鋼筋混凝土裂縫產(chǎn)生的原因及修補(bǔ)方法

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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，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，沒有裂縫或這類結(jié)構(gòu)性裂縫非常細(xì)微，不易為肉眼所察覺。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)?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，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；外加劑使用不當(dāng)?shù)取Ｆ渲泄橇虾羞^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，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。

　　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，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)瓉硎褂霉δ艿呐e動(dòng)將增大結(jié)構(gòu)使用荷載加速裂縫的開展。

　　7、設(shè)計(jì)考慮不周

　　如截面不夠、梁的跨度過大、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)算過程中，通常只是根據(jù)其承載能力來確定配筋量，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?；炷亮芽p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。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。

　　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)，提高鋼筋周圍的PH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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