鋼筋混凝土裂縫產生的原因與處理方法

劉軍林

（廣州市黃埔建筑工程總公司，廣東 廣州 510700）

鋼筋混凝土構件產生裂縫的主要原因有設計有誤、原材料不符合要求、施工質量不達標、養護不當等。根據建筑工程設計、施工技術原理和施工經驗,鋼筋混凝土構件裂縫處理方法主要有表面處理法、注入法、充填法、鋼錨栓法等。

1 癥害情況及其原因分析

1.1 癥害情況分析

鋼筋混凝土結構物一般均有裂縫。國家規范對鋼筋混凝土構件出現的裂縫有嚴格明確的規定,寬度應限制在規定允許值以內。如在一類環境下,對鋼筋混凝土屋架、托架及需作疲勞驗算的吊車梁,其最大裂縫寬度限值為0.2mm;對鋼筋混凝土屋面梁和托梁,其最大裂縫寬度限值為0.3mm。[1]即處于正常條件下,構件最大裂縫寬度嚴格控制在0.2mm或0.3mm以下。允許值內細小的裂縫在合理使用壽命期內不會危及構件的安全。就裂縫產生的時間而言,有施工中和施工后產生的兩種裂縫。受力情況、鋼筋分布、原材料的品質以及混凝土的密實程度與養護條等不同,其裂縫的位置、大小、長短、形狀等也不同。

混凝土在未受力之前,由于水泥水化造成的化學和物理收縮,在混凝土內部將會產生超過混凝土抗拉強度的局部拉應力,以致在骨料與水泥石之間以及水泥石內部形成局部的微細裂縫,又因水泥石彈性模量與骨料不同,當溫度、濕度發生變化時,則會引起不同的體積變形,導致水泥石與骨料的界面上產生的應力集中而形成微細裂縫。另外混凝土成型后的泌水作用,骨料下邊因泌水而產生水囊,混凝土硬化后就成為界面裂縫。界面縫在外力作用下骨料的兩側面產生拉應力,很容易在裂縫的頂端形成應力集中,隨著拉應力的增大,導致裂縫進一步延伸、擴展以致連通,最后成為幾條可見的裂縫。從微觀上看,混凝土是由水泥、砂、石、空氣、水組成的多相結合體,由于混凝土的組成材料、微觀構造以及所受外界影響不同,混凝土裂縫產生的原因很多,現將一般混凝土構件裂縫的成因分析如下：

1.2 原因分析

1.2.1 設計不當產生的裂縫

設計不恰當引起混凝土構件裂縫。如某煤坑(半地下室)混凝土連續梁因設計人員未考慮地下室與地面溫差的實際情況,伸縮縫間距設計太大。據此設計方案所施工的混凝土梁出現比較明顯的裂縫。其混凝土梁采用C30的混凝土,水灰比較大,雖加入了減水劑,仍不能有效抵消混凝土的收縮變形;另外,該連續梁寬度達600mm,內外溫差大,導致產生溫度和收縮變形,連續梁所產生的溫度和收縮變形在高度方向是自由的,但在長度方向卻受到另一結構半地下室柱的約束,在連續梁受降溫和收縮作用時,必將產生縮短變形,受到柱的約束,引起拉應力,當拉應力超過抗拉強度時便引起開裂,此時裂縫方向永遠垂直于拉應力方向一為豎向。

此外,設計中水泥等級或品種選用不當;配合比設計中砂率、水灰比選擇不當造成混凝土和易性偏差,導致混凝土離淅、泌水、保水性差,增加收縮;配合比設計中混凝土膨脹劑摻量選擇不當等都有可能引起構件裂縫。

1.2.2 施工不當引起的裂縫

骨料下沉裂縫。混凝土澆灌后往往因水泥品種或其他原因發生泌水現象,導致比重大的材料下沉,鋼筋所阻,材料下沉不均勻,致使被阻部位的構件表面出現裂縫。例如,某洗煤廠洗煤車間在建時,由于建筑施工人員所用水泥非大廠生產的合格產品,結果導致構件出現裂縫。

水泥水化、硬化時的裂縫。水泥在水化反應及硬化過程中產生熱量,混凝土的內部及外部產生溫差,當溫度降低時,因混凝土的收縮不一致而發生裂縫。如大體積混凝土在硬化過程中,產生的水化熱不易擴散,施工中如不采取有效措施,由于混凝土內外溫差過大而出現裂縫。[2]懸臂鋼筋受到雨水或有害氣體的侵入,容易銹蝕,天長日久也易使懸挑構件折斷塌下。這種裂縫往往是構件折斷的早期征象。產生原因除鋼筋錯位外,還有支模方法有誤,在澆搗混凝土后,模板變形,支撐下沉,使強度很低的新澆搗混凝土構件產生裂縫。[3]模板支撐松動及拆模過早引起的裂縫。在混凝土硬化過程中,模板支撐不牢,或在混凝土未完全硬化提前拆模,致使混凝土產生裂縫。這種裂縫緣于混凝土尚未達到一定程度負荷所致。

1.2.3 養護不當導致的裂縫

溫度變化、干燥收縮產生的裂縫。由于混凝土用水量過大,混凝土雖達到相應的強度,仍會因水化熱及硬化時的收縮而產生裂縫,養護不及時也會導致裂縫的出現。許多裂縫的產生與忽視對新澆混凝土的早期養護工作直接有關。混凝土構件早期缺乏必要的養護而產生收縮,最終形成裂縫。對此必須監控好混凝土構件的濕潤養護,尤其是對于大體積混凝土,有條件時宜采用蓄水或流水養護。養護不當或者沒有達到養護時間(一般為14天～28天),出現裂縫的可能性很大。如果混凝土的降溫和保溫工作沒有落實做好,最終導致混凝土構件裂縫問題的發生。未采取必要的降溫措施,導致水化熱高峰集中出現。當混凝土構件澆搗成型后,仍沒有采取必要的蓄水保溫措施,或者沒有采取表面覆蓋薄膜、濕麻袋等措施養護,以致因混凝土內外溫差過大而引起溫度裂縫。如水化熱為165J/g～250J/g的水泥,隨混凝土水泥用量提高,其絕對溫升可達50℃～80℃,當混凝土內外溫差10℃時冷縮值為0.01%～0.02%,如溫差20℃～30℃時其冷縮值為 0.02%～0.03%,當大于混凝土極限拉伸值時混凝土就會開裂。[4]例如,某校實驗樓屋面板施工后,因養護不當產生了明顯的裂縫。雖多次修補,效果仍不理想。換言之,現場養護措施不到位,混凝土出現早期脫水,必然引起混凝土收縮裂縫。

2 處理方法

2.1 配筋法。配筋法即先鑿開開裂部分的混凝土,再配筋重新澆筑混凝土。如在梁腰加設2根16腰筋,以抵抗在梁中產生的收縮拉應力,效果顯著.這一有效措施在新版的混凝土結構設計規范中得以驗證。[5]

2.2 充填法。當裂縫較寬時(>0.3mm),采用樹脂或無機類材料填充裂縫。即沿裂縫將混凝土表面鑿成V或U字形槽,然后填入1∶2.5樹脂砂漿類的充填材料。充填溝槽外形有V形及U形兩種,如U形難于開鑿,可使用V形槽。V形槽用于填充樹脂砂漿,若充填普通砂漿,V形槽易使砂漿剝離脫落,故此時最好鑿成U形槽。開U形槽時,首先用混凝土切割機沿裂縫開出兩條溝,然后再剔除中間部分的混凝土。

填充施工時,先用鋼絲刷清除槽中殘渣碎片,必要時還應涂以底層結合料,然后再填充填材料,待充填材料充分硬化后,再用砂輪或拋光機將表面磨光。

2.3 注入法。將修補材料注入混凝土內部的一種修補方法。一般常用低粘度環氧樹脂作注入材料。首先沿需要修補的裂縫安設注入用管,裂縫的其他部位可用V形槽充填法、表面薄膜法或粘膠帶法等密封,以防注入材料漏掉,然后用電動泵、手動或腳踏泵注入樹脂。注入樹脂前,先要送氣以清掃裂縫并進行注入檢驗,再慢慢地注入樹脂。此時,注入速度不能過快,以免堵塞或因所加壓力過大導致裂縫繼續擴大。

2.4 鋼錨栓法。鋼錨栓法是將如騎馬釘的鋼錨栓錨于裂縫兩邊,類似于縫合裂縫的方法,此法多兼作補強之用。錨引用電錘開孔,用水泥砂漿、樹脂砂漿等錨固。

綜上所述,鋼筋混凝土構件產生裂縫的主要原因表現于設計、原材料、施工質量、養護等方面。鋼筋混凝土構件裂縫的處理,主要有配筋法、充填法、鋼錨栓法、注入法等。

[1]建設部.混凝土結構設計規范GB50010-2002[M].北京：中國建筑工業出版社,2002.13.

[2]建設部.建筑工程施工及驗收規范條文說明匯編[M].北京：中國計劃出版社,1999.231.

[3]李吉生.混凝土的裂縫及其防治的措施與技術[J].遼寧師范大學學報(自然科學版),2005,(3)：78-80.

[4]余歡,黃艷明.現澆樓板裂縫原因分析及防控措施[J].國外建筑科技,2005,(5)：27-28.

[5]李建峰,黃永剛.鋼筋混凝土梁裂縫原因及對策[J].長安大學學報(自然科學版),2005,(5).