混凝土是当代最主要的土木工程材料之一,具有原料丰富,价格低廉,强度高,耐久性好,生产工艺简单的特点被广泛应用。但混凝土结构在长期使用过程中难免出现裂缝问题,裂缝的产生不仅受到结构荷载的影响,还与混凝土材料的特性、工程质量、环境等多方面因素密切相关。
肉眼可见“裂缝”的宽度一般都在0.05mm以上,混凝土表面洒水擦净以后都会出现肉眼可见的“裂纹”;在混凝土材料的内部,还能发现更多不连续的“裂隙”,“裂缝”只是这种“裂纹”和"裂隙"的发展后的形态,本质是一样的。因此“裂缝"是一种混凝土材料本身的“缺陷"。处理裂缝问题前,应充分了解引起裂缝的原因,一般的裂缝是难以避免的,但严重的受力裂缝会引起结构的安全问题。
PART.01 裂缝的类型
混凝土结构工作状态自带裂缝是材料本身的固有特性,大多数裂缝对结构安全无实质影响,但是裂缝类型繁多,对结构造成的影响也各有不同,需要通过检测并根据裂缝类型和成因正确处理裂缝。
PART.02 裂缝的产生原因
混凝土不同于钢材、木材或其他建筑材料,由于混凝土组成成分的多样化,以及特殊的结构成型方式,决定了其不可避免地会存在裂缝。正常情况下,混凝土结构是自带裂缝承载受力的。
01荷载引起的裂缝
在外界荷载作用下,混凝土强度不足可能会形成肉眼可见的裂缝,这种裂缝通常出现在受力或振动严重的部位。需要注意受压区的混凝土肉眼可见的起皮或沿受压方向的短裂缝可能是结构达到承载力极限的信号。
1.在混凝土结构承载受力之初,混凝土内部应力较小。此时就已经出现肉眼不可见的微小“裂隙”,但不会对结构造成影响。
2.随着结构荷载的增加,混凝土应力增大。裂隙会持续发展、延伸。大多会沿着原有裂隙两端以及已经存在的缺陷发展。基于水泥石中已有内应力的积聚,裂隙往往伸入已经硬化的水泥石中。
3.当结构荷载继续增加,裂隙也会继续延伸并衔接贯通,将水泥石切割成为不连续的块体。
4.如果结构荷载不断增加,这些内部裂隙就会沿着主应力方向进一步延伸、扩大。最后发展成混凝土结构表面肉眼可见的裂缝。
随着我国结构设计规范的安全度设置水平不断提高,施工质量也同样在进步。在多数混凝土结构裂缝问题中,承载受力引起的裂缝只占少数,且大多都是不具有太大危险性的一般裂缝。
02收缩引起的裂缝
混凝土固化过程中不可避免地会发生收缩,主要有塑性收缩和缩水收缩两种。
塑性收缩发生在混凝土浇筑施工后数小时内,水泥水化反应激烈导致混凝土失水收缩,同时在骨料下沉时受到钢筋阻挡,会形成沿钢筋方向的裂缝。
缩水收缩则在混凝土固结后发生,因混凝土表面水分流失快,内部水分损失慢,产生内外不均匀收缩,可能导致混凝土承受拉力超过其抗拉强度而产生裂缝。配筋率超过3%的构件,钢筋对混凝土收缩的约束比较明显,混凝土表面更容易出现龟裂裂纹。
混凝土收缩产生的裂缝主要特点是表面裂缝、裂缝宽度较细,且纵横交错、形状不规则。往往在板的未配筋表面,由于表面收缩应变积聚较多,且得不到钢筋的制约而形成不规则开裂。
03温度引起的裂缝
混凝土在温度变化时会发生热胀冷缩,若变形受到约束,就会在结构内产生应力,超过混凝土抗拉强度时形成温度裂缝。在大跨度桥梁等结构中,温度变化产生的应力可能超过活荷载应力。
温度引起的裂缝主要有两种:
1.环境温差引起的裂缝,多发生于屋盖、外墙等温度变化剧烈的混凝土结构。
2.水泥水化热积聚而引起的内部和表层之间温差而形成的裂缝,多发生于大体积混疑土结构。
04环境引起的裂缝
外界环境中的各种有害因素侵蚀,会造成混凝土结构性能劣化,不同的环境条件造成材料性能劣化以及耐久性裂缝的性质不尽相同,主要有以下类型:
1.由于环境化学腐蚀造成钢筋锈蚀,引起钢筋体积膨胀而导致混凝土开裂。
2.强化学腐蚀环境下,混凝土内发生的各种化学反应,引起混凝土体积膨胀并发生裂缝。
3.干湿交替造成渗水对混凝土材料的反复作用,会促使裂缝的形成和发展。
4.寒冷地区,混凝土内部渗入的水分结冰以后体积膨胀,反复冻结、融化就会引起的混凝土的冻胀裂缝,甚至导致混凝土材料的酥裂、破碎。
5.混凝土内碱含量过高,外界水渗入后发生化学反应,体积膨胀而引起的胀裂。
6.攀缘植物、水生物的长期作用,也会使混凝土结构发生裂缝。
7.长期风蚀、水流冲刷、摩擦、碰撞等因素,也会造成混凝土耐久性裂缝。
05不均匀沉降引起的裂缝
基础不均匀沉降或位移会产生附加应力,若超出混凝土抗拉强度,会致使结构出现裂缝。
引起不均匀沉降的原因主要有两种:
1.自然形成的各种土壤承载性能不同,而土层分布和厚度的不均匀,导致了地基下的土壤压缩变形的差别,发生不均匀沉降。而地基上的建筑物也不可能均匀一致,导致地基下土壤受到的荷载的不同,同样会发生不均匀的沉降。
2.古代遗迹上的回填土与附近的原土壤承载性能不同,也会导致地基不均匀沉降,是城市建设中的常见问题。
06工程质量引起的裂缝
结构设计不合理、工程材料和施工质量问题都可能引发各类裂缝。
PART.03 裂缝的处理方法
肉眼可见的混凝土裂缝有可能是结构强度不足的信号,了解裂缝产生原因,通过修复裂缝,并采取正确结构加固补强措施,从而提高结构整体性能和使用寿命。
裂缝宽度≤0.2mm直接用封缝胶处理,裂缝宽度>0.2mm需要用灌缝胶处理,对体积较大的混凝土构件裂缝较深的情况,也应采取灌缝胶处理。
01封缝
对注胶区域的裂缝,无论缝宽大小,原则上都应同时封闭,以防裂缝相互贯通而漏气漏胶。注胶底座埋设好后,沿缝用配制好的封缝胶进行密封,密封时在沿裂缝走向50mm宽的范围内用抹刀刮抹封缝胶GA-501,厚度约1.5-2.0mm,如果缝两侧有较多细微龟裂的部位,应抹至8~10厘米宽,并按压胶的边缘,消除卷边,并尽量一次完成,避免反复涂抹。混凝土剥落处要填充密实,与注入座衔接的地方要特别注意。封好的缝表面应光滑、平整,边缘与混凝土面应紧贴,不应有卷边现象。
02灌缝
在底座安装好灌缝胶的针筒,安装顺序由一端向另一端,对于竖直裂缝,释放针筒压力从下到上依序进行,压注时间隔预留出气孔和进浆孔,当出气孔出浆后,再把其作为进胶孔再进行灌注,依序进行,下面的进胶孔应予以密封(可用缠生料带的螺栓堵塞),直至灌完。
GA-500灌缝胶有较强的渗透性,可渗透毛细孔,为防止刚被压注满的胶被混凝土吸收形成空洞,拆除针筒时间不应少于1小时,直至针筒中胶液初凝为止。
对于水平裂缝,灌浆的顺序可从两端到中间,也可从中间到两端,中间预留出浆孔就行,压胶的方法同竖直裂缝。
对于深层、非贯通裂缝,先从缝侧面的斜孔进行灌注至缝的深层,可采灌胶设备,主要是应用低压低速的仪器,灌浆压力为0.1-0.6Mpa,可根据裂缝的可灌度来调整压力;然后再从表面灌注,压注过程中应适当延长灌注时间。
03结构加固补强
混凝土是脆性材料,其受压、受剪引起的裂缝具有非延性的性质,从开裂到崩溃的发展过程很快。
若经检测结构构件性能不足,且发现有可能造成安全隐患的裂缝,除了要做裂缝修复之外,必须对相关的构件进行加固处理,以保障结构安全。
04合理控制荷载
对混凝土结构裂缝修复和加固补强后,应根据加固后的结构强度合理控制荷载,是降低裂缝产生的关键。
在未来,我们将继续致力于建筑结构加固与维护的创新研究,不断提升我们的材料品质。每一个工程项目都是对我们承诺的延续,也是对行业标准的践行。我们深信,通过我们的努力和创新,结构加固将迎来更加可靠和持久的明天。感谢您的阅读、分享与关注!