钢筋混凝土裂缝控制措施

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钢筋混凝土结构破坏倒塌的工程质量事故，绝大多数是从裂缝的扩展开始的；其实，只要仔细观察不难发现，普通的钢筋混凝土结构又一般都是带裂缝受力工作的，假如借助仪器，甚至还可以发现裂缝是时刻发生变化的，随着裂缝的发展变化，结构构件的耐久性和适用性会不同程度的降低，严重的甚至会导致结构构件的破坏；所以研究裂缝的形态、分析裂缝产生的原因和裂缝对结构功能的影响并加以控制是一个十分重要的。

 裂缝的形式多种多样；从裂缝的宽度来分，可分为微裂缝和宏观裂缝；一般将混凝土材料在化合过程中产生的宽度小于0.05mm的裂缝称之为微裂缝；它是混凝土材料固有的一种物理性质，微裂缝的产生几乎是不可避免的，它的分布不规则且不贯通；这种细微裂缝假如不扩展或是扩展在一定范围的话，它对一般的工业和民用建筑的正常使用是不会造成危害的；故这类裂缝又称为无害裂缝。但是，在实际使用过程中，因为混凝土结构的抗拉强度要比抗压强度低得多，所以在荷载作用下或是进一步产生温差和干缩的情况下，微裂缝会开始扩展并逐渐相互贯通，从而出现较大的、肉眼可见的裂缝，这种裂缝称之为宏观裂缝，这种裂缝的宽度一般大于0.05mm。同时，按裂缝对结构影响的不同，裂缝又可以分为结构性裂缝和非结构性裂缝，非结构性裂缝主要是由于水泥硬化干缩、外界温度和湿度变化、施工缝处理不当、钢筋腐蚀等原因造成的；而结构性裂缝主要是由受力引起的，所以结构性裂缝又叫荷载裂缝，它是工程中最常见的裂缝。钢筋混凝土结构上产生的裂缝,常见于非预应力受弯、受拉等构件中,以及预应力构件的某些部位。对于各类裂缝,必须先查明其性质和产生的原因,进而确定具体的修缮方法。钢筋混凝土结构裂缝根据其产生的原因不同可分为荷载裂缝、温度裂缝、干缩裂缝、腐蚀裂缝、沉降裂缝等。 一、各种裂缝产生原因 荷载裂缝：结构在荷载作用下变形过大而产生的裂缝。一般多出现在结构受 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。      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εc = ΔTα = 0101 % ,如温差为20 ℃～30 ℃时,其冷缩值为0102 %～0103 % ,当大于混凝 土极限拉伸值时混凝土就开裂。      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,起绝对体积减小,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011 %～012 % ,混凝 土的干缩值为0104 %～0106 % ,而混凝土的极限拉伸值只有0101 %～0102 % ,所以引起干缩裂缝。 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。 腐蚀裂缝：由于有害离子Cl -  ,Mg2 + 等侵入混凝土内部,导致钢筋锈蚀而使混凝土产生的后期膨胀裂缝。      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,常规的温控措施既复杂又费钱。   二、裂缝治理方法      钢筋混凝土结构或构件出现裂缝，有的会破坏结构整体性，降低构件刚度，影响结构承载力，有的虽对承载能力无多大影响，但会引起钢筋锈蚀，降低耐久性，或发生渗漏，影响使用，尤其是在住宅建筑中，现浇梁、板或剪力墙出现的裂缝会给居民造成不安全感，而且裂缝不仅会影响抗渗效果，也易造成水分侵蚀钢筋，影响使用耐久性。因此，应根据裂缝性质、大小、结构受力情况和使用情况，区别对待及时治理。工程中常采用的裂缝治理方法有以下几种：  一、表面修补法 适用于对承载能力没有影响的表面裂缝的处理，也适用于大面积细裂缝防渗、防漏的处理。 　　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，先刷水泥净浆一层，然后用1:2的水泥砂浆分2～3层涂抹，总厚度控制在10～20mm左右，并用铁抹抹平压光。有防水要求时应用2mm厚水泥净浆及5mm厚1:2的水泥砂浆交替抹压4～5层，刚性防水层涂抹3～4小时后进行覆盖，洒水养护。在水泥砂浆中掺入占水泥重量1～3%的氯化铁防水剂，可起到促凝和提高防水性能的效果。为了使砂浆与混凝土表面结合良好，抹光后的砂浆面应覆盖塑料薄膜，并用支撑模板顶紧加压。 　　2)表面涂抹环氧胶泥：涂抹环氧胶泥前，先将裂缝附近80～100mm宽度范围内的灰尘、浮渣用压缩空气吹净，或用钢丝刷、砂纸、毛刷清除干净并洗净，油污可用二甲苯或丙酮擦洗一遍，如表面潮湿，应用喷灯烘烤干燥、预热，以保证环氧胶泥与混凝土粘结良好。若基层难以干燥，则用环氧煤焦油胶泥涂抹。涂抹时，用毛刷或刮板均匀蘸取胶泥，并涂刮在裂缝表面。 　　3)采用环氧粘贴玻璃布：玻璃布使用前应在碱水中煮沸30～60分钟，然后用清水漂净并晾干，以除去油脂，保证粘结。一般贴1～2层玻璃布。第二层玻璃布的周边应比下面一层宽10～12mm，以便压边。 　　4)表面涂刷油漆、沥青：涂刷前混凝土表面应干燥。 　　5)表面凿槽嵌补：沿混凝土裂缝凿一条深槽，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。槽内混凝土面应修理平整并清洗干净，不平处用水泥砂浆填补，保持槽内干燥，否则应先导渗、烘干，待槽内干燥后再行嵌补。环氧煤焦油胶泥可在潮湿情况下填补，但不能有淌水现象。嵌补前先用素水泥浆或稀胶泥在基层刷一层，然后用抹子或刮刀将砂浆或环氧胶泥、聚氯乙烯胶泥嵌入槽内压实，最后用1:2水泥砂浆抹平压光。在侧面或顶面嵌填时，应使用封槽托板逐段嵌托并压紧，待凝固后再将托板去掉。  二、内部修补法     内部修补法是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。这种方法适用于对结构整体性有影响，或有防水、防渗要求的裂缝修补。常用的灌浆材料有水泥和化学材料，可按裂缝的性质、宽度、施工条件等具体情况选用。一般对宽度大于0.5mm的裂缝，可采用水泥灌浆，对宽度小于0.5mm的裂缝，或较大的温度收缩裂缝，宜采用化学灌浆。 　　1)水泥灌浆：一般用于大体积混凝土结构的修补，主要施工程序是钻孔、冲洗、止浆、堵漏、埋管、试水、灌浆。钻孔采用风钻或打眼机进行，孔距l～1.5m，除浅孔采用骑缝孔外，—般钻孔轴线与裂缝呈30～45度斜角，孔深应穿过裂缝面0.5m以上，当有两排或两排以上的孔时，宜交错或呈梅花形布置，但应注意防止沿裂缝钻孔。冲洗在每条裂缝钻孔完毕后进行，其顺序按竖向排列自上而下逐孔冲洗。止浆及堵漏待缝面冲洗干净后，在裂缝表面用1:2的水泥砂浆或用环氧胶泥涂抹。埋管（一般用直径19～38mm的钢管作灌浆管，钢管上部加工丝扣）安装前应在外壁裹上旧棉絮并用麻丝缠紧，然后旋入孔中，孔口管壁周围的孔隙用旧棉絮或其它材料塞紧，并用水泥砂浆或硫磺砂浆封堵，防止冒浆或灌浆管从孔口脱出。试水是用0.098～0.196MPa压力水作渗水试验，采取灌浆孔压水、排气孔排水的方法，检查裂缝和管路畅通情况，然后关闭排气孔，检查止浆堵漏效果，并湿润缝面以利于粘结。灌浆应采用425号以上的普通水泥，细度要求经6400孔／cm2的标准筛过筛，筛余量在2%以下，可使用2:1、1:1、0.5:1等几种水灰比的水泥净浆或1:0.54:0.3（即水泥：粉煤灰：水）的水泥粉煤灰浆，灌浆压力一般为0.294～0.491MPa，压浆完毕时浆孔内应充满灰浆，并填入湿净砂，用棒捣实，每条裂缝应按压浆顺序依次进行，当出现大量渗漏情况时，应立即停泵堵漏，然后继续压浆。     2)化学灌浆：化学灌浆能控制凝结时间，有较高粘结强度和一定的弹性，恢复结构整体性效果较好，适用于各种情况下的裂缝修补及堵漏、防渗处理。灌浆材料应根据裂缝性质、裂缝宽度和干燥情况选用。常用的灌浆材料有环氧树脂浆液（能修补缝宽0.2mm以下的干燥裂缝）、甲凝（能灌0.03～0.1mm的干燥细微裂缝）、丙凝（用于堵水、止漏及渗水裂缝的修补，能灌0.1mm以下的细裂缝）等。环氧树脂浆液具有粘结强度高、施工操作方便、成本低等优点，应用最广。灌浆操作主要工序是表面处理（布置灌浆嘴和试气）、灌浆、封孔，一般采取骑缝直接用灌浆嘴施灌，不用另外钻孔。配制环氧浆液时，应根据气温控制材料温度和浆液的初凝时间（1小时左右）。灌浆时，操作人员要戴上防毒口罩，以防中毒。 三、结构加固法     钢筋混凝土结构的加固，应在结构评定的基础上进行，加固的目的有结构强度加固、稳定性加固、刚度加固、抗裂性能加固四种。这四种加固之间既有联系又有区别，最常遇到的是结构强度加固（即结构补强）。结构加固可分为不改变结构受力图形和改变结构受力图形的两种方法，亦可分为非预应力加固和预应力加固两类。对结构或构件存在的强度（拉、压、弯、剪、扭、疲劳）、刚度（挠曲）、裂缝（由受力、温度、沉降、安装引起的）、稳定（由倾斜、偏歪、长细比过小、支撑不妥引起的）、沉降（由不均匀荷重或不均匀地基、淤泥层、大孔土地基、回填土等引起的）、使用（净空尺寸不够、吊车卡轨、振动、钢筋锈蚀，结构腐蚀）等方面的问题，要区分局部性还是全局性的，关键部位还是次要部位的，在分析了问题产生的主要原因后，分别根据处理的原则和界限，视工程具体情况和条件，有针对性地采取适当加固方法。 三、裂缝控制设计原则与措施 钢筋混凝土结构的裂缝是不可避免的，但其有害程度是可以控制的，有害与无害的界限由结构使用功能决定的。裂缝控制的主要方法是通过设计、施工、材料等方面综合技术措施将裂缝控制在无害范围内。综合技术措施包括：合理选择结构形式，降低结构约束程度，对与水平构件梁、板、墙等采用中低强度级混凝土，加强构造配筋，如板顶部的受压区连续配筋，板的阳角及阴角配置放射筋，增加梁的腰筋间距200mm。优选有利于抗拉性能的混凝土级配，尽力减小水灰比、减少坍落度、降低砂率增加骨料粒径，降低含泥量及杂质含量。选用影响收缩和水化热较小的外加剂和掺合料。采取保温保湿的养护技术，尽量利用混凝土后期强度(60天)。对于超长结构可采取跳仓浇灌或后浇带方法施工。对于复杂的结构难免出现少量裂缝影响正常使用和耐久性．裂缝分为表面裂缝，浅层裂缝，纵深裂缝(深层裂缝)，贯穿裂缝等。少量有害裂缝采用近代化学灌浆技术处理，满足设计使用和耐久性要求，不应因此降低工程质量评定标准。