混凝土結(jié)構(gòu)中裂縫的成因及控制

1、混凝土裂縫的成因、控制及修補(bǔ) 王兵和 2021年7月7日星期三 混凝土結(jié)構(gòu)在建設(shè)、使用過程中出現(xiàn)不同程度、不同形 式的裂縫是普遍的現(xiàn)象，研究表明混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫是不可 避免的，在實(shí)際設(shè)計(jì)中應(yīng)將其有害程度控制在允許的范圍： 混凝土裂縫主要分為微觀裂縫微觀裂縫與宏觀裂縫。宏觀裂縫。 宏觀裂縫是由微觀裂縫擴(kuò)展延伸形成。 一、概述 微觀 裂縫 黏著裂縫骨料與水泥漿體粘合面上的裂縫 水泥石裂縫水泥石自身的裂縫 骨料裂縫骨料本身的裂縫 混凝土結(jié)構(gòu)裂 縫主要原因 外荷載施工、使用 結(jié)構(gòu)次應(yīng)力實(shí)際工作狀態(tài)、設(shè)計(jì) 變形應(yīng)力 溫度、收縮、膨脹、 不均勻沉降 1、影響結(jié)構(gòu)的耐久性 2、影響結(jié)構(gòu)的承載力 3、影響居住

2、在其中的人們的心理預(yù)期 4、影響結(jié)構(gòu)的正常使用性 二、裂縫的危害 三、規(guī)范對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的規(guī)定 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50010-2010規(guī)定： 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的極限狀態(tài)包括：承載力能力 極限狀態(tài)、正常使用極限狀態(tài) 四、混凝土形變的原因 混凝土變形種類 塑性收縮 化學(xué)收縮 干燥收縮 自收縮 碳化收縮 溫度收縮 徐變 混凝土結(jié)構(gòu)的不均勻不均勻、微觀裂縫微觀裂縫的客觀存在、外部約 束的限制限制以及混凝土的形變形變的綜合影響導(dǎo)致裂縫的連通、 擴(kuò)大、貫穿。 混凝土的形變主要有以下幾種： 四、混凝土形變的原因 1、塑性收縮、塑性收縮 混凝土硬化前由于表面的水分蒸發(fā)速率大于混凝土內(nèi) 部從下至上的泌水速率而發(fā)生

3、的塑性干燥收縮。 如果近表面的混凝土已經(jīng)稠硬，不能流動(dòng)，但其強(qiáng)度 又不足以抵抗因收縮受到限制所引起的應(yīng)力時(shí)，就產(chǎn)生 開裂。 四、混凝土形變的原因 2、化學(xué)收縮、化學(xué)收縮 水泥水化后，固相體積增加，但是水泥水體系的絕 對體積減小，縮減比列約為混凝土水泥水體系絕對體 積的7%-9%。-水化收縮水化收縮。 化學(xué)收縮與水泥的組成有關(guān)，其中C3A的收縮最大， 為C3S和C2S的三倍，C4AF的4.5倍。 如果混凝土C=300kg/m3，減縮值，減縮值2127L/m3 四、混凝土形變的原因 3、干燥收縮、干燥收縮 混凝土在未飽和空氣中向外界散失水分而產(chǎn)生的收縮， 失去的水分有：內(nèi)部毛細(xì)孔水內(nèi)部毛細(xì)孔水、膠

4、凝孔吸附水膠凝孔吸附水。 干燥收縮應(yīng)為混凝土在干燥條件下實(shí)測的混凝土變形 扣除相同溫度下密封試件的自收縮。 干縮與水灰比、環(huán)境溫濕度、膠凝材料組成、骨料品 種與比例、養(yǎng)護(hù)條件、齡期等因素有關(guān)。 100g水泥漿體，可蒸發(fā)水分約水泥漿體，可蒸發(fā)水分約6ml 混凝土混凝土C=300kg/m3 ，可蒸發(fā)水分約，可蒸發(fā)水分約18.l L 水泥砂漿干縮值約水泥砂漿干縮值約0.10.2% 水泥混凝土水泥混凝土180天自由干縮值約天自由干縮值約0.040.06% 四、混凝土形變的原因 4、自收縮、自收縮 混凝土在恒溫絕濕恒溫絕濕條件下，因膠凝材料繼續(xù)水化引起 自干燥而造成的宏觀體積的減小。在高標(biāo)號(hào)混凝土中表

5、現(xiàn)明顯。 四、混凝土形變的原因 5、碳化收縮、碳化收縮 碳化收縮是大氣中的CO2 在存在水的條件下與水泥水 化產(chǎn)物作用生成CaCO3 、硅膠、鋁膠和游離水而引起的 收縮。 碳化作用和碳化收縮均發(fā)生在混凝土表面。對碳化收 縮影響最大的是相對濕度。相對濕度30%-70%發(fā)生，在 50-70%時(shí)碳化作用最顯著。 在混凝土表面，碳化收縮與干燥收縮疊加，受到混凝 土內(nèi)部的約束，易產(chǎn)生嚴(yán)重的開裂情況。 四、混凝土形變的原因 6、溫度收縮、溫度收縮 萬物都是熱脹冷縮，混凝土也不例外。由于溫度下降 引起的收縮變形稱為溫度收縮。 混凝土內(nèi)部溫度差、混凝土表面與大氣溫度差、降溫 速率、混凝土熱膨脹系數(shù)是影響溫度裂

6、縫的關(guān)鍵因素。 四、混凝土形變的原因 7、徐變徐變 混凝土在某一不變荷載的長期持續(xù)作用下(即靜載， 應(yīng)力維持不變時(shí)),變形也會(huì)隨著時(shí)間的增長而增長，這種 緩慢變形的現(xiàn)象稱為混凝土的徐變。 四、混凝土形變的原因 混凝土自身產(chǎn)生以上7種形變，其中塑性收縮最為主 要，控制混凝土早期裂縫的形成是最關(guān)鍵的 五、混凝土裂縫的形成及發(fā)展 沉降收縮 塑性收縮 施工不當(dāng) 早期裂縫 早期荷載 干燥收縮 溫度收縮 裂縫擴(kuò)展 化學(xué)侵蝕 服役荷載 混凝土結(jié) 構(gòu)破壞 五、混凝土裂縫的形成及發(fā)展 1、塑性收縮裂縫、塑性收縮裂縫 由于新澆筑的混凝土底板、平板、大面積梁遇到濕度 低、風(fēng)速大、高溫等加快水分的流失，在終凝前受約束

7、 導(dǎo)致開裂。 五、混凝土裂縫的形成及發(fā)展 2、沉降裂縫、沉降裂縫 混凝土攤鋪后收鋼筋、模板的牽制，在障礙物底部形成 空穴，擬制件附近產(chǎn)生開裂。沉降縫的大小受振搗、滲漏、 模板剛度不足而變大。 五、混凝土裂縫的形成及發(fā)展 3、干縮裂縫、干縮裂縫 水泥漿體失去水分產(chǎn) 生收縮時(shí)，其長度減少 1%。混凝土由于有骨料 提供的內(nèi)部限制，干縮率 萬分之5左右。 所以混凝土要嚴(yán)格控 制砂率砂率和漿骨比漿骨比。 五、混凝土裂縫的形成及發(fā)展 4、熱應(yīng)力裂縫、熱應(yīng)力裂縫 五、混凝土裂縫的形成及發(fā)展 5、化學(xué)侵蝕、鹽類侵蝕開裂、化學(xué)侵蝕、鹽類侵蝕開裂 五、混凝土裂縫的形成及發(fā)展 6、氣候因素導(dǎo)致的開裂、氣候因素導(dǎo)致的

8、開裂 氣候因素主要由凍融、干 濕、冷熱作用三方面造成。 氣候因素主要導(dǎo)致裂縫向 深度和長度方向擴(kuò)展。 五、混凝土裂縫的形成及發(fā)展 7、鋼筋銹蝕開裂、鋼筋銹蝕開裂 鋼筋在混凝土中存在一 層鈍化膜，阻止鋼筋的銹 蝕，如果存在貫穿裂縫、 碳化深度過大、Cl-離子的 侵蝕導(dǎo)致鈍化膜的破壞， 鋼筋將產(chǎn)生銹蝕現(xiàn)象。 氧化鐵、氫陽化鐵體積 增大導(dǎo)致混凝土沿著徑向 裂縫。 五、混凝土裂縫的形成及發(fā)展 8、施工操作不規(guī)范的裂縫 現(xiàn)場加水、模板拼接不嚴(yán)、豎向支撐不足、振搗不密實(shí)、施 工冷縫、養(yǎng)護(hù)不到位 9、過載施工引起的裂縫 過早拆模、搶工期、早期荷載過大 10、設(shè)計(jì)和施工詳圖錯(cuò)誤引起 11、服役荷載導(dǎo)致的裂縫

9、配筋率、應(yīng)力集中點(diǎn)設(shè)置、伸縮縫設(shè)置、 六、裂縫的分類及常見形態(tài) （一） 受力裂縫 1、梁的受力裂縫常見形態(tài) 2、板的受力裂縫常見形態(tài) （a）板面裂縫 （b）板底裂縫 雙向板的裂縫狀態(tài) （a）板面裂縫 （b）板底裂縫 單向板的裂縫狀態(tài) 3、懸臂構(gòu)件的常見裂縫形態(tài) 4、擋土墻的常見裂縫形態(tài) 5、局部受壓構(gòu)件裂縫形態(tài) 6、柱的常見裂縫形態(tài) （二）非受力裂縫 1、溫度收縮裂縫 表面龜裂 收縮沉降引起的順筋裂縫 梁側(cè)垂直裂縫 大體積混凝土的表層裂縫 2、強(qiáng)迫位移引起的裂縫 結(jié)構(gòu)一端沉降引起的裂縫 結(jié)構(gòu)中部沉降引起的八字形裂縫 結(jié)構(gòu)兩端沉降引起的倒八字形裂縫 3、構(gòu)造裂縫 搭接鋼筋的裂縫形態(tài) 彎折處裂縫

10、4、施工裂縫 （a）垂直接槎縫 （b）斜向接槎縫 水平構(gòu)件的接槎裂縫 （a）柱的接槎裂縫 （b）墻的接槎裂縫 豎向構(gòu)件的接槎裂縫 鋼筋移位引起的板邊裂縫 鋼筋移位引起板角裂縫 板面鋼筋向下移位引起的裂縫 墻體上沿水平筋的裂縫 柱上沿鋼箍的裂縫 沿管線的沉降裂縫 模板剛度不足引起的裂縫 七、裂縫的控制 水泥：細(xì)度、C3A、SO3、安定性 砂石：含泥量、針片狀、粒形、堆積孔隙率 粉煤灰：脫銷灰、 外加劑：凝結(jié)時(shí)間、適應(yīng)性、泌水性能 1、原材料、原材料 七、裂縫的控制 2.1膠凝體系的水化熱總量和放熱峰控制 2.2單方用水量控制 2.3外加劑與水泥的適應(yīng)性 2.4砂率與漿骨比控制 2、配合比、配合比

11、 七、裂縫的控制 鋼筋：配筋、應(yīng)力集中點(diǎn)加固 模板：支撐剛度 現(xiàn)場生水加入 二次收光 壓痕拉毛 3、澆筑、施工、澆筑、施工 七、裂縫的控制 溫度 濕度 風(fēng)速 覆膜、蓄水、草席、掛簾、蓄溫等 4、養(yǎng)護(hù)、養(yǎng)護(hù) 裂縫控制的根本在于控制早期裂縫的形成。裂縫控制的根本在于控制早期裂縫的形成。 八、裂縫的修補(bǔ) 1、根據(jù)構(gòu)件的類型、裂縫的位置、形態(tài)確定裂 縫的類別（受力裂縫、非受力裂縫） 2、根據(jù)裂縫的類別進(jìn)一步分析裂縫的成因 3、分析判斷裂縫的嚴(yán)重程度（輕微裂縫； 一般裂縫；嚴(yán)重裂縫 ） 4、分析裂縫對結(jié)構(gòu)的影響方式（觀感性裂縫； 功能性裂縫；耐久性裂縫；結(jié)構(gòu)性裂縫） 1、掩飾裂縫 找平層、后澆層、疊合層

12、后續(xù)混凝土施工堵塞； 混水構(gòu)件表面抹面層，裝飾層、粘貼層的掩蓋； 清水混凝土結(jié)構(gòu)表面涂刷水泥漿或裝飾性材料； 建筑裝飾手段掩蓋裂縫。 2修補(bǔ)裂縫 對可見的裂縫表面進(jìn)行鑿槽、嵌補(bǔ)、修復(fù)； 修補(bǔ)槽U形或V形，寬度和深度40-60mm左右； 修補(bǔ)材料可為環(huán)氧樹脂、環(huán)氧膠泥等； 有時(shí)為功能需要還將添加防水油膏或防銹涂料層 等。 七、裂縫的修補(bǔ) 3封閉裂縫 用壓力或吸力向裂縫內(nèi)灌漿； 高壓壓漿浸漬混凝土； 灌漿材料可為水泥漿或環(huán)氧樹脂、甲基丙烯酸脂 為工藝要求，還可添加稀釋劑、增塑劑、固化劑 4加固處理 影響安全的帶裂縫結(jié)構(gòu)必須進(jìn)行加固處理； 結(jié)構(gòu)安全是主要矛盾，裂縫處理已退居次要地 位； 在結(jié)構(gòu)加固處理的同時(shí)解決裂縫問題。 混 凝 土 修 補(bǔ) 技 術(shù) 方法適用條件內(nèi)容材料 1、表面涂覆法寬度小于0.2mm 表面涂刷防水涂膜 環(huán)氧樹脂液、玻璃纖 維布 2、開槽密封法 靜止的潛伏性裂縫、無結(jié) 構(gòu)要求的裂縫開V槽灌漿環(huán)氧材料、聚氨酯 3、鉆孔嵌塞法墻體中裂縫 鉆穿裂縫的全長并灌漿柔性瀝青、環(huán)氧樹脂 4、彈性密封法無動(dòng)荷載 鑿開后填充背襯材料密封膠 5、灌漿法 裂縫深度大于保護(hù)層水泥灌漿、灌漿螺紋管水泥漿 0.05mm微細(xì)裂縫、干燥裂 縫化學(xué)灌漿、環(huán)氧灌漿 6、干填塞法潛伏性裂縫小槽 低水灰比的1：3水泥砂漿水泥 7、裂縫阻隔法大體積混凝土 預(yù)