关于建筑混凝土裂缝的成因分析和对策研究

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  摘 要:目前造成混凝土裂缝的原因主要分为混凝土自身原因和外部原因两大类,混凝土因自身原因而产生的裂缝主要有收缩裂缝、温度裂缝,混凝土因外部原因而产生的裂缝主要有结构受力裂缝、化学反应裂缝。笔者对混凝土裂缝的处理措施和方法进行归纳,主要有以下五种常见的处理方法:表面修補法、结构加固法、灌浆封堵珐、混凝土置换法、电化学防护法。针对现场实际情况,笔者提出了几条控制措施和建议。
  关键词:建筑 混凝土裂缝 收缩裂缝 温度裂缝 化学裂缝
  中图分类号:TU 文献标识码:A 文章编号:1009-914x(2014)05-01-01
  一、混凝土裂缝的形成原因
  造成混凝土裂缝的原因是多方面的,目前主要分为混凝土自身原因和外部原因两大类。其中,混凝土因自身原因而产生的裂缝主要有收缩裂缝、温度裂缝两种;混凝土因外部原因而产生的裂缝主要有结构受力裂缝、化学反应裂缝两种。
  1、收缩裂缝
  收缩裂缝,产生的原因主要是:混凝土硬化后,水份蒸发,体积收缩。从理论上讲,当混凝土在没有任何外力约束而处于自由收缩的状态时,一般不会产生裂缝。而在实际工程中,混凝土总是受到各种各样的外力约束,例如来自混凝土自身两端的约束、或者内部配制钢筋的约束力等等。混凝土在收缩过程中会受到约束,导致混凝土内部结构之间产生一定的拉应力,当这种拉应力大于混凝土自身的抗拉强度时,就会产生收缩裂缝。一般来讲,混凝土受到的约束力越大,所产生的收缩裂缝就越多,裂缝也相对越宽一些。
  从物理学角度分析,混凝土的体积收缩是因为水份蒸发、干燥所导致的,因而收缩裂缝也通常称为干缩裂缝。通常情况下,混凝土中的水份蒸发主要在混凝土浇捣后的硬化过程中(或者硬化早期一个月左右时间内)完成,尤其在硬化过程中水份蒸发速率相对较大。因此,相应的收缩裂缝出现的时间一般也在同一个时期内,通常情况下,混凝土拆模时就已经基本形成收缩裂缝,只是因为裂缝太细、太窄而不易被看到。随着混凝土水份的进一步蒸发,其收缩裂缝会逐渐变粗扩大,逐渐被发觉。一般情况下,几个月以后,混凝土体内多余水份蒸发已基本完成,混凝土内湿度与环境湿度基本趋于一致,因而收缩裂缝的宽度发展也趋于停止,处于相对稳定状况。当然,之后还将随着环境湿度和温度的变化而略有变化,当环境湿度变大时,混凝土将吸取空气中的水份,而收缩裂缝变窄些,反之当环境湿度变小时,混凝土收缩裂缝将变宽些。另外,还随着环境温度变化,混凝土也将产生熱胀冷缩现象,因而收缩裂缝也会随着环境温度的升高而变窄些,反之,随着环境温度的降低而变宽些。
  2、温度裂缝
  温差裂缝,产生的主要原因是:温度差或者温度的变化,通过混凝土热胀冷缩效应,引起混凝土的开裂现象。一般而言,温度裂缝包括两种情形:一种是由于混凝土内部存在一个温度差,从而内部产生温度应力而导致混凝土开裂的;另一种是因为整个混凝土结构中局部混凝土构件受环境温度的变化,通过热胀冷缩效应,从而对与其相关的构件产生拉应力,导致裂缝。
  第一种情形一般发生在厚度≥lm的大体积混凝土中,出现时间一般在混凝土硬化过程中和硬化早期,其温度变化来源于水泥水化反应过程中所释放的水化热,在混凝土表面由于热量散发较混凝土内部快,因而在混凝土表面和内部形成一个温度梯度,产生温差,从而产生温度应力,当温度应力大于混凝土抗拉强度时,混凝土就会产生裂缝,此类裂缝宽度一般情况下不会超过0.3mm,有贯穿或者不贯穿的类型。
  第二种情形的裂缝出现时间比较晚,一般出现在混凝土硬化后1~2年,并且多以贯穿形式存在,宽度一般在0.3mm以内。例如,在建筑物的东西两端墙角混凝土楼板处,由于墙角两侧的混凝土墙体受太阳的照射,温度升高,产生膨胀,因此对与之相连的混凝土楼板产生两个垂直方向的拉应力,二力的合力方向为45?方向;如果该拉应力大于混凝土楼板的抗拉强度,则在墙角处的混凝土楼板会在与外界45?拉应力合力方向相正交的方向产生45?的斜裂缝。
  3、受力裂缝
  结构受荷后产生裂缝的因素很多,施工中和使用都可能出现裂缝。例如,早期受震、拆模过早或方法不当、构件堆放、运输、吊装时的垫块或吊点位置不当、施工超载、张拉应力值过大等均可能产生裂缝。而最常见的是钢筋混凝土梁、板等受弯构件,在使用荷载作用下往往出现不同程度的裂缝。
  4、化学裂缝
  碱骨料反应裂缝和钢筋锈蚀引起的裂缝是钢筋混凝土结构中最常见的由于化学反应而引起的裂缝。混凝土拌和后会产生一些碱性离子,这些离子与某些活性骨料产生化学反应并吸收周围环境中的水而体积增大,造成混凝土酥松、膨胀开裂。这种裂缝一般出现在混凝土结构使用期间,一旦出现很难补救,因此应在施工中采取有效措越进行预防。
  二、混凝土裂缝的处理措施
  笔者对混凝土裂缝的处理措施和方法进行归纳,主要有以下五种常见的处理方法:
  (一)表面修补法
  表面修补法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探进裂缝的处理。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。
  (二)结构加固法
  裂缝影影响到混凝土结构的性能时,需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。
  (二)灌浆封堵法
  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。灌浆法是利用压力设备将胶结材料压人混凝土的裂缝中,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。常用的胶结材料有水泥浆、环氧树脂、甲基丙烯酸酯、聚氨酯等化学材料。与之相似的嵌缝法也有同样的效果。
  (四)混凝土置换
  混凝土置换法是先将损坏的混凝土剔除,然后再置换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。
  (五)电化学防护
  电化学防腐是利用施加电场在介质中的电化学作用,改变混凝土或钢筋混凝土所处的环境状态,钝化钢筋,以达到防腐的目的。阴极防护珐、氯盐提取法、缄性复原法是化学防护法中常用而有效的三种方法。
  三、混凝土裂缝的预防措施
  混凝土自身的干缩变形是人们始终无法完全避免的的一个难题,因为它是混凝土本身固有的特性,我们只有通过改善各种影响混凝土干缩变形的因素,才能减少和减小混凝土的裂缝产生和宽度。笔者结合现场实际情况,提出以下控制措施:
  1、严格控制混凝土施工配合比
  根据混凝土强度等级和质量检验以及混凝土和易性的要求确定配合比,需要严格控制水灰比和水泥用量。选择级配良好的石子,减小空隙率和砂率以减少收缩量,提高混凝土抗裂强度。
  2、严格控制混凝土的温度应力
  温度应力是产生温度裂缝的根本原因,一般将内外温差控制在20~25℃范围内时,不会产生温度裂缝。在保证混凝土强度的条件下,减少水泥用量和用水量,尽量降低混凝土的入模温度。
  3、严格进行混凝土的裂缝计算
  设计单位除对钢筋混凝土结构体系进行常规计算以外,还应考虑现场的实际施工状况,对容易产生裂缝的部位进行裂缝计算。
  4、严格做好混凝土的浇筑振捣
  在混凝土浇捣前,应先将基层和模板浇水湿透,避免过多吸收水分,浇捣过程中应尽量做到既振捣充分又避免过度。混凝土浇捣完成后,要及时进行养护,包括湿度和温差方面的要求。
  参考文献
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