混凝土裂縫的產(chǎn)生和防治

劉偉鵬

摘 要:混凝土是一種非均質(zhì)脆性的人造石材材料。現(xiàn)如今,隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大及人們對(duì)建筑工程質(zhì)量重要性認(rèn)識(shí)的提高,商品混凝土以其技術(shù)、 經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)越性,尤其是穩(wěn)定、可靠、優(yōu)良的質(zhì)量深受建設(shè)單位的青睞,國(guó)內(nèi)建筑工程中混凝土工程的體量不斷增大,使得混凝土成為當(dāng)前最廣泛使用的建筑結(jié)構(gòu)材料之一。

關(guān)鍵詞:混凝土;裂縫

在現(xiàn)實(shí)的建筑中,只要仔細(xì)觀察不難發(fā)現(xiàn),隨著溫度、濕度等環(huán)境條件的影響下會(huì)形成肉眼看不到的微裂縫,隨著裂縫的發(fā)展變化,結(jié)構(gòu)構(gòu)件的耐久性和適用性會(huì)不同程度的降低,嚴(yán)重的甚至?xí)?dǎo)致結(jié)構(gòu)構(gòu)件超過正常使用極限狀態(tài)而破壞。所以現(xiàn)在混凝土裂縫的防治已經(jīng)成為擺在我們面前的重要課題。

1 混凝土裂縫產(chǎn)生主要原因

1.1 主觀因素

材料質(zhì)量。由于混凝土的材料構(gòu)成多樣性和復(fù)雜性,所以混凝土材料選擇很重要。實(shí)際中因材料選用不當(dāng)產(chǎn)生質(zhì)量缺陷或裂縫,一般認(rèn)為是因?yàn)榛炷敛牧献冃问芗s束所引起的內(nèi)應(yīng)力大于材料抗拉強(qiáng)度的緣故。材料選用不當(dāng)?shù)某Ｒ娨蛩赜兴噙^期或品種選用不當(dāng);混凝土配比不合理;水泥、骨料含有過量有害物質(zhì);水泥水化熱過高;拌和用水及外加劑拌和用水或外加劑中氯化物等雜質(zhì)含量較高等。

結(jié)構(gòu)改變使用功能。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師做結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),建筑物的使用功能是確定設(shè)計(jì)荷載的依據(jù)之一。普通鋼筋混凝土構(gòu)件在承受了30～40%的設(shè)計(jì)荷載時(shí),就可能出現(xiàn)裂縫,肉眼一般不易察覺,而構(gòu)件的極限破壞荷載往往是在設(shè)計(jì)荷載的1.5倍以上,所以在一般情況下鋼筋混凝土構(gòu)件是允許帶裂縫工作的。

1.2 客觀原因

商品混凝土由于流動(dòng)性、和易性的要求,使得坍落度增加、水灰比增大、水泥標(biāo)號(hào)提高、水泥用量增加、骨料粒徑減小、外加劑增多等因素的變化,導(dǎo)致混凝土的收縮及水化熱作用多比以往的低流動(dòng)性混凝土大幅增加地基不均勻沉降。由于結(jié)構(gòu)地基土質(zhì)不勻、松軟,或回填土不實(shí)或浸水而造成的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)不均勻沉降會(huì)引起沉陷裂縫;或者因?yàn)槟０鍎偠炔蛔?模板支撐間距過大或支撐底部松動(dòng)等導(dǎo)致。特別是在冬季,模板支撐在凍土上,凍土化凍后產(chǎn)生不均勻沉降,致使混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫。隨著沉降的進(jìn)一步發(fā)展,裂縫會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大。此類裂縫多為深進(jìn)或貫穿性裂縫,裂縫寬度往往與沉降量成正比關(guān)系。溫度變形。混凝土具有熱脹冷縮的性質(zhì),其線膨脹系數(shù)一般為1×10-5/°C。當(dāng)環(huán)境溫度發(fā)生變化時(shí),就會(huì)產(chǎn)生溫度變形,由此產(chǎn)生附加應(yīng)力,當(dāng)這種應(yīng)力超過混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí),就會(huì)產(chǎn)生裂縫。溫度裂縫多發(fā)生在大體積混凝土表面或溫差變化較大地區(qū)的混凝土結(jié)構(gòu)中。這種裂縫的出現(xiàn)會(huì)引起鋼筋的銹蝕,混凝土的碳化、降低混凝土的抗疲勞及抗?jié)B能力。濕度變形 。混凝土在空氣中結(jié)硬時(shí),體積會(huì)逐漸減小,一般謂之干縮。收縮裂縫較普遍,常見于現(xiàn)澆墻板式結(jié)構(gòu)、現(xiàn)澆框架結(jié)構(gòu)等,通常是因?yàn)轲B(yǎng)護(hù)不良造成。混凝土的收縮值一般為0.2～0.4‰。其發(fā)展 規(guī)律 是早期快,后期緩慢。

2 控制

一般分為兩個(gè)控制階段,設(shè)計(jì)階段和施工階段。設(shè)計(jì)階段由設(shè)計(jì)人員對(duì)混凝土強(qiáng)度等級(jí)、鋼筋的品種、規(guī)格、建筑物的結(jié)構(gòu)形式等統(tǒng)籌設(shè)計(jì),有效進(jìn)行裂縫控制。施工階段采取加入外加劑改善混凝土性能、降低水泥水化熱、降低混凝土內(nèi)外溫差、設(shè)置施工縫或變形縫、加強(qiáng)混凝土中的配筋率等措施來減少混凝土的收縮,防止混凝土產(chǎn)生有害裂縫。

2.1 主觀控制

混凝土材料方面。選用收縮性較低的水泥,合理搭配水泥強(qiáng)度等級(jí)與混凝土強(qiáng)度等級(jí)之間關(guān)系。一般情況下,水泥強(qiáng)度比所使用的混凝土強(qiáng)度大一個(gè)等級(jí)。如配置C30混凝土,使用強(qiáng)度等級(jí)為42.5的水泥比較合適,可以達(dá)到合理的水灰比,保證施工質(zhì)量。切記不能只為片面追求經(jīng)濟(jì)效益,使用高標(biāo)號(hào)水泥、大水灰比的配合比。在現(xiàn)場(chǎng)一定要設(shè)置與施工規(guī)模和進(jìn)度相匹配的水泥庫(kù),嚴(yán)禁不同廠家的水泥混用。選用級(jí)配良好的粗、細(xì)骨料,粗骨料中針片狀石子嚴(yán)禁超標(biāo),細(xì)骨料不能使用細(xì)砂,含泥量嚴(yán)格控制在規(guī)范要求以內(nèi)。采用合理的施工方法。供應(yīng)單位和施工單位雙方密切配合并嚴(yán)格遵照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《混凝土泵送施工技術(shù)規(guī)程》JGJ/T10-95及《混凝土質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)》GB50164-92有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范進(jìn)行管理生產(chǎn)和施工才能切實(shí)保證混凝土的質(zhì)量。混凝土的拌制,要嚴(yán)格控制原材料計(jì)量準(zhǔn)確,同時(shí)嚴(yán)格控制混凝土出機(jī)塌落度,要盡量降低混凝土拌合物出機(jī)口溫度。混凝土澆注過程質(zhì)量控制。澆注過程中要進(jìn)行振搗方可密實(shí),振搗時(shí)間應(yīng)均勻一致以表面泛漿為宜,間距要均勻,以振搗力波及范圍重疊二分之一為宜,澆注完畢后,表面要壓實(shí)、抹平,以防止表面裂縫。另外,澆注混凝土要求分層澆注,分層流水振搗,同時(shí)要保證上層混凝土在下層初凝前結(jié)合緊密。避免縱向施工縫、提高結(jié)構(gòu)整體性和抗剪性能。設(shè)計(jì)部門應(yīng)明確建筑物的安全第一的宗旨。在保證安全的前提下對(duì)建筑物的實(shí)用性、裝飾性進(jìn)行改進(jìn),不可片面追求建筑物的經(jīng)濟(jì)性和裝飾效果。

2.2 技術(shù)控制

對(duì)因使用及環(huán)境條件變化而發(fā)生的裂縫,要根據(jù)其不同性質(zhì)區(qū)別采用不同的防治措施。

加強(qiáng)地基的檢查與驗(yàn)收工作,基坑開挖后應(yīng)及時(shí)通知勘察及設(shè)計(jì)單位到場(chǎng)驗(yàn)收。對(duì)較復(fù)雜的地基,設(shè)計(jì)方在基坑開挖后應(yīng)要求勘察補(bǔ)鉆探,當(dāng)探出有不利地質(zhì)情況時(shí),必須先對(duì)其加固處理,并經(jīng)驗(yàn)收合格后,方可進(jìn)行下一步施工。 開挖基槽時(shí),要注意不擾動(dòng)其原狀結(jié)構(gòu)。盡量選用低熱或中熱水泥,如礦渣水泥、粉煤灰水泥等。采用改善骨料級(jí)配,用干硬性混凝土,摻混合料,加引氣劑或塑化劑等措施以減少混凝土中的水泥用量,將水泥用量盡量控制在450kg/m3以下。降低水灰比,一般混凝土的水灰比控制在0.6以下。改善骨料級(jí)配,摻加粉煤灰或高效減水劑等來減少水泥用量,降低水化熱。改善混凝土的攪拌加工工藝,在混凝土中摻加一定量的具有減水、增塑、緩凝等作用的外加劑,改善混凝土拌合物的流動(dòng)性、保水性,降低水化熱,推遲熱峰的出現(xiàn)時(shí)間。

2.3 混凝土裂縫的處理

裂縫的出現(xiàn)不但會(huì)影響結(jié)構(gòu)的整體性和剛度,還會(huì)引起鋼筋的銹蝕、加速混凝土的碳化、降低混凝土的耐久性和抗疲勞、抗?jié)B能力。因此根據(jù)裂縫的性質(zhì)和具體情況我們要區(qū)別對(duì)待、及時(shí)處理,以保證建筑物的正常使用。混凝土裂縫的修補(bǔ)措施主要有以下一些方法:

表面處理法。表面修補(bǔ)法是一種簡(jiǎn)單、常見的修補(bǔ)方法,包括表面涂抹法和表面貼面法。它主要適用于修補(bǔ)穩(wěn)定裂縫,同時(shí)裂縫寬度較細(xì)、較淺(寬度小于0.3mm)。當(dāng)表面裂縫不多時(shí),可在裂縫處用水沖洗,然后涂刷水泥凈漿或?qū)⒒炷帘砻媲逑锤蓛舨⒏稍锖笸克h(huán)氧樹脂、瀝青、油漆等;當(dāng)表面有較多裂縫時(shí),可沿裂縫附近用鋼絲刷刷干凈再用壓力水清洗并濕潤(rùn)后,用1:(1～2)水泥砂漿抹平或在表面刷洗干凈并干燥后涂抹2～3mm厚的環(huán)氧樹脂水泥。

填充法(嵌縫法)。填充法主要適用于修補(bǔ)水平面上較寬的裂縫(大于0.3mm),根據(jù)裂縫的情況,可以直接向縫內(nèi)填入不同粘度的樹脂。寬度小于0.3mm的裂縫則應(yīng)先將開裂部位剔鑿成V形或U形槽口,然后清除浮灰,沖洗干凈后先涂上一層界面劑或低粘度的樹脂,以增加填充材料與混凝土的粘結(jié)力。

結(jié)構(gòu)加固法。結(jié)構(gòu)加固法是在結(jié)構(gòu)構(gòu)件外部或結(jié)構(gòu)裂縫四周澆鑄鋼筋混凝土圍套或包鋼筋、型鋼龍骨,將結(jié)構(gòu)構(gòu)件箍緊,以增加結(jié)構(gòu)構(gòu)件受力面積,提高結(jié)構(gòu)的剛度和承載力的一種結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)加固方法。這種方法適用于對(duì)結(jié)構(gòu)整體性、承載能力有較大影響的深進(jìn)及貫穿性裂縫的加固處理。

電化學(xué)防護(hù)法。電化學(xué)防腐是利用施加電場(chǎng)在介質(zhì)中的電化學(xué)作用,改變混凝土或鋼筋混凝土中的離子分布狀態(tài),提高鋼筋周圍的PH值,鈍化鋼筋,以達(dá)到有效防腐的目的。

仿生自愈合法。仿生自愈合法是一種新的裂縫處理方法,此法模仿生物組織對(duì)受創(chuàng)傷部位自動(dòng)分泌某種物質(zhì),而使創(chuàng)傷部位得到愈合的機(jī)能,在混凝土的傳統(tǒng)組成部分中加入某些特殊組成部分(如含粘結(jié)劑的液芯纖維或膠囊),在混凝土內(nèi)部形成智能型仿生自愈合神經(jīng) 網(wǎng)絡(luò) 系統(tǒng),當(dāng)混凝土出現(xiàn)裂縫時(shí)分泌部分液芯纖維可使裂縫重新愈合。

綜上所述,混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的發(fā)生的原因很復(fù)雜也是不可避免的,混凝土裂縫的防治重點(diǎn)在于“防”,而不在于“治”。當(dāng)這些裂縫發(fā)生后,必須先查明裂縫產(chǎn)生的原因,判明裂縫的類型,才能選擇正確的處理方法,同時(shí)要通過合理設(shè)計(jì)混凝土配合比、正確選用原材料、合理設(shè)計(jì)建筑結(jié)構(gòu)、加強(qiáng)施工監(jiān)控、嚴(yán)格遵守施工技術(shù)規(guī)程、提高施工技術(shù)水平,這樣才有可能最大程度減少混凝土裂縫的產(chǎn)生,把裂縫寬度控制在設(shè)計(jì)范圍內(nèi),盡量減少裂縫造成的危害。