混凝土结构裂缝的原因及防治措施探究

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  摘要:随着我国房屋建设事业的飞速发展,房屋建设标准已从强度和耐久性满足使用要求提高到创精品工程的高度。在施工过程中,混凝土结构裂缝一直是建筑工程领域较难克服的质量通病。而且会引起住户的投诉以及索赔等要求,是一件比较棘手和难办的事。因而,高质量的混凝土是做好房建项目的基础,本文针对水泥混凝土结构工程裂缝产生的原因进行分析并提出相应的治理措施,为高品质的房屋建设的提供必要的前提。
  关键词:混凝土;施工;裂缝;治理
  一、变形引起裂缝的原因分析及治理技术
  (一)收缩裂缝
  混凝土在养护的过程中,会出现毛细收缩,化学收缩和干燥收缩的过程。当混凝土强度较低时,在混凝土和钢筋混凝土结构的表面会产生收缩裂缝,当混凝土未完全硬化前,比如日晒、高温、养护不周等原因,也可能造成混凝土表面温度发生剧烈变化,表面收缩受到内部混凝土的约束力从而导致表面开裂,同时,收缩裂缝还受浇灌密度程度、混凝土级配、水灰比、构件尺寸等条件的影响和制约。具体可分为化学收缩、干燥收缩、自收缩、塑性收缩等。
  1.化学收缩与水泥中C3A 和SO3含量有关,随着水泥不断水化,固体体积增加,但水泥-水体系的绝对体积在减少,掺用的矿物量越大,水泥活性越高,化学收缩就越大。
  2.干燥收缩是指在混凝土养护完成后,在不饱和的空气中失去内部毛细孔和凝胶孔的吸附水的不可逆收缩。其中水泥的组成和用量,细掺料和外加剂,集骨的品种和用量等是影响干燥收缩的主要因素。
  3.自收缩是指混凝土内部相对湿度随着水泥水化的进展而逐渐降低,导致毛细孔中的水分不饱和从而产生压力差,当这种压力差值增大时,就会引起混凝土收缩。自收缩的程度与细掺料的活性、水泥细度、水灰比等因素有关。主要措施主要有:①注意细掺料的活性度;②水灰比水泥用量不要过大;③增加水泥细度等等。
  4.塑性收缩是指混凝土因表面失水而导致的收缩,由于初期养护不好,表面没有覆盖措施,受到风吹日晒,致使其表面的水分蒸发地过快,混凝土毛细管中产生负压,浆体收缩。主要影响的内部因素是水灰比、细骨料、凝结时间、混凝土的温度等等,外部因素是风速、环境温度、相对湿度等。使混凝土初期的强度不能抵抗这种变形应力,因而产生裂缝。主要措施有:①浇灌前将基层和模板用浇水湿透,保持混凝土表面湿度;②浇灌后要及时将混凝土表面覆盖,以防止强风吹和烈日曝晒,避免混凝土表面水分的急剧蒸发;③水灰比水泥用量不要过大;④混凝土表面要及时进行喷水养护,保持其湿度,可在混凝土表面喷一度氯偏乳液养护剂,或者采取其它阻止表面水分蒸發的措施。
  (二)混凝土碳化
  混凝土的碳化是一种化学腐蚀,是指水泥中的水化物和其周围环境中的二氧化碳发生氧化作用,生成碳酸盐和其他物质的腐蚀现象。混凝土碳化作用一般不会直接引起混凝土性能的劣化,而且对于素混凝土,碳化还有提高其耐久性的功效,但对于钢筋混凝土来说,碳化会使混凝土的碱度降低,增加混凝土孔溶液中氢离子数量,因而会减弱混凝土对钢筋的保护作用。
  影响混凝土碳化速度的因素是多方面的。首先影响较大的是水泥品种,因不同的水泥中所含硅酸钙和铝酸钙盐基性高低不同;其次,影响混凝土碳化主要还与周围介质中CO2的浓度高低及湿度大小有关,在干燥和饱和水条件下,碳化反应几乎终止,所以这是除水泥品种影响因素以外的一个非常重要的原因;另外,混凝土的渗透系数、透水量、混凝土的过度振捣、混凝土附近水的更新速度、水流速度、结构尺寸、水压力及养护方法与混凝土的碳化都有密切的关系。
  混凝土碳化破坏的防治,主要有以下治理措施:一,在施工中应根据建筑物所处的地理位置、周围环境,选择合适的水泥品种;对于水位变化区以及干湿交替作用的部位或较严寒地区选用抗硫酸盐普通水泥;冲刷部位宜选高强度水泥;二,要选好配合比,适量的外加剂,高质量的原材料,科学的搅拌和运输,及时的养护等各项严格的工艺手段,以减少渗流水量和其它有害物的侵蚀,以确保混凝土的密实性;三,分析骨料的性质,如抗酸性骨料与水、水泥的作用对混凝土的碳化有一定的延缓作用;此外,若建筑物地处环境恶劣的地区,最好采取环氧基液涂层保护效果会较好,对建筑物地下部分在其周围设置保护层;用各种溶注液浸注混凝土,如:用溶化的沥青涂抹。还有,若建筑物一旦发生了混凝土碳化,最好采用环氧材料修补,若碳化深度较大,可凿除混凝土松散部分,洗净进入的有害物质,将混凝土衔接面凿毛,用环氧砂浆或细石混凝土填补,最后以环氧基液做涂基保护。
  (三)骨料反应
  骨料反应是混凝土中所含的碱(Na2O或K2O)与骨料的活性成分反应,在混凝土浇筑成型后数年至数十年逐渐反应,反应生成物吸水膨胀,导致混凝土工程开裂。碱骨料反应对工程损害的预防方法
  1.控制混凝土中含碱量
  由于混凝土中碱的来源不仅是水泥,而且从外加剂、掺合料、水、甚至有时从骨料(如海砂)中带来,因此控制混凝土各种材料总碱量比单纯控制水泥含碱量更为重要。各国对此有不同的规定,南非曾规定每立方米混凝土中总碱量(Na2O当量)不得超过2.1kg,英国提出每立方米混凝土总碱量不得超过3 kg等。
  2.掺活性掺合料
  某些活性掺合料可缓解、抑制混凝土的碱硅酸反应。根据各国试验资料,掺水泥重量5~10%的硅灰,掺30%的粉煤灰或掺50%的高炉矿渣,均可有效地抑制碱硅酸反应对工程的损害。
  3.掺用引气剂
  掺用引气剂可使混凝土具有4% ~ 5%的含气量,可容纳一定数量的反应产物,从而可以缓解碱骨料反应的膨胀压力。
  4.我国房建工程的碱骨料反应问题
  我国房建工程界吸取了国外等许多建设工程因碱骨料反应毁坏和重建的教训,从50年代起就明确规定, 凡较大的工程采用的骨料都要求进行活性检验及专家论证并采用掺大量混合材的水泥以及在现场掺活性掺合料等措施,这些规定至今仍在房建工程有关规范和标准中沿用。因此我国自50年代以来建设的许多大中型房建工程未出现过碱骨料反应对工程的损害。另外,我国自50年代起生产掺大量混合材的水泥,例如大量生产使用的矿渣水泥,其中矿渣含量高达60%~70%,水中的大量活性混合材,起到了缓解与抑制碱骨料反应作用,因而在八十年代以前,我国一般房建工程尚未见有因碱骨料反应导致混凝土工程损害的报道。自70年代以来,水泥工业逐渐由湿法生产改为干法生产,使水泥含碱量增加;特别是自80年代后期起,为利用工业废料和节约能源,将回收的高碱窑灰掺入水泥中这一措施,使国产水泥含碱量大大增加。1984年后又生产了硅酸盐水泥,采用这种水泥配制混凝土,如果不作检测骨料活性,就会为工程带来发生碱骨料反应的隐患。更值得注意的是我国自七十年代后期以来多以硫酸钠作为水泥混凝土早强剂,而防冻剂则多采用硝酸钠、亚硝酸钠、碳酸钾等,这些盐类中的可溶性钾、钠离子大大增加了混凝土中的总碱量,增加碱骨料反应对工程损害的潜在危害。
  由于近几年来混凝土中水泥用量的增大、水泥品种及各种外加剂等情况的发展变化,碱骨料反应问题可能已构成我国某些混凝土工程的一大潜在危害,希望我国工程技术人员对此问题给予应有的重视,采取可能作到的各种措施,预防碱骨料反应对工程的损害。
  (四)砼化学裂缝
  在砼施工中,砼化学裂缝是普遍存在又难解决的实际工程问题,在多年的实际经验总结下,化学灌浆解决砼化学裂缝的是一项非常有效的办法,并且在水电工程中得到了广泛利用。
  将一定的化学材料(无机或有机材料)配制成真溶液,用化学灌浆泵等压送设备将其灌入地层或缝隙内,使其渗透、扩散、胶凝或固化,以增加地层强度、降低地层渗透性、防止地层变形和进行混凝土建筑物裂缝修补的一项加固基础,防水堵漏和混凝土缺陷补强技术。即化学灌浆是化学与工程相结合,应用化学科学、化学浆材和工程技术进行基础和混凝土缺陷处理(加固补强、防渗止水),保证工程的顺利进行或借以提高工程质量的一项技术。
  二、外荷载引起裂缝的原因分析及治理技术
  荷载引起的裂缝,荷载裂缝是由外荷载(包括静、动荷载)引起的直接应力造成的,或由外荷载作用,结构次应力引起的。这类裂缝形成的根本原因是混凝土早期抗拉强度和弹性模量低,在外部荷载作用下导致结构变形,从而出现裂缝。还有些并不是温度变化或收缩所引起的,而是由于在施工过程中不按规范和操作规程及构件设计标准进行违章施工,使构件处于不利状态受力而造成裂缝或开裂。
   主要预防措施:一是对松软土、填土地基在上部结构施工前应进行必要的夯实和加固。二是保证模板有足够的强度和刚度,且支撑牢固,并使地基受力均匀。三是防止混凝土浇灌过程中地基被水浸泡。四是模板拆除的时间不能太早,且要注意拆模的先后次序。五是在冻土上搭设模板时要注意采取一定的预防措施。
  三、其他裂缝的原因分析及治理技术
  (一)施工质量的影响
  1.混凝土振捣不密实、不均匀,出现蜂窝、麻面、空洞,导致钢筋锈蚀或其它荷载裂缝的起源点。
  2.混凝土保护层过厚,或乱踩已绑扎的上层钢筋,使承受负弯矩的受力筋保护层加厚,导致构件的有效高度减小,形成与受力钢筋垂直方向的裂缝,
  3.混凝土浇筑过快,混凝土流动性较低,在硬化前因混凝土沉实不足,硬化后沉实过大,容易在浇筑数小时后发生裂缝,既塑性收缩裂缝。
  4.温度控制设计不合理,浇筑温度过高,通水冷却不及时,对水化热计算不准,新浇混凝土气温骤降又无保温措施或保温效果太差,引起混凝土内部温度过高或内外温差过大,从而产生温度裂缝。另外,养护条件的影响养护条件对裂缝的出现有着关键的影响。
  5.意外原因造成的裂缝。钢筋混凝土构件在浇筑过程中钢筋移位,受拉力区保护层过厚,容易在吊装后或承载后,受拉区产生裂缝。构件运输或吊装过程中;受到过重冲撞、振动,也会产生裂缝。构件构料,水泥标号都达到设计要求,但受力面凹凸不平,承受压力时,承受压力面面积过小,发生应
  力集中,局部承受压强不足,也会引起裂缝。
  (二)混凝土结构裂缝的防治
  裂缝的出现不但会影响结构的整体性和刚度,还会引起钢筋的锈蚀、加速混凝土的碳化、降低混凝土的耐久性和抗疲劳、抗渗能力。因此根据裂缝的性质和具体情况我们要区别对待、及时处理,以保证建筑物的混凝土裂缝的修补措施主要有以下一些方法:
  1.表面修补法 表面修补法是一种简单、常见的修补方法,它主要适用于稳定和对结构承载能力没有影响的表面裂缝以及深进裂缝的处理。通常的处理措施是在裂缝的表面涂抹水泥浆、环氧胶泥或在混凝土表面涂刷油漆、沥青等防腐材料,在防护的同时为了防止混凝土受各种作用的影响继续开裂,通常可以采用在裂缝的表面粘贴玻璃纤维布等措施。
  2.灌浆、嵌逢封堵法 灌浆法主要适用于对结构整体性有影响或有防渗要求的混凝土裂缝的修补,它是利用压力设备将胶结材料压入混凝土的裂缝中,胶结材料硬化后与混凝土形成一个整体,从而起到封堵加固的目的。嵌缝法是裂缝封堵中最常用的一种方法,它通常是沿裂缝凿槽,在槽中嵌填塑性或刚性止水材料,以达到封闭裂缝的目的。
  3.结构加固法 当裂缝影响到混凝土结构的性能时,就要考虑采取加固法对混凝土结构进行处理。结构加固中常用的主要有以下几种方法:加大混凝土结构的截面面积,在构件的角部外包型钢、采用预应力法加固、粘贴钢板加固、增设支点加固以及喷射混凝土补强加固。
  4.混凝土置换法 混凝土置换法是處理严重损坏混凝土的一种有效方法,此方法是先将损坏的混凝土剔除,然后再置换入新的混凝土或其他材料。常用的置换材料有:普通混凝土或水泥砂浆、聚合物或改性聚合物混凝土或砂浆。
  四、克服混凝土施工质量通病,解决住户诉讼索赔的现象问题
  随着社会现代化进程的加快,城市化水平不断提高,我国的房地产工程项目在长期的探索中取得了显著的成效,但和国外发达国家的房产项目建设相比,我国在技术、质量、经营上还存在着显著的不足,尤其是混凝土裂缝问题作为建筑工程领域难以克服的通病,往往会因为其质量问题,引起住户的诉讼纠纷和索赔要求,这种现象在我国个大城市很常见,是一件非常棘手难办的问题,因此,加大对混凝土结构裂缝的治理,从而避免因为混凝土裂缝问题引起的房屋建设质量的投诉,对于我们房产业的良性发展起着关键作用,对促进房屋工程建设起着至关重要的作用,同时对创造人们现代安全健康的居住环境具有重要意义。
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