混凝土裂縫成因及分類概述

1、1引言混凝土就是目前用量最大得一種建筑材料 ,廣泛應用于工業(yè)與民用建筑、農(nóng)林與 城市建設、水利與海港工程。然而 ,許多混凝土結構在建設與使用過程中出現(xiàn)了 不同程度、不同形式得裂縫。這不僅影響建筑物得外觀 ,更危及建筑物得正常使 用與結構得耐久性。因此 ,裂縫問題倍受人們關注。近年來 ,隨著預拌混凝土得大 力推廣應用以及結構形式日趨大型化、復雜化 ,使得這一問題變得更為突出。然 而 ,混凝土結構得裂縫就是一個相當普遍得現(xiàn)象 ,大量工程實踐以及近代科學關于 混凝土強度得細觀研究都表明結構物得裂縫就是不可避免得,它就是材料得一種特性。因此 ,科學地對待裂縫問題就是在對裂縫進行分類、研究得基礎上 ,采

2、取有 效得措施 ,將裂縫得有害程度控制在允許得范圍內(nèi)。本文將就混凝土結構中常見 裂縫得成因、控制措施以及修補方法作一些淺要分析。2 混凝土裂縫得分類2·1 按裂縫得成因劃分根據(jù)混凝土裂縫產(chǎn)生得原因 ,可分為結構性裂縫與非結構性裂縫兩大類。(1) 結構性裂縫 由各種外荷載引起得裂縫 ,也稱荷載裂縫。它包括由外荷載得直 接應力引起得裂縫與在外荷載作用下結構次應力引起得裂縫。(2) 非結構性裂縫 由各種變形變化引起得裂縫。它包括溫差 ,干縮濕脹與不均勻 沉降等因素引起得裂縫。 這類裂縫就是在結構得變形受到限制時引起得內(nèi)應力造 成得。從國內(nèi)外得研究資料以及大量得工程實踐瞧 , 非結構性裂縫在

3、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)生得時間劃分(1) 施工期間出現(xiàn)得裂縫 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)得裂縫、 早期凍脹作用引起得裂縫 以及一些不規(guī)則裂縫。(2) 使用期間出現(xiàn)得裂縫 4 包括鋼筋銹蝕膨脹產(chǎn)生得裂縫、鹽堿類介質及酸性 侵蝕氣液引起得裂縫、 凍融循環(huán)造成得裂縫、 堿骨料反應引起得裂縫以及循環(huán)動 荷載作用下?lián)p傷累積引起得裂縫等。2·3 按裂縫得形狀劃分裂縫按形狀可分為 4: 縱向裂縫 ,平行于構件底面 ,順筋分布 ,主要由鋼筋銹蝕作 用引起

4、:橫向裂縫,垂直于構件底面 ,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 ,主要因地基得不均勻沉降以及溫差作用引起 ;X 形裂縫 ,常見于框架 梁、柱得端頭以及墻面上 ,由于瞬間得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得裂縫。此外 ,還有因混凝土拌與或運輸時間 過長引起得網(wǎng)狀裂縫 ,現(xiàn)澆樓板四角出現(xiàn)得放射狀裂縫或板面出現(xiàn)得十字形裂縫 等等。2·4 按裂縫得發(fā)展狀態(tài)劃分 根據(jù)裂縫所處得運動狀態(tài)及其發(fā)展趨勢 ,可分為以下兩類 :(1) 穩(wěn)定裂縫 這種裂縫不影響持久應用

5、 ,包括兩類。一類就是在運動過程中可以 自愈合得裂縫 ,常見于一些新建得防水工程中 ,這就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 又與溶解在水中得 CO2 發(fā)生碳化反應形成 CaCO3 結晶 ,兩者形成得凝膠物質將膠合裂縫封閉 ,從而 滲漏停止 ,裂縫達到自愈。另一類就是處于穩(wěn)定運動中得裂縫 ,如在周期性荷載作 用下產(chǎn)生得周期性擴展與閉合得裂縫。（2）不穩(wěn)定裂縫 這種裂縫將產(chǎn)生不穩(wěn)定性得擴展 ,影響結構物得持久使用 ,應視 其擴展部位 ,采取相應得措施。3 混凝土常見裂縫得成因與控制措施3·1 收縮裂縫收縮裂縫就是由濕度變

6、化引起得 ,它占混凝土非結構性裂縫中得主要部分。我們 知道,混凝土就是以水泥為主要膠結材料 ,以天然砂、 石為骨料加水拌合 ,經(jīng)過澆筑 成型、凝結硬化形成得人工石材。在施工中 ,為保證其與易性 ,往往加入比水泥水 化作用所需得水分多 45 倍得水。多出得這些水分以游離態(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與碳化作用也會引起混凝土體積收 縮。根據(jù)有關試驗測定 ,混凝土最終收縮量約為 0·04%0·06%?？梢?,收縮就是 混凝土固有得物理特性 ,一般來說 ,水灰比越大、水

7、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 得形成機理與形成時間 ,工程中常見得收縮裂縫主要有塑性收縮裂縫、沉降收縮 裂縫與干燥收縮裂縫三類 ,此外,還有自身收縮 （化學減縮 ）裂縫與碳化收縮裂縫。 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。其形成原因就是混凝土漿體中 水分流向表面并迅速蒸發(fā) ,隨著失水得增加 ,毛細負壓產(chǎn)生得收縮力使混凝土表面 產(chǎn)生急劇得體積收縮。而此時混凝土尚未形成強度 ,從而致使混凝土表面開裂。 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

8、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。其形成原因就是 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 或預埋件得阻擋 ）時 ,使混凝土因剪切而開裂。此外在表面形成得浮漿層也會因泌 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 ,就是一種常見得早期裂縫 ,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)。 其形成原因主要就是由于混凝土硬化 后 ,水分蒸發(fā)引起混凝土表面干縮 ,當

9、干縮變形受到混凝土內(nèi)部約束時 ,產(chǎn)生較大 得拉應力使混凝土表面被拉裂。干縮裂縫一般產(chǎn)生在表面很淺得位置,多沿構件短方向分布 ,呈平行線狀或網(wǎng)狀 ,嚴重時可貫穿整個構件截面。3·1·4 自身收縮裂縫 自身收縮裂縫與外界濕度變化無關 ,而就是由于水泥熟料在水化反應得過程中 ,反 應后生成物得平均密度變小而引起體系得體積收縮 （稱為化學減縮 ）所致。主要就 是由于自由水轉化為水化產(chǎn)物得一部分 ,使它得比容降低 1/4（即 0·25cm3/g）。因 此,化學減縮量得大小取決于水泥水化產(chǎn)物中化學結合水量得多少。3·1·5 碳化收縮裂縫 碳化收縮裂縫就是碳

10、化作用所產(chǎn)生得游離態(tài)水蒸發(fā) ,引起漿體得收縮所致。碳化 作用就是指大氣中得 CO2 在有水得條件下與水化產(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 ）,其實質就 是碳酸對水泥石得腐蝕作用。一般水泥水化產(chǎn)物得堿度與空氣中 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)在干濕交替得 環(huán)境下 ,而干燥或水飽與環(huán)境下不易出現(xiàn) ;且由于裂縫處析出得碳化產(chǎn)物將形成凝膠 , 阻止 CO2 進入,故一般僅發(fā)生在表面。對以上收縮裂縫得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

11、時 ,下料不宜過快 ,并振搗密 實。(2)對于早期收縮裂縫得防治 ,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、保水性好得普通硅酸鹽水泥;對于干縮裂縫得防治 ,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 水泥等干縮率小得品種。(3) 盡可能降低水泥用量 ,增大粗骨料得含量 ,且宜選用石灰?guī)r作為粗骨料 ,因為它 對收縮得抗裂性優(yōu)于安山巖與砂巖 ;應嚴格控制骨料得含泥量 ,砂率不宜過大 ,骨 料應具有良好得級配。(4) 降低自身收縮裂縫得有效方法就是盡量使用 C3A含量低得水泥 ,因為硅酸鹽水 泥熟料中 C3A 得化學減縮量最大 ,

12、就是 C2S得 3倍,C4AF 得 5倍。(5) 防止碳化收縮裂縫關鍵就是降低生成物得堿度,對新澆混凝土做好濕水養(yǎng)護 ,而對使用當中得混凝土結構要盡量保持干燥 ,在 CO2等腐蝕性氣體含量高得環(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得草墊或塑料薄膜覆蓋 ,風季施工時應設擋風 設施。3· 2 溫度裂縫 溫度裂縫就是由于混凝土內(nèi)外溫差或季節(jié)氣溫變化過大而形成得。 在混凝土澆筑 過程中 ,水泥水化反應將放出大量得熱 (一般每克水泥可放出 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

13、協(xié)調(diào)溫度變形 ,混凝土表面將產(chǎn)生拉應力 (即溫度 應力),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得 ,且較深 ,嚴重 降低結構得整體剛度 ; 一般在施工結束幾個月后出現(xiàn)。此外 ,在混凝土養(yǎng)護期間 , 若受到寒流得侵襲 ,也會在混凝土表面引起裂縫 ,但較淺,危害性也較小。 控制溫度 裂縫得產(chǎn)生主要就是從降低溫差入手 ,可采取以下得防治措施 : (1)在材料方面 ,宜采用粉煤灰水泥或 C3A 與 C3S 含量低得低熱水泥 ,盡量減少水 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 ;在拌與水中摻 冰屑并對骨料進行噴水冷卻。(2)在施工方面 ,應合理安排施工工序

14、 ,改進施工工藝 ,如澆筑大體積混凝土時 ,在混 凝土中布設水管循環(huán)導熱或分塊分層澆筑 ;改善結構約束條件 ,如較長結構要設溫 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) 在設計方面 ,主要就是做好溫度應力計算 ,根據(jù)可能產(chǎn)生得溫度應力采取相應 得構造措施 ,如適當?shù)嘏渲脺囟蠕摻?,分擔混凝土溫度應力。(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)護或覆蓋潮濕得草墊 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

15、縫 沉陷裂縫就是建筑物建成后各部分發(fā)生不均勻沉降而引起得,多為貫穿性得 ,其位置與沉陷方向一致。 建筑物墻體得八字形或倒八字形得裂縫便就是一種典型得沉 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水 (雨水、生活用水等 )長期浸泡等原因都將引起建筑物得不均勻沉降 ,從而開 裂。另外在新建工程得地基施工中 ,若不做好必要得措施 (如設擋土墻、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得地基承載力 ,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得外觀,

16、并危及結構得耐久性 ,防止其產(chǎn)生得控制措施有 : (1)在基礎設計時確保持力層得承載力與地基得均勻受力 ,在層高不同得部位以及 新老建筑物連接處設置沉降縫。(2)在施工中,模板要有足夠得強度與剛度 ,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) 施工前要做好地質勘測工作 ,盡量選擇好得持力層 ,竣工后要避兔地基受到雨 水等浸泡。3·4 其她裂縫 除上述裂縫外 ,在結構得施工過程還會出現(xiàn)各種形式得施工裂縫 ;在結構使用過程 中也會出現(xiàn)不同類型得腐蝕裂縫。(1)施工裂縫 施工裂縫就是由于施工中操作不當或構件本身得剛度不夠等因素 引起得。如預應力工程中 ,張拉

17、不當會使構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則拆模或提升模板時易將混凝土拉裂 ;吊裝工程 中,會因構件側向配筋少、剛度差或吊點不正確等因素而出現(xiàn)裂縫。防止這類裂 縫得關鍵就是嚴格按照施工規(guī)范進行 ,如預應力張拉須在構件強度達到 75%以上 時進行 ,模板與混凝土間涂刷隔離劑 ,拆模或滑升時 ,先均勻松動 ,再緩慢拆離或提 升。(2)腐蝕裂縫 腐蝕裂縫就是由于結構長期處于腐蝕性 氣液得環(huán)境下引起得 ,它包括混凝土自身得腐蝕以及鋼筋得銹蝕。這類裂縫往往 就是由于混凝土不密實所導致得 ,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 ,最終削弱結構得

18、耐久性。控制得措施主要就是做好混凝土表面 及鋼筋得防腐處理 ,出現(xiàn)裂縫 ,應及時修補。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)生堿骨料反應或 MgO 得水化反應 ,生成膨脹性得凝膠 ,造 成混凝土膨脹開裂 ,形成得多為網(wǎng)狀或不規(guī)則裂縫。此類裂縫往往在結構竣工幾 年后才出現(xiàn) ,因為上述化學反應極為緩慢。防治得關鍵就是消除或降低混凝土中 此類物質得存在。4 裂縫得處理 混凝土結構一旦開裂應立即在鑒定得基礎上采取相應得措施。目前,常用得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

19、于 0· 2mm 得微裂縫 ,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 ,以恢復其防水性與耐久性。 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 ,應選用粘結力強且不宜老化得材料 ;對活動裂縫 , 應采用延伸率較大得彈性材料 ;涂復均勻 ,不得有氣泡。4·2 壓力灌漿法 針對寬度大于 0·3mm 且深度較大得裂縫 ,可將化學灌漿材料 (如聚氨酯、環(huán)氧樹 脂或水泥漿液 )通過壓力灌漿設備注入到裂縫深處 ,以恢復結構整體性、防水性及 耐久性。(1)工藝流程 :鑿槽埋設漿嘴封縫密封檢查配制漿液灌漿封孔灌漿 質量檢查。(2)施工要點 :灌漿材料宜選用粘結力強、可灌性好得樹脂類材料 ,通常選用環(huán)氧