不同工程下,混凝土裂縫產生原因及其應對措施

治理混凝土裂縫算是個老生常談了,似乎在任何需要混凝土施工的場合,這都是不可避免的問題。

一、混凝土橋梁裂縫

「1」荷載引起的裂縫原因

1.1、設計計算階段,結構計算時不計算或部分漏算;計算模型不舍理;結構受力假設與實際受力不符:荷載少算或漏算:內力與配筋計算錯誤;結構安全系數不夠。結構設計時不考慮施工的可能性;設計斷面不足:鋼筋設置偏少或布置錯誤:結構剛度不足;構造處理不當;設計圖紙交代不清等。

1.2、施工階段,不加限制地堆放施工機具、材料;不了解預制結構受力特點,隨意翻身、起吊、運輸、安裝不按設計圖紙施工,擅自更改結構施工順序,改變結構受力模式:不對結構做機器振動下的疲勞強度驗算等。

1.3、使用階段,超出設計載荷的重型車輛過橋;受車輛、船舶的接觸、撞擊;發生大風、大雪、地震、爆炸等。在超載車輛日益增加的今天,對設計荷載較低的橋梁就會造成板底裂縫。

「2」溫度變化引起的裂縫

2.1、日照:橋面板、主梁或橋墩側面受太陽曝曬后,溫度明顯高于其它部位,溫度梯度呈非線形分布。由于受到自身約束作用,導致局部拉應力較大,出現裂縫。日照和下述驟然降溫是導致結構溫度裂縫的最常見原因。

2.2、水化熱:出現在施工過程中,大體積混凝土(厚度超過2.0米)澆筑之后由于水泥水化放熱,致使內部溫度很高,內外溫差太大,致使表面出現裂縫。施工中應根據實際情況,盡量選擇水化熱低的水泥品種,限制水泥單位用量,必要時可采用循環冷卻系統進行內部散熱,或采用薄層連續澆筑以加快散熱。

「3」收縮引起的裂縫

3.1、塑性收縮:在施工過程中、混凝土澆筑后4—5小時左右,此時水泥水化反應激烈,分子鏈逐漸形成,出現泌水和水分急劇蒸發,混凝土失水收縮,同時骨料因自重下沉,因此時混凝土尚未硬化,稱為塑性收縮。塑性收縮所產生量級很大,可達1%左右。

3.2、縮水收縮(干縮):混凝土結硬以后,隨著表層水分逐步蒸發,濕度逐步降低,混凝土體積減小,稱為縮水收縮(干縮)。因混凝土表層水分損失快,內部損失慢,因此產生表面收縮大、內部收縮小的不均勻收縮,表面收縮變形受到內部混凝土的約束,致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,便產生收縮裂縫。

3.3、自生收縮:自生收縮是混凝土在硬化過程中,水泥與水發生水化反應,這種收縮與外界濕度無關,且可以是正的(即收縮,如普通硅酸鹽水泥混凝土),也可以是負的(即膨脹,如礦渣水泥混凝土與粉煤灰水泥混凝土)。

「4」地基礎變形引起的裂縫

地質勘察精度不夠、試驗資料不準;地基地質差異太大:結構荷137載差異太大;結構基礎類型差別大;水毀對橋梁基礎的沖刷;地基凍脹;橋梁建成以后,原有地基條件變化。

「5」施工材料質量引起的裂縫

混凝土主要由水泥、砂、集料、拌和水及外加劑組成。配置混凝土所采用材料質量不合格,是導致結構出現裂縫的原因。

5.1、水泥

①水泥出廠時強度不足,水泥受潮或過期,可能使混凝土強度不足,從而導致混凝土開裂;

②當水泥含堿量較高(例如超過0.6%),同時又使用含有堿活性的骨料,可能導致堿骨料反應。

5.2、砂、石、集料砂石的粒徑、級配、雜質含量。砂石粒徑太小、級配不良、空隙率大,將導致水泥和拌和水用量加大,影響混凝土的強度,使混凝土收縮加大,如果使用超出規定的特細砂,后果更嚴重。

5.3、拌和水及外加劑:拌和水或外加劑中氯化物等雜質含量較高時對鋼筋銹蝕有較大影響。采用含堿的外加劑,可能對堿骨料反應有影響。

「6」施工工藝質量引起的裂縫

6.1、混凝土振搗不密實、不均勻,出現蜂窩、麻面、空洞,導致鋼筋銹蝕或其它荷載裂縫的起源點。

6.2、混凝土澆筑過快,混凝土流動性較低,在硬化前因混凝土沉實不足,硬化后沉實過大,容易在澆筑數小時后發生裂縫,既塑性收縮裂縫。

6.3、混凝土攪拌、運輸時間過長,使水分蒸發過多,引起混凝土塌落度過低,使得在混凝土體積上出現不規則的收縮裂縫。

6.4、混凝±初期養護時急劇干燥,使得混凝土與大氣接觸的表面上出現不規則的收縮裂縫。

6.5、混凝土分層或分段澆筑時,接頭部位處理不好,易在新舊混凝土和施工縫之間出現裂縫。采用分段現澆時,先將混凝土接觸面鑿毛、清洗不好,新舊混凝土之間粘結力小,或后澆混凝土養護不到位,導致混凝土收縮而引起裂縫。

6.6、施工時拆模過早,混凝土強度不足,使得構件在自重或施工荷載作用下產生裂縫。

6.7、施工質量控制差:任意套用混凝土配合比,水、砂石、水泥材料計量不準,結果造成混凝土強度不足和其他性能(和易性、密實度)下降,導致結構開裂。

「7」混凝土橋梁裂縫處治方法一“壁可注入法”

第一步表面處理用綱絲刷沿裂縫表面清理寬約5cm范圍;用刷子丙酮或清水清除裂縫表面的浮塵并晾干。

第二步粘結注入座和密封裂

①配置封口膠按配合比(101#號的主擠、硬化擠的重量比為7:3)配料拌和均勻;

②布設注入座用抹灰刀將少許封口膠抹在注入座底面的四周,將注入孔對正裂縫中心輕微擠壓,并用封口膠將注入座包覆,沿裂縫的走向每隔30—40cm布設一個注入座,裂縫分岔處也應布設注入座;

③封閉裂縫用工具抹灰刀將封口膠沿裂縫的走向5cm寬的范圍封閉,封口膠厚度為2mm左右,盡量一次性完成。

第三步封口膠的固化封閉完成后,讓封口膠自然固化,固化時間:在正常溫度下(6小間一12小間)

第四步注入灌注膠

①可配置封口膠按配合比(主劑、硬化劑的.重量比為.2.1)配料拌和均勻;

②注膠將注入器的連接端牢固地安裝在注入座上,將灌注膠裝入注入泵黃油槍內,將黃油槍倒置,打開伐門推動活塞排除系統中的空氣。將它連接到注入器的注入端,推動黃油槍的活塞,開始注入。

第五步灌注膠的固化讓灌注膠自行固化,固化時問:大約24小時,與溫度有關。

第六步“壁可注入法”的特點

①灌注膠具有超低粘度性、滲透力.強、粘結力強、具有較高強度;

②可恢復混凝土構件的強度,恢復受損.構件的承載力;

③利用注入器“橡膠管”膨脹后產生恒壓力,將膠液自動注入到裂縫深處,持續的低壓能避免產生氣阻,保證修補質量;

④施工工藝簡便,易操作使用,節省人工,安全環保。

二、房建混凝土裂縫

「1」類型

對于房屋建筑,通常有地下室底板裂縫;地下室外墻裂縫;地下室頂板裂縫;樓層裂縫;屋面頂板裂縫;室內墻柱裂縫等。其中樓層裂縫又包括廚房、衛生問裂縫,陽臺裂縫和其他功能房間裂縫等。

「2」裂縫成因分析

2.1、一般裂縫成因

混凝土裂縫產生的原因有兩種:

①由外荷載引起,由于結構承載力不足而產生;

②結構因溫差、收縮徐變、不均勻沉降等因素引起。據統計,在工程實踐中,地.下室結構混凝土裂縫大多數是由于變形荷載引起的。

2.2、樓層裂縫成因

樓層中的裂縫主要是由于施工過程中的因素引起的,包括混凝土原材料不合格,混凝土配合比產生偏差,混凝土澆筑工藝不合理(主要是振搗不密實),混凝土強度尚未達到要求就過早施加荷載(包括在樓面上堆碼鋼筋、模板等材料以及搭設滿堂腳手架等),以及混凝土澆筑后養護不及時等。

引起樓層裂縫的原因還包括溫差應力和收縮徐變。樓層如果在混凝土澆筑后6~15d之內出現表面裂縫,則是養護期問氣溫驟降,引起較大的溫度應力所致。混凝土硬化和強度增長過程中內部溫度急劇上升,由于混凝土表面散熱條件較好,熱量可以向大氣散發傳遞,其表面溫度上升不多,而混凝土內部熱量不易向外部散發,所以溫度上升很大。混凝土內部溫度高、表面溫度低,則形成溫度梯度,使混凝土內部產生壓應力,而表面產生拉應力,當拉應力超過混凝土的極限抗拉強度時,混凝土表面就會產生裂縫。樓層如果在混凝土澆筑后615d之內出現貫通裂縫,則是材料收縮所致。

「3」裂縫處理

3.1、混凝土裂縫修補材料

目前用于混凝土修補的材料主要有三類:無機修補材料,主要是指普通水泥和集料配制的砂漿和混凝土及使用特種水泥配制的水泥基修補材料;有機材料與無機材料復合的聚合物修補材料,主要有聚合物改性砂漿及混凝土等;有機高分子材料,如環氧樹脂、聚氨酯和丙烯酸等各種樹脂材料。

目前,防水補強使用較多的材料主要是有機高分子材料。根據防水補強的目的和用途,有機高分子材料可分為兩大類:

①補強固結灌漿材料,如環氧樹脂類灌漿材料、甲基丙烯酸酯類灌漿材料等;

②防滲堵漏灌漿材料,如丙烯酸胺類灌漿材料、木質素類灌漿材料等有機高分子材料的特點是:粘度低,可灌性好,滲透力強,充填密實,防水性好,漿材固結后強度高,且固化時間可以任意調節,能夠保證灌漿操作順利進行。

3.2、混凝土裂縫通常處理方法

裂縫的修補方法主要有表面處理和灌漿加固兩種。表面處理法主要適用于表層裂縫和較淺的裂縫,通常先沿縫鑿槽,用乳膠砂漿、環氧砂漿、密封膏等材料充填即可。化學灌漿法是將漿液灌入裂縫內部并在硬化后具有一定的粘結強度,能較好地恢復混凝土結構的整體性,起到固結、防滲、改善應力傳遞以提高承載和抗變形能力等作用的方法。

「4」工程實例

4.1、工程概況

某工程是一高檔住宅項目,進入樓層粗裝修階段,在做樓層廚房、衛生問、陽臺和花池處防水層之前,先做結構閉水試驗。在做結構閉水試驗時,發現上述部位不同程度地存在滲漏水現象。所謂滲水,就是在滲水部位只能看到巴掌大的水印,卻看不到水滴:所謂漏水,就是在滲水部位能看到較大范圍的水印,甚至能看到水滴形成,嚴重的能看到水滴往下掉。

4.2、滲水裂縫處理

滲水裂縫采用表面處理法處理。首先是裂縫查找,把漏水部位擦干,立即在漏水處撒上薄薄一層干水泥。表面出現的濕點處或濕線就是漏水的孔或縫。

將沿著裂縫展開部位,鑿一條30mm寬、15mm深的凹槽,然后用1:2防水水泥砂漿封堵,在水泥砂漿快要凝固前快速填塞進凹槽并擠壓密實。當裂縫較長時,可以分段封堵。從凹槽兩邊各延伸200mm的寬度內,防水涂料比其他地方多刷一道加強。對于防水要求較高的工程部位,鑿開的凹槽可采用密封膏封堵,其密閉性比防水水泥砂漿要好。

4.3、漏水裂縫處理

漏水裂縫采用化學灌漿法處理。本工程擬采用的灌漿材料是改性環氧樹脂,它具有強度高、粘結力強、收縮率小、化學穩定性好、可以室溫固化等特點,是一種應用較為廣泛的補強加固材料。該灌漿材料起始粘度6~8MPas,可灌性好,適合灌入開度為005mm以上的細微裂縫縫隙,用于混凝土裂縫加固的同時,還可以滲入混凝土裂縫兩側細小氣孔內,起到浸漬加固作用。

「5」防止裂縫產生的主要措施

5.1、施工圖設計把關

樓板鋼筋宜采用小直徑鋼筋小間距擺放。樓板負筋配置合理,樓板陽角應配置放射狀抗裂鋼筋。

5.2、混凝土原材料的把關

砂、石、水泥等材料均要按規范要求送檢,不合格材料堅決不用。混凝土外加劑的品種和摻量要嚴格控制。在混凝土攪拌站試驗室的配合下,采用正交法進行配合比的篩選,經過試塊的抗壓和抗滲試驗,選定一個最佳的配合比。

5.3、混凝土施工質量的把關

混凝土澆筑應避開高溫天氣,可以選擇早上或傍晚開始澆筑,以防止混凝土表面水分蒸發過快而產生板面龜裂。混凝土供應必須保證連續性,樓面混凝土澆筑時,要根據泵送能力,嚴格控制澆筑寬度,防止混凝土出現施工冷縫。

澆筑樓板混凝土時,必須要采用平板振搗器來保證混凝土振搗質量,嚴禁采用振搗棒振搗樓板混凝土。加強成型樓板混凝土的養護,強化養護是防止混凝土開裂的必需條件。設專人負責,堅持按規范要求進行養護。

5.4、樓面上荷載的時間控制

樓層混凝土澆筑完畢后,應等到其強度達到12MPa后,方可允許上人。混凝土澆筑完畢36h后,方可允許上其他荷載,包括在上面搭設滿堂腳手架和堆放施工材料。

5.5、混凝土養護

養護問題一直是施工單位容易忽視的問題。隨著混凝土強度等級的不斷提高,粉煤灰在泵送混凝土中的廣泛應用,養護問題就變得越來越重要。現在施工現場的養護方法一般是在混凝土終凝后噴水養護,幾乎沒有覆蓋,且噴水間隔過長,養護齡期過短,甚至有的僅為2~3d,這與國家驗收規范規定的養護方法相差甚遠。

本項目嚴格控制養護時間,因摻用減水劑,因此,應制定合理的養護制度,注意混凝土表面的覆蓋,保證混凝土表面濕潤,且必須按規定養護14d。

5.6、嚴格控制拆模及加荷時間

泵送混凝土一般均摻入外加劑及粉煤灰,因此,混凝土的初凝時間比往現場攪拌混凝土要長得多,早期強度較低,而施工單位為了趕工期和節約模板支撐,往往憑經驗就拆除柱邊或墻邊的板底支撐,過早上荷載,導致梁板裂縫的產生。

5.7、細節處理

穿線管道位置增設鋼筋網,交叉布線處可采用接線盒,線管不宜立體交叉穿越,預埋管線處應增設鋼筋網。

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