隨著時代程序的飛速發展,我國建築市場規模日益擴大,混凝土在現代建築工程中占有重要地位,混凝土裂縫不僅影響使用功能,還影響混凝土的外觀和變形,進而引起鋼筋的腐蝕, 並最終影響結構的耐久性和耐久性。
1、普通混凝土開裂的原因
1.1 荷載引起的裂紋
混凝土在常規靜、動荷載和二次應力作用下產生的裂縫稱為荷載裂縫,可歸納為直接應力裂紋和二次應力裂紋兩種。 直接應力裂紋是指由外受力引起的直接應力引起的裂紋,二次應力裂紋是指由外受力引起的二次應力引起的裂紋。
荷載裂紋的特徵根據荷載的不同而表現出不同的特徵。 這類裂紋多出現在受拉區、剪下區或劇烈振動區。 但必須指出的是,如果受壓區沿受壓方向出現剝落或短裂紋,往往是結構已達到承載力極限的標誌,是結構失效的前兆,其原因往往是截面尺寸過小。
1.2 溫度變化引起的裂紋
混凝土具有熱脹冷縮的性質,當外部環境或結構內部溫度發生變化時,混凝土就會變形,如果變形受到約束,結構中就會產生應力,當應力超過混凝土的抗拉強度時,就會產生溫度裂紋。 在一些大跨度橋梁中,溫度應力可以達到甚至超過活荷載應力。 區分其他裂紋的溫度裂紋的主要特徵是它們會隨著溫度的變化而膨脹或閉合。
1.3 收縮引起的裂紋
在實際工程中,混凝土收縮引起的裂縫是最常見的。 在混凝土收縮的型別中,塑性收縮和收縮(幹收縮)是混凝土體積變形的主要原因,還有自生收縮和碳化收縮。
塑料收縮率。 發生在施工過程中,混凝土澆築後約4 5小時,此時水泥水化反應劇烈,分子鏈逐漸形成,出現水分和水分的急劇蒸發,混凝土失水收縮,骨料因自重而下沉,因此混凝土尚未硬化, 這稱為塑性收縮率。塑料收縮的幅度非常大,可達1%左右。 在骨料下沉過程中,如果被鋼筋阻擋,就會沿鋼筋方向形成裂縫。 在構件的垂直可變截面處,如T型梁、箱梁腹板和頂底板的交界處,由於硬化前凝固不均勻,表面沿腹板會出現裂紋。 為了減少混凝土的塑性收縮,施工時應控制水灰比,避免攪拌時間過長。
收縮收縮(幹收縮)。 混凝土硬化後,隨著表面水分逐漸蒸發,濕度逐漸降低,混凝土體積減小,稱為收縮(幹收縮)。 由於混凝土表層水分流失快,內部流失慢,所以表面收縮的不均勻收縮大,內部收縮小,表面收縮變形受內部混凝土的約束,使表面混凝土承受拉力,當表面混凝土承受拉力超過其抗拉強度時, 產生收縮裂紋。混凝土硬化後的收縮主要是收縮收縮。 例如,對於鋼筋率大(3%以上)的構件,鋼筋對混凝土收縮的約束更為明顯,混凝土表面容易出現裂縫。
自發性收縮。 自發收縮是混凝土硬化過程中水泥與水的水化反應,與外界濕度無關,可以是正的(即收縮,如普通矽酸鹽水泥混凝土)或負的(即膨脹的,如礦渣水泥混凝土和粉煤灰水泥混凝土)。
碳化收縮。 大氣中二氧化碳與水泥水合物發生化學反應引起的收縮變形。 碳化收縮僅在50%左右的濕度下發生,並隨著二氧化碳濃度的增加而加速。 碳化收縮率一般不計算。
混凝土收縮裂縫的特點是多屬於表面裂縫,裂縫寬度細小,縱橫交錯,開裂,形狀無規律性。
1.4、地基變形引起的裂縫
由於地基的垂直沉降不均勻或水平位移,在結構中產生附加應力,超過混凝土結構的抗拉效能,導致結構開裂。
1.5 鋼筋腐蝕引起的裂紋
由於混凝土質量差或保護層厚度不足,混凝土保護層被二氧化碳侵蝕並碳化到鋼筋表面,使鋼筋周圍混凝土的鹼度降低,或由於氯化物的干預,鋼筋周圍的氯離子含量較高, 可引起鋼筋表面氧化膜的破壞,鋼筋中的鐵離子與侵入混凝土的氧氣和水分一起腐蝕,腐蝕性氫氧化鐵的體積比原來增加約2 4倍,從而對周圍的混凝土產生膨脹應力, 導致保護層的混凝土開裂。剝落,沿鋼筋縱向長度產生裂縫,鏽蝕滲入混凝土表面。由於腐蝕,鋼筋的有效截面積減小,鋼筋與混凝土之間的夾持力減弱,結構的承載能力降低,並誘發其他形式的裂紋,從而加劇鋼筋的腐蝕,導致結構破壞。
為了防止鋼筋的腐蝕,應按規範要求控制裂縫寬度,保護層厚度應足夠(當然保護層不宜過厚,否則會降低構件的有效高度,受力時裂縫寬度會增加)。施工時,應控制混凝土的水灰比,加強振動,保證混凝土的密實度,嚴格控制含氯鹽外加劑的用量。
1.6 凍脹引起的裂縫
當大氣溫度低於零度時,吸水飽和混凝土結冰,游離水變成冰,體積膨脹9%,因此混凝土產生膨脹應力同時,過冷水(凍結溫度低於-78度)在混凝土凝膠孔隙結構中的遷移和再分布引起滲透壓,從而增加混凝土中的膨脹力,降低混凝土的強度,並導致裂縫的出現。 特別是混凝土在初凝時凍結最嚴重,最終凝固後混凝土強度損失可達30%至50%。 在冬季施工中,如果預應力孔灌漿後未採取保溫措施,管道方向可能會出現凍脹裂縫。
1.7、建築材料質量造成的裂縫
混凝土主要由水泥、沙子、骨料、混合水和外加劑組成。 配置混凝土中使用的材料質量不達標,這可能導致結構出現裂縫。
1.8、施工過程質量造成的裂縫
在混凝土結構澆築、構件製作、模板、運輸、堆垛、裝配吊裝等過程中,如果施工工藝不合理,施工質量低劣,容易產生縱向、橫向、斜向、垂直、水平、面、深層和穿透性裂縫,特別是細長薄壁結構更容易出現。 裂紋的位置和方向以及裂紋的寬度因裂紋的原因而異。
二、混凝土裂縫的處理方法
2.1 表面修復
常用的方法有壓實抹子、塗用環氧粘結劑、噴塗水泥砂漿或細石混凝土、壓抹環氧水泥、增加整體面層、鋼地腳螺栓拼接等。 表面塗層和表面修補法的適用範圍是難以穿透漿料的細淺裂紋、深度未到達鋼筋表面的細紋裂紋、不滲漏的裂紋、不拉伸收縮的裂紋、不再活躍的裂紋。 表面貼片法(土工膜或其他防水板)適用於大面積漏水的防滲堵漏(蜂窩麵等漏水位置不易確定具體滲漏位置和變形接縫)。
2.2 部分恢復
常用的方法有填充法、預應力法、區域性鑿築法和重新澆築混凝土等。 直接用修補材料填充裂縫,一般用於修補較寬的裂縫,施工簡單,成本低。 寬度小於 03mm,裂縫深度較淺,或裂縫有填充,灌漿方法難以達到效果的裂縫,對小規模裂縫的簡單處理可採取開槽,再填充處理。
2.3 混凝土更換方法
混凝土置換是處理嚴重損壞的混凝土的有效方法,方法是去除損壞的混凝土並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漿、聚合物或改性聚合物混凝土砂漿。
2.4、結構加固及加固方法
用錨桿、鋼板、鋼筋混凝土等材料對結構進行加固,可以抑制裂縫的進一步發展,恢復結構的完整性。