随着时代进程的飞速发展,我国建筑市场规模日益扩大,混凝土在现代建筑工程中占有重要地位,混凝土裂缝不仅影响使用功能,还影响混凝土的外观和变形,进而引起钢筋的腐蚀, 并最终影响结构的耐久性和耐久性。
1、普通混凝土开裂的原因
1.1 荷载引起的裂纹
混凝土在常规静、动荷载和二次应力作用下产生的裂缝称为荷载裂缝,可归纳为直接应力裂纹和二次应力裂纹两种。 直接应力裂纹是指由外受力引起的直接应力引起的裂纹,二次应力裂纹是指由外受力引起的二次应力引起的裂纹。
荷载裂纹的特征根据荷载的不同而表现出不同的特征。 这类裂纹多出现在受拉区、剪切区或剧烈振动区。 但必须指出的是,如果受压区沿受压方向出现剥落或短裂纹,往往是结构已达到承载力极限的标志,是结构失效的前兆,其原因往往是截面尺寸过小。
1.2 温度变化引起的裂纹
混凝土具有热胀冷缩的性质,当外部环境或结构内部温度发生变化时,混凝土就会变形,如果变形受到约束,结构中就会产生应力,当应力超过混凝土的抗拉强度时,就会产生温度裂纹。 在一些大跨度桥梁中,温度应力可以达到甚至超过活荷载应力。 区分其他裂纹的温度裂纹的主要特征是它们会随着温度的变化而膨胀或闭合。
1.3 收缩引起的裂纹
在实际工程中,混凝土收缩引起的裂缝是最常见的。 在混凝土收缩的类型中,塑性收缩和收缩(干收缩)是混凝土体积变形的主要原因,还有自生收缩和碳化收缩。
塑料收缩率。 发生在施工过程中,混凝土浇筑后约4 5小时,此时水泥水化反应剧烈,分子链逐渐形成,出现水分和水分的急剧蒸发,混凝土失水收缩,骨料因自重而下沉,因此混凝土尚未硬化, 这称为塑性收缩率。塑料收缩的幅度非常大,可达1%左右。 在骨料下沉过程中,如果被钢筋阻挡,就会沿钢筋方向形成裂缝。 在构件的垂直可变截面处,如T型梁、箱梁腹板和顶底板的交界处,由于硬化前凝固不均匀,表面沿腹板会出现裂纹。 为了减少混凝土的塑性收缩,施工时应控制水灰比,避免搅拌时间过长。
收缩收缩(干收缩)。 混凝土硬化后,随着表面水分逐渐蒸发,湿度逐渐降低,混凝土体积减小,称为收缩(干收缩)。 由于混凝土表层水分流失快,内部流失慢,所以表面收缩的不均匀收缩大,内部收缩小,表面收缩变形受内部混凝土的约束,使表面混凝土承受拉力,当表面混凝土承受拉力超过其抗拉强度时, 产生收缩裂纹。混凝土硬化后的收缩主要是收缩收缩。 例如,对于钢筋率大(3%以上)的构件,钢筋对混凝土收缩的约束更为明显,混凝土表面容易出现裂缝。
自发性收缩。 自发收缩是混凝土硬化过程中水泥与水的水化反应,与外界湿度无关,可以是正的(即收缩,如普通硅酸盐水泥混凝土)或负的(即膨胀的,如矿渣水泥混凝土和粉煤灰水泥混凝土)。
碳化收缩。 大气中二氧化碳与水泥水合物发生化学反应引起的收缩变形。 碳化收缩仅在50%左右的湿度下发生,并随着二氧化碳浓度的增加而加速。 碳化收缩率一般不计算。
混凝土收缩裂缝的特点是多属于表面裂缝,裂缝宽度细小,纵横交错,开裂,形状无规律性。
1.4、地基变形引起的裂缝
由于地基的垂直沉降不均匀或水平位移,在结构中产生附加应力,超过混凝土结构的抗拉性能,导致结构开裂。
1.5 钢筋腐蚀引起的裂纹
由于混凝土质量差或保护层厚度不足,混凝土保护层被二氧化碳侵蚀并碳化到钢筋表面,使钢筋周围混凝土的碱度降低,或由于氯化物的干预,钢筋周围的氯离子含量较高, 可引起钢筋表面氧化膜的破坏,钢筋中的铁离子与侵入混凝土的氧气和水分一起腐蚀,腐蚀性氢氧化铁的体积比原来增加约2 4倍,从而对周围的混凝土产生膨胀应力, 导致保护层的混凝土开裂。剥落,沿钢筋纵向长度产生裂缝,锈蚀渗入混凝土表面。由于腐蚀,钢筋的有效截面积减小,钢筋与混凝土之间的夹持力减弱,结构的承载能力降低,并诱发其他形式的裂纹,从而加剧钢筋的腐蚀,导致结构破坏。
为了防止钢筋的腐蚀,应按规范要求控制裂缝宽度,保护层厚度应足够(当然保护层不宜过厚,否则会降低构件的有效高度,受力时裂缝宽度会增加)。施工时,应控制混凝土的水灰比,加强振动,保证混凝土的密实度,严格控制含氯盐外加剂的用量。
1.6 冻胀引起的裂缝
当大气温度低于零度时,吸水饱和混凝土结冰,游离水变成冰,体积膨胀9%,因此混凝土产生膨胀应力同时,过冷水(冻结温度低于-78度)在混凝土凝胶孔隙结构中的迁移和再分布引起渗透压,从而增加混凝土中的膨胀力,降低混凝土的强度,并导致裂缝的出现。 特别是混凝土在初凝时冻结最严重,最终凝固后混凝土强度损失可达30%至50%。 在冬季施工中,如果预应力孔灌浆后未采取保温措施,管道方向可能会出现冻胀裂缝。
1.7、建筑材料质量造成的裂缝
混凝土主要由水泥、沙子、骨料、混合水和外加剂组成。 配置混凝土中使用的材料质量不达标,这可能导致结构出现裂缝。
1.8、施工过程质量造成的裂缝
在混凝土结构浇筑、构件制作、模板、运输、堆垛、装配吊装等过程中,如果施工工艺不合理,施工质量低劣,容易产生纵向、横向、斜向、垂直、水平、面、深层和穿透性裂缝,特别是细长薄壁结构更容易出现。 裂纹的位置和方向以及裂纹的宽度因裂纹的原因而异。
二、混凝土裂缝的处理方法
2.1 表面修复
常用的方法有压实抹子、涂用环氧粘结剂、喷涂水泥砂浆或细石混凝土、压抹环氧水泥、增加整体面层、钢地脚螺栓拼接等。 表面涂层和表面修补法的适用范围是难以穿透浆料的细浅裂纹、深度未到达钢筋表面的细纹裂纹、不渗漏的裂纹、不拉伸收缩的裂纹、不再活跃的裂纹。 表面贴片法(土工膜或其他防水板)适用于大面积漏水的防渗堵漏(蜂窝面等漏水位置不易确定具体渗漏位置和变形接缝)。
2.2 部分恢复
常用的方法有填充法、预应力法、局部凿筑法和重新浇筑混凝土等。 直接用修补材料填充裂缝,一般用于修补较宽的裂缝,施工简单,成本低。 宽度小于 03mm,裂缝深度较浅,或裂缝有填充,灌浆方法难以达到效果的裂缝,对小规模裂缝的简单处理可采取开槽,再填充处理。
2.3 混凝土更换方法
混凝土置换是处理严重损坏的混凝土的有效方法,方法是去除损坏的混凝土并用新的混凝土或其他材料代替。 常用的替代材料有:普通混凝土或水泥砂浆、聚合物或改性聚合物混凝土砂浆。
2.4、结构加固及加固方法
用锚杆、钢板、钢筋混凝土等材料对结构进行加固,可以抑制裂缝的进一步发展,恢复结构的完整性。