淺談混凝土結(jié)構(gòu)裂縫處理與加固

張運偉

在現(xiàn)代建筑工程中，混凝土因其取材方便、抗壓強度高、可澆筑成各種形狀，且耐火性好、不易風(fēng)化、養(yǎng)護費用低等優(yōu)勢，成為當(dāng)今世界建筑結(jié)構(gòu)中使用最廣泛的建筑材料之一。

但是，通過大量的工程和實踐分析發(fā)現(xiàn)，鋼筋混凝土構(gòu)件基本上都是帶裂縫工作的，只是有些裂縫很細(xì)，甚至肉眼看不見(縫寬小于0.5 mm);有些裂縫在使用荷載或外界物理及化學(xué)因素作用下，不斷產(chǎn)生和發(fā)展(縫寬超過0.2 mm)，引起混凝土碳化、保護層剝落及鋼筋銹蝕，使鋼筋混凝土強度和剛度受到削弱，耐久性降低，嚴(yán)重時甚至發(fā)生垮塌事故，危害結(jié)構(gòu)的正常使用。因此，針對混凝土使用過程中的裂縫現(xiàn)象，我們有必要對其進行深究，并在施工及使用中加以防范。

1 裂縫的分類及防治措施

1)荷載裂縫。

一般在荷載突然增加時出現(xiàn)，如拆模、安裝設(shè)備、結(jié)構(gòu)超載等，因此預(yù)防荷載裂縫就必須在設(shè)計中充分考慮結(jié)構(gòu)上可能出現(xiàn)的所有荷載，并考慮自然災(zāi)害對結(jié)構(gòu)帶來的影響;施工過程中控制好拆模時間，控制施工過程中結(jié)構(gòu)上部的臨時荷載，防止出現(xiàn)荷載裂縫。荷載裂縫一般出現(xiàn)在應(yīng)力最大位置附近，如梁跨中下部和連續(xù)梁支座附近上部的豎向裂縫，又如支座附近或集中荷載作用點附近的斜裂縫，多數(shù)可能是剪力和彎矩共同作用而造成的(見圖1)。

圖1 荷載裂縫不同表現(xiàn)形式示意圖

2)溫度裂縫。

為預(yù)防混凝土溫度裂縫，應(yīng)合理安排混凝土澆筑順序及澆筑速度，在混凝土澆筑過程中降低部分溫差。夏季施工時骨料要灑水降溫，冬季施工時混凝土表面應(yīng)覆蓋保溫。大體積混凝土的澆筑應(yīng)合理分段分層進行，使混凝土沿高度均勻上升，澆筑應(yīng)在室外氣溫較低時進行，混凝土澆筑溫度不宜超過28℃。

3)收縮裂縫。

為預(yù)防收縮裂縫，應(yīng)加強早期混凝土養(yǎng)護以降低混凝土中水分蒸發(fā)速率，方法是在混凝土澆筑完畢后的12 h以內(nèi)對混凝土結(jié)構(gòu)外露面覆蓋麻袋、海綿，然后進行澆水養(yǎng)護。采用塑料布覆蓋養(yǎng)護的混凝土，其敞露的全部表面應(yīng)用塑料布覆蓋嚴(yán)密，并應(yīng)保持塑料布內(nèi)有凝結(jié)水。混凝土的澆水養(yǎng)護時間，對采用硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥或礦渣硅酸鹽水泥拌制的混凝土，不得少于7 d，對摻用緩凝型外加劑或有抗?jié)B要求的混凝土，不得少于14 d。對大體積混凝土的養(yǎng)護，應(yīng)根據(jù)氣候條件采取控溫措施，并按需要測定澆筑后的混凝土表面和內(nèi)部溫度，將溫差控制在設(shè)計要求的范圍以內(nèi)，當(dāng)設(shè)計無具體要求時，溫差不宜超過25℃。

4)地基基礎(chǔ)變形引起的裂縫。

一般在建筑物下部出現(xiàn)較多，裂縫位置在沉降曲線曲率較大處，單層廠房因地面荷載較大，地基發(fā)生不均勻沉降，可導(dǎo)致柱下部和上柱根部附近開裂;相鄰柱出現(xiàn)較大沉降時，也可能把屋蓋構(gòu)件拉裂。防止地基基礎(chǔ)變形裂縫，須合理進行設(shè)計，做好地基處理。

5)鋼筋銹蝕引起的裂縫。

要防止鋼筋銹蝕，設(shè)計時應(yīng)根據(jù)規(guī)范要求控制裂縫寬度，采用足夠的保護層厚度;施工時應(yīng)控制混凝土的水灰比，加強振搗，最大限度地保證混凝土自身密實、完好，保持高堿度和防止有害離子入侵;同時嚴(yán)格控制含氯鹽的外加劑用量，沿海地區(qū)或其他存在腐蝕性強的空氣、地下水地區(qū)尤其應(yīng)慎重。

2 混凝土裂縫產(chǎn)生的主要原因

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計較復(fù)雜，構(gòu)造要求細(xì)，施工工序繁多，制造工期較長，任何一環(huán)節(jié)出現(xiàn)差錯都可能導(dǎo)致開裂事故。但是，混凝土工作的特點恰恰又在于可以帶裂縫工作，使用中出現(xiàn)細(xì)微的裂縫是正常的。當(dāng)然，如果出現(xiàn)過長、過寬的裂縫就要影響到結(jié)構(gòu)的安全和正常的使用，必須進行處理和加固。一般混凝土結(jié)構(gòu)的最大允許裂縫寬度在0.2 mm～0.3 mm。裂縫產(chǎn)生的原因主要有以下幾條:

1)材料使用:

體現(xiàn)在水泥的不正常凝結(jié)、不正常膨脹、安定性不良以及水化熱升溫(大體積混凝土:指體積大的混凝土，同時，澆筑時混凝土內(nèi)外溫差超過25℃時，即使混凝土體積不大，亦稱為大體積混凝土)均可導(dǎo)致混凝土裂縫的產(chǎn)生;同時，混凝土的干縮、外加劑的使用不當(dāng)和受潮結(jié)塊等都可以導(dǎo)致混凝土裂縫的產(chǎn)生。

2)施工控制:

體現(xiàn)在混凝土攪拌和運輸時間的過長或過短，澆筑速度過快，振搗不密實，混凝土保護層過薄，模板支護不當(dāng)導(dǎo)致的漏漿跑漿，以及混凝土終凝前鋼筋被撓動，模板拆除過早，混凝土養(yǎng)護不及時及初期受凍;混凝土澆筑質(zhì)量低劣;混凝土自由傾落度不宜超過2 m，柱子分段灌注高度不應(yīng)超過3.5 m，否則容易產(chǎn)生泌水;商品混凝土過多使用水及水泥，振搗不密實，產(chǎn)生空洞、爛根、跑漿、漏筋、脹模等均可導(dǎo)致混凝土裂縫的出現(xiàn)。

3)設(shè)計誤差:

體現(xiàn)在構(gòu)件截面承載力不足，細(xì)部構(gòu)造不合理，設(shè)計計算和實際構(gòu)件受力不符，忽略必要的驗算以及計算引起的變形縫;拱結(jié)構(gòu)兩端沒有抵抗水平推力的構(gòu)件;按桁架計算，荷載沒有作用在節(jié)點上，而是作用在節(jié)間;隨意簡化受力圖;漏算荷載等均可導(dǎo)致混凝土裂縫的出現(xiàn)。

4)其他原因:

體現(xiàn)在混凝土使用中的高溫、高腐蝕環(huán)境;使用中隨意改變結(jié)構(gòu)的使用導(dǎo)致荷載受力出現(xiàn)錯誤;不注意清除常年積灰，凍脹凍融，反復(fù)荷載的疲勞作用及使用超載等。

3 混凝土加固處理

在建筑物使用過程中，我們必須高度重視混凝土結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)的各類裂縫，并對其進行嚴(yán)密觀察，當(dāng)發(fā)現(xiàn)該裂縫發(fā)展迅速并危及結(jié)構(gòu)安全時，我們必須采取有效的加固措施對其進行加固處理，以確保生命財產(chǎn)的安全。

3.1 加固原理

混凝土加固結(jié)構(gòu)屬于二次受力和二次組合結(jié)構(gòu)，加固后的混凝土結(jié)構(gòu)工作的關(guān)鍵在于新舊結(jié)構(gòu)接合面能否有效的傳遞剪力，由于接合面混凝土的抗剪強度遠(yuǎn)低于混凝土自身的強度，因此，加固后的混凝土構(gòu)件承載力比一次整澆結(jié)構(gòu)略低一些。新舊混凝土接合面作為一個受力薄弱環(huán)節(jié)，在使用過程中會出現(xiàn)裂縫，接合面上抗?jié)B、抗凍性能也會降低，因此為確保新舊混凝土共同工作的可靠性、有效性和耐久性，設(shè)計中需要對新舊混凝土接合面進行抗剪計算，并在施工過程中進行必要的構(gòu)造處理。混凝土加固接合面所受的承載力可按下式計算:

其中，τ為接合面剪應(yīng)力設(shè)計值;fv為接合面混凝土抗剪強度設(shè)計值;ρsv為橫貫接合面的剪切—摩擦筋配筋率，ρsv=Asv/bs，Asv為配置同一截面內(nèi)箍筋各肢的全截面面積，b為截面寬度，s為箍筋間距;fy為剪切—摩擦筋抗拉強度設(shè)計值。

3.2 加固方法

1)加大截面加固法:梁柱進行加固前，必須先敲掉表層保護層，外加鋼筋，見圖2。加固前，對原構(gòu)件表層進行處理，鑿除表面風(fēng)化層、碳化銹裂層及嚴(yán)重油污層，用水將表層清洗干凈;澆筑新混凝土前，在接合面處涂刷一層高粘結(jié)性能的界面結(jié)合劑(高強度等級水泥漿、乳膠水泥漿、環(huán)氧樹脂膠及各種建筑結(jié)構(gòu)膠)，可使接合面混凝土的粘結(jié)抗剪強度大大提高。

圖2 加大截面加固法示意圖

2)外包鋼加固法:濕式外包鋼加固法:外包鋼與構(gòu)件間用乳膠水泥或環(huán)氧樹脂化學(xué)灌漿;或外包鋼與構(gòu)件間預(yù)留足夠空隙，進行澆筑混凝土，使得外包鋼與構(gòu)件形成一個整體，共同受力，見圖3。干式外包鋼加固法:型鋼與原構(gòu)件無連接，相互不傳遞剪力，單獨作用。

3)粘鋼加固法:采用粘貼鋼板，鋼板厚度2 mm～4 mm，受限于僅承受靜荷載的構(gòu)件;同時，確保環(huán)境溫度不大于60℃，相對濕度不大于70%，且無化學(xué)腐蝕時，方可使用粘鋼加固法(見圖4)。

圖3 外包鋼加固法示意圖

圖4 鋼板錨固示意圖

4)預(yù)應(yīng)力加固法:預(yù)應(yīng)力加固法是通過預(yù)應(yīng)力手段強迫后追加部分——拉桿或撐桿受力，改變原結(jié)構(gòu)內(nèi)力分布并降低原結(jié)構(gòu)應(yīng)力水平，致使一般加固結(jié)構(gòu)中所特有的應(yīng)力應(yīng)變滯后現(xiàn)象得以消除，使后加部分與原結(jié)構(gòu)能較好的共同工作，結(jié)構(gòu)的總體承載力顯著提高(見圖5)。

圖5 預(yù)應(yīng)力加固法示意圖

5)其他加固方法:如增設(shè)支點加固法;托梁拔柱加固法;碳纖維布(CFRP)加固法等。

4 結(jié)語

在建筑施工過程管理中，我們要嚴(yán)格按照國家規(guī)范、規(guī)程要求對混凝土澆筑工藝進行質(zhì)量控制，有效避免混凝土結(jié)構(gòu)常見的各類裂縫，讓混凝土在現(xiàn)代建筑工程中充分發(fā)揮其不可取代的作用。

[1]牛海東.淺議混凝土裂縫的成因與預(yù)防及處理[J].山西建筑，2010，36(25):149-150.