，通常裂縫處會有黑色的銹痕。鋼筋銹蝕裂縫見圖1。

圖1 鋼筋銹蝕引起的裂縫

(二)荷載裂縫

荷載裂縫是指鋼筋混凝土構(gòu)件在荷載作用下不堪重負(fù)，從而引起的裂縫。結(jié)構(gòu)裂縫的出現(xiàn)是結(jié)構(gòu)承載能力不足的標(biāo)志，應(yīng)嚴(yán)格監(jiān)控裂縫發(fā)展變化情況。一旦超限，就要考慮對結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固處理。

1.梁底橫向裂縫

梁在荷載作用下的受力特征主要表現(xiàn)為跨中部位的受彎和支點附近的受剪，梁底出現(xiàn)橫向裂縫表明在正彎矩作用下底面拉應(yīng)力超過了混凝土抗拉強(qiáng)度。

梁底橫向裂縫主要分布在梁L/4～3L/4范圍內(nèi)，底面開裂并延伸至側(cè)面。對于普通鋼筋混凝土梁，允許出現(xiàn)開裂，但應(yīng)在限值范圍以內(nèi)；對于預(yù)應(yīng)力構(gòu)件，一旦出現(xiàn)梁底橫向裂縫，應(yīng)立即安排特殊檢查，判定構(gòu)件承載能力。

2.梁端斜向裂縫

梁端斜向裂縫主要是由于梁抗剪能力不足引起的，常位于靠近支座的梁端L/4范圍內(nèi)的腹板位置，自支座向跨中斜向上發(fā)展，與水平方向呈30°～60°交角。檢查時候應(yīng)注意裂縫的走向，記錄裂縫位置、長度、寬度和斜交角。

導(dǎo)致梁端出現(xiàn)剪切裂縫的原因很多，如腹板截面過薄、單板受力，但本質(zhì)原因都是豎向剪切力超過梁的抗剪承載力。

(三)基礎(chǔ)變位裂縫

基礎(chǔ)變位裂縫通常是由于地基不均勻沉降引起結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大內(nèi)力產(chǎn)生的裂縫，一般向著30°～45°方向發(fā)展，且隨地基變形的穩(wěn)定而逐漸穩(wěn)定。砌體結(jié)構(gòu)常常發(fā)生這樣的裂縫。一般來講，門洞、窗洞附近應(yīng)力較為集中，一旦發(fā)生基礎(chǔ)不均勻沉降，這兩處附近最容易出現(xiàn)裂縫。解決基礎(chǔ)變位裂縫的關(guān)鍵在于控制基礎(chǔ)不均勻沉降。

二、裂縫養(yǎng)護(hù)建議

由于混凝土表面裂縫種類較多，不同裂縫有各自不同的特征，同時各種裂縫對應(yīng)的處理方法也大為不同。這就要求我們首先能夠判定裂縫的性質(zhì)，即判定其為荷載裂縫或是非荷載裂縫。

(一)非荷載裂縫處理建議

非荷載裂縫一般寬度較小，且不影響結(jié)構(gòu)的受力，通常的處理方法如下：

1.裂縫寬度ω≤0.15mm，建議表面封閉；

2.裂縫寬度ω>0.15mm，建議注漿封閉，并加強(qiáng)觀測。

(二)荷載裂縫處理建議

荷載裂縫是由于結(jié)構(gòu)不堪負(fù)荷的預(yù)兆，一經(jīng)發(fā)現(xiàn)應(yīng)立即加強(qiáng)觀測，并適當(dāng)考慮必要的加固措施，常見的加固措施有粘貼鋼板、粘貼碳纖維布、施加體外預(yù)應(yīng)力、增加構(gòu)件尺寸等。圖2是梁端斜向裂縫的加固。

(a)粘貼鋼板 (b)粘貼碳纖維布 (c)增大構(gòu)件尺寸

圖2梁端斜向裂縫的加固措施

(三)基礎(chǔ)變位裂縫處理建議

產(chǎn)生基礎(chǔ)變位裂縫的本質(zhì)原因在于基礎(chǔ)不均勻沉降。因此，對基礎(chǔ)沉降裂縫不能僅僅修復(fù)裂縫，更重要的是解決地基的沉降問題。對于在役混凝土結(jié)構(gòu)而言，最常用的地基加固方法是注漿加固技術(shù)，即通過向沉降部位的地基注射膨脹性物質(zhì)達(dá)到提高地基密實度和承載力的目的[i]。注射方式和注射量可由ANSYS、ABAQUS等工程有限元軟件模擬計算得出。

三、小結(jié)

本文研究了在役鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)常見裂縫類型，并分門別類闡述各種病害的產(chǎn)生原因和特征，同時，針對不同類型的裂縫提供了相應(yīng)的養(yǎng)護(hù)建議，為實際工程應(yīng)用提供了應(yīng)用參考價值。