鋼筋混凝土結構裂縫的成因及加固方法

時間：2018-12-05

1.鋼筋混凝土結構構件產(chǎn)生裂縫的機理

混凝土是由水泥、骨料、水及一些氣泡組成的多相非均勻復合材料。由于各種材料的力學性能存在差異，在混凝土硬化過程中，混凝土內部產(chǎn)生粘著細微裂縫，包括骨料與水泥漿粘結面上裂縫、水泥漿裂縫和骨料自身裂縫。這些裂縫呈現(xiàn)不規(guī)則分布，一般情況下不貫通。微觀裂縫的存在是材料固有的物理性質[1]，是不可以避免的。民用建筑中，一般認為寬度小于0.05mm的裂縫無危害，故通常假定裂縫小于0.05mm的結構為無裂縫結構。論文參考網(wǎng)。

鋼筋混凝土構件在使用過程中，鋼筋和混凝土一起承受荷載，兩者的彈性模量E不同，導致變形不同。如果混凝土承受的拉應力大于混凝土的抗拉強度，這些細微裂縫會相互貫通，裂縫寬度迅速增大，當裂縫寬度過0.05mm時，便產(chǎn)生了肉眼可以看見的宏觀裂縫。鋼筋混凝土可見裂縫的產(chǎn)生和展開，是混凝土與鋼筋之間不能再保持變形協(xié)調而出現(xiàn)相對滑動的結果[2]。

2.裂縫產(chǎn)生原因及裂縫形態(tài)

2.1設計因素

設計結構采用安全儲備偏小，不做撓度及裂縫驗算，結構體系變化顯著。結構構件配筋不合理，設計中剛度不足，僅按構造配筋，不能滿足構件的實際要求，容易出現(xiàn)應力集中，在薄弱處產(chǎn)生各種受力裂縫。

2.2材料引起混凝土裂縫

材料選配不當，如水泥品種選用不當，強度不足，容易在荷載作用下產(chǎn)生各種受力裂縫；采用水泥漿的配比不合理，粗骨料的用量大，易形成不規(guī)則網(wǎng)狀裂縫，繼而導致混凝土脫落；水泥、骨料含有過量的有害物質，如骨料含活性SiO2，隨時間增長，混凝土膨脹，出現(xiàn)裂縫呈龜背紋狀；水泥水化熱過高，出現(xiàn)等距離的直線形裂縫；外加劑使用不當，鋼筋銹蝕后，體積膨脹產(chǎn)生沿鋼筋縱向裂縫。

2.3施工引起混凝土裂縫

混凝土攪拌、運輸時間太長、氣溫高、風速大，使水分大量蒸發(fā)，引起混凝土澆筑時坍落度太低，混凝土出現(xiàn)不規(guī)則的網(wǎng)狀裂縫；塑性混凝土下沉，被上部鋼筋阻礙，形成沿鋼筋縱向的裂縫；施工時由于管理不當，施工人員踩塌已經(jīng)綁扎好的上層鋼筋，澆筑時混凝土的保護層加大，構件橫截面的有效高度減小，形成沿構件支承邊緣并垂直于構件受力鋼筋方向的裂縫；在混凝土振搗不密實處，出現(xiàn)空鼓，易成為各種受力裂縫的起點；昆凝土澆筑速度太快，容易在柱、板、梁的交接處形成縱向裂縫；模板變形、模板支撐下沉混凝土都會在相應部位產(chǎn)生裂縫。

2.4 荷載作用引起混凝土裂縫

鋼筋混凝土構件受力狀態(tài)有拉伸、壓縮、扭轉、剪切、彎曲和因沉降、收縮、溫度變形產(chǎn)生的約束。中心受拉構件，垂直于受力鋼筋縱向出現(xiàn)裂縫，貫穿構件全截面，大體等間距；中心受壓構件，在平行于受力方向出現(xiàn)短而密的平行裂縫，混凝土保護層有脫落現(xiàn)象；受扭轉構件，在構件腹部出現(xiàn)多條450方向斜裂縫，并向周圍以螺旋狀展開；受剪切構件，與主筋約450方向產(chǎn)生相互平行的斜裂縫；受彎、大偏心構件，在彎矩較大的危險截面附近從受拉邊緣出現(xiàn)橫向裂縫，并逐步向中性軸發(fā)展。

2.5使用環(huán)境影響產(chǎn)生裂縫

環(huán)境溫濕度的變化容易在結構的節(jié)點處產(chǎn)生裂縫，如果構件(一般為墻體)兩側溫度、濕度差別太大，則容易在構件的一側產(chǎn)生裂縫；鋼筋混凝土構件受酸性、鹽類介質腐蝕，容易使混凝土里的鋼筋生銹，促使混凝土保護層縱向開裂，甚至大面積剝落；構件表面受火灼熱后，整個構件出現(xiàn)龜裂。

3.帶裂縫結構的加固

3.1加固原則

對于不影響結構承載力的裂縫，根據(jù)裂縫起因、性狀和大小采用不同的封護方法進行修補。對于因開裂而降低承載力的結構，應采用加固措施。結構加固是通過一些有效措施，使受損結構構件恢復原有的結構功能[4]。加固方案應合理可靠、經(jīng)濟實惠、方便施工，盡量減少對原建筑的損壞[5]。根據(jù)裂縫的狀況，考慮結構上的荷載、使用環(huán)境、不同部位加固的難易程度及加固工程的各種制約條件，選用適當?shù)募庸谭椒ê图庸滩牧稀?/span>

加固材料的選用應遵循如下要求：

加固用鋼材一般選用I級鋼和Ⅱ級鋼。加固用水泥采用普通硅酸鹽水泥，標號不應**32.5號。加固的混凝土強度等級不應**C20，還應比原結構混凝土等級提高一級?；炷林胁粦獡饺朔勖夯?、高爐礦渣等混合材料。加固所用粘結材料及化學灌漿材料的粘結強度應**被加固結構混凝土的抗拉、抗剪強度。

3.2增大截面法

增大截面法采用與原結構相同的材料，增大構件的橫截面尺寸，提高構件承載力和剛度的一種傳統(tǒng)加固法。這種方法工藝簡單、適用范圍廣。缺點是施工期間建筑結構不能正常使用且周期長。此外，由于增大構件截面，在增加構件自重的同時減少了使用空間；外包鋼加固法在結構構件的周圍包以型鋼進行加固。該方法在基本不增大構件截面尺寸的情況下增加構件的延性和剛度，提高承載力。這一方法特別適用于大跨度的受彎或受壓結構構件，但加固費用較高；預應力加固法采用高強度鋼筋或型鋼對構件增設預應力鋼拉桿或型鋼撐桿。一種在原構件體外通過錨固端與支撐點施加預應力，另一種先張拉構件再澆筑混凝土，通過新舊混凝土間的粘結來傳遞力[6]。加固時，通過施加預應力，使體外的拉桿或壓桿與被加固構件共同受力，改變原結構內力分布、降低原結構的應力水平，提高結構承載能力和剛度。論文參考網(wǎng)。該方法廣泛應用于梁、板等受彎構件。加固后減小構件的撓度、縮小裂縫寬度甚至可以使裂縫閉合；外部粘貼加固法是用粘結劑將鋼板或纖維等復合材料粘貼到構件需要加強的部位，常用于承受靜力作用下的受彎或受拉構件。該方法施工簡便、周期短、對環(huán)境影響小、加固后不影響結構外觀；輔助結構加固法直接用設置在被加固構件位置處的型鋼、鋼構架或其他預制構件分擔被加固構件的荷載。該方法避免拆除工作，施工簡單，大幅提高結構承載能力，但連接構造比較復雜，占用空間大；注漿加固法利用壓力把粘結性能較好的材料注入被加固構件內部的空隙中，以提高被加固構件的完整性、密實性，增加材料的強度。論文參考網(wǎng)。

3.3增設構件加固法

增設構件加固法是在原有構件基礎上增加新的構件，以減少原有構件的受荷載面積，達到加強結構的目的；增設支點加固法是在梁、板等構件上增設支點，在柱子、屋架間增設支撐構件，減少結構構件的計算跨度，減少荷載效應；增加結構整體性加固法通過增設支撐等將多個結構構件形成整體，共同工作。由于整體結構破壞概率明顯小于單個構件，該方法在不加固原有結構構件的情況下提高了結構的承載力；改變結構剛度比加固法通過改變結構的剛度比，使結構內力重新分布，達到改善結構受力狀況；卸載加固法采用新型建筑材料置換原有的建筑分隔或裝飾材料，以減輕荷載，提高結構的可靠性。

3.4加固后結構

加固工程結束后，應確認加固結構的承載力是否恢復。確定承載力恢復的方法有：裂縫追蹤調查，確認裂縫穩(wěn)定不再擴展。采用預應力方法進行加固時，要確認裂縫是否已經(jīng)閉合；測定鋼筋或混凝土的應變；測定結構的振動特性；測定構件的撓度。

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詞條說明
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