钢筋混凝土结构裂缝的产生原因及维修方法
1 各种裂缝产生原因
1.1 荷载裂缝
结构在荷载作用下变形过大而产生的裂缝。一般多出现在构件的受拉区域、受剪区域或振动严重等部位。产生的主要原因是结构设计、施工错误、承载能力不足、地基不均匀沉降等等。钢筋混凝土结构是由混凝土和钢筋共同承担极限状态的承载力 ,结构设计师需根据地基情况,静、动荷载 ,环境因素、结构耐久性等控制荷载裂缝。从国内外有关规范可知 ,对结构变形作用引起的裂缝问题 ,存在着两类学派:一是设计规范规定很灵活 ,没有验算裂缝的明确规定 ,而由设计人员自由处理。另一类则是设计规范有明确规定 ,对于荷载裂缝有计算公式并有严格的允许宽度限制 ,如我国《混凝土结构设计规范》GB50010—2002 。工程师对结构变形裂缝控制考虑不周 ,是结构荷载裂缝发生过多的主要原因。
1.2 温度裂缝
由大气温度变化、周围环境高温的影响和大体积混凝土施工时产生的水化热等因素造成,水泥的水化热为 165～250J/ g ,随混凝土水泥用量提高,起绝热温升可达 50 ℃～80 ℃。研究表明,当混凝土内外温差 10 ℃时,冷缩值0.01 % ,如温差为20 ℃～30 ℃时,其冷缩值为0.02 %～0.03 % ,当大于混凝土极限拉伸值时混凝土就开裂。
1.3 干缩裂缝
这类裂缝一是由于材料缺陷引起的 ,研究表明 ,水泥加水后变成水泥硬化体 ,体积减小 ,毛细孔缝中水逸出产生毛细压力 ,使混凝土产生毛细收缩 ,由此引起水泥砂浆的干缩值为0.1 %～0.2 % ,混凝土的干缩值为0.04 %～0.06 % ,而混凝土的极限拉伸值只有0.01 %～0.02 % ,所以引起干缩裂缝。
1.4 沉降裂缝
现浇构件因地基或砌体过大不均匀沉降;模板刚度不足、支撑间距大、支撑松动、过早拆模等 ,均可导致产生沉降裂缝。
2 钢筋混凝土结构裂缝的控制措施
根据国外设计规范和我国现行《混凝土结构设计规范》( GB50010—2002 ) 及有关试验资料 ,混凝土最大裂缝宽度的大致控制标准: (1) 无侵蚀介质 ,无防渗要求为 0.3～0.4mm ; (2) 轻微侵蚀 , 无防渗要求为0.2～0.3mm ; (3) 严重侵蚀 ,有防渗要求为0.1～0.2mm 。为了达到这样的标准,就必须对各种裂缝采取相应的控制措施。
2.1 荷载裂缝
在结构设计方面 ,结构设计者必须严格按照《混凝土结构设计规范》( GB50010—2002 ) 第 8.1 条规定进行裂缝控制验算 ,根据不同的结构部位 ,采取相应的合理配筋。
2.2 温度裂缝
防止因混凝土本身与外界气温相差悬殊,处于高温环境的构件 ,应采取隔热措施 ,加强养护 ,尤其在气温高、风大且干燥的气候条件下更应及早喷水。对大体积混凝土应控制裂缝 ,大体积混凝土工程因散热降温引起的冷缩比干缩更容易引起开裂 。
2.3 干缩裂缝
一是可以通过改善材料性能来控制 ,如前提到在工程中采用的补偿收缩混凝土对此种裂缝的控制也很有效。补偿混凝土是一种适度膨胀的混凝土 ,按国内外补偿混凝土的技术要求 ,混凝土在湿养护期间 , 在配筋率 ρ= 0.8 %的试验条件下,它产生的限制膨胀率为0.02 %～0.03 % ,在混凝土中建立的预压应力为0.2～0.7MPa ,这一预压应力能够抵消导致混凝土开裂的全部或大部分应力。与此同时推迟了混凝土收缩的产生过程,这就是补偿混凝土的抗裂原理。
3 裂缝的治理
混凝土结构或构件一旦出现了裂缝 ,有的破坏结构整体性 ,降低构件刚度,影响结构承载力;有的虽对承载力无多大影响 ,但会引起钢筋锈蚀、降低耐久性 ,或发生渗漏 ,影响正常使用要求。因此 ,应根据裂缝性质、大小、结构受力情况和使用要求 ,区别情况,及时进行治理。
3.1 裂缝治理原则
(1 ) 必须充分了解设计意图和技术要求 ,严格遵循设计和施工规范的有关规定。
(2) 应认真分析裂缝产生的原因和性质 ,根据不同受力情况和使用要求 ,分别采取不同的治理方法。
(3 ) 裂缝处理后应能保证结构原有的承载能力、整体性以及防水、抗渗性能。处理时要考虑温度、收缩应力较长时间的影响 ,以免处理后再出现新的裂缝。
3.2 裂缝治理方法
一般常用的治理方法有以下几种:
3.2.1 表面修补法
适用于对承载力无影响的表面及进深裂缝 ,以及大面积细裂缝防渗、漏水的处理,具体方法有:
(1 ) 表面涂抹水泥砂浆。将裂缝附近的混凝土表面凿毛 ,或沿裂缝凿成深 15～20mm 、宽 150～200mm的凹槽,扫净并洒水湿润 ,先刷水泥净浆一度 ,然后用 1：1～1：2 水泥砂浆分2～3 层涂抹 ,总厚控制在 10 ～20mm 左右 ,并用铁抹压实抹光。
(2) 表面涂抹环氧胶泥或用环氧粘贴玻璃布。涂抹环氧胶泥前 ,先将裂缝附近 80～100mm 宽度范围内的灰尘浮渣清除干净,较宽的裂缝应先用刮刀填塞环氧胶泥 ,然后用毛刷或刮板均匀蘸取胶泥 ,并涂刮在裂缝表面。
(3) 表面凿槽嵌补。沿混凝土裂缝凿一条V 型深槽 ,槽内嵌水泥砂浆或环氧胶泥、聚氯乙烯胶泥、沥青油膏等 ,表面作砂浆保护层。
3.2.2 内部修补法
内部修补法系用压浆泵将胶结料压入裂缝中,由于其凝结、硬化而起到补缝作用,以恢复结构的整体性。此种方法适用于对结构整体有影响 ,或有防水、防渗要求的裂缝修补。
4 结束语
综上而述 ,混凝土结构出现裂缝的综合因素繁多 ,影响的原因也是多方面的 ,需要设计与施工等多方面高度重视。在实际工作中使用单位必须对使用中的构件进行定期或不定期的检查 ,以便及时掌握结构的实际工作状态以及损坏的部位、种类、危害程度及发展变化,据以判断损坏对结构强度和耐久性的影响,并采取相应的维修加固措施。