混凝土裂缝的成因与防治

混凝土裂缝的成因与防治

混凝土结构工程的质量,从根本上决定、影响着整个建筑工程的质量。但混凝土是一种抗拉能力很低的脆性材料,在施工和使用过程中,经常由于材料质量、施工工艺、地基变形、温度变化、湿度变化和结构受荷、设计结构等原因造成建筑工程局部甚至整体工程的质量问题。积极改进混凝土施工的技术措施,是减少和防止建筑工程质量问 题、提高建筑工程质量的重要途径。钢筋混凝土的裂缝控制问题是建筑工程中很重要的问题之一,现浇混凝土楼板裂缝是公认的建筑施工中最难解决的问题之一,这些裂缝不仅影响建筑物的美观,而且影响建筑物的使用功能,大大降低了房屋结构的耐久性;破坏结构的整体性、降低其刚度;引起钢筋腐蚀。在实际工程中要分别对待,根据实际情况解决问题。因此如何解决这种常见的混凝土裂缝,是设计者和施工者都不可忽视的问题。

一、裂缝的种类和成因

结构裂缝的成因复杂而繁多,比如:温湿度的变化,混凝土的不均匀性,结构不合理,原材料不符合要求,水灰比过大,基础不均匀沉降和模板变形,养护不及时等。混凝土结构裂缝的种类,就其产生的原因,大致可划分如下几类:

(一)荷载引起的裂缝

主要是结构受外荷载或自重作用下,材料承载力不足或不起作用,板受拉或剪切破坏而产生的裂缝。这种裂缝除结构设计不合理外,施工管理不善,支座处负筋下沉或板厚不足是导致结构裂缝的主要原因。当负钢筋下陷严重时,钢筋无法发挥抗拉作用;或是板厚严重不足时,则会导致结构抗力下降,结构抗力不足以抵抗拉应力或剪切应力而开裂,裂缝通常位于梁侧且平行于板长边,严重时也可环绕四周梁侧。此时板面将出现破坏性裂缝。

结构构件断面突变或开洞、留槽引起应力集中;构造处理不当、现浇主梁在搁次梁处如没有设附加箍筋、或附加吊筋以及各种结构缝设置不当等因素容易导致混凝土开裂。

(二)温度变化和混凝土收缩引起的裂缝

混凝土浇筑后,在硬化过程中,水泥水化产生大量的水化热,由于混凝土的体积较大,大量的水化热聚积在混凝土内部而不易散发,导致内部温度急剧上升,而混凝土表面散热较快,这样就形成内外的较大温差,较大的温差造成内部与外部热胀冷缩的程度不同,使混凝土表面产生一定的拉应力,当拉应力超过混凝土的抗拉强度极限时,混凝土表面就会产生裂缝。

混凝土线膨胀系数约为10×10-6/℃,即温度每升高或降低10℃,混凝土会产生0.01%的线膨胀或收缩,即热胀冷缩变形。环境温度变化影响了楼板及梁的变形与开裂,一般板的厚度远小于梁高,板全截面随气温的变化而变化,而梁的截面高则

大于板厚,温差变形则大大滞后于板,特别是急冷急热后尤为明显。如气温骤降或曝晒后突受雨淋冷却时,板收缩量突然变大而梁则大大滞后,使板收缩时受梁的限制产生拉应力而开裂,板长度越大,越易出现垂直于板长边的贯穿裂缝。而当气温急剧升高时,板发生膨胀,而梁变形滞后则限制板的膨胀,使梁受拉,致梁侧产生竖向裂缝,有时包围梁腹截面。梁裂缝也可常见于屋面板隔热差而板下通风良好,夏季时板面温度极高而板下温度较低这种大温差情况。

(三)冻胀引起的裂缝

温度低于零度和混凝土吸水饱和是发生冻胀破坏的必要条件。大气气温低于零度时,吸水饱和的混凝土出现冰冻,游离的水转变成冰,体积膨胀,因而混凝土产生膨胀应力,使混凝土出现裂缝。

(四)材料质量引起的裂缝

1、水泥方面的影响:水泥的收缩值般取决于C3A、SO3、石膏的含量及水泥细度等。即C3A含量大,细度较细的水泥收缩较大。石膏含量不足的水泥,具有较大的收缩,而SO3的含量对混凝土收缩的影响显著。

2、骨料方面的影响:混凝土收缩随骨料含量的增加而减小,随骨料弹性模量的增加而减小,同时,又随骨料中粘土含量的增加而增大。另外,在预拌混凝土中,其骨料的级配不十分合理也是造成混凝土出现裂缝的主要因素。

3、混凝土配合比方面的影响:包括单位用水量,单位水泥用量,水灰比,砂率及灰浆比等参数。混凝土收缩主要取决于单位用水量和水泥用量,而用水量的影响比水泥用量大;在用水量一定的条件下,混凝土干缩随水泥用量的增大而增加,但增大的幅度较小;在骨灰比一定条件下,混凝土干缩随水灰比的增加而明显增大;在配合比相同条件下,混凝土干缩随砂率的增大而加大,但增大的幅度较小。

4、外加剂的种类和掺量方面的影响:掺用化学外加剂会使混凝土收缩有不同程度的增大。掺减水剂用于改善混凝土和易性,增大坍落度时,掺减水剂的混凝土收缩略大于不掺的收缩值;掺减水剂用于减水,提高强度或节约水泥时,掺减水剂混凝土的收缩接近或小于不掺的收缩值。

(五)施工引起的裂缝

在混凝土结构浇筑、制作、拆模、运输、吊装等过程中,若施工不规范,工艺不合理,则容易产生各种裂缝。比较常见的有:

1、混凝土保护层过厚,或踩塌已绑扎的上层钢筋,使承受负弯矩的受力筋保护层加厚,而形成与受力钢筋垂直方向的裂缝。

2、混凝土振捣不密实,出现空洞,导致钢筋锈蚀或其它荷载裂缝的起源点。

3、混凝土搅拌、运输时间过长,使水分蒸发过多,引起塌落度过低,或加大水灰比,出现不规则的收缩裂缝。4、混凝土初期养护不到位,使得混凝土表面出现不规则的收缩裂缝。

5、模板构造不当,漏水、漏浆、支撑刚度不足、支撑的地基下沉、过早拆模等都可能造成混凝土开裂。

(六)预埋管线引起的线管裂缝

一些地区习惯于将PVC电线管预埋于楼板结构中,且线管多层交差重叠,施工时为方便线管固定,将其绑扎在板底钢筋上,造成混凝土浇灌后钢筋与混凝土失去有效的结合,该处板的有效厚度大大减少,形成楼板的抗拉、抗弯薄弱点。在秋冬季节气温变化大、空气干燥、湿度低等多种不利因素影响下,混凝土收缩加剧,导致楼板产生较大的内拉应力,于是在电线管预埋处的薄弱位置发生开裂,使内拉应力得以释放。通常裂缝位于PVC线管处,缝宽约0.2～1.2㎜,且贯通板厚。

二、裂缝的控制措施

裂缝控制的主要措施是通过对设计、施工、原材料等方面进行控制的综合技术措施。包括:合理选择结构形式,加强构造配筋,减小水灰比、降低砂率,增加骨料粒径,选用适宜的外加剂和掺合料,采取保温保湿的养护措施等。

根据裂缝产生的原因及多发部位情况,在工程设计中采用合理的措施,必然能预防及控制楼板裂缝的发生,从而加强混凝土楼板的抗裂性。

(一)设计方面的控制措施

1、设计中应尽量避免结构断面突变带来的应力集中。当无法回避时,应做局部处理,如转角处做圆角,突变处做成渐变过渡,同时加强构造配筋,转角处增配斜向钢筋。

2、控制混凝土板内管线的预埋,板内不应预埋水管。其它管线预埋宜与钢筋成斜交布置,应避免管线立体交叉,严禁多层管线交错叠放,必要时宜在管线集散处增设垂直于管线的钢丝网,增加双层双向抗裂构造配筋等加强措施。

3、平面布置上应尽量减少凹凸现象,必要时设置变形缝。减少结构在平面内和上下层间的刚度突变,避免由此引起板角等薄弱部位的剪拉力集中,造成板剪拉开裂。当不可避免时,应局部处理加强,逐渐过渡。

4、限制伸缩缝间距。对体形复杂、地基不均匀沉降值大的建筑物更应严格控制,可以和其它结构缝合并使用。

5、构件配筋要合理,间距要适当。断面较大的梁应设置腰筋。大跨度、较厚的现浇板,上面中心部位宜配置构造钢筋。主梁在集中应力处,宜增加附加横向钢

筋。

6、减少地基的不均匀沉降,在基础设计中可以采取调整基础的埋置深度,不同的地基计算强度和采用不同的垫层厚度等方法,来调整地基的不均匀变形。

7、层层设置圈梁、构造柱,可以增加建筑物的整体性,提高砖石砌体的抗剪、抗拉强度,防止或减少裂缝。

(二)材料方面措施

1、水泥:根据工程条件不同,尽量选用水化热较低、强度较高的水泥,严禁使用安定性不合格的水泥。

2、粗骨料:适用表面粗糙、级配良好、空隙率小、无碱性反应;有害物质及泥土含量和压碎指标值等满足相关规范及技术规范规定。

3、细骨料:一般采用天然砂。宜用颗粒较粗、空隙较小的2区砂、对运送混凝土宜选用中砂;所选的砂有害物质及混凝土含量和坚固指标等应满足相关规范及技术规程规定。

4、外掺加料:宜采用减水剂及膨胀剂等外加剂,以改善混凝土工作性能,降低用水量,减少收缩。

(三)混凝土配料、搅拌、运输及浇筑措施

1、配合设计应尽量采有低水灰比、低水泥用量、低用水量。投料计量应准确,搅拌时间应保证;禁止任意增加水泥用量。

2、混凝土运输过程中,车鼓保持在每分钟约6转,并到工地后保持搅拌车高速运转到4至5分钟,以使混凝土浇筑前充分再次混合均匀。如遇塌落度有所损失,可以掺一定的外加剂以达到理想效果。

3、浇筑分层应合理,振捣应均匀、适度、不得随意留置施工缝。

(四)施工方面措施

1、模板工程的模板构造要合理,以防止模板各构件间的变形不同而导致混凝土裂缝;模板和支架要有足够的刚度,防止施工荷载作用下,模板变形过大造成开裂;合理掌握拆模时机,尽可能不要错过混凝土水化热峰值,即不要错过最佳养护介入时机。

2、合理设置后浇带,较长的墙、板、基础等结构和主楼与裙房之间等高低层错落处,均应设置后浇带。

3、加强混凝土的早期养护,并适当延长养护时间,以减少混凝土的收缩变形。

4、大体积混凝土施工,应做好温度测控工作,采取有效的保温措施,保证构件内外温差不超过规定。

5、钢筋绑扎位置要正确,保护层厚度要尽量准确,不要超出规范规定;钢筋表面应洁净,钢筋代换必须考虑对构件抗裂性能的影响。

(五)严格控制板面负筋的保护层厚度。现浇板负筋一般放置在支座梁钢筋上面,与梁筋应绑扎在一起,另外,采用铁架子或混凝土垫块等措施来固定负筋的位置,保证在施工过程中板面钢筋不再下沉,从而可有效控制保护层,避免支座处因负筋下沉,保护层厚度变大而产生裂缝,板的保护层厚度不应大于1.5cm。

(六)了解预拌混凝土的级配情况,对某些级配的混凝土,不要过度振捣楼板混凝土,过度的振捣会使混凝土产生离析和泌水,使混凝土楼板表面形成水泥含量较多的沙浆层和水泥浆层,容易产生干缩裂缝。由于一般楼板的厚度不大,使用平板振动器匀速拖过一次就可使楼板的混凝土成型密实。要在混凝土沉淀收缩基本完成后才开始楼板的最终抹面。

(七)在楼板的混凝土施工完成后,要等楼板混凝土有一定的强度后才进行下一道工序的施工。在混凝土终凝初期应避免施工荷载对楼板产生较大的震动。特别是与施工井架相接的楼板,其混凝土施工完成是最后的,而上施工荷载受震动是最早和最频繁的。有些施工单位为了抢工期,在楼板混凝土捣制完成后第二天就上人上材料进行下一道工序施工,往往导致这位置的楼板多处产生裂缝。

(八)合理安排施工顺序。当相邻建(构)筑物间距较近时,一般应先施工较深的基础,以防基坑开挖破坏已建基础的地基础。当建(构)筑物各部分荷载相差较大时,一般应施工重、高部分,后施工轻、低部分。

(九)加强地基的检查与验收,复杂地基,应做补充勘探。异常地基处理必须谨慎,尽可能使其处理后的承载力与本工程正常地基承载力相同或相近。

三、裂缝的处理

修补前需要对楼板裂缝进行检测与研究以确定裂缝部位、开裂程度和裂缝产生的原因等。根据裂缝的性质和具体情况我们要区别对待、及时处理,以保证建筑物的安全使用。修补措施主要有以下一些方法:表面修补法,灌浆、嵌逢封堵法,结构加固法,混凝土置换法等。

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、嵌缝封堵法

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。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。

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。常用的塑性材料有聚氯乙烯胶泥、塑料油膏、丁基橡胶等等;常用的刚性止水材料为聚合物水泥砂浆。

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

混凝土置换法是处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。

混凝土结构裂缝的控制是一个综合性的问题,需要经过设计、监理、施工及使用方等多方面的配合。只要我们严格把好材料进场关,系统控制施工工艺,严格操作程序,现浇混凝土楼板的裂缝问题可以得到有效解决,为社会的安全稳定作出更大的贡献,为企业自身创造出更好的经济效益。