混凝土框架结构裂缝分析及加固方法研究

王俊霖

摘 要：裂缝问题经常出现在建设和使用钢筋混凝土结构的过程中，使其质量受到严重影响。从混凝土结构应用情况来看，鉴于混凝土干燥收缩、温差收缩以及设计因素等原因均会造成混凝土构件出现开裂问题，应当在混凝土构件成型前对其采取有效预防混凝土开裂措施。该文首先对钢筋混凝土结构产生裂缝的原因进行详细的分析，然后针对此问题提出了防治裂缝和加固钢筋混凝土结构的方法，希望能对类似的工程起到借鉴作用。

关键词：结构裂缝 预防措施 原因 结构加固

中图分类号：TU318 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）07（b）-0087-02

1 结构裂缝产生的原因

造成结构裂缝原因比较复杂，主要是由20%机率的外荷载（如静、动荷载）的直接应力和结构次应力引起，80%机率的温度、膨胀、收缩和不均匀沉降等因素由变形变化引起的两类原因造成的裂缝。下面介绍了造成80%比例变形裂缝问题的原因。

1.1 干燥收缩

研究表明，造成较低的混凝土抗拉强度和较小的极限拉伸变形的根本原因就是因为水加入到水泥使其变成水泥硬化体，减小其绝对体积。此外，每100 g水泥浆体在干燥条件下会有6 mL水蒸发，因此毛细孔缝在350 kg/m3的混凝土水泥用量蒸发掉21L/m3水量的条件下就会导致有毛细压力产生，而混凝土在这些压力下产生“毛细收缩”，最终导致混凝土产生干缩裂缝。

1.2 温差收缩

假如混凝土具有较高的强度，那就需要较多水泥用量。因温差变化超出混凝土的极限拉伸值而引起开裂问题。

1.3 塑性收缩

在混凝土初凝之前因过大水灰比、水泥用量、较差保水性外的加剂、较少的骨料，加之不均匀的振捣和较高的施工环境等原因而发生剧烈蒸发水份和沉缩不均匀变形的塑性收缩问题，一般情况，可达到1%左右收缩量。这时收缩后期因不及时抹压和不良养护导致产生龟裂。

1.4 自生收缩

自干燥收缩是指随着不断进展水泥水化，密闭的混凝土内部相对湿度会不断的降低。虽然具有高水灰比的普通混凝土因较低自生收缩值不会注意到自干燥问题，但是具有较低水灰比的高性能混凝土会因过快的水分消耗、致密结构很难渗入水泥而产生自干收缩。由此可知，HPC的收缩性完全不同于OPC，OPC和HPC分别是以干缩、白干收缩为主。问题的要害是：HPC自收缩过程开始于水化速率处于高潮阶段的头几天，温度梯度首先引发表面裂缝，随后引发内部微裂缝，若混凝土变形受到约束，则进一步产生收缩裂缝。这是高标号混凝土容易开裂的主要原因。

2 混凝土结构裂缝的预防措施

2.1 混凝土配料、搅拌及浇筑

（1）施工中就可以按照低水灰比、水泥用量和用水量的要求进行配比原材料。准确的计量好投放料和搅拌时间；（2）合理分层浇筑，均匀、适度进行振捣材料。

2.2 设计方面

（1）在满足设计规范要求的前提下，按照简单的要求设计建筑平面造型；并且为了将整体刚度和不均匀沉降的能力提高，需要对建筑物的长高比进行合理的控制；（2）正确设置选择沉降缝以及位置和宽度；（3）砖混结构底层窗台下需要使用加筋砌体，由于地基沉降问题可能会使产生竖向裂缝，所以需要按照合理的构件配筋和适当的间距要求下将钢筋混凝土梁设置在具有较宽窗台洞口的窗台下。具有较大断面的梁应和大跨度、较厚的现浇板上面中心部位分别需要安装上腰筋和构造钢筋。

2.3 材料方面

（1）水泥：按照工程条件，需要使用具有较低水化热和较高强度的水泥；（2）骨料需要使用满足适当粒径、合理级配要求，并且不会发生碱性反应以及掺加有害物质的砂、石材料；（3）为了将混凝土工作性能改善，从而能够在一定程度上将水泥、水量减少，在配置原材料的时候，需要将适量减水剂等外加剂掺入其中，微膨胀剂加入超长建筑物中。

2.4 施工方面

（1）检查与验收地基，补充勘探复杂地基。按照和正常地基承载力相同的标准要求谨慎处理异常地基；（2）后浇带需要合理的设置在具有较长的墙、板、基础等结构和主楼与裙房之间等高低层错落处；（3）为了将混凝土的收缩变形减少，可以通过养护时间适当延长或者是覆盖保温材料等做法来加强早期养护混凝土；（4）大体积混凝土施工，测控温度工作需要做好，但温度不符合不超过25 ℃规定的要求的时候，还需要采取有效的降温措施；（5）正确绑扎钢筋位置，准确控制好保护层厚度，在考虑好构件抗裂性能前提下，才能代换钢筋。

3 钢筋混凝土结构加固方法

3.1 碳纤维加固法

碳纤维抗震加固钢筋混凝土柱，不仅能够对混凝土的变形进行有效约束、耗能能力增强，而且还能有效地提高其承载能力及延性能力。这是因为对钢筋混凝土柱使用具有较高地强度和较大的弹性模量的碳纤维片材进行横向包裹时，不仅能够显著提高其抗剪承载力，而且也能明显改善出現斜裂缝的构件的变形性能。此外，平缓了下降混凝土应力—应变曲线，提高极限压，使得破坏受压区混凝土的过程得到有效的推迟了，所以纵向钢筋的塑性变形性能得到了充分发挥。

3.2 粘钢板加固法

粘钢板加固技术是一种在需要加固的已开裂构件部位使用粘结剂粘贴上钢板来以提高结构承载力的方法。它主要的技术特点是：（1）只需要使用建筑结构胶粘结被加固构件的表面和钢板成一个整体，因而具有简便工艺，这样可以使钢板和原构件很好地共同工作。（2）该技术在应急的加固工程特别适合使用，这是因为该技术加固过程不需要较大的场地、空间，能够快速地在已开裂构件上粘贴上钢板。（3）加固后，其结构外观不会受到太大影响，这是因为加固结构粘钢只需要2～6 mm厚度的钢板，也不会增加重量。（4）具有明显的加固效果。

3.3 化学植筋技术

植筋技术是在钢筋、螺杆等和混凝土之间使用高强度的化学粘合剂来产生握裹力。该技术应用之后，不仅不会对基材不会产生膨胀破坏，而且能够产生高负荷承载力，不容易发生移位、拔出问题，具有较好的密实性能。该技术主要是增建变更各类建筑结构、各类钢结构锚定的预留中使用。它主要的技术特点就是：（1）不会对固定的基材产生膨胀力。（2）具有高的承载力、较为简便的施工方式和时间。

3.4 注浆加固法

为了延长因各种原因导致钢筋混凝土结构物产生的各种裂缝的试验寿命，需要采取注浆环氧树脂类粘合剂及密封剂灌浆加固法，这种方法能够使强度在生产运营的情况不受到影响的情况下达到预期效果，具有较为便捷的施工方式。该方式主要是在修补混凝土建筑物裂缝、修补各种构筑物、修补桥梁、铁路的附属构件中比较适合使用。它的特点是：（1）为了更好地在裂缝细微部位注入树脂，该方法的灌浆主要是采用慢速、附压延续方式。（2）结合裂缝大小对注入量和注浆的压力进行合理的控制。（3）目视观察注入量和注入情形。

3.5 增大加固法

增大加固法是指浇筑新的混凝土和补加钢筋在原受弯构件的上面或下面，该方法是一种经常使用的加固方法。如果是在受拉区进行补浇的混凝土，那么该技术能够在一定程度将构件的有效高度、抗弯、抗剪承载力和刚度增加，如果是在变拉区进行补浇的混凝土，那么该技术能够粘结和保护补加的钢筋，所以该技术能够取得较为显著的加固效果。

4 结语

从混凝土结构应用情况来看，鉴于混凝土干燥收缩、温差收缩以及设计因素等原因均会造成混凝土构件出现开裂问题。针对此，应当在混凝土构件成型前对其采取有效预防混凝土开裂措施，如可从材料、设计等因素入手。对于出现混凝土构件开裂等情况，则结合工程实践经验，笔者认为可考虑采取碳纤维加固、粘钢板加固等措施解决，从工程实施效果表明，这些加固措施是可行的，可有效处理混凝土构件开裂问题。

参考文献

[1] 夏钟慧，申孝忠.混凝土结構裂缝加固处理二例[J].福建建材，2005（6）：40-41.

[2] 范云鹤.钢筋混凝土结构加固方法的对比与分析[J].四川建材，2008（10）：81-82.

[3] 王雷，王乔，王建成.钢筋混凝土梁的裂缝加固措施[J].科技信息，2011（4）：115-116.