鋼筋混凝土工程裂縫產(chǎn)生的原因及處理

吳增軍 吳志剛 曹文江

1 概述

某商用及住宅工程建筑面積9 080 m2，框架結(jié)構(gòu)，主體八層，局部九層，基礎(chǔ)為彈性條基。工程于2009年10月27日開工建設(shè)，2010年7月11日完成主體框架結(jié)構(gòu)施工。主體框架結(jié)構(gòu)柱、梁、板混凝土設(shè)計(jì)等級(jí)C30，采用商品混凝土。商品混凝土由當(dāng)?shù)厣唐坊炷凉咎峁?fù)責(zé)將混凝土運(yùn)送至施工作業(yè)層面。場(chǎng)外運(yùn)輸采用混凝土攪拌車，場(chǎng)內(nèi)采用混凝土輸送泵。2010年7月19日，質(zhì)量監(jiān)督部門在工地檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)該建筑物六層、八層部分梁板存在不同程度的微裂縫，質(zhì)量監(jiān)督部門隨即下發(fā)了停工通知，要求有關(guān)單位對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫的原因進(jìn)行調(diào)查，并對(duì)裂縫產(chǎn)生的危害進(jìn)行鑒定。

2 裂縫鑒定

2.1 裂縫描述

表面裂縫:經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，裂縫主要集中分布在六層和八層梁及頂板處，裂縫走向不規(guī)律，八層比六層嚴(yán)重。板表面由于水泥漿的掩蓋，有些裂縫不易看出，板底裂縫很細(xì)，肉眼不易看出。梁側(cè)面裂縫明顯，水平裂縫主要集中在梁上部(距梁與板交接處20 mm～70 mm)，裂縫寬0.5 mm～2 mm，豎向裂縫不均勻地分布于梁的側(cè)面。梁底部未發(fā)現(xiàn)明顯的裂縫。

內(nèi)部裂縫:對(duì)梁、板有裂縫和無裂縫的部位鉆取多個(gè)芯樣，從芯樣側(cè)面可以發(fā)現(xiàn)，表面有裂縫的其深度只有幾十毫米，有的內(nèi)部裂縫并未延伸至表面，內(nèi)部裂縫的寬度為0.2 mm～1 mm，少數(shù)裂縫已貫通，多數(shù)裂縫未貫通。

2.2 裂縫原因分析

現(xiàn)從混凝土的施工過程記錄、施工原材料及配合比等方面進(jìn)行分析:

1)施工過程。六層混凝土柱、梁、板為一次澆筑成型，其中A區(qū)段于2010年4月17日開始澆筑，于2010年4月18日結(jié)束，當(dāng)日天氣晴，氣溫9℃～24℃。在澆筑期間，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定的混凝土坍落度為190 mm，170 mm，混凝土澆筑3 h后，用塑料薄膜對(duì)混凝土進(jìn)行覆蓋，12 h內(nèi)開始灑水養(yǎng)護(hù);B區(qū)段4月20日澆筑，當(dāng)日澆筑完畢，當(dāng)日天氣晴，氣溫10℃～23℃。3 h后，用塑料薄膜全部覆蓋。現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試混凝土坍落度為190 mm，160 mm。4月20日上午，發(fā)現(xiàn)部分板面混凝土未凝固，混凝土板上養(yǎng)護(hù)積水呈黃褐色。隨即通知建設(shè)單位、監(jiān)理及商品混凝土公司到工地，商品混凝土公司解釋說，可能是緩凝劑摻量過多所致，觀察一段時(shí)間再說，4月23日上午發(fā)現(xiàn)混凝土有了一定強(qiáng)度，到4月25日強(qiáng)度基本上來了。

4月28日拆除A區(qū)段梁側(cè)模時(shí)，發(fā)現(xiàn)部分梁在梁板交接處下方有魚鱗狀裂紋，且走向不一。5月8日拆除B區(qū)段梁側(cè)模時(shí)同樣存在類似情況。5月15日拆除梁板底模時(shí)，發(fā)現(xiàn)混凝土板底也有裂紋，且因養(yǎng)護(hù)水滲透至板底表面，導(dǎo)致部分板底表面呈黃褐色。

八層混凝土自5月29日至6月5日澆筑，當(dāng)時(shí)氣溫19℃～30℃，施工過程中，有三方面異常:a.樓板混凝土未達(dá)到終凝時(shí)，板面上出現(xiàn)了多處收縮裂縫;b.混凝土坍落度損失嚴(yán)重，泵送困難;c.混凝土凝結(jié)異常，澆筑48 h后不凝固。八層混凝土梁、板模板拆除后，梁、板同樣存在六層的質(zhì)量情況，且比六層更為嚴(yán)重。

2)混凝土選用材料分析。該工程六層和八層梁、板混凝土采用配合比為:水泥∶水∶砂子∶石子 =1∶0.4∶1.95∶2.16(每立方米材料用量為:水泥 440 kg，水 176 kg，砂子 860 kg，石子 950 kg)，混凝土砂率為48%(普通摻加緩凝減水劑的泵送混凝土砂率為41%～43%)。選用材料為當(dāng)?shù)禺a(chǎn)礦渣硅酸鹽32.5水泥、當(dāng)?shù)禺a(chǎn)碎石及中砂、上海產(chǎn)POZZOLITH621-C混凝土緩凝減水劑。經(jīng)過對(duì)所使用材料的復(fù)試檢驗(yàn)，結(jié)果全部符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.3 裂縫的檢測(cè)及鑒定

通過檢測(cè)單位對(duì)六層和八層梁、板混凝土的鉆芯取樣檢測(cè)、回彈檢測(cè)、超聲波檢測(cè)，鑒定結(jié)果如下:

1)混凝土強(qiáng)度。混凝土回彈檢測(cè)強(qiáng)度:六層回彈6個(gè)點(diǎn)位，八層回彈7個(gè)點(diǎn)位，所測(cè)部位混凝土均達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度，平均強(qiáng)度為36.59 MPa。混凝土鉆芯取樣強(qiáng)度:取樣檢測(cè)20點(diǎn)，檢測(cè)混凝土強(qiáng)度16個(gè)試樣，所有混凝土強(qiáng)度均達(dá)到設(shè)計(jì)要求，平均強(qiáng)度為38.64 MPa。2)超聲波檢測(cè)。選取六層、八層有代表性的混凝土梁抽測(cè)其內(nèi)部缺陷，并用七層混凝土梁作對(duì)比。檢測(cè)結(jié)果發(fā)現(xiàn)七層混凝土梁超聲波的傳播速度均勻，振幅大小均勻，未發(fā)現(xiàn)缺陷;六層、八層混凝土梁超聲波的傳播速度離散性大，振幅大小不均勻，懷疑有內(nèi)部缺陷。3)對(duì)比試驗(yàn)。將芯樣分成兩組，一組煮沸48 h，觀察試件變化情況，另一組自然養(yǎng)護(hù)。對(duì)比結(jié)果表明煮沸的一組未發(fā)現(xiàn)裂縫繼續(xù)發(fā)展。4)荷載試驗(yàn)。選取有代表性的六層兩塊板做結(jié)構(gòu)性能試驗(yàn)，試驗(yàn)荷載為正常使用荷載標(biāo)準(zhǔn)值。在正常使用荷載下維持8 h，板裂縫未發(fā)展，亦未出現(xiàn)新的裂縫。卸載后撓度迅速反彈，反彈情況良好。

鑒定結(jié)論:省建筑科學(xué)研究院根據(jù)省建筑工程監(jiān)督檢測(cè)測(cè)試中心的混凝土檢測(cè)鑒定報(bào)告，經(jīng)綜合分析，鑒定該工程六層和八層梁、頂板混凝土可以繼續(xù)作為結(jié)構(gòu)混凝土，但考慮混凝土外部、內(nèi)部裂縫較多，降低了混凝土的耐久性能，給結(jié)構(gòu)帶來安全隱患，因此，應(yīng)對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行處理。

2.4 裂縫產(chǎn)生的原因

該工程六層和八層梁、板混凝土產(chǎn)生早期收縮裂縫的主要原因是由于混凝土異常凝結(jié)。異常凝結(jié)的主要因素是外加劑與水泥不適應(yīng)。另外，混凝土配合比含砂率過高也對(duì)其產(chǎn)生一定的不利影響。

3 裂縫處理及結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)

處理方案依據(jù):1)原設(shè)計(jì)圖紙及設(shè)計(jì)變更。2)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》。3)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》。4)《混凝土結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》。5)《混凝土結(jié)構(gòu)加固技術(shù)規(guī)范》。

3.1 處理方案

1)裂縫封閉處理。當(dāng)裂縫寬度小于0.3 mm且淺而細(xì)時(shí)，宜進(jìn)行表面封閉;當(dāng)裂縫寬度小于0.3 mm且裂縫細(xì)而深時(shí)，宜進(jìn)行化學(xué)灌漿;當(dāng)裂縫寬度不小于0.3 mm時(shí)，宜進(jìn)行化學(xué)灌漿。

2)承重梁加固處理。對(duì)于六層、八層裂縫嚴(yán)重的梁采用貼碳纖維方案進(jìn)行加固處理(六層3根梁，八層9根梁)。

具體措施為:梁底面貼兩層200寬通長碳纖維(質(zhì)量200 g/m2，抗拉強(qiáng)度不小于3 000 MPa)，梁兩端側(cè)面各貼3道一層150 mm寬碳纖維“U”形箍，“U”形箍間距150 mm，并在“U”形箍端部粘貼一層150 mm寬壓條。碳纖維粘貼完后，梁表面刷一道界面劑，并抹20厚微膨脹水泥砂漿(C30混凝土去掉石子后加膨脹劑)保護(hù)層。

3.2 混凝土裂縫處理及承重梁加固

3.2.1 裂縫封閉處理

1)將梁板混凝土表面用10%的火堿進(jìn)行清洗，混凝土砂漿等雜物用鋼絲刷清刷，最后用清水沖洗干凈。

2)待混凝土面稍干后，刷一道摻加KY-6混凝土界面劑的砂漿涂層，以覆蓋基層為準(zhǔn)，增強(qiáng)砂漿與混凝土基層的粘結(jié)程度，防止砂漿空鼓開裂，并且起到封閉裂縫的效果。KF-6混凝土界面劑的配置方法:配比(體積比)為1∶1(水泥∶中砂)，加入水泥與中砂混合物重量1/2的KF-6混凝土界面劑。

3)待混凝土表面界面劑稍干后，抹20厚的水泥砂漿，內(nèi)摻5%PNC-1膨脹劑。水泥砂漿的配合比為C30混凝土去掉石子(50 kg水泥加81 kg砂子)。

4)對(duì)于六層頂板，在進(jìn)行樓地面施工時(shí)，對(duì)樓面清掃干凈后刷界面劑一道，貼地板磚時(shí)在砂漿中加防水劑;對(duì)于八層頂板，在施工屋面時(shí)，對(duì)混凝土面進(jìn)行鑿毛并清掃沖洗干凈后刷界面劑一道，澆40 mm厚C35微膨脹細(xì)石混凝土。

3.2.2 承重梁加固處理

1)打磨:用磨光機(jī)打磨掉待貼部位的混凝土棱、混凝土表面油污，并把梁底拐角處的棱角磨圓。2)清掃:用鋼絲刷清掃去待貼混凝土部位的浮漿及灰塵。3)配膠:將粘浸膠的甲乙兩組分按重量比3∶1的比例混合，充分?jǐn)嚢琛?)粘貼:將粘浸膠均勻涂抹于梁待貼部位，把裁剪的碳纖維粘貼于相應(yīng)部位，在碳纖維表面再均勻涂抹一層粘浸膠。粘貼碳纖維空鼓率不大于1%，可使用檢測(cè)錘敲擊碳纖維表面，通過回聲來判斷。若空鼓率大于1%可采用注射器向空鼓內(nèi)部注膠的方法補(bǔ)救。5)撒砂:為抹灰方便，可在粘貼好的碳纖維表面撒細(xì)砂。6)抹灰。

4 加固效果

工程結(jié)構(gòu)梁板混凝土裂縫處理及梁加固之后，經(jīng)當(dāng)?shù)刭|(zhì)量監(jiān)督部門驗(yàn)收，裂縫處理及梁加固效果符合要求，同意繼續(xù)施工。該工程已投入使用，經(jīng)過一年的觀察，裂縫無發(fā)展變化，工程質(zhì)量符合規(guī)范要求。

5 施工體會(huì)

1)使用復(fù)合外加劑前供應(yīng)廠商應(yīng)提供外加劑復(fù)合的原材料，試驗(yàn)室試配混凝土?xí)r進(jìn)行外加劑對(duì)水泥的適應(yīng)性檢測(cè)。

2)混凝土工程施工中對(duì)出現(xiàn)的異常情況應(yīng)及時(shí)保留可追溯的依據(jù)。

3)改善混凝土的性能，提高抗裂能力，加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)，防止表面干縮(例如使用減水防裂劑)。

4)加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)管理，界清與混凝土供應(yīng)商的職責(zé)。

［1］ 李獻(xiàn)燦.鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的成因及防治措施［J］.山西建筑，2010，36(1):171-172.