浅析混凝土裂缝产生的原因、防治及补救

2022-09-11

混凝土裂缝是一个具有普遍性且备受关注的问题, 有些裂缝继续发展可能危机结构安全, 因为结构的最终破坏往往是从裂缝开始的, 这主要是指荷载产生的裂缝;有些裂缝的出现造成结构渗漏, 影响建筑物的正常使用, 使钢筋锈蚀, 保护层剥落, 降低混凝土强度, 损害耐久性, 缩短使用寿命, 这主要是指变形产生的裂缝;同时, 较大的裂缝也影响观感质量。

混凝土裂缝既包含结构内部的微观裂隙, 也是表面呈现出的宏观裂缝。混凝土是由骨料、水泥、砂、气体和水组成的非均匀质, 水泥和水发生化学反应中均产生变形, 相互之间产生约束, 当约束超过极限时, 微观裂缝产生, 当外界条件改变或者约束力加剧时, 微观裂缝扩展、连接并贯通, 由量变达到质变, 形成肉眼可以观察的宏观裂缝。

混凝土裂缝产生有多种原因, 在工程实际中要具体问题具体分析, 应尽量采取有效措施控制裂缝产生, 使结构尽可能不出现裂缝或尽量减少裂缝的数量和宽度, 尤其要尽量避免有害裂缝的出现, 从而确保工程质量。

2 裂缝产生及防治

2.1 水泥干缩产生的裂缝

原因:水泥是水硬性材料, 具有干缩性, 水泥水化反应消耗混凝土内部结构中毛细孔水使混凝土内部自干燥作用所引起的体积收缩, 且这种收缩是不可逆的。

时间:通常出现在硬化初期开始。

表象:多为表面性的平行线状或网状浅细裂缝, 宽度多在0.05mm~0.2mm之间, 大体积混凝土中平面部位多见, 较薄的梁板中多沿其短向分布。

后果:影响混凝土的抗渗性, 引起钢筋的锈蚀影响混凝土的耐久性, 在水压力的作用下影响混凝土的承载力等。

预防措施: (1) 选用收缩量较小的水泥; (2) 控制水灰比, 同时掺加合适的减水剂; (3) 控制混凝土配合比; (4) 加强混凝土的早期养护, 并适当延长养护时间; (5) 设置合适的收缩缝。

2.2 温度变化

原因:混凝土内外产生较大温差, 较大的温差造成内部与外部热胀冷缩的程度不同, 产生超过混凝土的抗拉强度极限的拉应力, 而产生裂缝。如:水泥水化热, 外界温度骤降等。

时间 (情况) :多发生在混凝土施工中后期 (混凝土在硬化初期) , 在大体积混凝土表面或温差变化较大地区的混凝土结构中。

表象:通常无一定规律。大面积结构裂缝常纵横交错;梁板类大尺寸结构裂缝多与短边方向平行或接近平行。裂缝宽度大小不一。

后果:易引起钢筋的锈蚀, 混凝土的碳化, 降低混凝土的抗冻融、抗疲劳及抗渗能力等。

预防措施: (1) 选用低热或中热水泥, 如矿渣水泥、粉煤灰水泥等; (2) 掺加粉煤灰或高效减水剂等来减少水泥用量, 降低水化热; (3) 降低水灰比; (4) 改善混凝土的搅拌加工工艺, 降低混凝土的浇筑温度; (5) 掺加具有减水、增塑、缓凝等作用的外加剂, 改善混凝土拌合物的流动性、保水性, 降低水化热; (6) 合理安排施工工序, 以利于散热; (7) 预留温度收缩缝; (8) 加强混凝土养护。

2.3 不均匀沉降引起的裂缝。

原因:主要是由于剪切作用产生裂缝。当荷载或地基承受压缩能力不同形成结构间的剪切作用, 这种剪切作用大于结构抗剪能力, 造成开裂。

时间 (情况) : (1) 当基础与上部结构整体连接刚度不足时; (2) 处于软土基地, 土质不匀、松软, 或回填土不实或浸水。

表象:一般是斜向的, 多为深进或贯穿性裂缝。

预防措施: (1) 上部结构施工前, 对地基土进行必要的夯实和加固; (2) 模板支撑牢固; (3) c模板不易过早拆除, 且注意先后次序。

2.4 塑性收缩裂缝

原因:混凝土浇筑后、终凝前, 几乎没有强度或强度很小, 或者混凝土刚刚终凝而强度很小时, 受外界条件的影响, 混凝土表面失水过快, 造成毛细管中产生较大的负压而使混凝土体积急剧收缩, 产生裂缝。

时间 (情况) :一般在干热、大风天气, 或高风速、低湿度、高气温和高混凝土温度等情况下。

表象:多为中间宽、两端细且长短不一, 互不连贯状态, 分布不规则。塑性裂缝的深度可能局限于混凝土表面较浅区域, 也可能贯穿整个结构。

预防措施: (1) 选用干缩值较小早期强度较高的硅酸盐或普通硅酸盐水泥; (2) 严格控制水灰比; (3) 浇筑前, 将基层和模板浇水均匀湿透; (4) 及时养护; (5) 在高温和大风天气要设置遮阳和挡风设施。

2.5 化学反应引起的裂缝

原因:碱骨料反应裂缝和钢筋锈蚀引起的裂缝是钢筋混凝土结构中最常见的由于化学反应而引起的裂缝。碱骨料反应裂缝主要由于混凝土拌和后会产生一些碱性离子, 这些离子与某些活性骨料产生化学反应并吸收周围环境中的水而体积增大, 造成膨胀开裂;钢筋锈蚀引起的裂缝由于混凝土浇筑、振捣不良或者是钢筋保护层较薄, 使钢筋产生锈蚀, 体积膨胀, 导致混凝土胀裂。

表象:此种类型的裂缝多为纵向裂缝, 沿钢筋的位置出现。

后果:化学反应引起的裂缝一旦出现很难补救。

预防措施: (1) 选用碱活性小的砂石骨料; (2) 选用低碱水泥和低碱或无碱的外加剂; (3) 选用合适的掺和料抑制碱骨料反应; (4) 保证钢筋保护层的厚度; (5) 混凝土级配要良好;f钢筋表层涂刷防腐涂料; (6) 混凝土浇注要振捣密实。

2.6 外荷载引起的裂缝

原因:变形过大引起的裂缝。施工时因拆模过早, 混凝土强度未达到设计要求而提前加荷。

发生情况:这种裂缝通常出现在混凝土受弯构件的受拉区。

2.7 施工工艺

原因:施工过程中, 由于施工工艺、方法和措施不当, 以及后期养护的不到位而产生的裂缝。

时间 (情况) : (1) 混凝土初凝时, 模板的刚度和强度不够, 产生振动、变形或移位; (2) 振捣不当, 漏振、过振或振捣棒抽撤过快; (3) 养护措施不到位; (4) 拆模过早; (5) 现场预应力张拉不当。

预防措施: (1) 避免在雨中或大风中浇筑混凝土; (2) 浇筑时, 振捣捧要快插慢拔; (3) 严禁额外加水; (4) 杜绝以石子半露的糙面作为铺设砂浆层所需毛面; (5) 避免过早拆模; (6) 加强早期养护, 并适当延长养护时间; (7) 确保板面负筋正确定位; (8) 泵送混凝土自出厂到浇筑完毕所用时间不得超过2.5小时, 非泵送混凝土自出厂到浇筑完毕所用时间不得3小时。

2.8 其他原因引起的裂缝

结构设计不合理, 混凝土配合比不当, 材料, 施工缝设置等原因都可能引起混凝土开裂。

(1) 结构设计原因:配筋不当、断面突变、设计中采用的混凝土等级过高等; (2) 混凝土配合比原因:水灰比和砂率选择不合理、水泥用量越大、用水量越高等; (3) 材料选用:混凝土外加剂及掺和料选择不当、水泥品种选用不当、骨料粒径等; (4) 施工缝设置:设置伸缩缝, 或设置不合理, 在薄弱部位应力集中。 (5) 在脱模、运输、堆放、起吊过程中因各种原因使构件受压区处于受拉状态, 都可能使构件产生裂缝。

3 混凝土裂缝的补救措施

3.1 微细裂缝 (一般宽度小于0.2mm)

微细裂缝一般宽度较窄, 一般注浆材料难以灌入细微且浅薄的缝隙中, 通常采用表面直接处理的方法。即在微细裂缝表面直接涂膜, 从而达到修补裂痕, 完善观感质量的目的。这种方法治标不治本, 修补工作无法深入到裂缝内部, 对延伸裂缝难以追踪其变化。

表面覆盖法所用材料视修补目的及建筑物所处环境不同而异, 通常采用弹性涂膜防水材料, 聚合物水泥膏、聚合物薄膜 (粘贴) 等。施工时, 先将混凝土表面打毛, 清除表面附着物, 用水加以清洗, 充分干燥, 然后修补材料在表面涂抹封闭。这种方法还适用于深度未达到钢筋表面的裂缝, 不漏水的裂缝, 不伸缩的裂缝以及不再发展变化的裂缝。

3.2 中小裂缝 (一般宽度为0.2mm~0.3mm)

裂缝宽度为0.2mm~0.3mm, 定义为中小裂缝, 这种裂缝深度较浅, 一般视情况而定, 可以采用填充修补材料直接处理裂缝, 也可以采用常规的灌浆法。填充法一般用来修补较宽的裂缝, 作业简单, 费用低。灌浆法一般为低压注浆, 采取环氧类的化学浆液或水泥浆液对裂缝进行灌注。操作时, 首先进行裂缝清理, 干燥, 用补缝器吸取注浆液, 插入注浆嘴, 用手推动补缝器活塞, 使浆液通过注浆嘴压入裂缝, 固化后周边可能有裂口, 必须反复用浆补上, 以避免注浆漏浆, 为了保证没有遗漏, 在注入后一段时间内再次补浆。最后要清理表面。注浆顺序一般由上往下, 水平方向由一端向另一端注入。灌浆法既提高了结构的整体性, 又能有效阻止继续开裂, 防止钢筋的进一步锈蚀, 提高安全性能。

3.3 大裂缝 (一般宽度大于0.3mm)

裂缝开裂较大, 大于0.3mm时, 定义为大裂缝。这种裂缝宽度较大, 深度也较深, 有继续发展的趋势, 危害性较大, 一般采用开槽嵌补法修补裂缝。先沿裂缝V型凹槽, 清除裂缝表面的灰尘、污迹, 干燥后, 用环氧树脂砂浆嵌补到混凝土裂缝内, 环氧树脂砂浆由环氧树脂、聚硫橡胶、水泥、砂按照一定配比混合, 并添加少量丙酮搅拌均匀, 待初凝完全后, 用水养护。因结构变形引起的裂缝通过修补后, 达到了构件的整体性, 使应力有效传递, 重要的是有效阻止混凝土继续开裂, 降低因裂缝产生的危害。

混凝土裂缝的修补措施还有其他方法:结构加固法, 混凝土置换法, 电化学防护法以及仿生自愈合法等。?裂缝的出现不但会影响结构的整体性和刚度, 还会引起钢筋的锈蚀、加速混凝土的碳化、降低混凝土的耐久性和抗疲劳、抗渗能力。因此应区别对待、及时处理, 以保证建筑物的安全稳定。

4 结语

本文简要总结概括了混凝土裂缝产生的原因、影响、防治措施及主要的补救措施。我们应首先立足于防治, 对裂缝的种类、产生的过程和结果、发展变化动态进行综合分析, 并熟悉混凝土所处的环境, 合理进行配比设计;其次, 应严把施工质量关, 加强工程现场监控, 改进施工工艺, 完善科学管理, 防患于未然, 以达到或者延长合理的建筑物使用寿命。

摘要：混凝土的裂缝是一个普遍存在而又难以控制的工程实际问题, 本文对混凝土工程中常见裂缝进行了分析, 总结了裂缝产生的主要原因、防治方法, 以及补救措施。

关键词：混凝土裂缝,原因,防治,补救