钢筋混凝土裂缝成因及防治

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摘要：钢筋混凝土有害裂缝的存在，会降低抗渗和抗冻能力，严重影响结构物的耐久性，本文通过分析裂缝产生的各种原因及其影响因素，比较详细地阐述了防治裂缝产生的各种措施，并指出了拆模后发现裂缝的处理方法。

  关键词：混凝土；裂缝原因；防治；修补。   随着我国建设事业的飞速发展，混凝土在交通、水利工程和城市建设中被广泛应用。混凝土是一种不密实非均质脆性结构材料，混凝土内部存在着固体、液体和空隙。对于一般钢筋混凝土构件，在使用荷载作用下，截面的拉应力常常是大于混凝土的抗拉强度的，因而在正常使用状态下，构件总是带裂缝工作的。当裂缝宽度小于0.05mm时对使用无多大害处，但裂缝进一步扩展，形成较大裂缝，这对构件影响很大。裂缝的存在，不仅会影响工程质量的整体外观形象，而且会降低抗渗和抗冻能力，并会导致钢筋锈蚀，影响结构物的耐久性，对某些水工结构，由于裂缝会引起漏水，将影响结构物的正常使用功能，裂缝进一步扩大甚至可能会导致坍塌事故。因此，研究裂缝产生的原因及其影响因素，能更好地防治裂缝，提高工程质量。为探索解决途径，现将该问题产生的原   因及防治措施简述如下：   一、混凝土裂缝产生的原因及影响因素   近代实验已表明：在混凝土拌和过程种，石子的表面吸附一层水膜；成型时，混凝土种多余的水分上升，在粗骨料的底面停留形成水囊；加上凝结时水泥石的收缩，使得骨料和水泥石的结和面上形成了局部的结和面微细裂缝（界面裂缝）。这种裂缝在混凝土种是不可避免的，当裂缝宽度小于0.05mm时对使用无多大害处。但由于荷载作用、温差作用、不均匀沉降或施工操作不规范等原因，裂缝进一步扩展，并逐渐串通，形成较大裂缝，这对构件影响很大。裂缝进一步扩大甚至可能会导致坍塌事故。   混凝土产生裂缝的原因极为复杂，主要有荷载作用引起的裂缝和非荷载因素引起的裂缝两大类。   1、荷载作用引起的裂缝   一般钢筋混凝土结构，在使用荷载的作用下，截面的混凝土拉应变大多是大于混凝土极限拉伸值的，因而作用于截面上的弯矩、剪力、轴向拉力以及扭矩等这些正常荷载效应都可能引起钢筋混凝土构件产生裂缝。   2、非荷载因素引起的裂缝   钢筋混凝土结构的构件除了由荷载作用引起裂缝外，很多非荷载因素，例如温度变化、混凝土收缩、基础不均匀沉降、塑性坍塌、冰冻、钢筋锈蚀以及碱-骨料化学反应等都有可能引起裂缝。现主要介绍由温度变、化收缩变形、碱-骨料化学变化引起的裂缝。   1）温度变化。一是混凝土在浇筑、凝固、硬化过程中，由于水泥的水化将产生并释放大量的水化热，造成混凝土构件内外部温差较大，膨胀不一致，混凝土表面产生拉应力，内部产生压应力，当这种拉应力超过了混凝土抗应力时便产生的裂缝。二是若施工中过早拆模板或冬季施工，构件表面温度不均匀，就会产生温度收缩，这种收缩会受内部混凝土的约束，在混凝土表面就产生很大的拉应力。当这种拉应力发展到一定成度，超过混凝土拉应力时，混凝土表面就形成了裂缝。三是由于施工中人为因素引起的温度变化如新旧混凝土接合面、分层分块不合理、养护不及时等会引起混凝土构件深入贯穿裂缝，这种裂缝危害性极大。   2）收缩变形。混凝土在空气中结硬时体积要缩小，产生收缩变形，这种变形不同成度地受到边界的约束作用。对于这些受到约束而不能自由伸缩的构件，混凝土的干缩就可能导致裂缝的产生。另外在配筋较高的构件种，即使边界没有约束，由于钢筋对周围混凝土的约束作用增强，混凝土的收缩也会受到钢筋的限制而产生拉应力，有可能引起构件产生局部裂缝。   3）碱一骨料化学反应引起的裂缝。当混凝土中含有碱活性骨料和碱含量高的水泥（碱含量超过0.6%钠当量时），或受到含可溶性硫酸盐的水作用时，反应生成物遇水可产生膨胀，但由于各种组成体积变化特性的差异所造成混凝土不均匀应力，会破坏其内部结构，并影响水泥石与骨料颗粒之间的胶结，形成裂缝。另外某些介质与水泥结合会形成一种可溶性较低的化合物，由于这种化合物的体积比生成这些化合物的水泥浆的体积大，而使混凝土产生裂缝。在密实的混凝土种，这类侵蚀破坏大多属于表面性的。   影响混凝土裂缝的因素除设计、施工、荷载外部原因外，内部原因主要是水泥品种、水泥用量、单位用水量、粗骨料和细骨料质量等。   混凝土形成裂缝的原因及影响因素虽然极为复杂，但在实际操作种，只要严格按照设计和施工规范进行操作，有害裂缝还是完全可以避免的。   二、防治措施   1、提高全员质量意识，充分认识裂缝危害   随着建设事业的飞速发展，混凝土技术也在向功能型和智能型方向发展，这就要求参建的技术管理人员不断加强自身的学习和提高，充分认识裂缝产生的危害，加强对混凝土结构组成、各种材料对混凝土性能的影响、新工艺新过程的学习了解，监理单位、设计单位和施工单位一起对操作人员进行技术交底，对工程中的重要部位、关键工序、施工措施，与施工班组研究讨论，共同努力实现控制质量目标，有效地避免有害裂缝的产生。   2、加强设计质量监控，做好施工方案设计   设计质量是决定工程质量的重要因素，设计过程的质量控制是质量预控的重要环节。监理单位要充分发挥协调作用，汇同建设、施工单位技术人员共熟悉图纸，充分了解建设、设计意图，做好技术交底。混凝土配合比是影响裂缝的重要内部因素，施工前应做好混凝土配合比设计和试配检验，在满足混凝土设计标号的前提下，尽量减少单位用水量、拌制混凝土时掺入一定量的磨细粉煤灰，降低水泥用量以减少水化热量。另外还要对装料顺序、搅拌时间、浇筑点坍落度、入模温度、留茬部位进行规划，对模板进行设计，充分做好施工前的准备工作。   3、加强对进场材料的控制   建筑材料的质量直接关系到混凝土的质量，对进场的建筑材料一定要把好关。混凝土在浇筑至硬化期间，水泥会放出大量水化热，水化热越大，产生裂缝的可能性就越大，因此应尽量采取措施降低水化热。一是尽量选用水化热较小的水泥品种，必要时可以加入缓凝剂，减缓浇筑速度以利散热，或加入适当的减水剂，改善和易性，减少水泥用量，降低水化热。二是选用良好级配的骨料，严格控制粗细骨料的含泥量，细骨料宜用干净的中砂或中粗砂，最好用中粗砂，粗骨料宜用粒径较大、连续级配好的石子，严禁混入煅烧过的白云石或石灰石。   4、施工过程的质量控制   1）混凝土从搅拌机中卸出后，其运输延续时间受混凝土温度高低限制，当混凝土温度20℃～30℃时，不超过1h；10℃～19℃时，不超过1.5h；5℃～9℃时，不超过2h。若长距离运输宜采用混凝土运输搅拌车来运输，时间应在1h以内。当采用泵送混凝土应保证混凝土泵连续工作，泵送前先用适量的与混凝土成分相同的水泥砂浆或水泥浆润滑输送管道。混凝土从卸料、运输到泵送完毕时间不得超过1.5h，夏季还应缩短。泵送过程中，泵的受料斗内应充满混凝土，防止吸收空气形成阻塞。   2）混凝土自由倾落高度不宜超过2m，否则应用串筒、斜槽、溜管或振动溜管下落。当用串筒时，最后一节应拉成垂直，间距不宜大于3m；若用斜槽，坡度不宜大于60°，出口处应设有垂直挡土板，防止发生离析现象。   3）每层浇筑厚度按下列规定：用插入振捣棒捣时，为振动器作用部分的1.25倍；表面振动器为200mm；人工振捣时，基础或配筋稀疏的结构250mm；配筋密肋结构为150mm，每次浇筑向前推进长度宜为1.0～1.5m。   4）振捣方法   插入式振捣棒应与混凝土表面垂直或成40°～45°倾向振捣，插点应均匀排列，可以行列式或交错式顺序移动，但不能混用；每次移动距离不大于振捣棒作用半径的1.5倍，且操作时应快插慢拔，并插入下层尚未初凝的混凝土中50～100mm，以促进上下结合形成整体。振捣棒在每一点振动延续时间约在20～30秒，以混凝土表面呈水平并出现浮浆和不再有气泡、不再沉落为度，禁止振动棒触及钢筋、模板、预埋件等。   使用平板式振动器应将混凝土浇灌区划分成若干排，依次前进，移动间距应使振动器的平板能覆盖已振动好的混凝土边缘30～50mm。当混凝土表面倾斜时，振动器应由低处逐渐向高处移动。每一振捣位置的延续时间，以使混凝土停止下沉并向上泛浆，或表面平整并均匀出现浆液为度，一般约为25～40s。   5）对钢筋密集处，采用细石混凝土或水泥砂浆，适当增大混凝土的坍落度，采用片式、针式振动器振捣或辅以人工振捣。   6）墩、柱、墙连成整体的梁板结构：应在浇筑墩、柱、墙及基础的混凝土之后，停歇1～1.5h，再浇筑梁板或突出部分的混凝土，避免水平与垂直构件交接处产生裂缝。   7）浇筑竖向结构或大体积结构时，底部应先填以5～10cm厚与所用混凝土成份相同的水泥砂浆，以免形成离层。对大体积结构混凝土还应该采取有效的防裂措施，严格控制混凝土出现裂缝。   8）混凝土尽可能地连续浇筑，必须间歇时应尽量缩短时间，并不超过2h，在前层混凝土凝结之前，必须将次层混凝土浇筑完成。若因施工技术、工艺或组织上的原因不能继续浇筑，应准确地留设混凝土施工缝，混凝土达到1.2Mpa强度才能继续浇筑，浇筑前应剔除掉施工缝处水泥薄膜、松动石子或钢筋上浮浆及斑锈，加以湿润并冲洗干净，铺抹水泥浆或与混凝土成分相同的水泥砂浆一层。   9）混凝土模板安装不但要求轴线、平面布置、断面尺寸及标高等满足设计，而且要平整稳定，浇筑前要设专人不断检查模板是否变形、松动、跑模、跑浆，以便发现问题及时解决。   另外，在混凝土浇筑过程中，旧混凝土表面一定要清除干净，再用清水冲洗干净；填仓的砂浆一定要均匀，严格控制水灰比，混凝土浇筑速度不宜过快，同时振捣一定要振透、振匀，振捣时间以振捣至混凝土表面呈水平、不再显著下降、不再出现气泡、表面泛出灰浆为准。混凝土上部分的模板表面用塑料层覆盖，可以有效地防止裂缝的出现。在昼夜温差大时，对混凝土要采取保温措施，及时对混凝土体进行浇水养护。混凝土在运输中应保持均匀性，做到不分层、不离析、不漏浆，要有良好的坍落度等。   三、混凝土拆模后裂缝修补   混凝土拆模后若发现裂缝，通常如下处理：   ①一般性表面细小裂缝，可将裂缝部位清洗干净，干燥后用环氧浆液灌缝或表面涂刷封闭。   ②裂缝较大时，可将裂缝凿成八字形凹槽、洗净湿润，刷一层水泥浆，用1：2水泥砂浆分层压实抹光后用环氧胶泥嵌补。   ③对影响结构整体，防水防渗要求的结构裂缝，应根据裂缝宽度、深度情况，采用水泥压力灌浆、化学灌浆的方法修补，或表面封闭与注浆同时使用；明显降低结构刚度，承载力和严重裂缝，应根据情况，采用预应力加固或用钢筋混凝土围套、钢套箍或结构胶粘贴剂贴钢板加固等方法。