裂缝产生的原因及防治措施

对钢筋混凝土梁裂缝的分析与处理 裂缝是固体材料中的某种不连续现象 属于材料强度理论范畴 工程裂缝现象是各类 建 构 筑物中普遍存在的一种质量缺陷 裂缝及其扩展是结构破坏和倒塌的先兆 裂 缝降低了结构的承载力 裂缝引起钢筋锈蚀 混凝土碳化 保护层脱落 渗漏及构件 持久强度的降低等 对混凝土的细观研究及工程实践证明 裂缝是难于避免的 是一种材料特征 如对建 筑物抗裂要求过高 将会付出巨大的经济代价 结构设计是以极限承载力为基础 但 大多数工程的适用标准却是由裂缝控制 世界上绝大多数国家都是以其经济能力来决 定对建筑物裂缝控制的宽严程度 裂缝按成因分为主应力裂缝 次应力裂缝和变形 温度 湿度 地基变形 裂缝 按形 状分为表面裂缝 贯穿裂缝 竖向裂缝 水平裂缝 斜裂缝 外宽内窄裂缝 上宽下 窄裂缝 上窄下宽裂缝 枣核形裂缝和对角线式裂缝 按裂缝扩展状态分为愈合裂缝 闭合裂缝 运动裂缝 稳定裂缝和不稳定裂缝 按极限状态设计理论 工程设计必须满足承载力极限状态和正常使用极限状态 承载 力极限状态是建筑物安全需要 正常使用极限状态是从生产 生活 精神方面的要求 混凝土结构最大裂缝宽度控制标准根据环境和使用条件来制定 无腐蚀介质 无防渗要 求时为 0 3 0 4mm 轻微腐蚀 无防渗要求时为 0 2 0 3mm 严重腐蚀 有防渗要 求时为 0 1 0 2mm 普通钢筋混凝土构件内力接近 30 极限荷载 混凝土应力达到抗拉强度 钢筋应力达到 50 一 60MPa 时出现裂缝 裂缝宽度在 0 05 0 1mm 这种裂缝不影响结构安全 还可承受 70 一 80 极限荷载 许多工 程的梁式结构 框架结构仅在自重作用下出现受拉区开裂或剪力区主拉应力裂缝 有 的因拆模过早 抗拉强度不足 裂缝是常见的 但其极限承载力不会降低 总的安全 度不变 变形裂缝较多出现在刚架 特种结构 组合结构等超静定结构中 但这类结 构承载力安全储备充足 韧性良好 能适应较大变形而不致倒塌 处理这类裂缝时 可根据裂缝出现后应力衰减情况从宽控制 实践表明 有些裂缝是无害的 或者其 害处是可为人类所控制的 对工程结构裂缝特征 机理和控制的研究 是有现实意义 的 虽然 国内外的专家 学者在这方面积累了一些经验和技术资料 但尚嫌不足 为此 本文作者经长期系统地试验和整理 并提升到理论高度进行了综合分析 现就 对于混凝土梁裂缝特征 开裂原因的分析和裂缝处理方法总结如下 2 钢筋混凝土梁式构件裂缝与处理 2 1 钢筋混凝土梁侧面竖向裂缝和龟裂缝 钢筋混凝土梁侧面竖向裂缝和龟裂缝如图 1 所示 这类裂缝特征 竖向裂缝一般沿梁 长度方向基本等距 裂缝高度多在梁高中部 呈中间大两头小的趋势 深浅不一 严 重时 裂缝深度可达 100 200mm 更严重时 则出现穿透裂缝 龟裂缝多在梁上下 边缘出现 且沿梁长非均匀分布 裂缝深度浅 为表层裂缝 开裂原因 产生竖向裂 缝的原因是混凝土养护时浇水不够 特别是在拆模后未做潮湿养护 夏季施工时易于 发生 是一种干缩裂缝 产生龟裂缝的原因是模板浇水不够 特别是采用未经水湿透 的木模时 容易产生这种裂缝 控制处理 对这类裂缝 裂缝宽度小于 0 1mm 的可不 处理 裂缝宽度为 0 1 0 3mm 的作表面封闭处理 裂缝宽度为 0 3 1 0mm 的可用 环氧树脂浆液灌注 裂缝宽度大于 1 0mm 的可用微膨胀水泥浆液修补 修补前 应 在裂缝表面涂刷一层水泥浆界面剂 对比较严重的龟裂缝 因其混凝土强度较低 甚 至出现剥皮掉角现象 则应将疏松部分清除并凿毛 用高强度水泥砂浆嵌补 钢筋混凝土梁水平顺筋裂缝如图 2 所示 这类裂缝特征 裂缝与钢筋方向一致 较多 出现在已交工使用一段时间后的钢筋混凝土梁上 随着时间的推移 有逐渐发展的趋 势 裂缝原因 钢筋锈蚀 氧化铁膨胀所致 更进一步是混凝土保护层过薄 使用了 含氯外加剂 使用环境中富含腐蚀性气体或液体侵入混凝土 工业厂房中常见这种裂 缝 钢筋混凝土梁水平顺筋裂缝会导致钢筋和混凝土之间的粘结率降低 甚至危及结 构安全和耐久性 因此 需进行补强加固处理 预防措施包括 设计时 考虑加大保 护层厚度 施工时 将钢筋骨架固定好后 主筋下部加垫块 确保混凝土保护层厚度 使用不含氯化物的外加剂 对钢筋混凝土梁做好防腐处理并做好维护 加固处理 一般情况下 先将裂缝用环氧胶泥嵌补 然后 采用外包型钢加固 外包 钢筋混凝土套加固 预应力水平拉杆加固 预应力下撑式拉杆加固 粘钢加固等技术 措施进行加固处理 2 3 钢筋混凝土梁集中荷载处的裂缝 钢筋混凝土梁集中荷载处的裂缝如图 3 所示 这类裂缝特征 在次梁与主梁交接处 次梁下面两侧出现斜向裂缝 属荷载作用裂缝 裂缝原因 设计或施工混凝土强度过 低 设计加密箍筋或吊筋配筋不足 施工时钢筋上移 预防措施 按规范规定设计横 向钢筋 施工时 应保证混凝土施工质量和钢筋定位准确 这类裂缝通常需进行加固 处理 处理方法 采用粘钢板加固技术措施进行加固处理 2 4 钢筋混凝土主梁两端上部斜裂缝 钢筋混凝土主梁两端上部斜裂缝如图 4 所示 这类裂缝特征 裂缝分布在主梁两端上 部 呈斜向裂缝 裂缝宽度表现为上口大下口小裂缝多在交工使用后出现 裂缝原因 主梁两端有较强约束造成 如薄腹梁两端上部有刚性较大的天窗架 由于天窗架与薄 腹梁两端预埋件焊牢 则当薄腹主梁在荷载作用下变形时 在梁两端产生一定的弯矩 和剪力 造成梁端出现裂缝 预防措施 在梁端配置一定数量的构造钢筋 处理方法 一般情况下 采用粘钢加固技术措施进行加固处理 2 5 钢筋混凝土连续梁负弯矩裂缝 钢筋混凝土连续梁负弯矩裂缝如图 5 所示 这类裂缝特征 裂缝出现在近支座部位或 主次梁交接部位 裂缝宽度上大下小 至梁下口受拉主筋处闭合 裂缝原因 钢筋混 凝土梁上口负弯矩过大 导致负弯矩受拉区开裂 预防措施 在梁端配置一定数量的 构造钢筋 处理方法 采用粘钢加固技术措施进行加固处理 2 6 钢筋混凝土梁垂直裂缝和斜裂缝 钢筋混凝土梁垂直裂缝和斜裂缝如图 6 所示 这类裂缝特征 垂直裂缝多出现在梁跨 中部位 钢筋混凝土梁垂直裂缝和斜裂缝多出现 在梁两端 这类裂缝多在施工阶段或使用阶段出现 属典型的荷载裂缝 裂缝原因 主要有设计和施工两个方面的原因 设计截面尺寸选择不当 正截面受拉主筋配筋不 足 斜截面横向箍筋配筋不足等因素 均可导致产生钢筋混凝土梁垂直裂缝和斜裂缝 施工时 混凝土实际强度偏低 受拉主筋上浮移位或少放 斜截面横向箍筋少放 施 工荷载超载等因素 也会导致产生钢筋混凝土梁垂直裂缝和斜裂缝 使用荷载过大 也会产生这类裂缝 钢筋混凝土梁垂直裂缝和斜裂缝是典型的荷载裂缝 严重时 将 危及结构安全使用 因此 需查明产生裂缝的原因 针对不同情况和危害程度进行补 强加固处理 处理方法 一般情况下 先将裂缝用环氧胶泥嵌补 然后 采用外包型 钢加固 外包钢筋混凝土套加固 预应力水平拉杆加固 预应力下撑式拉杆加固 粘 钢加固 u 形箍加固等技术措施进行加固处理 2 7 钢筋混凝土梁受压区裂缝 钢筋混凝土梁受压区层状裂缝如图 7 所示 这类裂缝特征 裂缝出现在钢筋混凝土梁 受压区附近 水平裂缝和垂直裂缝交织 形成网状 裂缝原因 钢筋混凝土梁受压区 配筋不足 设计截面尺寸选择不当 施工时 混凝土实际强度偏低 受压区主筋下浮 移位或少放 施工荷载超载 使用荷载过大 也会产生这类裂缝 钢筋混凝土梁受压 区层状裂缝 是典型的荷载裂缝 严重时 将危及结构安全使用 处理方法 一般情 况下 在受压区采用粘钢加固技术措施进行加固处理 2 8 钢筋混凝土圈梁 框架梁 基础梁斜裂缝 这类裂缝特征一般呈斜向裂缝 较集中在跨中部位 但有时也可能出现在端部 如框架 梁 且贯穿整个梁高 裂缝原因 主要是基础不均匀沉降所引起 裂缝高端指向地基 不均匀沉降方向 图 8 所示钢筋混凝土圈梁 框架梁 基础梁斜裂缝 是比较典型的 基础不均匀沉降裂缝 严重时 将危及建筑物安全使用 因此 在处理这类裂缝以前 首先应查明基础下沉的原因 并采取措施确保地基不再继续下沉 再进行补强加固处 理 处理方法 采用外包型钢加固和粘钢板加固技术措施进行加固处理 2 9 钢筋混凝土屋面梁温度裂缝 对 176 根屋面大梁检查 其中 82 根薄腹梁 88 根花篮梁 6 根预制装配梁均有贯穿 性裂缝 用矩形梁和花篮梁比对试验 结果矩形梁因表面用油毡隔离 屋面板热膨胀 而梁温度应力极小而未开裂 花篮梁开裂 裂缝形态如图 9 所示 A 型裂缝 原因是 梁的跨度大而配筋率较小 裂缝一直延伸到梁底 裂缝间距 0 7 1 0m 左右 跨中集 中 最大宽度 1 2mm 大梁初看很危险 其实裂缝对大梁挠度的增加相对于正常使 用荷载下的挠度仍很小 B 型裂缝主要出现在跨度较小 配筋率较高的大梁上 裂缝 宽度较小 间距 0 7 1 0m 左右 形状两头小中间大 C 型裂缝主要出现在跨度小 配筋高的大梁上 裂缝宽度小于 0 3mm 间距一般均在 0 7 1 0m 左右 裂缝位置均 在主筋以上 治理方案 可增加屋面大梁的配筋率 缩小开间 在梁底端部增加正弯 矩钢筋在梁的腹部增加温度筋 梁板问用油毡作隔离层 消除温度应力的影响 裂缝 超过规范要求时 则用粘接材料修补 以免钢筋锈蚀 3 小结 以上对工程中常见的钢筋混凝土梁式结构裂缝进行了归纳 对其裂缝特征 开裂原因 预防措施和治理方法进行了总结 对钢筋混凝土梁式结构裂缝控制技术的研究 在实 际过程中积极预防 对已出现的质量问题有针对性的进行处理 保证工程施工质量 一 引起混凝土开裂的原因 混凝土作为一种复合型的建筑材料 本身就具有不连续性 所以裂缝是其与生俱来的 本性 混凝土结构带裂缝工作是业界的共识 裂缝产生的原因多种多样 但是裂缝宽 度应该加以控制 一般宽度较大的肉眼可见裂缝以及贯穿截面可能引起渗漏的裂缝 由于已经影响到使用功能观感 密封和耐久性 作为质量缺陷应该加以处理 形成可见裂缝的原因错综复杂 从技术的角度大体有以下几个方面 设计不妥引起的裂缝 混凝土材料自身缺陷引起的裂缝 施工质量问题引起的裂缝 使用和维 护不当引起的裂缝 受到环境侵蚀而产生的耐久性裂缝 偶然作用后产生的 残余裂缝 二 混凝土开裂的机理 混凝土结构裂缝问题 通常是指混凝土结构表面出现的开裂现象 这是由混凝土内部 的微裂缝通过外部作用发展而形成的 其中外部作用包括两个方面 一是外部荷载对 混凝土结构的直接作用 二是混凝土收缩 温差 强迫位移等间接作用 混凝土结构 表面的可见裂缝 是由上述外部作用引起内部微裂缝发展 延伸的结果 混凝土不同于钢材 木材或其他建筑材料 它是多相体的非匀质材料 由于组成成分 的多样化 以及特殊的结构成型方式 决定了其不可避免地会存在裂缝 并且在正常 情况下 混凝土结构实际上是带裂缝承载受力的 三 荷载作用引起的裂缝 混凝土结构承受外界荷载作用 并在构件内部引起各种内力 拉 压 弯 剪 扭 局 压 冲切等 然而 对于混凝土内部应力场中的任何微小单元而言 其均可分解为拉 应力和压应力两种内应力状态 并且可以作出应力场中互相垂直的主拉应力迹线和主 压应力迹线 弯曲裂缝 表现为次梁或集中荷载下局部区域八字形裂缝 形成原因 主梁截面较小 混凝土强度不卟 局部配筋不足 混凝土受拉开裂 斜压裂缝 当剪跨比较小时 如截面薄弱且混凝土强度不足 则往往在对剪力之间发 生斜压裂缝 裂缝由集中荷载处直接传向支座 随着荷载增加 由于混凝土承载力不 足而导致发生若干沿压肢方向的平行 短小 间断的斜压裂缝 最后导致混凝土压毁 而丧失承载能力 破坏具有一定的脆性性质 剪切裂缝 剪裂缝是由剪切应力形成的裂缝 剪压裂缝 剪压破坏衡量的是受弯构件斜截面承载能力 这种破坏一般发生在剪跨比 适中 1 3 箍筋配置数量适当 截面尺寸也合适的梁中 首先在剪弯段的受拉 区出现一些垂直裂缝和细微斜裂缝 当荷载增加到一定强度时 就会出现一条又宽又 长的主裂缝 称为临界斜裂缝 在结构混凝土施工过程中 混凝土表面常会出现各种病害 其中混凝土裂缝是很普遍 的结构性病害之一 它不仅影响结构的美观 也会降低结构混凝土的强度 影响结构 的使用性能和使用寿命 给人们的生活 生产带来不便 因此 对引发结构混凝土裂 缝的成因进行分析 归纳及采取预防措施很有必要 1 裂缝的成因 在施工和使用过程中 引起建筑混凝土结构开裂的原因很多 当发生温度和湿度变化 结构受荷 地基不均匀沉降 施工方式不当时 都非常容易产生裂缝 具体原因有以 下几方面 1 1 设计构造 在设计时考虑不周 结构构件断面突变或因开洞 留槽引起应力集中 在构造处理不 当时 现浇主梁在搁次梁处如果没有设置附加箍筋或附加吊筋 以及各种结构缝设置 不当等因素均容易导致混凝土开裂 1 2 地基变形 建筑工程基础不均匀沉降是造成钢筋混凝土开裂的主要原因 房屋建于土质差别 较大或软弱土质上 建筑物基础深浅不一 房屋相邻部分的高度 荷重 结构刚度差别较大 建筑物平面形状复杂 立面 变化过大 长度过大等原因造成基础不均匀沉降 裂缝的大小 形状 方向与地基变 形的情况有关 由于地基变形的应力相对较大 使得裂缝一般是贯穿性的 危害较大 1 3 施工方面 施工工艺不当是造成钢筋混凝土开裂的另一个主要原因 由于施工原因造成裂缝出现 的因素很多 主要有 水泥 砂 石等质量不好是引起裂缝较常见的因素 若工程上用了这些不合格的材 料就会导致 豆腐渣工程 所以说只有把好材料的质量关 工程质量才会在根本上 得到保证 混凝土是一种人造混合材料 其质量好坏的一个重要标志是成型后混凝土的均匀性 和密实程度 因此混凝土的搅拌 运输 浇灌 振实各道工序中的任何缺陷和疏漏 都可能使裂缝产生的直接或间接原因 水分蒸发 水泥结石和混凝土干缩通常是导致混凝土裂缝的重要原因 混凝土养护 特别是早期养护质量与裂缝关系密切 早期表面干燥可使其内外温度较大更容易产生 裂缝 模板构造不当 漏水 漏浆 支撑刚度不足 支撑的地基下沉 过早拆模等都有可 能造成混凝土开裂 施工过程中 钢筋表面污染 混凝土保护层太大或太小 浇灌中 碰撞钢筋使其移位等都可能引起裂缝 1 4 结构受荷 在施工中和使用中由于结构受荷都可能出现裂缝 例如早期受震 构件堆放 运输 吊装时的垫块或吊点位置不当 施工超载 张拉应力值过大等均可能产生裂缝 而最 常见的是钢筋混凝土梁 板等受弯构件 在使用荷载作用下往往出现不同程度的裂缝 普通钢筋混凝土构件在承受了 30 40 的设计荷载 就可能出现裂缝 肉眼一般不能 察觉 而构件的极限破坏荷载往往都在设计荷载的 1 5 倍以上 所以在一般情况下钢 筋混凝土构件是允许带裂缝工作的 这类裂缝也称为无害裂缝 在钢筋混凝土设计 规范中 分别不同情况规定裂缝的最大宽度为 0 2 0 3mm 对那些宽度超过规范规定 的裂缝 以及不允许开裂的构件上出现裂缝则是有害的 需加以认真分析 慎重处理 1 5 温湿度变化 当温度变化时 由于材料热胀冷缩 房屋各部分构件将产生各自不同的变形 引起彼 此制约而产生应力 因屋面混凝土与墙体的线膨胀系数不一致 屋面变形较大 当屋 盖和墙体之间构造处理不当 会使墙体受拉 当其剪力和拉应力大于砌体的抗剪抗拉 强度时 产生温差裂缝 普通混凝土在空气中硬结 湿度发生变化时 体积会有所收 缩 由此而在构件内产生拉应力 在早期混凝土强度较低时 混凝土收缩值最大 因 此 若构件早期养护不良 极易产生收缩裂缝 2 裂缝的控制措施 2 1 设计方面 设计中的 抗 与 放 在建筑设计中应处理好构件中 抗 与 放 的关系 所谓抗就是处于约束状态下的结构 没有足够的变形余地时 为防止裂缝所采取的有 力措施 而所谓放就是结构完全处于自由变形无约束状态下 有足够变形余地时所采 取的措施 设计人员应灵活地运用抗放结合 或以抗为主 或以放为主的设计原则来 选择结构方案和使用的材料 设计中应尽量避免结构断面突变带来的应力集中 如因结构或造型方面原因等而不 得以时 应充分考虑采用加强措施 积极采用补偿收缩混凝土技术 在常见的混凝土裂缝中 有相当部分都是由于混凝 土收缩而造成的 要解决由于收缩而产生的裂缝 可在混凝土中掺用膨胀剂来补偿混 凝土的收缩 实践证明 效果是很好的 重视对构造钢筋的认识 在结构设计中 设计人员应重视对于构造钢筋的配置 特 别是于楼面 墙板等薄壁构件更应注意构造钢筋的直径和数量的选择 对于大体 积混凝土 建议在设计中考虑采用 60 天龄期混凝土强度值作为设计值 以减少混凝土 单方用灰量 并积极采用各类行之有效的混凝土掺合料 2 2 材料选择和混凝土配合 比设计方面 根据结构的要求选择合适的混凝土强度等级及水泥品种 等级 尽量避免采用早强 的水泥 选用级配优良的砂 石原料 含泥量应符合规范要求 积极采用掺合料和混凝土外加剂 掺合料和外加剂目标已作为混凝土的第五 六大 组份 可以明显地起到降低水泥用量 降低水化热 改善混凝土的工作性能和降低混 凝土成本的作用 正确掌握好混凝土补偿收缩技术的运用方法 对膨胀剂应充分考虑到不同品种 不 同掺量所起到的不同膨胀效果 应通过大量的试验确定膨胀剂的最佳掺量 模板 构造要合理 以防止模板间的变形不同而导致混凝土裂缝 模板和支架要有足够的刚 度 防止施工荷载作用下 模板变形过大造成开裂 合理掌握拆模时机 拆模时间不