孫會社 牟 強

近年來,隨著商品混凝土的大量推廣,現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)被大量的應(yīng)用,由于各個環(huán)節(jié)的原因,工程中經(jīng)常會出現(xiàn)裂縫。引起裂縫的原因很多,一般可歸納為三類:1)由外荷載引起的裂縫,也稱結(jié)構(gòu)性裂縫、受力裂縫,其裂縫與荷載有關(guān),預(yù)示結(jié)構(gòu)承載力可能不足或存在嚴重問題;2)由變形引起的裂縫,也稱非結(jié)構(gòu)性裂縫,主要有溫度裂縫、干縮裂縫、地基不均勻沉降裂縫,由溫度變化、混凝土收縮、地基不均勻沉降等因素引起變形,當此變形得不到滿足,在結(jié)構(gòu)構(gòu)件內(nèi)部產(chǎn)生自應(yīng)力,且自應(yīng)力超過混凝土允許拉應(yīng)力時,即會引起混凝土裂縫;3)由于混凝土內(nèi)部鋼筋銹蝕而產(chǎn)生體積膨脹引起的裂縫,稱為腐蝕裂縫。

根據(jù)國內(nèi)外設(shè)計規(guī)范及有關(guān)試驗資料,混凝土最大裂縫寬度的控制標準大致如下:無侵蝕介質(zhì)無防滲要求,0.3mm～0.4mm;輕微侵蝕,無防滲要求,0.2mm～0.3mm;嚴重侵蝕,有防滲要求,0.1mm～0.2mm。

1 荷載裂縫

1.1 工程實例

某水泥廠熟料大棚擋土墻產(chǎn)生多處豎向裂縫,在一拐角處產(chǎn)生較大裂縫,發(fā)現(xiàn)混凝土中配置的橫向鋼筋已被拉斷;某框架結(jié)構(gòu)施工過程中,發(fā)現(xiàn)框架梁上出現(xiàn)多處U形裂縫,下寬上窄。

1.2 原因分析

1)設(shè)計計算失誤。因計算和繪圖錯誤而又未認真校對;荷載漏算或少算了;受力鋼筋截面偏小或板太薄;抄了一個圖或采用標注圖后未結(jié)合實際情況復(fù)核,有的甚至認為原有設(shè)計有安全儲備而任意減小截面,少配鋼筋或降低材料強度等級;盲目的相信電算,因輸入有誤或與編制程序的假定不符合,而輸出結(jié)果并不正確也盲目采用;設(shè)計時所取可靠度不足或偏低等等。

2)施工操作不當。在混凝土初凝階段因模板振動、變形或移位會使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫;施工時因拆模過早,混凝土強度未達到設(shè)計要求而提前加荷,使構(gòu)件過載而出現(xiàn)裂縫。

1.3 預(yù)防措施

首先從設(shè)計上要嚴謹、認真,不可漏算和少算荷載,要結(jié)合實際工程進行復(fù)核,不能盲目相信電算。其次施工中,要求模板要有足夠的剛度,嚴格控制其位移;混凝土未達到設(shè)計強度前,不可提前拆模和加荷。

2 非結(jié)構(gòu)性裂縫

2.1 工程實例

在平時的檢測鑒定中,經(jīng)常會遇到樓板裂縫的問題,一般情況下,裂縫表現(xiàn)為表面龜裂,縱向、橫向裂縫以及斜向裂縫,而且很多裂縫已經(jīng)貫通、滲水;在磚混結(jié)構(gòu)中,構(gòu)造柱的表面和內(nèi)部經(jīng)常會出現(xiàn)不規(guī)則裂縫;在現(xiàn)澆混凝土梁上經(jīng)常會發(fā)現(xiàn)一些不規(guī)則裂縫。

2.2 原因分析

2.2.1 溫度裂縫

混凝土內(nèi)外產(chǎn)生較大溫差,較大的溫差造成內(nèi)部與外部熱脹冷縮的程度不同,產(chǎn)生超過混凝土的抗拉強度極限的拉應(yīng)力,而產(chǎn)生裂縫。這種裂縫的特點是裂縫出現(xiàn)在混凝土澆筑后的 3 d～5 d,初期出現(xiàn)的裂縫很細,隨著時間的發(fā)展而繼續(xù)擴大,甚至達到貫穿的情況。

2.2.2 干縮裂縫

混凝土在水化結(jié)硬過程中,由于水泥顆粒不斷水化,毛細管及各孔隙間游離水逐漸與水泥礦物水化為凝膠及結(jié)晶形成的水化石,因而產(chǎn)生強度。一般在毛細管中的水及凝膠水溢失時,水泥石略有收縮?；炷翝仓笕蕴幱谒苄誀顟B(tài)時,由于表面水分蒸發(fā)過快,特別是平板結(jié)構(gòu)在炎熱或大風干燥天氣條件下,混凝土表面水分蒸發(fā)過快,或者是被基礎(chǔ)、模板吸水過快,以及混凝土本身的高水化熱等原因造成毛細管中產(chǎn)生較大的負壓而使混凝土體積急劇收縮,這兩種體積收縮的結(jié)果就形成了混凝土的干縮變形,而此時混凝土強度幾乎為零,不能抵抗這種變形力而導(dǎo)致開裂,從混凝土中蒸發(fā)和被吸收水分的速度越快,干縮裂縫越易產(chǎn)生。

2.2.3 施工工藝及流程

施工過程中過早拆?；虿鹉２划斨率鼓０逦灰?模板剛度不夠,變形或模板支撐下沉引起混凝土開裂;混凝土施工中,振搗不實、漏振、過振或振搗棒抽撤過快,影響混凝土密實性和均勻性,產(chǎn)生蜂窩、麻面、孔洞等缺陷導(dǎo)致裂紋的產(chǎn)生;混凝土收面不及時,或壓抹次數(shù)不足,使混凝土表面產(chǎn)生收縮裂縫;施工方為了趕工期,過早承受荷載而加劇混凝土裂縫的產(chǎn)生;養(yǎng)護措施不到位,使混凝土表面處于干燥狀態(tài),極易出現(xiàn)表面干縮裂縫。

2.3 預(yù)防措施

2.3.1 溫度裂縫的預(yù)防措施

1)選用水化熱小和收縮小的水泥(如礦渣水泥、粉煤灰水泥),選用級配良好的骨料,并嚴格控制砂、石子的含泥量,盡量降低水灰比,合理使用減水劑,加強振搗,以減少水化熱。2)盡量避開炎熱天氣澆筑大體積混凝土,必須夏天澆筑時,可采用冰水或深井水拌制混凝土,并對骨料進行噴水預(yù)冷卻,以降低混凝土攪拌和澆筑溫度。3)澆筑混凝土后,表面應(yīng)及時用草簾或草袋、鋸末等覆蓋,并灑水養(yǎng)護,拆模時,塊體中部和表面的溫度差不宜大于 20℃,以防止急劇冷卻造成表面裂縫。

2.3.2 干縮裂縫的預(yù)防措施

1)合理選擇水泥品種。一般來說,水泥的需水量越大,混凝土的干燥收縮越大,不同水泥混凝土的干燥收縮按其大小順序排列為:礦渣硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、中低熱水泥和粉煤灰水泥。2)控制水泥用量?；炷粮稍锸湛s隨著水泥用量的增加而增大,但是增加量不顯著。在有可能減少水泥用量時,還是盡可能降低水泥用量。3)用水量的把握?；炷恋母稍锸湛s受用水量的影響最大,在同一水泥用量條件下,混凝土的干燥收縮和用水量成正比、為直線關(guān)系;當水泥用量較高的條件下,混凝土的干燥收縮隨著用水量的增加而急劇增大。綜合水泥用量和用水量來說,水灰比越大,干燥收縮越大。因此在現(xiàn)場澆筑混凝土時絕不允許隨意加水。4)化學(xué)外加劑的選用。摻加減水劑、泵送劑,特別是同時摻加粉煤灰的雙摻技術(shù)不會增大干燥收縮,但是對于某些減水劑、泵送劑,尤其是具有引氣作用時,有增大混凝土干燥收縮的趨勢。因此在選用外加劑時,必須選用干燥收縮小的減水劑或泵送劑。5)正確選擇養(yǎng)護時間和方法?；炷翝仓媸艿斤L吹日曬,表面干燥過快,產(chǎn)生較大的收縮,受到內(nèi)部混凝土的約束,在表面產(chǎn)生拉應(yīng)力而開裂。如果混凝土終凝之前進行早期保溫保濕養(yǎng)護,對減少干燥收縮有一定作用。

2.3.3 施工中的預(yù)防措施

1)施工前應(yīng)編制包括混凝土澆搗方案、養(yǎng)護方案等各專項措施,并對相關(guān)人員進行技術(shù)交底,切實貫徹執(zhí)行,按計劃進行施工。2)對現(xiàn)場澆搗的混凝土進行監(jiān)控,澆搗時嚴禁隨意加水;澆搗的混凝土要填充到鋼筋、模板內(nèi)各個角落,要振搗密實,不得漏振,也不得過振,更不得用振搗器拖趕混凝土。先澆搗墻、柱,待混凝土沉實后再澆搗梁和板;墻、柱需分層澆搗,每層不超過500mm,搗平后再澆搗上層,同時在下一層混凝土初凝前將上一層混凝土澆搗完畢,在澆搗上一層混凝土時將振搗器插入下一層混凝土 50mm左右以便形成整體。在混凝土板面澆搗時,不能集中布料,采用分散布料,然后用鐵耙子將混凝土基本摟平,接著進行梅花式振搗:振搗棒插入點相距 400mm左右,振搗時間不宜超過15 s,并以觀察粗骨料在混凝土的各個層面上能夠均布為基準。3)面層澆搗完畢后立即用抹子抹壓一次,在初凝后終凝前進行二次抹壓。4)按制定的養(yǎng)護方案切實執(zhí)行。

3 腐蝕裂縫

3.1 工程實例

某紀念塔內(nèi)部剪力墻和樓板,混凝土爆裂,保護層脫落,內(nèi)部鋼筋銹蝕嚴重;某沿海學(xué)校教學(xué)樓走廊單梁沿梁主筋位置存在裂縫,鑿開后發(fā)現(xiàn)內(nèi)部鋼筋銹蝕。

3.2 原因分析

鋼筋在混凝土中腐蝕是電化學(xué)(原電池)的反應(yīng)過程。決定鋼筋腐蝕反應(yīng)的基本因素是電位差、水和氧,缺一不可,實際腐蝕速度大多不是受制于氧的供應(yīng)。Cl-是鋼筋腐蝕反應(yīng)的最強烈的活化劑,Cl-能破壞鋼筋表面鈍化膜從而引發(fā)腐蝕,也能增高溶液導(dǎo)電性、增大電位差、加速腐蝕反應(yīng);所以當混凝土中摻有氯鹽或摻入Cl-時就容易引發(fā)鋼筋銹蝕,現(xiàn)實工程中的鋼筋銹蝕病害大多起因于此?；炷林袖摻畋韺痈g或鐵銹后,體積可增加幾倍,擠壓其外側(cè)混凝土并使之產(chǎn)生垂直于徑向脹壓力的拉應(yīng)力,拉應(yīng)力超過混凝土的承載能力將在混凝土的保護層上引發(fā)出順沿鋼筋的縱向裂縫。裂縫出現(xiàn)后,外面的水、氣(氧)可沿縫滲入并進一步加速腐蝕,如此發(fā)展下去,裂縫將增寬、延長,甚至混凝土保護層大片破裂剝落。

3.3 預(yù)防措施

預(yù)防鋼筋的銹蝕,就要防止腐蝕介質(zhì)和水(汽)、氧等侵入混凝土內(nèi)。1)在施工中要嚴格按照規(guī)范規(guī)定掌握好骨料質(zhì)量、水灰比、水泥質(zhì)量、振搗和養(yǎng)護等有關(guān)環(huán)節(jié),在有嚴重侵蝕介質(zhì)處,應(yīng)適當增加保護層厚度。2)對已正常使用的建筑結(jié)構(gòu),為防止有害介質(zhì)的侵蝕,可做表面涂層處理,如涂瀝青漆、環(huán)氧樹脂涂料等,進行防護。3)對室內(nèi)有侵蝕性的氣體、粉塵等介質(zhì),且相對濕度較大時則應(yīng)采取加強通風、改善通風條件,加設(shè)機械通風裝置等措施,以消除或減弱腐蝕作用。4)嚴格按施工規(guī)范控制條件要求,控制氯鹽用量。

4 結(jié)語

工程實踐中混凝土結(jié)構(gòu)常見裂縫要以預(yù)防控制為主,若結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫要認真分析原因,并采取經(jīng)濟合理的措施加以妥善處理。

[1] GB 50204-2002,混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范[S].

[2] GB 50010-2002,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S].

[3] 卜良桃,高 偉.工程事故分析與對策[M].長沙:中南大學(xué)出版社,2005.

[4] 張 雄.混凝土結(jié)構(gòu)裂縫防治技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2007.