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論鋼筋混凝土裂縫產(chǎn)生的原因及修補(bǔ)方法
摘要:混凝土的裂縫問(wèn)題是一個(gè)普遍存在而又難于解決的工程技術(shù)問(wèn)題。本文分析了混凝土產(chǎn)生裂縫的原因和影響因素,概括介紹了修補(bǔ)裂縫的幾種方法。
關(guān)鍵詞:鋼筋混凝土 裂縫 原因 修補(bǔ)方法
一、前言
混凝土是由膠凝材料、水和粗、細(xì)骨料按適當(dāng)比例配合、拌制成拌合物,經(jīng)一定時(shí)間硬化而成的人造石材,是一種非均質(zhì)脆性材料。由于混凝土施工和本身變形、約束等一系列問(wèn)題,硬化成型的混凝土中存在著眾多的微孔隙,氣穴和微裂縫,所以建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫是很普遍的現(xiàn)象,從理論上說(shuō),混凝土結(jié)構(gòu)尤其是受彎構(gòu)件總是帶裂縫工作的,在使用荷載不大的情況下,沒(méi)有裂縫或這類(lèi)結(jié)構(gòu)性裂縫非常細(xì)微,不易為肉眼所察覺(jué)。但在現(xiàn)實(shí)的建筑中,只要仔細(xì)觀察不難發(fā)現(xiàn),普遍的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)又一般都是帶裂縫受力工作的,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)䦟?dǎo)致結(jié)構(gòu)構(gòu)件超過(guò)正常使用極限狀態(tài)而破壞。所以,研究裂縫的形態(tài),分析裂縫產(chǎn)生的原因和裂縫對(duì)結(jié)構(gòu)功能的影響并加以控制是一個(gè)十分重要的課題。
二、鋼筋混凝土常見(jiàn)裂縫原因分析
1、材料質(zhì)量
混凝土因材料選用不當(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?jiàn)因素有水泥過(guò)期或品種選用不當(dāng);混凝土配比不合理;水泥、骨料含有過(guò)量有害物質(zhì);水泥水化熱過(guò)高;外加劑使用不當(dāng)?shù)�。其中骨料含有過(guò)量雜質(zhì)最為普遍,砂、石含泥量大將降低水泥石與骨料的粘結(jié)強(qiáng)度,導(dǎo)致早期裂縫,且易發(fā)展為貫通性有害裂縫。2、混凝土早期收縮
自90年代以來(lái),隨著我國(guó)商品混凝土的施工工藝的逐步推廣,在工程中,尤其是住宅建筑中,基礎(chǔ)底板、地下室外墻以及樓層現(xiàn)澆板出現(xiàn)早期收縮裂縫的比例逐漸增多。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。
3、施工質(zhì)量
混凝土標(biāo)號(hào)偏低、構(gòu)件截面尺寸不符合設(shè)計(jì)要求、鋼筋的放置不到位、配筋量不足等均會(huì)導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)裂縫。同時(shí)由于施工不當(dāng)、模板支撐下沉、模板變形、過(guò)早拆除底模和支撐,或施工控制不嚴(yán)、在梁上超載堆荷等也會(huì)使混凝土出現(xiàn)裂縫。對(duì)于陽(yáng)臺(tái)、雨蓬等懸臂構(gòu)件,往往由于建筑工人在澆灌混凝土的過(guò)程中,將板上的負(fù)彎矩鋼筋踩到板下面,使構(gòu)件不能承受負(fù)彎矩從而引起裂縫,嚴(yán)重的甚至引起這些構(gòu)件斷裂。
4、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(guò)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(lèi)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。
5、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(guò)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。
6、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(jué),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。在使用過(guò)程中,如將屋面建造為屋頂花園、屋面加層、將辦公室改為倉(cāng)庫(kù)等改變?cè)瓉?lái)使用功能的舉動(dòng)將增大結(jié)構(gòu)使用荷載加速裂縫的開(kāi)展。
7、設(shè)計(jì)考慮不周
如截面不夠、梁的跨度過(guò)大、高度偏小,或者由于計(jì)算錯(cuò)誤、受力鋼筋截面偏小或板太薄、配筋位置不當(dāng)、節(jié)點(diǎn)不合理、結(jié)構(gòu)構(gòu)件斷面突變或因開(kāi)洞、留槽引起應(yīng)力集中、構(gòu)造處理不當(dāng)、現(xiàn)澆主梁在與次梁交接處若沒(méi)有設(shè)附加箍筋、或附加吊筋以及各種結(jié)構(gòu)縫設(shè)置不當(dāng)?shù)纫蛩鼐菀讓?dǎo)致混凝土開(kāi)裂。另一方面,設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行混凝土受彎構(gòu)件的配筋計(jì)算過(guò)程中,通常只是根據(jù)其承載能力來(lái)確定配筋量,而往往忽略了對(duì)構(gòu)件在正常使用階段由其承受的荷載而引起的撓度及裂縫寬度的驗(yàn)算,由此而引起結(jié)構(gòu)在荷載作用下產(chǎn)生裂縫。
三、修補(bǔ)方法
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:
1、表面處理法
表面修補(bǔ)法是一種簡(jiǎn)單、常見(jiàn)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(shù)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(shù)脂水泥。對(duì)于有防水抗?jié)B要求的迎水面,可在混凝土表面刷洗干凈并干燥后,粘貼2~3層環(huán)氧樹(shù)脂玻璃或橡膠瀝青綿紙等以封閉裂縫。
2、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(shù)脂。寬度小于0.3mm的裂縫則應(yīng)先將開(kāi)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(shù)脂,以增加填充材料與混凝土的粘結(jié)力。
3、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。常用的方法有以下幾種:加大混凝土結(jié)構(gòu)的截面面積、在構(gòu)件的角部外包型鋼、采用預(yù)應(yīng)力法加固、粘貼鋼板加固、增設(shè)支點(diǎn)加固以及噴射混凝土補(bǔ)強(qiáng)加固。
4、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?chē)腜H值,鈍化鋼筋,以達(dá)到有效防腐的目的。電化學(xué)防護(hù)法主要有三種:陰極防護(hù)法、氯鹽提取法、堿性復(fù)原法。電化學(xué)防護(hù)法是一種新型的裂縫處理方法,有著廣泛的發(fā)展前景。
5、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。
>四、結(jié)論
混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)針對(duì)裂縫產(chǎn)生的主要原因,貫徹預(yù)防為主的原則,加強(qiáng)設(shè)計(jì)施工及使用等方面的管理,確保結(jié)構(gòu)安全和避免不必要的損失。一旦產(chǎn)生裂縫,應(yīng)查明原因,分析裂縫的類(lèi)型,選擇最合理的修補(bǔ)方法,使施工方便,經(jīng)濟(jì)高效。
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