許多鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在施工和使用過程中。常出現(xiàn)不同程度、不同形式的裂縫,既是建筑工程中十分常見的現(xiàn)象,也是長(zhǎng)期困擾著建筑工程技術(shù)人員的技術(shù)難題。裂縫的出現(xiàn)和發(fā)展,不僅影響建筑物的外觀,還可以引起結(jié)構(gòu)滲漏、混凝土保護(hù)層的脫落,加劇混凝土碳化,導(dǎo)致混凝土化學(xué)腐蝕和鋼筋銹蝕加快,降低構(gòu)件的承載能力,影響結(jié)構(gòu)的安全性、使用性和耐久性,嚴(yán)重者將會(huì)威脅到人們的生命和財(cái)產(chǎn)安全。
1 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)裂縫形成的原因
1.1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面
(1)構(gòu)件承載力不足。由于對(duì)構(gòu)件傳力方向、受力特點(diǎn)不明確而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算存在錯(cuò)誤,致使鋼筋混凝土構(gòu)件中受力鋼筋數(shù)量過少、構(gòu)件抗剪強(qiáng)度不夠、構(gòu)件剛度不足而在應(yīng)力最大位置附近產(chǎn)生裂縫。
(2)地基不均勻沉降。建筑物的形狀及剛度不同、地基土質(zhì)存在差異時(shí),如果基礎(chǔ)設(shè)置不當(dāng)可造成地基不均勻沉降,在結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生較大的附加應(yīng)力,可導(dǎo)致在上部結(jié)構(gòu)中的墻面、梁、板和柱內(nèi)產(chǎn)生裂縫。
(3)材料性能不能充分發(fā)揮。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中盲目追求使用高強(qiáng)度混凝土而不是使用高性能混凝土,特別是對(duì)強(qiáng)度要求不高、而對(duì)抗?jié)B性能要求較高的一些結(jié)構(gòu),如地下室的底板及墻壁,給水管道等,混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)往往達(dá)到C60,其后果就是使水泥用量大幅度提高,然而水泥用量的增加,水泥在水化時(shí)產(chǎn)生的水化熱也大幅度提高,造成干燥收縮和溫度收縮增大,引起混凝土開裂。同時(shí),混凝土強(qiáng)度提高,混凝土彈性模量增大,徐變系數(shù)減小,使混凝土的抗裂性減小,加劇混凝土開裂。
1.2混凝土施工工藝方面
(I)原材料選用不當(dāng)?;炷潦且环N復(fù)合材料,材料選用不合理,不僅對(duì)混凝土的性能有直接影響,而且還可以影響到混凝土的施工操作,導(dǎo)致混凝土開裂。
(2)混凝土配合比不合理。水灰比過大可導(dǎo)致混凝土拌合物和易性降低,出現(xiàn)離析分層,硬化后在混凝土內(nèi)部產(chǎn)生裂縫。
(3)混凝土施工操作不當(dāng)。施工單位在進(jìn)行混凝土施工操作時(shí),因混凝土澆筑順序及方法不合理,施工速度過快、振搗不充分,模板沉陷及移動(dòng)、鋼筋保護(hù)層過大或過小,施工技術(shù)措施不當(dāng)、過早地加荷或施工超載均會(huì)導(dǎo)致混凝土內(nèi)部出現(xiàn)裂縫。
1.3混凝土養(yǎng)護(hù)方面
混凝土澆筑后會(huì)發(fā)生各種收縮,致使混凝土產(chǎn)生開裂,其中溫度收縮和干燥收縮是導(dǎo)致混凝土開裂的主要原因。
(1)溫度收縮。建筑物在正常使用過程中因所處季節(jié)不同,受不均勻收縮影響而產(chǎn)生溫度應(yīng)力。新拌混凝土在施工過程中由于其內(nèi)部發(fā)生化學(xué)反應(yīng),溫度很快上升,導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)外產(chǎn)生較大溫差,內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力,外部產(chǎn)生拉應(yīng)力。當(dāng)拉應(yīng)力大干混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí),很容易在混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生開裂。
(2)干燥收縮。混凝土在硬化過程中,隨著水泥水化反應(yīng)的不斷進(jìn)行,混凝土表面濕度變化較大。水從水泥漿的毛細(xì)孔向外蒸發(fā)時(shí)會(huì)對(duì)毛細(xì)孔壁造成壓力,水泥石在這種壓力作用下體積產(chǎn)生收縮,引起混凝土開裂。
2 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的處理
鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫后,會(huì)降低結(jié)構(gòu)的耐久性和影響建筑物的正常使用,因此要根據(jù)裂縫形成的原因、裂縫的性質(zhì)、裂縫的寬度和長(zhǎng)度是否超過國家規(guī)范要求,采取有效的處理措施及時(shí)進(jìn)行修補(bǔ),以保證建筑物的安全使用。
2.1表面修補(bǔ)法
表面修補(bǔ)法主要適用于穩(wěn)定和對(duì)結(jié)構(gòu)承載能力沒有影響的表面裂縫處理。通常的處理措施是在裂縫的表面涂抹水泥漿、環(huán)氧膠泥或在混凝土表面涂刷油漆、瀝青等防腐材料。在防護(hù)的同時(shí)為了防止混凝土受各種作用的影響繼續(xù)開裂,也可以采用在裂縫的表面粘貼玻璃纖維布、增加整體面層、鋼錨栓縫合等措施。施工時(shí)應(yīng)先清理混凝土表面附著污物,再用所選修補(bǔ)材料進(jìn)行處理。
2.2灌漿、填充封堵法
灌漿法又分水泥壓力灌漿和化學(xué)灌漿,是利用壓力設(shè)備將各種膠結(jié)材料壓入混凝土結(jié)構(gòu)裂縫深部,膠結(jié)材料硬化后與混凝土形成一個(gè)整體,達(dá)到恢復(fù)結(jié)構(gòu)整體性、耐久性及防水性的目的。常用的膠結(jié)材料有水泥漿、環(huán)氧樹脂、甲基丙烯酸酯、聚氯酯等化學(xué)材料。該方法適用干裂縫寬度較大(裂縫寬度≥0.5mm)、深度較深的裂縫修補(bǔ)。
填充法是沿裂縫將混凝土開鑿成“U”型或“V”型槽,在槽中嵌填塑性或剛性止水修補(bǔ)材料,達(dá)到恢復(fù)耐久性及防水性,以及部分恢復(fù)結(jié)構(gòu)整體性的目的。常用的塑性修補(bǔ)材料有聚氯乙烯膠泥、塑料油膏、丁基橡膠等;常用的剛性止水修補(bǔ)材料為聚合物水泥砂漿。該方法適用于裂縫數(shù)量少但裂縫寬度較大(裂縫寬度>0.5mm)及鋼筋銹蝕所產(chǎn)生的裂縫修補(bǔ)。
2.3結(jié)構(gòu)加固法
當(dāng)裂縫影響到混凝土結(jié)構(gòu)的整體性、承載力時(shí),除應(yīng)對(duì)裂縫進(jìn)行必要的修補(bǔ)處理外,還應(yīng)采用結(jié)構(gòu)加固法對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固處理,常用加固方法有加大混凝土結(jié)構(gòu)的截面面積,在構(gòu)件的角部外包型鋼、采用預(yù)應(yīng)力法加固、粘貼鋼板加固、增設(shè)支點(diǎn)加固以及噴射混凝土補(bǔ)強(qiáng)加固,以增加結(jié)構(gòu)整體剛度。
2.4混凝土置換法
混凝土置換法是處理嚴(yán)重?fù)p壞混凝土的一種有效方法,此方法是先將損壞的混凝土剔除,然后再置換入新的混凝土或其他材料。常用的置換材料有:普通混凝土或水泥砂漿、聚合物或改性聚合物混凝土或砂漿。
2.5電化學(xué)防護(hù)法
電化學(xué)防腐是利用施加電場(chǎng)在介質(zhì)中的電化學(xué)作用,改變混凝土或鋼筋混凝土所處的環(huán)境狀態(tài),鈍化鋼筋,以達(dá)到防腐的目的。陰極防護(hù)法、氯鹽提取法、堿性復(fù)原法是化學(xué)防護(hù)法中常用而有效的三種方法。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是防護(hù)方法受環(huán)境因素的影響較小,適用鋼筋、混凝土的長(zhǎng)期防腐,既可用于已裂結(jié)構(gòu)也可用于新建結(jié)構(gòu)。
2.6仿生自愈合法
仿生自愈合法是模仿生物組織對(duì)受創(chuàng)傷部位自動(dòng)分泌某種物質(zhì),而使創(chuàng)傷部位得到愈合的機(jī)能,在混凝土的傳統(tǒng)組分中加入某些特殊組分(如含粘結(jié)劑的液芯纖維或膠囊),在混凝土內(nèi)部形成智能型仿生自愈合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),當(dāng)混凝土出現(xiàn)裂縫時(shí)分泌出部分液芯纖維可使裂縫重新愈合。
3 結(jié)語
雖然鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的裂縫是難以完全避免的,是各種因素共同作用的結(jié)果,但是我們?nèi)绻谶x材時(shí)能夠保證各種材料質(zhì)量,不采用含泥量、含粉量大的砂石。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)采取適當(dāng)?shù)臉?gòu)造措施及合理地設(shè)置收縮縫;在施工過程中嚴(yán)格控制混凝土配合比,合理確定外加劑的品種和摻置,優(yōu)化施工工藝,注意施工溫度。避免高溫作業(yè),鋼筋綁扎時(shí)保證間距均勻,保證受力平衡;在養(yǎng)護(hù)過程中能注重混凝土早期養(yǎng)護(hù),就可以對(duì)裂縫的寬度和發(fā)展進(jìn)行有效控制。裂縫處理時(shí),應(yīng)結(jié)合裂縫性質(zhì)、施工工藝、地理環(huán)境以及材料條件,采取有針對(duì)性的、合理的補(bǔ)救措施進(jìn)行修補(bǔ),保證結(jié)構(gòu)的正常使用性能及耐久