許多鋼筋混凝土結構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,也是長期困擾著建筑工程技術人員的技術難題。裂縫的出現(xiàn)和發(fā)展,不僅影響建筑物的外觀,還可以引起結構滲漏、混凝土保護層的脫落,加劇混凝土碳化,導致混凝土化學腐蝕和鋼筋銹蝕加快,降低構件的承載能力,影響結構的安全性、使用性和耐久性,嚴重者將會威脅到人們的生命和財產安全。
1 鋼筋混凝土結構裂縫形成的原因
1.1結構設計方面
(1)構件承載力不足。由于對構件傳力方向、受力特點不明確而導致結構設計計算存在錯誤,致使鋼筋混凝土構件中受力鋼筋數(shù)量過少、構件抗剪強度不夠、構件剛度不足而在應力最大位置附近產生裂縫。
(2)地基不均勻沉降。建筑物的形狀及剛度不同、地基土質存在差異時,如果基礎設置不當可造成地基不均勻沉降,在結構中產生較大的附加應力,可導致在上部結構中的墻面、梁、板和柱內產生裂縫。
(3)材料性能不能充分發(fā)揮。在結構設計中盲目追求使用高強度混凝土而不是使用高性能混凝土,特別是對強度要求不高、而對抗?jié)B性能要求較高的一些結構,如地下室的底板及墻壁,給水管道等,混凝土設計強度等級往往達到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,水泥在水化時產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,混凝土強度提高,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?;炷潦且环N復合材料,材料選用不合理,不僅對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,導致混凝土開裂。
(2)混凝土配合比不合理。水灰比過大可導致混凝土拌合物和易性降低,出現(xiàn)離析分層,硬化后在混凝土內部產生裂縫。
(3)混凝土施工操作不當。施工單位在進行混凝土施工操作時,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、鋼筋保護層過大或過小,施工技術措施不當、過早地加荷或施工超載均會導致混凝土內部出現(xiàn)裂縫。
1.3混凝土養(yǎng)護方面
混凝土澆筑后會發(fā)生各種收縮,致使混凝土產生開裂,其中溫度收縮和干燥收縮是導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生溫度應力。新拌混凝土在施工過程中由于其內部發(fā)生化學反應,溫度很快上升,導致混凝土結構內外產生較大溫差,內部產生壓應力,外部產生拉應力。當拉應力大干混凝土抗拉強度時,很容易在混凝土結構內部產生開裂。
(2)干燥收縮?;炷猎谟不^程中,隨著水泥水化反應的不斷進行,混凝土表面濕度變化較大。水從水泥漿的毛細孔向外蒸發(fā)時會對毛細孔壁造成壓力,水泥石在這種壓力作用下體積產生收縮,引起混凝土開裂。
2 鋼筋混凝土結構裂縫的處理
鋼筋混凝土結構出現(xiàn)裂縫后,會降低結構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、裂縫的寬度和長度是否超過國家規(guī)范要求,采取有效的處理措施及時進行修補,以保證建筑物的安全使用。
2.1表面修補法
表面修補法主要適用于穩(wěn)定和對結構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。在防護的同時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。施工時應先清理混凝土表面附著污物,再用所選修補材料進行處理。
2.2灌漿、填充封堵法
灌漿法又分水泥壓力灌漿和化學灌漿,是利用壓力設備將各種膠結材料壓入混凝土結構裂縫深部,膠結材料硬化后與混凝土形成一個整體,達到恢復結構整體性、耐久性及防水性的目的。常用的膠結材料有水泥漿、環(huán)氧樹脂、甲基丙烯酸酯、聚氯酯等化學材料。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。
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材料,達到恢復耐久性及防水性,以及部分恢復結構整體性的目的。常用的塑性修補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)及鋼筋銹蝕所產生的裂縫修補。
2.3結構加固法
當裂縫影響到混凝土結構的整體性、承載力時,除應對裂縫進行必要的修補處理外,還應采用結構加固法對結構進行加固處理,常用加固方法有加大混凝土結構的截面面積,在構件的角部外包型鋼、采用預應力法加固、粘貼鋼板加固、增設支點加固以及噴射混凝土補強加固,以增加結構整體剛度。
2.4混凝土置換法
混凝土置換法是處理嚴重損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電化學防護法
電化學防腐是利用施加電場在介質中的電化學作用,改變混凝土或鋼筋混凝土所處的環(huán)境狀態(tài),鈍化鋼筋,以達到防腐的目的。陰極防護法、氯鹽提取法、堿性復原法是化學防護法中常用而有效的三種方法。這種方法的優(yōu)點是防護方法受環(huán)境因素的影響較小,適用鋼筋、混凝土的長期防腐,既可用于已裂結構也可用于新建結構。
2.6仿生自愈合法
仿生自愈合法是模仿生物組織對受創(chuàng)傷部位自動分泌某種物質,而使創(chuàng)傷部位得到愈合的機能,在混凝土的傳統(tǒng)組分中加入某些特殊組分(如含粘結劑的液芯纖維或膠囊),在混凝土內部形成智能型仿生自愈合神經網(wǎng)絡系統(tǒng),當混凝土出現(xiàn)裂縫時分泌出部分液芯纖維可使裂縫重新愈合。
3 結語
雖然鋼筋混凝土結構中的裂縫是難以完全避免的,是各種因素共同作用的結果,但是我們如果在選材時能夠保證各種材料質量,不采用含泥量、含粉量大的砂石。在結構設計時采取適當?shù)臉嬙齑胧┘昂侠淼卦O置收縮縫;在施工過程中嚴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),鋼筋綁扎時保證間距均勻,保證受力平衡;在養(yǎng)護過程中能注重混凝土早期養(yǎng)護,就可以對裂縫的寬度和發(fā)展進行有效控制。裂縫處理時,應結合裂縫性質、施工工藝、地理環(huán)境以及材料條件,采取有針對性的、合理的補救措施進行修補,保證結構的正常使用性能及耐久