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时间:2021-01-28 00:02  编辑:wendj

摘要

混凝土是一种非均质脆性材料,由粗骨料(碎石)、细骨料(砂子)、水泥以及其中的气体和水组成。在温度和湿度变化的条件下,硬化并产生体积变形,由于各种材料变形不一致,互相约束而产生初始应力,造成在混凝土内出现微细裂缝。这种微细裂缝的分布不规则且不连贯,在荷载或应力作用下,裂缝开始扩展,并逐渐互相贯通,从而出现较大的肉眼可见的裂缝,称为宏观裂缝,即通常所说的裂缝。 

本文将从混凝土自身化学反应、水分流失蒸发、温度影响、结构受力等方面对混凝土工程中常见的一些裂缝的成因进行分析探讨。针对混凝土裂缝产生的原因,在混凝土配合比优化、温度控制、裂缝计算、后浇带设置以及施工现场的养护等方面提出了预防裂缝发展的措施。最后依据相关文献,总结出混凝土裂缝的处理方法:表面处理法、填充法、灌浆法、结构补强法、混凝土置换法、仿生自愈合法等。

目    录

 摘     要 ....................................................................................................1 一、混凝土裂缝的成因及类型 .............................................................3

 (一)混凝土因自身特性产生裂缝 .................................................... 3

(二)化学反应引起的裂缝 .................................................................. 6 

(三)混凝土结构受力裂缝 .................................................................. 6 

二、混凝土裂缝的预防措施 .................................................................. 7 

(一)混凝土原材料的选取使用严格把关 .......................................... 7 

(二)采用优质掺合料,改善混凝土的施工和耐久性能 ................... 8 

(三)降低水分从混凝土表面的蒸发速度 ........................................... 8 

(四)严格按配合比施工.........................................................................8 

(五)做好裂缝计算...............................................................................9 

(六)做好后浇带的施工........................................................................9 

(七)混凝土的养护...............................................................................9

三、混凝土裂缝的处理措施 ................................................................... 9 

(一)表面修补法 .................................................................................10 

(二)充填法.........................................................................................10 

(三)注入法.........................................................................................10 

(四)围套加固法 .................................................................................10 

(五)钢箍加固法..................................................................................10 

(六)粘贴加固法.................................................................................10 

(七)混凝土置换法.............................................................................11

(八)电化学防护法.............................................................................11

(九)仿生自愈合法.............................................................................11

四、结束语 .............................................................................................11 

五、参考文献 ........................................................................................12

1、混凝土裂缝的成因及类型

实际上,钢筋混凝土结构裂缝的成因复杂而繁多,甚至多种因素互相影响,但每一条裂缝均有其产生的一种或几种原因,在此,我们就按此分类谈谈常见裂缝的成因。

(一) 混凝土因自身特性产生的裂缝 

1、收缩裂缝:收缩是混凝土材料固有的特性,是混凝土在空气中结硬时产生的体积变化。这种体积变化,在完全自由状态下,不会使混凝土产生裂缝。但实际上,由于结构的整体作用,每一构件,甚至每一构件的不同部分,都会受到不同大小、不同形式的约束。混凝土体积变形与这些约束相互作用,就会使混凝土内产生拉应力。当这种拉应力超过混凝土的抗拉强度时,混凝土中就会出现裂缝。一般来讲,混凝土受到的约束越大,其产生的收缩裂缝越多或越宽。由于混凝土体积收缩是因为水份蒸发、干燥导致的,因而收缩裂缝也通常称为干缩裂缝。

混凝土干缩机理比较复杂,最主要的原因是混凝土内部空隙水蒸发变化时引起的毛细管引力,水泥水化生成的大量微细孔隙,在干燥条件下,胶体中自由水逐渐蒸发产生毛细管引力,胶体孔隙受到压缩,胶体的体积随着水分的蒸发减少而不断收缩,从而引起混凝土体积收缩。胶体的数量及其特性随着水泥的化学成分、细度、水灰比、龄期而不同。一般来说,单位用水量和水泥用量比较多的混凝土胶体数量多,而混凝土的干缩变形也比较大。

混凝土的干缩裂缝取决于干缩、徐变、弹性性质和抗拉强度等方面的综合作用,当存在以下三个基本条件:①混凝土发生干缩变形②处于约束状态③干缩应力达到混凝土抗拉强度。此时混凝土就会出现干缩裂缝。

(1)干燥收缩:由于水泥混凝土的脱水干燥,其长度或体积会有所减少,称干燥收缩。混凝土的干燥收缩主要是由于水泥石的干缩引起的;水泥石的收缩比混凝土大,约为普通混凝土的1d的龄期为基准,相对湿度70 %左右的环境下,最终的收缩变形为左右。影响其干缩变形的主要原因可分为内外两方面原因: 内因涉及单方水泥用量、用水量、水灰比、骨料(品种和单方用量) 以及构件大小(厚度) 外因则涉及环境相对湿度、干燥时间等。

(2)水化收缩:混凝土或砂浆中的骨料(砂、石),体积是不变化的,但是水泥与水产生的水化反应会有体积变化。水泥水化反应中,反应生成产物的总体积要小于反应物(水泥+水)的总体积,所以称为水化收缩。水泥水化的减缩量,随水化反应进程而增大,也与水泥的矿物组成有关,水泥的铝酸三钙和铁铝酸四钙含量越高,产生的水化减缩越大。每克水泥水化3天后,可产生30~40mm³/g的体积减缩量。大部分水泥水化产生的体积减缩,都形成了水泥浆体的内部孔隙(毛细孔、凝胶孔),少量体积减缩体现在外观体积上,即自生收缩。

(3)混凝土的自身收缩:混凝土的自身收缩与是由于水的迁移而引起的。但它不是由于水向外蒸发散失,而是因为水泥水化时消耗水分造成凝胶孔的液面下降形成弯月面,产生所谓的自干燥作用,从而导致混凝土体的相对湿度降低及体积减小而最终自身收缩。

(4)干湿引发的体积变化 硬化后混凝土结构虽然是稳定的,但在水中或者高湿度的地方,会由于吸水而产生膨胀,称之为润湿膨胀。影响其膨胀率的主要原因有:混凝土中单方用水量、水泥用量、水灰比、骨料以及构件的大小(厚度) 、混凝土浸水前的干燥状态以及水中存放期限等。

2、温度裂缝:混凝土硬化期间水泥放出大量水化热,内部温度不断上升,在表面引起拉应力。后期在降温过程中,由于受到基础或老混凝土的约束,又会在混凝土内部出现拉应力。气温的降低也会在混凝土表面引起很大的拉应力。当这些拉应力超出混凝土的抗裂能力时,即会出现裂缝。许多混凝土的内部湿度变化很小或变化较慢,但表面湿度可能变化较大或发生剧烈变化。如养护不周、时干时湿,表面干缩形变受到内部混凝土的约束,也往往导致裂缝。混凝土是一种脆性材料,抗拉强度是抗压强度的1/10左右,短期加荷时的极限拉伸变形只有(0.6~1.0)×104, 长期加荷时的极限位伸变形也只有(1.2~2.0)×104。由于原材料不均匀,水灰比不稳定,及运输和浇筑过程中的离析现象,在同一块混凝土中其抗拉强度又是不均匀的,存在着许多抗拉能力很低,易于出现裂缝的薄弱部位。在钢筋混凝土中,拉应力主要是由钢筋承担,混凝土只是承受压应力。在素混凝土内或钢筋混凝上的边缘部位如果结构内出现了拉应力,则须依靠混凝土自身承担。一般设计中均要求不出现拉应力或者只出现很小的拉应力。但是在施工中混凝土由最高温度冷却到运转时期的稳定温度,往往在混凝土内部引起相当大的拉应力。有时温度应力可超过其它外荷载所引起的应力,因此掌握温度应力的变化规律对于进行合理的结构设计和施工极为重要。

3、塑性裂缝:一般多在混凝土浇注过程或浇注成型后,在混凝土初凝前发生,由于混凝土拌合物中的骨料在自重作用下缓慢下沉,水向上浮,即所谓的泌水,若是素混凝土,混凝土内部下沉是均匀的,若是钢筋混凝土,则混凝土沿钢筋下方继续下沉,钢筋上面的混凝土被钢筋支顶,使混凝土沿钢筋表面产生顺筋裂缝。这种塑性塌落裂缝,对于大流动性混凝土或水灰比较大的混凝土尤为严重。 裂缝一般特征:混凝土沿钢筋表面产生顺筋裂缝。

(2)化学反应引起的裂缝 

碱骨料反应裂缝和钢筋锈蚀引起的裂缝是钢筋混凝土结构中最常见的由于化学反应而引起的裂缝。混凝土拌和后会产生一些碱性离子.这些离子与某些活性骨料产生化学反应并吸收周围环境中的水而体积增大,造成混凝土酥松、膨胀开裂。这种裂缝一般出现在混凝土结构使用期间.一旦出现很难补救,因此应在施工中采取有效措越进行预防。由于混凝土浇筑、振捣不良或者是钢筋保护层较薄,有害物质进入混凝土使钢筋产生锈蚀,锈蚀的钢筋体积膨胀,导致混凝土胀裂,此种类型的裂缝多为纵向裂缝,沿钢筋的位置出现。钢筋在混凝土中腐蚀是电化学(原电池) 的反应过程。决定钢筋腐蚀反应的基本因素是电位差、水和氧缺一不可,实际腐蚀速度大多不是受制于氧的供应。cl¯ 是钢筋腐蚀反应的最强烈的活化剂, cl¯ 能破坏钢筋表面钝化膜从而引发腐蚀,也能增高溶液导电性、增大电位差、加速腐蚀反应;所以当混凝土中掺有氯盐或掺入cl¯ 时就容易引发钢筋锈蚀,现实工程中的钢筋锈蚀病害大多起因于此。混凝土中钢筋表层腐蚀或铁锈后,体积可增加几倍,挤压其外侧混凝土并使之产生垂直于径向胀压力的拉应力,拉应力超过混凝土的承耐能力就将在混凝土的保护层上引发出顺沿钢筋的纵向裂缝。裂缝出现后,外面的水、气(氧) 可沿缝渗入并进一步加速腐蚀,如是发展下去,裂缝将更增宽、延长,甚至混凝土保护层大片破裂剥落。钢筋截面可随着锈蚀发展而相应减小,细径钢筋甚至可被锈断并对工程结构的安全性、耐久性造成恶劣的影响。

(3) 混凝土结构受力裂缝

结构受荷后产生裂缝的因素很多,施工中和使用都可能出现裂缝。例如早期受震、拆模过早或方法不当、构件堆放、运输、吊装时的垫块或吊点位置不当、施工超载、张拉应力值过大等均可能产生裂缝。由结构(荷载)引发的裂缝,大致可以划分为:①抗弯裂缝;②剪切裂缝;此外,还有弯剪联合作用产生的裂缝;③钢筋的粘结力不足而造成的开裂等。 

 钢筋混凝土构件(RC)中,如果构件发生的抗拉应力超过了混凝土的抗拉强度,就会产生裂缝。至今为止在钢筋混凝土结构中,以钢筋承担抗拉应力;一旦钢筋应力增大,即使是在弹性范围内,卸荷以后,多多少少都会有裂缝残留下来,但这种裂缝属于内部封闭式裂缝。 

  在建筑结构物中,即使发现由于结构原因而出现的裂缝,也不一定要修补、补强;但是,要根据发生裂缝的部位和裂缝宽度等,对美观、安全性及耐久性等方面,进行综合判断,采取相应的对策。如果判断是有害的裂缝,就需要进一步弄清楚内部的钢筋的应力是否已经达到了屈服强度,再决定修补或补强,这是十分重要的。

2、 混凝土裂缝的预防措施

(一)混凝土原材料的选取使用严格把关 

如果由于原材料因素产生裂缝,将对结构物的安全性及耐久性带来致命隐患,并且无法根除。为防止水及骨料中有害杂质对水泥混凝土的腐蚀,应严格控制混凝土的搅拌用水、养护用水和集料的硫化物及硫酸盐的含量。因此,选择水、砂、 石、水泥、外加剂、钢筋、钢绞线等原材料严格按试验规范要求,并且对水质检测要达到混凝土用水标准,对粗细集料的含泥量、有害物质含量、耐久性等严格控制,在试配前做好碱骨料反应试验,对水泥细度、强度、用水量、安定性、凝结时间等,及外加剂的各项性能指标严格按规范要求检测,对钢筋、钢绞线按规范抽检,妥善存放,防止其严重锈蚀。比如:JTJ F30-2003公路水泥混凝土路面施工技术规范里规定:对于粗、细集料,必须进行碱集料反应试验,且经碱集料反应试验后,试件应无裂缝、酥裂、胶体外溢等现象,在规定试验龄期的膨胀率应小于0.10%。 

(二)采用优质掺合料,改善混凝土的施工和耐久性能 

根据结构物所处环境、所在部位、承载能力及自身特点合理调整配合比。配合比设计时一方面可以减少胶凝材料总量,减少塑性收缩;一方面通过降低水泥用量,并掺加一定数量的外加剂来降低水化热,提高强度及抗渗性、抗冻性、耐久性等性能。如掺入缓凝型的外加剂,那么就会推迟放热峰值出现时间,降低温度的峰值;掺人一定比例的聚丙烯纤维,减小混凝土收缩;掺入膨胀剂,适度膨胀,以抵消混凝土的收缩,防止开裂。制备过程中应充分应用掺加具有复合功能的外加剂,采用优质掺合料等措施,才能改善混凝土的耐久性能风设施,确保水分蒸发过度。 

(三)降低水分从混凝土表面的蒸发速度 

首先,应降低水分从混凝土表面的蒸发速度,在混凝土尚未出现析水前,防止强风吹拂和烈日曝晒;其次,尽快修整抹面,及时养护,防止混凝土表面水分蒸发而干燥,并采用二次抹面,以减少表面收缩裂纹;最后,在浇筑混凝土前应将基层浇湿。必须避开在高温气候条件施工,因在高温天气下,水泥水化作用加快, 内部水化热不易及时散开,而产生温度裂缝,同时因水分蒸发加快,使混凝土迅速干燥而收缩,易产生收缩裂缝。

(四)严格按配合比施工 

混凝土配合比经试验确定后,严格按配合比施工,特别加强对水泥和外加剂的计量,并根据不同类型的外加剂适当的延长搅拌时间,合理分箱分室,间隔浇筑, 或预埋散热管,控制混凝土出机温度、入模温度,浇筑后水化热高峰期混凝土内表最大温差小20℃,混凝土表面与大气最大温差小于20℃控制应从搅拌至人模的时间, 在运输过程中采取措施防止其水分蒸发、离析等不利 因素产生,避免因混凝土自身性能的降低,或温度变化过大引起的裂缝。不断地加强对混凝土振捣,保证混凝土的密实性,提高其强度及抗渗性。对需后加集中应力的混凝土,必须保证混凝土的强度达到规定值后,方可施工。

(5)做好裂缝计算

设计单位除对钢筋混凝土结构体系进行常规计算以外,还应考虑现场的实际施工状况,对容易产生裂缝的部位进行裂缝计算,同时选择合理的混凝土强度等级和配筋,如对楼板配筋改成细密型的,采用上下双层双向配筋,在柱支座处增加钢筋网片等等。

(六)做好后浇带的施工 

后浇带的留置要按照规范及设计文件要求留置,将砼变形应力控制在其自身能承受的范围内,后浇带的连接形式必须按照施工图设计进行,支模必须用堵头板或钢筋网,接缝接口形式在板上装凸条。浇筑砼前对缝内要认真清理、剔凿、冲刷,移位的钢筋要复位,砼一定要振捣密实,尤其是地下室底板更应认真处理,以免新旧混凝土之间形成裂缝,进而产生漏水危害。

(7)混凝土的养护

混凝土在初凝以后开始覆盖养护,在终凝后开始浇水(12小时后)覆盖物、麦杆、烂草席、竹帘、麻袋片、编制布、塑料膜等。养护时间,常温条件下应不少与7天;掺有外加剂或有抗渗、抗冻要求的项目,应不少与14天。夏季避免阳光直射,秋季勤水维持湿润,冬季少浇早晚严禁湿水。

三、混凝土裂缝的处理措施 

(1)表面修补法

该法适用于缝较窄,用以恢复构件表面美观和提高耐久性时所采用,常用的是沿混凝土裂缝表面铺设薄膜材料,一般可用环氧类树脂或树脂浸渍玻璃布。(二)充填法

当裂缝较宽时,可沿裂缝砼表面凿成V形或U形槽,使用树脂砂浆材料进行填充,也可使用水泥砂浆或沥青等材料。(三)注入法

当裂缝宽度较小且较深时,可采用将修补材料注入混凝土内部的修补方法,首先裂缝处设置注入用管,其他部位用表面处理法封住,使用低粘度环氧树脂注入材料,用电动泵或手动泵注入修补。如果裂缝影响到结构安全,可采取围套加固法、钢箍加固法、粘贴加固法等结构加固法。此方法属结构加固,须经设计验算同意后方可进行。(四)围套加固法

在周围尺寸允许的情况下,在结构外部一侧或数侧外包钢筋砼围套,以增加钢筋和截面,提高其承载力;对构件裂缝严重,尚未破碎裂透或一侧破裂的,将裂缝部位钢筋保护层凿去,外包钢丝网一层;大型设备基础一般采取增设钢板箍带,增加环向抗拉强度的方法处理。(五)钢箍加固法

在结构裂缝部位四周加U型螺栓或型钢套箍将构件箍紧,以防止裂缝扩大和提高结构的刚度及承载力。加固时,应使钢套箍与混凝土表面紧密接触,以保证共同工作。

(6)粘贴加固法

将钢板或型钢用改性环氧树脂和粘结剂,粘结到构件砼裂缝部位表面,使钢板或型钢与混凝土连成整体共同工作。粘结前,钢材表面进行喷砂除锈,混凝土刷净干燥,粘结层厚度可为1~4mm。

(七)混凝土置换法 

混凝土置换法是处理混凝土严重损坏的一种有效方法.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。 

(八)电化学防护法 

电化学防腐是利用施加电场在介质中的电化学作用,改变混凝土或钢筋混凝土所处的环境状态,钝化钢筋,以达到防腐的目的。阴极防护珐、氯盐提取法、碱性复原法是化学防护法中常用而有效的三种方法。 

(9)仿生自愈合法

仿生自愈合法是一种新的裂缝处理方法它模仿生物组织对受刨伤部位自动分泌某种物质.而使刨伤部位得到愈合的机能.在混凝土的传统组分中加入某些特殊组分(如含拈结剂的液芯纤维或胶囊)。在混凝土内部形成智能型仿生自愈合神经网络系统,当混凝土出现裂缝时分秘出部分液芯纤维可使裂缝重新愈合。

4、结束语

混凝土裂缝问题是项技术难题,长期困扰工程界。近年来,随着高早强型水泥的大量使用、商品混凝土泵送施工的大力推广、混凝土强度等级的提高、大体积混凝土的涌现,在取得成效的同时也使裂缝问题更为突出,甚至成为混凝土质量问题的焦点。而目前混凝土裂缝主要是收缩变形和温度变形所致,控制这些裂缝除了广大工程建设人员在设计与施工方面采取相应措施外,也需要科研人员尽快地研制出能减少水泥收缩和水化热的高效材料,从而将裂缝问题降低到最小限度。

5、参考文献

[1]王建军,《混凝土工程中裂缝的预防措施》科技咨询,2009(03) 

[2]苏强国、薛纪荣,《混凝土裂缝产生的原因及控制措施》中小企业管理与科技(下旬刊),2009(11)

[3]常晶明,《混凝土裂缝的产生及控制》科技情报开发与经济,2006(17)

[4]孙国辉,《浅谈混凝土裂缝控制》中小企业管理与科技(上旬刊),2009(03)  

[5]马鸿超《浅谈混凝土裂缝产生的原因及防治措施》山西建筑,2007(13)

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