浅谈混凝土结构裂缝处理与加固

2011-06-12张运伟

山西建筑 2011年27期

张运伟

在现代建筑工程中，混凝土因其取材方便、抗压强度高、可浇筑成各种形状，且耐火性好、不易风化、养护费用低等优势，成为当今世界建筑结构中使用最广泛的建筑材料之一。

但是，通过大量的工程和实践分析发现，钢筋混凝土构件基本上都是带裂缝工作的，只是有些裂缝很细，甚至肉眼看不见(缝宽小于0.5 mm);有些裂缝在使用荷载或外界物理及化学因素作用下，不断产生和发展(缝宽超过0.2 mm)，引起混凝土碳化、保护层剥落及钢筋锈蚀，使钢筋混凝土强度和刚度受到削弱，耐久性降低，严重时甚至发生垮塌事故，危害结构的正常使用。因此，针对混凝土使用过程中的裂缝现象，我们有必要对其进行深究，并在施工及使用中加以防范。

1 裂缝的分类及防治措施

1)荷载裂缝。

一般在荷载突然增加时出现，如拆模、安装设备、结构超载等，因此预防荷载裂缝就必须在设计中充分考虑结构上可能出现的所有荷载，并考虑自然灾害对结构带来的影响;施工过程中控制好拆模时间，控制施工过程中结构上部的临时荷载，防止出现荷载裂缝。荷载裂缝一般出现在应力最大位置附近，如梁跨中下部和连续梁支座附近上部的竖向裂缝，又如支座附近或集中荷载作用点附近的斜裂缝，多数可能是剪力和弯矩共同作用而造成的(见图1)。

图1 荷载裂缝不同表现形式示意图

2)温度裂缝。

为预防混凝土温度裂缝，应合理安排混凝土浇筑顺序及浇筑速度，在混凝土浇筑过程中降低部分温差。夏季施工时骨料要洒水降温，冬季施工时混凝土表面应覆盖保温。大体积混凝土的浇筑应合理分段分层进行，使混凝土沿高度均匀上升，浇筑应在室外气温较低时进行，混凝土浇筑温度不宜超过28℃。

3)收缩裂缝。

为预防收缩裂缝，应加强早期混凝土养护以降低混凝土中水分蒸发速率，方法是在混凝土浇筑完毕后的12 h以内对混凝土结构外露面覆盖麻袋、海绵，然后进行浇水养护。采用塑料布覆盖养护的混凝土，其敞露的全部表面应用塑料布覆盖严密，并应保持塑料布内有凝结水。混凝土的浇水养护时间，对采用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥或矿渣硅酸盐水泥拌制的混凝土，不得少于7 d，对掺用缓凝型外加剂或有抗渗要求的混凝土，不得少于14 d。对大体积混凝土的养护，应根据气候条件采取控温措施，并按需要测定浇筑后的混凝土表面和内部温度，将温差控制在设计要求的范围以内，当设计无具体要求时，温差不宜超过25℃。

4)地基基础变形引起的裂缝。

一般在建筑物下部出现较多，裂缝位置在沉降曲线曲率较大处，单层厂房因地面荷载较大，地基发生不均匀沉降，可导致柱下部和上柱根部附近开裂;相邻柱出现较大沉降时，也可能把屋盖构件拉裂。防止地基基础变形裂缝，须合理进行设计，做好地基处理。

5)钢筋锈蚀引起的裂缝。

要防止钢筋锈蚀，设计时应根据规范要求控制裂缝宽度，采用足够的保护层厚度;施工时应控制混凝土的水灰比，加强振捣，最大限度地保证混凝土自身密实、完好，保持高碱度和防止有害离子入侵;同时严格控制含氯盐的外加剂用量，沿海地区或其他存在腐蚀性强的空气、地下水地区尤其应慎重。

2 混凝土裂缝产生的主要原因

钢筋混凝土结构设计较复杂，构造要求细，施工工序繁多，制造工期较长，任何一环节出现差错都可能导致开裂事故。但是，混凝土工作的特点恰恰又在于可以带裂缝工作，使用中出现细微的裂缝是正常的。当然，如果出现过长、过宽的裂缝就要影响到结构的安全和正常的使用，必须进行处理和加固。一般混凝土结构的最大允许裂缝宽度在0.2 mm～0.3 mm。裂缝产生的原因主要有以下几条:

1)材料使用:

体现在水泥的不正常凝结、不正常膨胀、安定性不良以及水化热升温(大体积混凝土:指体积大的混凝土，同时，浇筑时混凝土内外温差超过25℃时，即使混凝土体积不大，亦称为大体积混凝土)均可导致混凝土裂缝的产生;同时，混凝土的干缩、外加剂的使用不当和受潮结块等都可以导致混凝土裂缝的产生。

2)施工控制:

体现在混凝土搅拌和运输时间的过长或过短，浇筑速度过快，振捣不密实，混凝土保护层过薄，模板支护不当导致的漏浆跑浆，以及混凝土终凝前钢筋被挠动，模板拆除过早，混凝土养护不及时及初期受冻;混凝土浇筑质量低劣;混凝土自由倾落度不宜超过2 m，柱子分段灌注高度不应超过3.5 m，否则容易产生泌水;商品混凝土过多使用水及水泥，振捣不密实，产生空洞、烂根、跑浆、漏筋、胀模等均可导致混凝土裂缝的出现。

3)设计误差:

体现在构件截面承载力不足，细部构造不合理，设计计算和实际构件受力不符，忽略必要的验算以及计算引起的变形缝;拱结构两端没有抵抗水平推力的构件;按桁架计算，荷载没有作用在节点上，而是作用在节间;随意简化受力图;漏算荷载等均可导致混凝土裂缝的出现。

4)其他原因:

体现在混凝土使用中的高温、高腐蚀环境;使用中随意改变结构的使用导致荷载受力出现错误;不注意清除常年积灰，冻胀冻融，反复荷载的疲劳作用及使用超载等。

3 混凝土加固处理

在建筑物使用过程中，我们必须高度重视混凝土结构中出现的各类裂缝，并对其进行严密观察，当发现该裂缝发展迅速并危及结构安全时，我们必须采取有效的加固措施对其进行加固处理，以确保生命财产的安全。

3.1 加固原理

混凝土加固结构属于二次受力和二次组合结构，加固后的混凝土结构工作的关键在于新旧结构接合面能否有效的传递剪力，由于接合面混凝土的抗剪强度远低于混凝土自身的强度，因此，加固后的混凝土构件承载力比一次整浇结构略低一些。新旧混凝土接合面作为一个受力薄弱环节，在使用过程中会出现裂缝，接合面上抗渗、抗冻性能也会降低，因此为确保新旧混凝土共同工作的可靠性、有效性和耐久性，设计中需要对新旧混凝土接合面进行抗剪计算，并在施工过程中进行必要的构造处理。混凝土加固接合面所受的承载力可按下式计算:

其中，τ为接合面剪应力设计值;fv为接合面混凝土抗剪强度设计值;ρsv为横贯接合面的剪切—摩擦筋配筋率，ρsv=Asv/bs，Asv为配置同一截面内箍筋各肢的全截面面积，b为截面宽度，s为箍筋间距;fy为剪切—摩擦筋抗拉强度设计值。

3.2 加固方法

1)加大截面加固法:梁柱进行加固前，必须先敲掉表层保护层，外加钢筋，见图2。加固前，对原构件表层进行处理，凿除表面风化层、碳化锈裂层及严重油污层，用水将表层清洗干净;浇筑新混凝土前，在接合面处涂刷一层高粘结性能的界面结合剂(高强度等级水泥浆、乳胶水泥浆、环氧树脂胶及各种建筑结构胶)，可使接合面混凝土的粘结抗剪强度大大提高。