钢筋混凝土裂缝产生的原因与处理方法

刘军林

（广州市黄埔建筑工程总公司，广东 广州 510700）

钢筋混凝土构件产生裂缝的主要原因有设计有误、原材料不符合要求、施工质量不达标、养护不当等。根据建筑工程设计、施工技术原理和施工经验,钢筋混凝土构件裂缝处理方法主要有表面处理法、注入法、充填法、钢锚栓法等。

1 症害情况及其原因分析

1.1 症害情况分析

钢筋混凝土结构物一般均有裂缝。国家规范对钢筋混凝土构件出现的裂缝有严格明确的规定,宽度应限制在规定允许值以内。如在一类环境下,对钢筋混凝土屋架、托架及需作疲劳验算的吊车梁,其最大裂缝宽度限值为0.2mm;对钢筋混凝土屋面梁和托梁,其最大裂缝宽度限值为0.3mm。[1]即处于正常条件下,构件最大裂缝宽度严格控制在0.2mm或0.3mm以下。允许值内细小的裂缝在合理使用寿命期内不会危及构件的安全。就裂缝产生的时间而言,有施工中和施工后产生的两种裂缝。受力情况、钢筋分布、原材料的品质以及混凝土的密实程度与养护条等不同,其裂缝的位置、大小、长短、形状等也不同。

混凝土在未受力之前,由于水泥水化造成的化学和物理收缩,在混凝土内部将会产生超过混凝土抗拉强度的局部拉应力,以致在骨料与水泥石之间以及水泥石内部形成局部的微细裂缝,又因水泥石弹性模量与骨料不同,当温度、湿度发生变化时,则会引起不同的体积变形,导致水泥石与骨料的界面上产生的应力集中而形成微细裂缝。另外混凝土成型后的泌水作用,骨料下边因泌水而产生水囊,混凝土硬化后就成为界面裂缝。界面缝在外力作用下骨料的两侧面产生拉应力,很容易在裂缝的顶端形成应力集中,随着拉应力的增大,导致裂缝进一步延伸、扩展以致连通,最后成为几条可见的裂缝。从微观上看,混凝土是由水泥、砂、石、空气、水组成的多相结合体,由于混凝土的组成材料、微观构造以及所受外界影响不同,混凝土裂缝产生的原因很多,现将一般混凝土构件裂缝的成因分析如下：

1.2 原因分析

1.2.1 设计不当产生的裂缝

设计不恰当引起混凝土构件裂缝。如某煤坑(半地下室)混凝土连续梁因设计人员未考虑地下室与地面温差的实际情况,伸缩缝间距设计太大。据此设计方案所施工的混凝土梁出现比较明显的裂缝。其混凝土梁采用C30的混凝土,水灰比较大,虽加入了减水剂,仍不能有效抵消混凝土的收缩变形;另外,该连续梁宽度达600mm,内外温差大,导致产生温度和收缩变形,连续梁所产生的温度和收缩变形在高度方向是自由的,但在长度方向却受到另一结构半地下室柱的约束,在连续梁受降温和收缩作用时,必将产生缩短变形,受到柱的约束,引起拉应力,当拉应力超过抗拉强度时便引起开裂,此时裂缝方向永远垂直于拉应力方向一为竖向。

此外,设计中水泥等级或品种选用不当;配合比设计中砂率、水灰比选择不当造成混凝土和易性偏差,导致混凝土离淅、泌水、保水性差,增加收缩;配合比设计中混凝土膨胀剂掺量选择不当等都有可能引起构件裂缝。

1.2.2 施工不当引起的裂缝

骨料下沉裂缝。混凝土浇灌后往往因水泥品种或其他原因发生泌水现象,导致比重大的材料下沉,钢筋所阻,材料下沉不均匀,致使被阻部位的构件表面出现裂缝。例如,某洗煤厂洗煤车间在建时,由于建筑施工人员所用水泥非大厂生产的合格产品,结果导致构件出现裂缝。

水泥水化、硬化时的裂缝。水泥在水化反应及硬化过程中产生热量,混凝土的内部及外部产生温差,当温度降低时,因混凝土的收缩不一致而发生裂缝。如大体积混凝土在硬化过程中,产生的水化热不易扩散,施工中如不采取有效措施,由于混凝土内外温差过大而出现裂缝。[2]悬臂钢筋受到雨水或有害气体的侵入,容易锈蚀,天长日久也易使悬挑构件折断塌下。这种裂缝往往是构件折断的早期征象。产生原因除钢筋错位外,还有支模方法有误,在浇捣混凝土后,模板变形,支撑下沉,使强度很低的新浇捣混凝土构件产生裂缝。[3]模板支撑松动及拆模过早引起的裂缝。在混凝土硬化过程中,模板支撑不牢,或在混凝土未完全硬化提前拆模,致使混凝土产生裂缝。这种裂缝缘于混凝土尚未达到一定程度负荷所致。

1.2.3 养护不当导致的裂缝

温度变化、干燥收缩产生的裂缝。由于混凝土用水量过大,混凝土虽达到相应的强度,仍会因水化热及硬化时的收缩而产生裂缝,养护不及时也会导致裂缝的出现。许多裂缝的产生与忽视对新浇混凝土的早期养护工作直接有关。混凝土构件早期缺乏必要的养护而产生收缩,最终形成裂缝。对此必须监控好混凝土构件的湿润养护,尤其是对于大体积混凝土,有条件时宜采用蓄水或流水养护。养护不当或者没有达到养护时间(一般为14天～28天),出现裂缝的可能性很大。如果混凝土的降温和保温工作没有落实做好,最终导致混凝土构件裂缝问题的发生。未采取必要的降温措施,导致水化热高峰集中出现。当混凝土构件浇捣成型后,仍没有采取必要的蓄水保温措施,或者没有采取表面覆盖薄膜、湿麻袋等措施养护,以致因混凝土内外温差过大而引起温度裂缝。如水化热为165J/g～250J/g的水泥,随混凝土水泥用量提高,其绝对温升可达50℃～80℃,当混凝土内外温差10℃时冷缩值为0.01%～0.02%,如温差20℃～30℃时其冷缩值为 0.02%～0.03%,当大于混凝土极限拉伸值时混凝土就会开裂。[4]例如,某校实验楼屋面板施工后,因养护不当产生了明显的裂缝。虽多次修补,效果仍不理想。换言之,现场养护措施不到位,混凝土出现早期脱水,必然引起混凝土收缩裂缝。

2 处理方法

2.1 配筋法。配筋法即先凿开开裂部分的混凝土,再配筋重新浇筑混凝土。如在梁腰加设2根16腰筋,以抵抗在梁中产生的收缩拉应力,效果显著.这一有效措施在新版的混凝土结构设计规范中得以验证。[5]

2.2 充填法。当裂缝较宽时(>0.3mm),采用树脂或无机类材料填充裂缝。即沿裂缝将混凝土表面凿成V或U字形槽,然后填入1∶2.5树脂砂浆类的充填材料。充填沟槽外形有V形及U形两种,如U形难于开凿,可使用V形槽。V形槽用于填充树脂砂浆,若充填普通砂浆,V形槽易使砂浆剥离脱落,故此时最好凿成U形槽。开U形槽时,首先用混凝土切割机沿裂缝开出两条沟,然后再剔除中间部分的混凝土。

填充施工时,先用钢丝刷清除槽中残渣碎片,必要时还应涂以底层结合料,然后再填充填材料,待充填材料充分硬化后,再用砂轮或抛光机将表面磨光。

2.3 注入法。将修补材料注入混凝土内部的一种修补方法。一般常用低粘度环氧树脂作注入材料。首先沿需要修补的裂缝安设注入用管,裂缝的其他部位可用V形槽充填法、表面薄膜法或粘胶带法等密封,以防注入材料漏掉,然后用电动泵、手动或脚踏泵注入树脂。注入树脂前,先要送气以清扫裂缝并进行注入检验,再慢慢地注入树脂。此时,注入速度不能过快,以免堵塞或因所加压力过大导致裂缝继续扩大。

2.4 钢锚栓法。钢锚栓法是将如骑马钉的钢锚栓锚于裂缝两边,类似于缝合裂缝的方法,此法多兼作补强之用。锚引用电锤开孔,用水泥砂浆、树脂砂浆等锚固。

综上所述,钢筋混凝土构件产生裂缝的主要原因表现于设计、原材料、施工质量、养护等方面。钢筋混凝土构件裂缝的处理,主要有配筋法、充填法、钢锚栓法、注入法等。

[1]建设部.混凝土结构设计规范GB50010-2002[M].北京：中国建筑工业出版社,2002.13.

[2]建设部.建筑工程施工及验收规范条文说明汇编[M].北京：中国计划出版社,1999.231.

[3]李吉生.混凝土的裂缝及其防治的措施与技术[J].辽宁师范大学学报(自然科学版),2005,(3)：78-80.

[4]余欢,黄艳明.现浇楼板裂缝原因分析及防控措施[J].国外建筑科技,2005,(5)：27-28.

[5]李建峰,黄永刚.钢筋混凝土梁裂缝原因及对策[J].长安大学学报(自然科学版),2005,(5).