混凝土裂縫成因及分類概述

1、精品文檔1引言混凝土是目前用量最大的一種建筑材料 , 廣泛應(yīng)用于工業(yè)與民用建筑、農(nóng)林與城市建設(shè)、水利與海港工程。然而 , 許多混凝土結(jié)構(gòu)在建設(shè)與使用過程中出現(xiàn)了不同程度、不同形式的裂縫。這不僅影響建筑物的外觀 , 更危及建筑物的正常使用和結(jié)構(gòu)的耐久性。 因此 , 裂縫問題倍受人們關(guān)注。 近年來 , 隨著預拌混凝土的大力推廣應(yīng)用以及結(jié)構(gòu)形式日趨大型化、 復雜化 , 使得這一問題變得更為突出。 然而 , 混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫是一個相當普遍的現(xiàn)象 , 大量工程實踐以及近代科學關(guān)于混凝土強度的細觀研究都表明結(jié)構(gòu)物的裂縫是不可避免的 , 它是材料的一種特性。因此 , 科學地對待裂縫問題是在對裂縫進行分類、研

2、究的基礎(chǔ)上 , 采取有效的措施 , 將裂縫的有害程度控制在允許的范圍內(nèi)。本文將就混凝土結(jié)構(gòu)中常見裂縫的成因、控制措施以及修補方法作一些淺要分析。2 混凝土裂縫的分類2·1 按裂縫的成因劃分根據(jù)混凝土裂縫產(chǎn)生的原因 , 可分為結(jié)構(gòu)性裂縫與非結(jié)構(gòu)性裂縫兩大類。(1) 結(jié)構(gòu)性裂縫 由各種外荷載引起的裂縫 , 也稱荷載裂縫。它包括由外荷載的直接應(yīng)力引起的裂縫和在外荷載作用下結(jié)構(gòu)次應(yīng)力引起的裂縫。(2) 非結(jié)構(gòu)性裂縫 由各種變形變化引起的裂縫。 它包括溫差 , 干縮濕脹和不均勻沉降等因素引起的裂縫。 這類裂縫是在結(jié)構(gòu)的變形受到限制時引起的內(nèi)應(yīng)力造成的。從國內(nèi)外的研究資料以及大量的工程實踐看 ,

3、 非結(jié)構(gòu)性裂縫在工程中占了絕大多數(shù) , 約為 80%,其中以收縮裂縫為主導 15 。2·2 按裂縫產(chǎn)生的時間劃分(1) 施工期間出現(xiàn)的裂縫 2,4 包括塑性收縮裂縫、 沉降收縮裂縫、 干燥收縮裂縫、自身收縮裂縫、溫度裂縫、施工操作不當出現(xiàn)的裂縫、早期凍脹作用引起的裂縫以及一些不規(guī)則裂縫。(2) 使用期間出現(xiàn)的裂縫 4 包括鋼筋銹蝕膨脹產(chǎn)生的裂縫、 鹽堿類介質(zhì)及酸性侵蝕氣液引起的裂縫、 凍融循環(huán)造成的裂縫、 堿骨料反應(yīng)引起的裂縫以及循環(huán)動荷載作用下?lián)p傷累積引起的裂縫等。2·3 按裂縫的形狀劃分裂縫按形狀可分為 4: 縱向裂縫 , 平行于構(gòu)件底面 , 順筋分布 , 主要由鋼筋銹

4、蝕作用引起 : 橫向裂縫 , 垂直于構(gòu)件底面 , 主要由荷載作用、溫差作用引起 ; 剪切裂縫 , 由于豎向荷載或震動位移引起 ; 斜向裂縫、八字形或倒八字形裂縫 , 常見于墻體混凝土梁 , 主要因地基的不均勻沉降以及溫差作用引起 ; X 形裂縫 , 常見于框架梁、柱的端頭以及墻面上 , 由于瞬間的撞擊作用或者地震荷載作用引起 ;各種不規(guī)則裂縫 , 如反復凍融或火災等引起的裂縫。 此外 , 還有因混凝土拌和或運輸時間過長引起的網(wǎng)狀裂縫 , 現(xiàn)澆樓板四角出現(xiàn)的放射狀裂縫或板面出現(xiàn)的十字形裂縫等等。2·4按裂縫的發(fā)展狀態(tài)劃分根據(jù)裂縫所處的運動狀態(tài)及其發(fā)展趨勢, 可分為以下兩類 :(1) 穩(wěn)

5、定裂縫 這種裂縫不影響持久應(yīng)用 , 包括兩類。一類是在運動過程中可以自愈合的裂縫 , 常見于一些新建的防水工程中 , 這是由于裂縫處水泥顆粒在滲漏過程中與水進一步化合 , 析出 Ca(OH)2 晶體且部分 Ca(OH)2 又與溶解在水中的 CO2 發(fā)生碳化反應(yīng)形成 CaCO3結(jié)晶 , 兩者形成的凝膠物質(zhì)將膠合裂縫封閉 , 從而滲漏停止 , 裂縫達到自愈。另一類是處于穩(wěn)定運動中的裂縫 , 如在周期性荷載作用下產(chǎn)生的周期性擴展和閉合的裂縫。1歡迎下載精品文檔(2) 不穩(wěn)定裂縫 這種裂縫將產(chǎn)生不穩(wěn)定性的擴展 , 影響結(jié)構(gòu)物的持久使用 , 應(yīng)視其擴展部位 , 采取相應(yīng)的措施。3 混凝土常見裂縫的成因與

6、控制措施3·1 收縮裂縫收縮裂縫是由濕度變化引起的 , 它占混凝土非結(jié)構(gòu)性裂縫中的主要部分。我們知道 , 混凝土是以水泥為主要膠結(jié)材料 , 以天然砂、石為骨料加水拌合 , 經(jīng)過澆筑成型、凝結(jié)硬化形成的人工石材。 在施工中 , 為保證其和易性 , 往往加入比水泥水化作用所需的水分多45 倍的水。多出的這些水分以游離態(tài)形式存在, 并在硬化過程中逐步蒸發(fā) , 從而在混凝土內(nèi)部形成大量毛細孔、空隙甚至孔洞, 造成混凝土體積收縮。此外 , 混凝土硬化過程中水化作用和碳化作用也會引起混凝土體積收縮。根據(jù)有關(guān)試驗測定 , 混凝土最終收縮量約為0·04%0·06%。可見 , 收縮

7、是混凝土固有的物理特性 , 一般來說 , 水灰比越大、水泥強度越高、 骨料越少、 環(huán)境溫度越高、表面失水越大 , 則其收縮值越大 , 也越易產(chǎn)生收縮裂縫。 根據(jù)收縮裂縫的形成機理與形成時間 , 工程中常見的收縮裂縫主要有塑性收縮裂縫、沉降收縮裂縫和干燥收縮裂縫三類 , 此外 , 還有自身收縮 ( 化學減縮 ) 裂縫和碳化收縮裂縫。3·1·1塑性收縮裂縫塑性收縮裂縫發(fā)生在混凝土塑性階段 , 終凝之前。其形成原因是混凝土漿體中水分流向表面并迅速蒸發(fā) , 隨著失水的增加 , 毛細負壓產(chǎn)生的收縮力使混凝土表面產(chǎn)生急劇的體積收縮。而此時混凝土尚未形成強度 , 從而致使混凝土表面開裂。

8、這種裂縫多出現(xiàn)在干熱與刮風天氣中 , 裂縫較淺 , 中間寬、兩端細 , 長短不一 , 且互不連貫。3·1·2沉降收縮裂縫沉降收縮裂縫約在混凝土澆筑后半小時發(fā)生 , 并在硬化時停止。其形成原因是漿體在澆搗后發(fā)生不均勻沉落 , 粗骨料下沉 , 水泥凈漿上浮 , 當沉降受抑制 ( 如鋼筋或預埋件的阻擋 ) 時，使混凝土因剪切而開裂。此外在表面形成的浮漿層也會因泌水而開裂。這種裂縫多出現(xiàn)在混凝土表面 , 且沿主筋或箍筋通長方向分布 , 中間寬兩端窄 , 是一種常見的早期裂縫 , 尤其在泵送施工中更常見。3·1·3干燥收縮裂縫干燥收縮裂縫在混凝土養(yǎng)護完以后才出現(xiàn)。

9、 其形成原因主要是由于混凝土硬化后 , 水分蒸發(fā)引起混凝土表面干縮 , 當干縮變形受到混凝土內(nèi)部約束時 , 產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力使混凝土表面被拉裂。干縮裂縫一般產(chǎn)生在表面很淺的位置 , 多沿構(gòu)件短方向分布 , 呈平行線狀或網(wǎng)狀 , 嚴重時可貫穿整個構(gòu)件截面。3·1·4自身收縮裂縫自身收縮裂縫與外界濕度變化無關(guān) , 而是由于水泥熟料在水化反應(yīng)的過程中 , 反應(yīng)后生成物的平均密度變小而引起體系的體積收縮 ( 稱為化學減縮 ) 所致。主要是由于自由水轉(zhuǎn)化為水化產(chǎn)物的一部分 , 使它的比容降低 1/4( 即 0· 25cm3/g) 。因此 , 化學減縮量的大小取決于水泥水化產(chǎn)

10、物中化學結(jié)合水量的多少。3·1·5 碳化收縮裂縫碳化收縮裂縫是碳化作用所產(chǎn)生的游離態(tài)水蒸發(fā) , 引起漿體的收縮所致。碳化作用是指大氣中的 CO2在有水的條件下與水化產(chǎn)物作用生成 CaCO3、鋁膠、硅膠以及游離態(tài)水 , 這部分水蒸發(fā)引起混凝土體積收縮 ( 稱為碳化收縮 ), 其實質(zhì)是碳酸對水泥石的腐蝕作用。 一般水泥水化產(chǎn)物的堿度與空氣中 CO2濃度越高且濕度適中 (50%左右 ) 時, 越易發(fā)生碳化作用。因此 , 這種裂縫易出現(xiàn)在干濕交替的環(huán)境下 , 而干燥或水飽和環(huán)境下不易出現(xiàn) ; 且由于裂縫處析出的碳化產(chǎn)物將形成凝膠 ,。2歡迎下載精品文檔阻止 CO2進入 , 故一般僅

11、發(fā)生在表面。對以上收縮裂縫的防治可采取以下措施58:(1) 摻加高效減水劑、泵送劑以盡量降低用水量 ; 施工時 , 下料不宜過快 , 并振搗密實。(2) 對于早期收縮裂縫的防治 , 除加強早期養(yǎng)護外 , 宜在混凝土終凝前進行二次抹壓 , 在材料上可摻加促凝劑 , 且宜采用早期強度高、保水性好的普通硅酸鹽水泥 ; 對于干縮裂縫的防治 , 可以適當延長養(yǎng)護時間 , 材料上宜選用粉煤灰水泥或中低熱水泥等干縮率小的品種。(3) 盡可能降低水泥用量 , 增大粗骨料的含量 , 且宜選用石灰?guī)r作為粗骨料 , 因為它對收縮的抗裂性優(yōu)于安山巖和砂巖 ; 應(yīng)嚴格控制骨料的含泥量 , 砂率不宜過大 , 骨料應(yīng)具有良

12、好的級配。(4) 降低自身收縮裂縫的有效方法是盡量使用 C3A 含量低的水泥 , 因為硅酸鹽水泥熟料中 C3A的化學減縮量最大 , 是 C2S的 3 倍,C4AF 的 5 倍。(5) 防止碳化收縮裂縫關(guān)鍵是降低生成物的堿度 , 對新澆混凝土做好濕水養(yǎng)護 , 而對使用當中的混凝土結(jié)構(gòu)要盡量保持干燥 , 在 CO2等腐蝕性氣體含量高的環(huán)境下要做好防腐措施。(6) 混凝土澆筑抹光后要及時用潮濕的草墊或塑料薄膜覆蓋 , 風季施工時應(yīng)設(shè)擋風設(shè)施。3·2 溫度裂縫溫度裂縫是由于混凝土內(nèi)外溫差或季節(jié)氣溫變化過大而形成的。 在混凝土澆筑過程中 , 水泥水化反應(yīng)將放出大量的熱 ( 一般每克水泥可放出

13、502J 熱量 ), 使混凝土內(nèi)部溫度升高并在一定齡期出現(xiàn)溫峰 , 之后下降。由于混凝土內(nèi)部散熱慢而表面散熱快 , 必將在內(nèi)外形成溫差 , 為協(xié)調(diào)溫度變形 , 混凝土表面將產(chǎn)生拉應(yīng)力 ( 即溫度應(yīng)力 ), 當超過混凝土抗拉強度后將使之開裂。 這種裂縫多為貫穿性的 , 且較深 , 嚴重降低結(jié)構(gòu)的整體剛度 ; 一般在施工結(jié)束幾個月后出現(xiàn)。 此外 , 在混凝土養(yǎng)護期間 , 若受到寒流的侵襲 , 也會在混凝土表面引起裂縫 , 但較淺 , 危害性也較小?？刂茰囟攘芽p的產(chǎn)生主要是從降低溫差入手 , 可采取以下的防治措施 :(1) 在材料方面 , 宜采用粉煤灰水泥或 C3A和 C3S含量低的低熱水泥 , 盡

14、量減少水泥用量 , 可摻加緩凝高效減水劑 ; 對大體積混凝土 , 可適當摻入塊石 ; 在拌和水中摻冰屑并對骨料進行噴水冷卻。(2) 在施工方面 , 應(yīng)合理安排施工工序 , 改進施工工藝 , 如澆筑大體積混凝土時 , 在混凝土中布設(shè)水管循環(huán)導熱或分塊分層澆筑 ; 改善結(jié)構(gòu)約束條件 , 如較長結(jié)構(gòu)要設(shè)溫度縫或后澆帶 , 在基巖上澆筑時 , 要鋪 50100 mm砂層以消除其嵌固作用。(3) 在設(shè)計方面 , 主要是做好溫度應(yīng)力計算 , 根據(jù)可能產(chǎn)生的溫度應(yīng)力采取相應(yīng)的構(gòu)造措施 , 如適當?shù)嘏渲脺囟蠕摻?, 分擔混凝土溫度應(yīng)力。(4) 此外 , 尚需加強混凝土養(yǎng)護 , 做好表面保溫措施 ( 如蓄水養(yǎng)護

15、或覆蓋潮濕的草墊等 ), 適當延長拆模時間 , 以使混凝土表面緩慢散熱 ; 對于大體積混凝土 , 控制入模溫度 , 并進行測溫跟蹤 , 控制混凝土內(nèi)外溫度差在 25以內(nèi)。3·3 沉陷裂縫沉陷裂縫是建筑物建成后各部分發(fā)生不均勻沉降而引起的 , 多為貫穿性的 , 其位置與沉陷方向一致。 建筑物墻體的八字形或倒八字形的裂縫便是一種典型的沉陷裂縫。回填土未經(jīng)夯實處理 , 地層中含有軟弱下臥層 , 建筑物在使用過程中地基被。3歡迎下載精品文檔水 ( 雨水、生活用水等 ) 長期浸泡等原因都將引起建筑物的不均勻沉降 , 從而開裂。另外在新建工程的地基施工中 , 若不做好必要的措施 ( 如設(shè)擋土墻、

16、地下連續(xù)墻 ) 防止土坡失穩(wěn)或地下水倒灌 , 會削弱相鄰老建筑物的地基承載力 , 從而導致建筑物沉陷開裂。在混凝土施工中 , 因模板剛度不足、支撐間距過大、過早拆模等因素 , 也會出現(xiàn)沉陷裂縫。 沉陷裂縫往往嚴重影響建筑物的外觀 , 并危及結(jié)構(gòu)的耐久性 , 防止其產(chǎn)生的控制措施有 :(1) 在基礎(chǔ)設(shè)計時確保持力層的承載力與地基的均勻受力 , 在層高不同的部位以及新老建筑物連接處設(shè)置沉降縫。(2) 在施工中 , 模板要有足夠的強度和剛度 , 并支撐可靠 ; 另外 , 注意施工順序 , 如先高層后低層 , 先主體后裙房。(3) 施工前要做好地質(zhì)勘測工作 , 盡量選擇好的持力層 , 竣工后要避兔地基

17、受到雨水等浸泡。3·4 其他裂縫除上述裂縫外 , 在結(jié)構(gòu)的施工過程還會出現(xiàn)各種形式的施工裂縫 ; 在結(jié)構(gòu)使用過程中也會出現(xiàn)不同類型的腐蝕裂縫。(1) 施工裂縫 施工裂縫是由于施工中操作不當或構(gòu)件本身的剛度不夠等因素引起的。如預應(yīng)力工程中, 張拉不當會使構(gòu)件因尚末形成強度或強度不足而開裂;模板工程中 , 若混凝土與模板粘結(jié)則拆模或提升模板時易將混凝土拉裂 ; 吊裝工程中 , 會因構(gòu)件側(cè)向配筋少、剛度差或吊點不正確等因素而出現(xiàn)裂縫。防止這類裂縫的關(guān)鍵是嚴格按照施工規(guī)范進行 , 如預應(yīng)力張拉須在構(gòu)件強度達到 75%以上時進行 , 模板與混凝土間涂刷隔離劑 , 拆?；蚧龝r , 先均勻松動

18、, 再緩慢拆離或提升。(2) 腐蝕裂縫 腐蝕裂縫是由于結(jié)構(gòu)長期處于腐蝕性氣液的環(huán)境下引起的 , 它包括混凝土自身的腐蝕以及鋼筋的銹蝕。這類裂縫往往是由于混凝土不密實所導致的 , 它們通常與干縮裂縫、 溫度裂縫等共同作用 , 導致裂縫不斷擴展 , 最終削弱結(jié)構(gòu)的耐久性。控制的措施主要是做好混凝土表面及鋼筋的防腐處理 , 出現(xiàn)裂縫 , 應(yīng)及時修補。此外 , 若混凝土骨料中存在堿活性成分、 水泥中 MgO含量過高 (>5%)或 UEA等膨脹劑摻量過多 , 則會因發(fā)生堿骨料反應(yīng)或 MgO的水化反應(yīng) , 生成膨脹性的凝膠 , 造成混凝土膨脹開裂 , 形成的多為網(wǎng)狀或不規(guī)則裂縫。此類裂縫往往在結(jié)構(gòu)竣

19、工幾年后才出現(xiàn) , 因為上述化學反應(yīng)極為緩慢。防治的關(guān)鍵是消除或降低混凝土中此類物質(zhì)的存在。4 裂縫的處理混凝土結(jié)構(gòu)一旦開裂應(yīng)立即在鑒定的基礎(chǔ)上采取相應(yīng)的措施。目前 , 常用的修補方法有表面封閉法、壓力灌漿法及填堵法 1,8 。4·1表面封閉法針對寬度小于 0·2mm的微裂縫 , 可將聚合物水泥膏、 彈性密封膠或滲透性防水劑涂刷于裂縫表面 , 以恢復其防水性和耐久性。該法施工簡單 , 但僅適用于淺裂縫。(1) 工藝流程 : 表面刷毛并沖洗嵌補表面缺損 ( 可用環(huán)氧膠泥或乳膠水泥 ) 選材涂復。(2) 施工要點 ; 由于涂層較薄 , 應(yīng)選用粘結(jié)力強且不宜老化的材料 ; 對活動裂縫 , 應(yīng)采用延伸率較大的彈性材料 ; 涂復均勻 , 不得有氣泡。4·2 壓力灌漿法針對寬度大于 0· 3mm且深度較大的裂縫 , 可將化學灌漿材料 ( 如聚氨酯、環(huán)氧樹。4歡迎下載精品文檔脂或水泥漿液 ) 通過壓力灌漿設(shè)備注入到裂縫深處 , 以恢復結(jié)構(gòu)整體性、防水性及耐久性。(1) 工藝流程 : 鑿槽埋設(shè)漿嘴封縫密封檢查配制漿液灌漿封孔灌漿質(zhì)量檢查。(2) 施工要點 : 灌漿材料宜選用粘結(jié)力強、可灌性好的樹脂類材料 , 通常選用環(huán)氧樹