民用建筑混凝土结构裂缝原因及控制

2015-08-15江西省第五建设集团有限公司江西南昌330000

江西建材 2015年14期

■邓敏 ■江西省第五建设集团有限公司，江西南昌 330000

混凝土是由水、水泥和骨料组成的，具有非匀质性。混凝土会受湿度和温度的影响，当湿度和温度变化时，其体积会产生形变，又因为它的非匀质性，各种材料的形变不一致，在相互作用下产生拉应力，在水泥本身或水泥粘结面与骨料之间形成裂缝。因为裂缝微细，肉眼看不见，所以称之为微裂。在混凝土构件中，微裂缝必不可免。混凝土构件，就基本原理而言，大多数情况下是带裂缝工作的。微裂缝不规则且不连贯地分布着。一般情况下，裂缝是“无害”的，对结构的安全不产生较大的影响。但是荷载作用可以使微裂缝扩展，扩展的微裂缝相互串通，产生肉眼可见的裂缝，称之为宏观裂缝［1］。宏观裂缝也常在温差作用下，混凝土干缩的情况下形成。

1 浅析裂缝产生原因

1.1 塑性收缩［2］

塑性裂缝是由于混凝土骨料沉降导致塑性收缩而产生的。当混凝土浇筑成型后，如果没有及时覆盖其表面，风吹日晒混凝土的外部，这是一种护养不当的行为，会导致表面的游离的水分快速的丢失，体积收缩迅速的同时，内部却收缩小，湿度变化小，因而约束了表面收缩变形，裂缝在拉应力的作用下产生。这类裂缝产生的原因还有三点:一是使用过量的粉砂;二是使用的水泥收缩率较大导致用量过多;三是混凝土水灰比过大，导致混凝土模板过于干燥。这类裂缝宽度较细，是表面性的，多数在0.05～0.2mm 之间，没有规律性，走向纵横交错。

1.2 干燥收缩

混凝土中的水分变化会引起混凝土的干缩湿胀。当混凝土在空气中硬化时，水分蒸发，逐步导致水泥石的凝胶体收缩，进而使混凝土干缩;当混凝土在水中硬化持续存在时，就会产生微小膨胀。干缩程度与很多因素有关，如单位用水量、集料用量、养护不良、施工不当以及水泥种类。干燥收缩是由表及里一步一步地发展而来，收缩应力会由于不均匀的湿度变化而不同，表面拉应力在一定范围内不会引起表面开裂，超出极限时，混凝土表面开裂。混凝土构件在露天环境下堆放时间过长，强烈的湿度变化会发生在混凝土的表面;振捣混凝土若用力过度会使得较多的砂层在表面水泥形成;后张法预应力构件在露天状态下生产后，不张拉时间过长;配制混凝土所用的粉砂含泥量过大等均可导致混凝土产生这种裂缝。［3］

1.3 温度应力

混凝土的特征性性质之一就是热胀冷缩，温度裂缝的产生大多数是由于温差较大而导致的，包括了:截面均匀温差、内外温差和上下温差。温度裂缝没有规律性，宽度不等，大多数情况下小于0.5 毫米，整条裂缝，宽度变化不大。当非均匀的降温差产生时，较大的降温收缩是因为在混凝土的表面，有强烈的温差变化;大体积的混凝土浇筑后，大量的水化热由混凝土构件放出，这个时期称作硬化时期，在这期间，混凝土内部温度明显上升，表面和内部之间的温差变大。

结构温差较大会导致贯穿的和深进的温度裂缝生成。如果大体积的混凝土需要采取一定的措施放松约束，如隔离层等。否则，直接浇注在坚硬的地基上，若同时满足温度很高的条件，导致水泥水化热温升增大，高温的混凝土，一旦降温收缩混凝土的外部结构，如垫层、地基等，会制约其部分地或垒部，较大的拉应力在混凝土的内部出现，且混凝土早期的弹性模量和抗拉强度都很低，进而将产生降温收缩裂缝。这种裂缝偶尔是贯穿性的，较深，会破坏结构的整体性和完整性［4］。

1.4 徐变变形

水泥石的徐变会导致受弯构件截面的混凝土也受压徐变，这使得构件变形至3～4 倍。附加的被动内力会导致箱梁构件弯矩重分布的产生，徐变还会使弯矩增大，且增大腹板的剪应力。使得腹板裂缝出现。这都是由于较大的徐变使结构产生附加被动内力。结构会应徐变而造成较大的应力损失，特别是预应力结构，进而使得结构的抗裂性能降低。

1.5 构件超载及基础不均匀沉降

如果裂缝出现于垂直于构件纵轴处，大多是因为产生了内力弯矩，内力弯矩一般是构件在超出设计的集中荷载或均布荷载作用下产生的，在较大的剪力作用下，构件会产生从下往上延伸的斜裂缝。除此之外，裂缝的产生的原因也可能是基础不均匀沉降造成的结构变形。

2 裂缝的种类

从结构上划分，混凝土的结构裂缝可以分为两大类:非结构性裂缝和结构性裂缝。非结构性裂缝包括上述内容中的六种:塑性类、干燥收缩类、温度应力类、地基不均匀沉降类、施工不当类。结构性裂缝包括三种:以设计原因为主的、以使用原因为主的、以施工原因为主的。设计原因产生的裂缝有计算与实际受力不符导致的裂缝、构造不当造成的变形裂缝、结构次应力造成的裂缝、设计未考虑施工方法造成的裂缝、有钢筋锚固长度不够造成的裂缝、构件刚度不足形成的开裂等。使用原因造成的裂缝有钢筋锈蚀造成的裂缝、地震造成的裂缝、荷载加大造成的裂缝、建筑使用条件改变造成的裂缝等。施工原因产生的裂缝有模板原因(包括模板立柱下陷、模板支护方法不对等)形成的裂缝、放置钢筋的位置不当造成的裂缝、施工超载裂缝、施工质量粗劣造成的裂缝、原材料质量原因导致的裂缝等。

3 裂缝的控制治理措施

以下6 种方法为目前控制治理混凝土结构裂缝的主要措施:

(1)表面处理法。表面处理法包括了表面贴补法和表面涂抹法。主要运用于浅度裂缝和表面裂缝的处理，因其不影响结构承载力且稳定。表面贴补(防水片或土工膜)法适用于大面积漏水的防渗堵漏。表面涂抹法适用于不再活动的裂缝、不漏水的缝、未达到钢筋表面的浅层的发丝裂缝、细而浅的浆材难以灌入的裂缝以及不伸缩的裂缝。

(2)化学灌浆法。如果裂缝对结构整体性有影响的话主要运用的是化学灌浆法。用化学材料配制浆液，再利用压力设备将浆液压入裂缝，经过扩散、凝固等过程，以堵漏加固裂缝。这种方法称作化学灌浆法。可供灌浆的材料，就目前而言主要是聚氨酯、环氧树脂等。

(3)结构加固法。如果是火灾引起的裂缝、因超荷载引起的裂缝，长时间不处理的话，会降低凝土耐久性，这种情况导致的裂缝可以影响到混凝土的结构性能、结构强度。这时可以采取结构加固法控制治理混凝土裂缝。主要方法包括了:在构件的角部包型钢、粘贴钢板加固、加大混凝土结构的截面面积、补强加固喷射混凝土、增设支点加固及采用预应力法加固等。

(4)填充法。修补较宽的裂缝(≥0.3mm)通常是直接用修补材料进行填充裂缝，费用低廉，且操作简单。较浅的裂缝(0.3mm 以下)或是有充填物在裂缝中，小规模裂缝以及用灌浆法不起效果的裂缝可以采取开V 型槽，再进行填充处理的简易操作。嵌填材料目前常用的有刚性材料如聚合物、砂浆等;塑性材料，如塑料油膏等。

(5)仿生自愈法。有一种新型的裂缝处理方法称为仿生自愈法。像生物一样的机能，即组织会对创伤部位自动分泌一些物质，用来愈合创伤部位。复合特殊组分，如具有粘结剂的胶囊和纤维，作为混凝土的传统组份，能够与混凝土内部，智能的模仿生物自我愈合的神经系统网络，当混凝土裂缝出现时，有些液芯纤维能够自动的重新愈合裂缝。

(6)电化学防护法。利用介质在施加电场中的电化学作用，改变钢筋混凝土或混凝土中的离子分布状体，凭借钢筋周围pH 值的提高来钝化钢筋，进而实现有效防腐的目的的方法称为电化学防护法。主要方法包括了:碱性复原法、氯盐提取法、阴极防护法。其优势是环境因素对它的影响不大，在开裂结构和新建结构中的应用有良好的效果。