分析水泥砼裂縫成因與處理

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水泥砼是建筑工程中使用最廣泛、用量最多的一種混合材料,它具有許多優(yōu)點(diǎn)，但也存有一些弱點(diǎn),如均勻性差、離散性大，容易產(chǎn)生裂縫，尤其以裂縫為突出。它是長期困擾著我們工程技術(shù)人員的頭痛問題。
    一、水泥砼裂縫的分類
    水泥砼裂縫是混凝土的一種常見病和多發(fā)病。病情絕大多數(shù)發(fā)生于施工階段，其原因復(fù)雜多變，為了分析其成因，試作如下大致分類：
    從裂縫外觀可分成微觀裂縫和宏觀裂縫兩大類。
    微觀裂縫是指肉眼看不到的、水泥砼內(nèi)部固有的一種裂縫，它是不連貫的。寬度一般在0.05mm以下，但是要比肉眼可見的即宏觀裂縫多得多。這種水泥砼本身固有的微觀裂縫，在荷載不超過設(shè)計(jì)規(guī)定的條件下，一般視為無害。用實(shí)體顯微鏡觀察、X射線或超聲波探測儀等物理檢驗(yàn)手段都可鑒定出這種裂縫。另外一種最直接的方法就是用滲水觀察，一定壓力的水可以從水泥砼內(nèi)部的裂縫中滲透出來。
     宏觀裂縫寬度在0.05mm以上，并且認(rèn)為寬度小于0.2~0.3mm的裂縫是無害的，但這里必須有個前提，即裂縫不再擴(kuò)展，為最終寬度。
    宏觀裂縫可分為以下幾種：
    ⑴收縮裂縫：在施工階段因水泥水化熱及外部氣溫的作用引起水泥砼收縮而產(chǎn)生的裂縫。多為規(guī)則的條狀，很少交叉。常發(fā)生在結(jié)構(gòu)變截面處，往往與受力鋼筋平行。收縮裂縫多發(fā)生在大體積水泥砼中，梁、板、柱等小塊體構(gòu)件，特別是預(yù)應(yīng)力構(gòu)件極少產(chǎn)生收縮裂縫。水泥砼收縮裂縫危害較大，尤其是暴露在大氣中的構(gòu)筑物，影響更大。如不加以防止，可能會造成嚴(yán)重后果。
    ⑵超載裂縫：水泥砼構(gòu)件超荷載使用時(shí)，造成變形、失穩(wěn)或因疲勞等原因產(chǎn)生裂縫。一般均發(fā)生在構(gòu)件受彎矩最大的部位，成條狀，但分布不象收縮裂縫那樣均勻，擴(kuò)展方向也相反，一般沿受力鋼筋垂直方向或斜向發(fā)展。產(chǎn)生超載裂縫的原因，往往是施工階段在構(gòu)件上不適當(dāng)?shù)厥┘邮┕ず奢d或者是上部建筑過早施工。另外，溫度應(yīng)力影響也是原因之一。
    ⑶沉降裂縫：因地基差異沉降或構(gòu)件接合不良、剪應(yīng)力超過設(shè)計(jì)強(qiáng)度而產(chǎn)生的一種水泥砼裂縫，多見于填土地基、樁基沉降不均勻的各種基礎(chǔ)與墻體。這種裂縫一般與地面垂直，或成30°~40°角方向發(fā)展，寬度因荷載大小而異，與成降值成比例。沉降裂縫危害極大，并且極難處理。因此必須在設(shè)計(jì)上采取有效措施，施工、使用中也要加強(qiáng)觀測、監(jiān)視。
    ⑷龜裂裂縫：施工階段因配料、攪拌、澆筑、養(yǎng)護(hù)等各環(huán)節(jié)的操作不當(dāng)均能產(chǎn)生，其中以養(yǎng)護(hù)環(huán)節(jié)為關(guān)鍵。裂縫成龜殼狀或散射狀，無規(guī)律，長度、寬度也不一致。
    ⑸疏松裂縫：水泥砼澆筑時(shí)因下料不均，致使水泥砼材料離析，或因漏振、過振而產(chǎn)生的疏松狀態(tài)裂縫。如果它延續(xù)到水泥砼表面，當(dāng)然容易發(fā)現(xiàn)，如果只產(chǎn)生在水泥砼內(nèi)部，則不能直接表現(xiàn)出來。這種疏松帶長度不等，視下料或振搗情況而異。
    二、裂縫的成因
    水泥砼裂縫成因很多，但可以主要?dú)w納為以下幾點(diǎn)：
    ⑴水泥砼的收縮。收縮是水泥砼的一個主要特性，對水泥砼的性能有很大影響。由于收縮而產(chǎn)生的微觀裂縫一旦發(fā)展，則有可能引起結(jié)構(gòu)物的開裂、變形甚至破壞。
    ⑵溫度應(yīng)力。水泥砼內(nèi)的水泥在水化反應(yīng)中散出大量熱量，使水泥砼升溫，并與外部氣溫形成一定的溫差，從而產(chǎn)生溫度應(yīng)力。其大小與溫差有關(guān)，并直接影響到水泥砼的開裂及裂縫寬度。
    ⑶配筋不足。從實(shí)踐中觀察到，配筋間距大，配筋率小的水泥砼結(jié)構(gòu)開裂多，無筋水泥砼比有筋水泥砼開裂多。
    ⑷水泥砼材料及配合比。配合比設(shè)計(jì)不當(dāng)直接影響水泥砼的抗拉強(qiáng)度，是造成水泥砼開裂不可忽視的原因。配合比不當(dāng)指水泥用量過大，水灰比大，含砂率不適當(dāng)，骨料種類不佳，選用外加劑不當(dāng)?shù)龋@幾個因素是互相關(guān)聯(lián)的。有關(guān)試驗(yàn)資料顯示：用水量不變時(shí)，水泥用量每增加10%，混凝土收縮增加5%;水泥用量不變時(shí)，用水量每增加10%，混凝土強(qiáng)度降低20%，混凝土與鋼筋的粘結(jié)力降低10%。
    ⑸養(yǎng)護(hù)條件。養(yǎng)護(hù)是使水泥砼正常硬化的重要手段。養(yǎng)護(hù)條件對裂縫的出現(xiàn)有著關(guān)鍵的影響。在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下，水泥砼硬化正常，不會開裂，但只適用于試塊或是工廠的預(yù)制件生產(chǎn)， 現(xiàn)場施工中不可能擁有這種條件。但是必須注意到，現(xiàn)場水泥砼養(yǎng)護(hù)越接近標(biāo)準(zhǔn)條件，水泥砼開裂可能性就越小。
    ⑹施工質(zhì)量。水泥砼澆筑施工中，振搗不均勻，或是漏振、過振等情況，會造成水泥砼離析、密實(shí)度差、降低結(jié)構(gòu)的整體強(qiáng)度。水泥砼內(nèi)部氣泡不能完全排除時(shí)，裂縫在鋼筋表面 泡則降低了水泥砼與鋼筋的粘結(jié)力。鋼筋若受到過多振動，則水泥漿在鋼筋周圍密集，也將大大降低粘結(jié)力。
這些因素都會造成水泥砼較大的收縮，致使水泥砼微觀裂縫迅速擴(kuò)展，形成宏觀裂縫。
    三、水泥砼裂縫預(yù)防措施
    根據(jù)水泥砼裂縫成因，采取適當(dāng)措施進(jìn)行預(yù)防要比事后補(bǔ)救有效的多。也就是說采取以防為主的方法，歸納起來，可以從以下幾個方面著手：
    ⑴設(shè)計(jì)方面。在設(shè)計(jì)上要注意到那些容易開裂的部位，如深基與淺基、高低跨處等，應(yīng)考慮到由于地基的差異沉降或結(jié)構(gòu)原因而引起的薄弱環(huán)節(jié)，在設(shè)計(jì)中加以解決。在構(gòu)件截面允許、配筋率不變而且澆筑方便的條件下，鋼筋直徑越細(xì)、間距越小則對預(yù)防開裂越有利。
    ⑵施工方案方面。良好的施工方案與預(yù)防、控制裂縫有很大的關(guān)系。施工方案主要應(yīng)確定一定澆筑量、施工縫間距、位置及構(gòu)造、澆筑時(shí)間、運(yùn)輸及振搗等。一次澆筑長度由垂直施工縫分割，最好是設(shè)置在變截面處或承受拉、剪、彎應(yīng)力較小的部位。除控制一次澆筑厚度外，分層位置即水平施工縫留設(shè)位置也應(yīng)加以注意，一般來說，因盡量留在變截面處，或遠(yuǎn)離受拉鋼筋部位而設(shè)在水泥砼的受壓區(qū)，確定澆筑時(shí)間的原則應(yīng)盡量避開炎熱天氣和晝夜溫差大的日子。如果必須在夏季施工，則應(yīng)采取材料降溫措施來控制水泥砼入模溫度。
    ⑶施工質(zhì)量方面。由于施工質(zhì)量原因而產(chǎn)生的裂縫發(fā)生率在95%以上。如果在施工階段控制住了裂縫，則在使用階段開裂的可能性就很小了。因此，施工階段是裂縫預(yù)防的主要階段，在施工階段要注意以下幾個問題：首先水泥砼要有合適的配合比，選擇合適的配合比，不僅要滿足強(qiáng)度要求、施工要求，還要從防止產(chǎn)生裂縫的需要出發(fā)。適當(dāng)?shù)剡x擇好水灰比，在滿足強(qiáng)度要求的原則下，盡可能減少水泥用量。其次鋼筋的成型和模板安裝位置要準(zhǔn)確、牢固，以免施工中變形。鋼筋上的污物和氧化鐵皮要清除，以免影響粘結(jié)力。第三是澆筑、振搗操作合理，特別是振搗操作技術(shù)，往往不被人們重視。過分地振搗對水泥砼均勻性有害，振搗不足也不能保證水泥砼應(yīng)有的密實(shí)度，要恰到好處。
    ⑷養(yǎng)護(hù)方面。養(yǎng)護(hù)的目的是使水泥砼正常硬化，強(qiáng)度增長，不受或少受外界影響。技術(shù)關(guān)鍵是設(shè)法使水泥砼溫度級慢慢下降到接近外界氣溫，縮小降溫過程中的溫差。以便減小溫度應(yīng)力，阻力裂縫的產(chǎn)生。
常規(guī)養(yǎng)護(hù)方法是噴水，對一般水泥砼結(jié)構(gòu)，減小表面收縮，防止龜裂是可行的。大體積水泥砼由于塊體內(nèi)外溫度不一致，強(qiáng)度增長不同，常常是在強(qiáng)度增長慢的表面開裂，其養(yǎng)護(hù)就不能只滿足于用常規(guī)方法。具體說，盡量晚拆模，拆模后要立即覆蓋或及時(shí)回填，避開外界氣候的影響，養(yǎng)護(hù)期應(yīng)以水泥砼強(qiáng)度增長最快的階段為準(zhǔn)，即7至28天，最好能長些。
    四、水泥砼裂縫常見修補(bǔ)方法
    ⑴壓力注漿法修補(bǔ)裂縫。a.機(jī)械動力法：利用壓送設(shè)備（壓力0.2~0.4Mpa）將補(bǔ)縫漿液注入水泥砼裂隙，達(dá)到閉塞的目的，該方法屬傳統(tǒng)方法，效果很好。b.低壓注漿法：利用彈性補(bǔ)縫器將注縫膠注入裂縫，不用電力，十分方便效果也很理想。
    ⑵開槽填補(bǔ)法修補(bǔ)裂縫
沿水泥砼裂縫開鑿成槽，用聚合物水泥砂漿將其填補(bǔ)封閉的方法稱為開槽填補(bǔ)修補(bǔ)法。適用于結(jié)構(gòu)允許開槽而寬度較大但數(shù)量不多的裂縫，如墩臺或路面水泥砼的裂縫。
    ⑶涂膜封閉法修補(bǔ)裂縫
在水泥砼表面涂刷防水涂膜以封閉微細(xì)裂縫的修補(bǔ)方法稱涂膜封閉法，適用于寬度小于0.2mm的微細(xì)裂縫的修補(bǔ)。