混凝土構(gòu)件裂縫防治與耐久性討論

1、混凝土構(gòu)件裂縫防治與耐久性討論摘要：鋼筋混凝土裂縫問題是土木工程中普遍存在的問題。本文從裂縫的基本概念入手，通過對混凝土結(jié)構(gòu)因溫度變形、收縮變形、地基的不均勻沉降和外荷載等所產(chǎn)生的裂縫的角度分析和探討了混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的成因。并詳細(xì)闡述了混凝土裂縫和混凝土耐久性的關(guān)系，指出裂縫對耐久性的重要影響。通過分析裂縫的種類和產(chǎn)生的原因，合理選擇結(jié)構(gòu)形式，并從設(shè)計、材料、施工等方面提出解決措施，從而有效地控制和減少混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的產(chǎn)生。關(guān)鍵詞：混凝土結(jié)構(gòu)裂縫 耐久性1裂縫基本概念及成因123因為混凝土是多種材料組成的一種混合體，而且又是一種脆性材料，在受到溫度、壓力和外力的作用下，都有出現(xiàn)裂縫的可能性。產(chǎn)

2、生裂縫的原因，有以下諸方面：1.1 大體積混凝土水化熱引起的裂縫水泥水化過程中會產(chǎn)生出大量的熱量，每克水泥放出50.2J的熱量，如果以水泥用量350550kg/m3來計算，每m3混凝土將放出1750027500kJ的熱量，從而使混凝土內(nèi)部溫度升高，在澆注溫度的基礎(chǔ)上，通常升高35左右。國內(nèi)外工程實踐表明大尺寸構(gòu)件由于水泥的水化熱，混凝土內(nèi)部和構(gòu)件表面的溫差可達(dá)7095?；炷羶?nèi)部和表面形成溫度梯度，使表面混凝土產(chǎn)生拉應(yīng)力，硬化初期這種溫差產(chǎn)生的拉應(yīng)力很可能超過混凝土的抗拉強(qiáng)度因而產(chǎn)生裂縫。1.2 收縮裂縫隨著現(xiàn)代混凝土的普及化，水泥用量的增加、水灰比的增加、骨料粒徑的減小以及用水量的增加等都會

3、導(dǎo)致混凝土硬化時產(chǎn)生收縮變形。硬化后混凝土絕對體積減小，若這種變形受到邊界的約束作用，便可能導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生。另外在配筋較高的構(gòu)件中，即使邊界沒有約束，混凝土的收縮也會受到鋼筋的限制而產(chǎn)生拉應(yīng)力，從而可能引起構(gòu)件產(chǎn)生局部裂縫。1.3 堿骨料化學(xué)反應(yīng)引起的裂縫所謂堿骨料反應(yīng)是指具有堿活性的粗骨料和水泥或混凝土中的堿起作用，造成混凝土開裂、強(qiáng)度和彈性模量下降、耐久性降低的工程質(zhì)量問題。原因是當(dāng)水泥含量較高時，同時又使用具有堿活性的粗骨料，水泥中堿性氧化物水解后形成的氫氧化鈉、氫氧化鉀與骨料中的活性氧化硅等起化學(xué)反應(yīng)，生成不斷吸水、膨脹、復(fù)雜的堿硅酸凝膠體，在粗骨料界面上明顯膨脹，堿硅酸凝膠體的堿骨料

4、反應(yīng)發(fā)展緩慢，造成早已凝結(jié)硬化的水泥石結(jié)構(gòu)破壞、混凝土開裂、物理力學(xué)性能劣化、耐久性降低等問題。特征是表面產(chǎn)生無色至深褐色的離析凝膠物，在裂縫或裂縫附近有白色鹽霜，有網(wǎng)狀或呈現(xiàn)以粗骨料為核心的放射狀裂縫?；炷恋目箟簭?qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和靜力彈性模量明顯下降?；炷恋膲A骨料反應(yīng)，一般出現(xiàn)在澆筑后的410周，這種作用可以持續(xù)若干年，混凝土的物理力學(xué)性能逐漸衰減，嚴(yán)重的會造成結(jié)構(gòu)破壞。1.4 不均勻沉陷引起的裂縫主要原因是工程地質(zhì)勘察報告與實際情況有出入、地基處理不到位，改建工程對原有地質(zhì)情況估計有偏差，基礎(chǔ)環(huán)境保護(hù)不好，如由于給水、排水、雨水浸泡，造成基礎(chǔ)局部下沉。這種裂縫首先在主體結(jié)構(gòu)中某一部位產(chǎn)生

5、裂縫，且發(fā)展較快，隨后逐漸趨于穩(wěn)定。1.5 凍脹引起的裂縫大氣氣溫低于0時，吸水飽和的混凝土出現(xiàn)冰凍，游離的水轉(zhuǎn)變成冰，體積膨脹，因而混凝土產(chǎn)生膨脹應(yīng)力；尤其是混凝土初凝時受凍最嚴(yán)重，混凝土強(qiáng)度損失可達(dá)30%50%。溫度低于0和混凝土吸水飽和是發(fā)生凍脹破壞的必要條件。當(dāng)混凝土中骨料空隙多、吸水性強(qiáng)，骨料中含泥土等雜質(zhì)過多，混凝土水灰比偏大、振搗不密實，養(yǎng)護(hù)不利使混凝土早期受凍等，均可能導(dǎo)致混凝土凍脹裂縫。1.6 外界溫度變化引起的裂縫混凝土具有熱脹冷縮性質(zhì)，當(dāng)外部環(huán)境溫度發(fā)生變化，混凝土將發(fā)生變形，若變形遭到約束，則在結(jié)構(gòu)內(nèi)將產(chǎn)生應(yīng)力，當(dāng)應(yīng)力超過混凝土抗拉強(qiáng)度時即產(chǎn)生溫度裂縫。溫度裂縫區(qū)別其它

6、裂縫最主要特征是將隨溫度變化而擴(kuò)張或合攏。1.7 鋼筋腐蝕引起的裂縫鋼筋混凝土構(gòu)件處于不利環(huán)境，如容易炭化或滲入氯離子和氧的海洋環(huán)境。當(dāng)混凝土保護(hù)層過薄，特別是混凝土的密實性不良時，埋在混凝土中的鋼筋將生銹，即產(chǎn)生氧化鐵，氧化鐵的體積比原來未銹蝕的金屬大很多，鐵銹體積膨脹，對周圍混凝土擠壓，使其脹裂，這種裂縫通常是“先銹后裂”，走向沿鋼筋方向，稱為“順筋裂縫”，比較容易識別?！绊樈盍芽p”發(fā)生后，更加速了鋼筋的腐蝕，最后導(dǎo)致保護(hù)層成片脫落，這種“順筋裂縫”對耐久性的影響較大。1.8 荷載裂縫鋼筋混凝土構(gòu)件在荷載作用下，截面受拉區(qū)主拉應(yīng)力超過混凝土極限抗拉強(qiáng)度時混凝土即出現(xiàn)開裂，其裂縫寬度與鋼筋應(yīng)

7、力幾乎成正比。此裂縫沿主拉應(yīng)力方向開展，走向與主拉應(yīng)力方向垂直。外荷載作用下常見荷載裂縫有：（1）偏心受力、受彎構(gòu)件因抗拉鋼筋配置太少或設(shè)計時沒有按抗裂要求進(jìn)行設(shè)計而產(chǎn)生的垂直于受拉主筋的彎曲裂縫；（2）受剪構(gòu)件因混凝土強(qiáng)度低，截面小，抗剪鋼筋不足引起的剪切裂縫；（3）偏心受力、受彎構(gòu)件因混凝土截面小或受拉鋼筋配置過多引起的受壓混凝土裂縫；（4）受扭構(gòu)件抗扭剛度能力不足引起斜裂縫。除以上幾種裂縫外，還有混凝土塑性塌落，混凝土炭化等引起的裂縫，這里不再具體論述。2裂縫預(yù)防措施34鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫是不可避免的，但其有害程度可以控制。裂縫控制的主要方法是通過設(shè)計、施工、材料等方面的綜合技術(shù)措施將

8、裂縫控制在無害范圍內(nèi)。2.1 設(shè)計方面設(shè)計人員必須盡可能考慮各種影響因素，根據(jù)不同的結(jié)構(gòu)部位采取相應(yīng)的合理配筋； 嚴(yán)格執(zhí)行規(guī)范和強(qiáng)制性條文，做到既能滿足結(jié)構(gòu)安全，又盡可能地減少結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫。( 1) 降低約束。主要是采取構(gòu)造措施，設(shè)置各種連接縫以及在約束界面上設(shè)置滑動層、緩沖層等。( 2) 提高混凝土的抗裂形能。除規(guī)定構(gòu)造配筋的數(shù)量和布置方法外，設(shè)計單位應(yīng)在施工圖或施工文件中提出對混凝土配比的具體要求。2.2 通過加強(qiáng)設(shè)計質(zhì)量監(jiān)控做好施工方案設(shè)計監(jiān)理單位要充分發(fā)揮協(xié)調(diào)作用，會同建設(shè)、施工單位技術(shù)人員充分了解建設(shè)、設(shè)計意圖，做好技術(shù)交流。施工前應(yīng)做好混凝土配合比設(shè)計和試配檢驗，在滿足混凝土設(shè)計標(biāo)

9、號的前提下盡量減少單位用水量，拌制混凝土?xí)r摻入一定量的磨細(xì)粉煤灰，降低水泥用量以減少水化熱量。另外，還要對裝料順序、攪拌時間、澆注點坍落度、入模溫度、留茬部位進(jìn)行規(guī)劃，對模板進(jìn)行設(shè)計，充分做好施工前的準(zhǔn)備工作。2.3施工方面施工技術(shù)管理人員要充分認(rèn)識裂縫產(chǎn)生的危害，加強(qiáng)對混凝土結(jié)構(gòu)組成及新工藝的學(xué)習(xí)了解，提高質(zhì)量意識，有效地避免有害裂縫的產(chǎn)生。（1）加強(qiáng)對進(jìn)場材料的控制嚴(yán)把原材料質(zhì)量關(guān)，使用的各種材料必須符合設(shè)計及國家有關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求，如盡量選用水化熱較小的水泥品種，必要時可以加入緩凝劑，減緩澆注速度以利于散熱，或加入適當(dāng)?shù)臏p水劑，減少水泥用量，降低水化熱。（2） 施工過程的質(zhì)量控制應(yīng)根據(jù)設(shè)計

10、要求嚴(yán)格驗收材料質(zhì)量和強(qiáng)度、構(gòu)件尺寸，避免或減少偷工減料現(xiàn)象； 按照施工規(guī)范要求，確定合理的施工方法、程序，混凝土攪拌均勻，振搗密實、養(yǎng)護(hù)及時，重視混凝土養(yǎng)護(hù)，包括濕度與溫度兩方面，防止溫度變化過大引起混凝土表面開裂； 在現(xiàn)澆混凝土未達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度時不得拆除支撐、模板或堆載過重； 正確留置施工縫。3裂縫的處理45混凝土裂縫的修補(bǔ)措施主要有以下一些方法：表面修補(bǔ)法，結(jié)構(gòu)加固法，混凝土置換法，灌漿、嵌縫封堵法等。1)表面修補(bǔ)法：通常的處理措施是在裂縫的表面涂抹水泥漿、環(huán)氧膠泥或在混凝土表面涂刷油漆、瀝青等防腐材料，在防護(hù)的同時為了防止混凝土受各種作用的影響繼續(xù)開裂，通常可以采用在裂縫的表面粘貼玻璃纖

11、維布等措施。2)結(jié)構(gòu)加固法：當(dāng)裂縫影響到混凝土結(jié)構(gòu)的性能時，就要考慮采取加固法對混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行處理。結(jié)構(gòu)加固中常用的主要有以下幾種方法：加大混凝土結(jié)構(gòu)的截面面積，在構(gòu)件的角部外包型鋼、采用預(yù)應(yīng)力法加固、粘貼鋼板加固、增設(shè)支點加固以及噴射混凝土補(bǔ)強(qiáng)加固。3)混凝土置換法：混凝土置換法是處理嚴(yán)重?fù)p壞混凝土的一種有效方法，此方法是先將損壞的混凝土剔除，然后再置換入新的混凝土或其他材料。常用的置換材料有：普通混凝土或水泥砂漿、聚合物或改性聚合物混凝土或砂漿。4)灌漿、嵌縫封堵法：灌漿法主要適用于對結(jié)構(gòu)整體性有影響或有防滲要求的混凝土裂縫的修補(bǔ)，它是利用壓力設(shè)備將膠結(jié)材料壓入混凝土的裂縫中，膠結(jié)材料硬化

12、后與混凝土形成一個整體，從而起到封堵加固的目的。常用的膠結(jié)材料有水泥漿、環(huán)氧樹脂、甲基丙烯酸酯、聚氨酯等化學(xué)材料。嵌縫法是裂縫封堵中最常用的一種方法，它通常是沿裂縫鑿槽，在槽中嵌填塑性或剛性止水材料，以達(dá)到封閉裂縫的目的。常用的塑性材料有聚氯乙烯膠泥、塑料油膏、丁基橡膠等等；常用的剛性止水材料為聚合物水泥砂漿。4裂縫、微裂縫和混凝土的耐久性的關(guān)系人們普遍認(rèn)為，影響混凝土橋梁耐久性的一些主要原因，按主次順序，依次為：鋼筋的腐蝕、循環(huán)性冷凍與融化環(huán)境、堿硅反應(yīng)和硫酸鹽侵襲。上述每一項的膨脹開裂的機(jī)制中都牽扯到了水。不僅如此，水還是侵蝕性離子進(jìn)入混凝土內(nèi)部的主要載體。裂縫及其寬度對混凝土橋梁耐久起著

13、直接重要的作用，裂縫寬度大，結(jié)構(gòu)耐久性失效的可能性也大。裂縫寬度達(dá)某一值時，結(jié)構(gòu)的耐久性不能滿足要求。同時，鋼筋并不能消除或削減混凝土的收縮裂縫，它只是把一些大的裂縫變成細(xì)紋和微裂。然而，恰恰是那些肉眼看不見也無法測量的細(xì)紋和微裂才構(gòu)成潛在通道，最終為離子從混凝土表面運動到鋼筋建立了必要的通道，從而加速了混凝土橋梁的耐久性損失。無論對預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)或鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)來說，裂縫及其寬度對力筋腐蝕都有影響，且寬度不同其影響程度也不同。首先，裂縫加快了腐蝕的發(fā)生。在早期，裂縫寬度對力筋腐蝕影響較大，因為力筋去鈍化的時間取決于裂縫的寬度，然而腐蝕一旦開始，其影響程度大大降低。這時，腐蝕速度取決于未開裂處混凝土保護(hù)層的質(zhì)量和滲透性，混凝土保護(hù)層的質(zhì)量越好，滲透性越小，氧氣及水分的供給量也越少，腐蝕速度越慢，隨著碳化進(jìn)程的深入，毛細(xì)孔將逐漸被堵塞，使混凝土滲透性逐步降低，腐蝕速度也隨之下降。當(dāng)力筋腐蝕速度小到一定程度時，即在設(shè)計壽命期內(nèi)不影響其各項力學(xué)指