混凝土裂缝形成原因与处理

周国民,张雁秋

(鸡西市政建设工程公司)

1 裂缝分类

混凝土在温度和湿度变化的条件下,硬化并产生体积变形,由于各种材料变形不一致,互相约束而产生初始应力(拉应力或剪应力),造成在骨料与水泥石粘结面或水泥石本身之间出现肉眼看不见的微观裂缝。这种微观裂缝的分布是不规则的,且不连贯,但在荷载作用下或进一步产生温差、干缩的情况下,裂缝开始发展,并逐渐互相串通,从而出现较大的肉眼可见的裂缝,称为宏观裂缝。

宏观裂缝主要可分为收缩裂缝、超载裂缝、沉降裂缝、龟裂裂缝、疏松裂缝等几种,此外还包括张拉、化学反应、冻胀等裂缝。

2 裂缝成因

(1)混凝土的收缩。收缩是混凝土的一个主要特性,对混凝土的性能有很大影响。由于收缩而产生的微观裂缝一旦发展则有可能引起机构物的开裂、变形甚至破坏。

(2)温度应力。混凝土内的水泥在水化反应中发散出大量热量,使混凝土升温,并与外部气温形成一定温差,从而产生温度应力。其大小与温差有关,并直接影响到混凝土的开裂及裂缝宽度。

(3)配筋不足。配筋间距大、配筋率小的混凝土结构开裂多,无筋混凝土比有筋混凝土开裂多。钢筋的位置要正确,保护层过大或过小都可能导致混凝土开裂。

(4)混凝土材料及配合比。配合比设计不当直接影响混凝土的抗拉强度,是造成混凝土开裂不可忽视的原因。配合比不当指水泥用量过大、水灰比大、含砂率不适当、骨料种类不佳、选用外加剂不当等,这几个因素是互相关联的。

(5)养护条件。养护是使混凝土正常硬化的重要手段。养护条件对裂缝的出现有着关键的影响。在标准养护条件下,混凝土硬化正常,不会开裂,但只适用于试块或是工厂的预制件生产,现场施工中不可能拥有这种条件。现场混凝土养护越接近标准条件,混凝土开裂可能性就越小。

(6)施工质量。混凝土浇筑施工中,振捣不均匀,或是漏振、过振等情况,会造成混凝土离析、密实度差,降低结构的整体强度。混凝土内部气泡不能完全排除时,钢筋表面的气泡则会降低混凝土与钢筋的粘结力。钢筋若受到过多振动,则水泥浆在钢筋周围密集,也将大大降低粘结力。

3 混凝土裂缝预防措施

(1)结构设计。设计上要注重容易开裂的部位,如深基与浅基、高低跨处等,应考虑到由于地基的差异沉降或结构原因而引起的薄弱环节,在设计中加以解决。如对软弱地基进行必要处理;各部分荷载悬殊的结构适当增设构造钢筋,以避免不均匀下沉,造成应力集中而出现裂缝。

(2)施工方案。施工方案主要是确定一定浇筑量、施工缝间距、位置及构造、浇筑时间、运输及振捣等。一次浇筑长度由垂直施工缝分割,最好是设置在变截面处或承受拉、剪、弯直力较小的部位;除控制一次浇筑厚度外,分层位置即水平施工缝留设位置也应加以注意。

(3)施工质量。混凝土要有合适的配合比,不仅要满足强度要求、施工要求,还要从防止产生裂缝的需要出发,适当地选择好水灰比,在满足强度要求的原则下,尽可能减少水泥用量。其次,钢筋的成型和模板安装位置要准确、牢固,以免施工中变形。钢筋上的污物和氧化铁皮要清除,以免影响粘结力。其三是浇筑、振捣操作合理,特别是振捣操作技术,往往不被人们重视。过分地振捣对混凝土均匀性有害,振捣不足也不能保证混凝土应有的密实度,要恰到好处。

(4)养护。养护的目的是使混凝土正常硬化,强度增长,不受或少受外界影响。关键是设法使混凝土温度慢慢下降到接近外界气温,缩小降温过程中的温差,以便减小温度应力,阻止裂缝的产生。常规养护方法是喷水,对一般混凝土结构,减小表面收缩,防止龟裂是可行的。大体积混凝土由于块体内外温度不一致,强度增长不同,常常是在强度增长慢的表面开裂,其养护就不能只满足于用常规方法。具体说,尽量晚拆模,拆模后要立即覆盖或及时回填,避开外界气候的影响,养护期应以混凝土强度增长最快的阶段为准,即7～28 d,最好能长些。

4 混凝土裂缝的处理

(1)经过调查分析,确认在裂缝不降低承载力的情况下,采取表面修补法、充填法、注入法等处理方法。

①表面修补法。该法适用于缝较窄,用以恢复构件表面美观和提高耐久性时所采用,常用的是沿混凝土裂缝表面铺设薄膜材料,一般可用环氧类树脂或树脂浸渍玻璃布。

②充填法。当裂缝较宽时,可沿裂缝混凝土表面凿成V形或U形槽,使用树脂砂浆材料进行填充,也可使用水泥砂浆或沥青等材料。

③注入法。当裂缝宽度较小且较深时,可采用将修补材料注入混凝土内部的修补方法,首先裂缝处设置注入用管,其他部位用表面处理法封住,使用低粘度环氧树脂注入材料,用电动泵或手动泵注入修补。

(2)如果裂缝影响到结构安全,可采取围套加固法、钢箍加固法、粘贴加固法等结构加固法。此方法属结构加固,须经设计验算同意后方可进行。

①围套加固法。在周围尺寸允许的情况下,在结构外部一侧或数侧外包钢筋混凝土围套,以增加钢筋和截面,提高其承载力;对构件裂缝严重,尚未破碎裂透或一侧破裂的,将裂缝部位钢筋保护层凿去,外包钢丝网一层;大型设备基础一般采取增设钢板箍带,增加环向抗拉强度的方法处理。

②钢箍加固法。在结构裂缝部位四周加U型螺栓或型钢套箍将构件箍紧,以防止裂缝扩大和提高结构的刚度及承载力。加固时,应使钢套箍与混凝土表面紧密接触,以保证共同工作。

③粘贴加固法。将钢板或型钢用改性环氧树脂和粘结剂,粘结到构件混凝土裂缝部位表面,使钢板或型钢与混凝土连成整体共同工作。粘结前,钢材表面进行喷砂除锈,混凝土刷净干燥,粘结层厚度为1～4mm。

综上所述,混凝土裂缝应针对成因,贯彻预防为主的原则,完善设计及加强施工等方面的管理,使结构尽量不出现裂缝或尽量减少裂缝数量和宽度,以确保结构安全。