混凝土结构裂缝处理措施

3.1  混凝土结构裂缝分析

3.1.1  混凝土裂缝基本概念

    钢筋混凝土结构是多种不同材料经拌合、振捣、养护后而成形的。从微观看，混凝土是带裂缝工作的．重要的是如果避免可见裂缝，特别是不出现对结构的安全有影响的裂缝。引起裂缝的原因很多，但可归结成两大类。

    第一类，由外荷载引起的裂缝，也称为结构性裂缝、受力裂缝，其裂缝与荷载有关，预示结构承载力可能不足或存在严重问题。

    第二类，由变形引起的裂缝．也称非结构性裂缝，如温度变化、混凝土收缩、地基不均匀沉降等冈索引起的变形，当此变形得不到满足，在结构构件内部产生自应力，当此自应力超过混凝土允许拉应力时，即会引起混凝土裂缝，裂缝一旦出现，变形得到满足或部分得到满足．应力就发生松弛。

    结构试验表明，裂缝的出现和形展是结构破坏的先兆。建筑物中裂缝的存在预示着结构承载力可能不足，过大的裂缝会促使钢筋锈蚀而降低结构耐久性，会造成房屋渗漏，影响建筑物美观。所以，习惯上都不允许建筑物裂缝。但客观现实，建筑物裂缝很难完全避免，就经济及科学观点，一定程度的裂缝是可以接受的。裂缝成因比较复杂，危害程度不仅与裂缝大小有关，而且依裂缝性质、产生原因及结构功能要求的不同而不同，不同类型的裂缝处理方法各异。调查裂缝现状，分析裂缝原因，评定裂缝危害，制定裂缝修补方案及实施，是既有建筑物裂缝诊治的基本内容。

3.1.2混凝土结构裂缝形式

    1．荷载裂缝

    荷载裂缝又称受力裂缝，是外荷载作用下产生的结构裂缝。这种裂缝规律性极强，一般通过计算分析可以得出确切的结论。

  2．地震裂缝

  地震对建筑物的作用，分水平作用和竖向作用。一般建筑，只考虑水平地震作用；对于8度和9度时的大跨度结构、长悬臂结构、烟囱和类似的高耸结构及9度时的高层建筑，尚应考虑竖向地震作用。多层砖混结构在水平地震作用下的典型裂缝，主要发生在窗间墙，表现为斜向剪切破坏，双向，故呈X形。多层框架结构在水平地震作用下的裂缝，主要发生在

粱柱交界部位的柱端和粱端，亦呈X形。

    3．地基变形引起的裂缝

    地基变形不协调时，如建筑物地基沉降不均匀，各部位存在较大差异，当这种差异大到一定限度后，就会引起上部结构裂缝。造成地基变形不协调的因素很多，如地基土质不均匀，局部存在软土、填土、冲河、古河道等；基底荷载差异过大，建筑物存在高低差，基础形式和埋深不同；结构物刚度差别悬殊，建筑物各部分结构类型不同，等等。

   4．温度收缩裂缝

    温度收缩裂缝是建筑物最常见的一种裂缝．主要是由于结构温度变形及材料收缩变形受阻及应力超标所致。宏观统计，温度裂缝多出现在建筑物直接受阳光辐射部位，顶部多于底部，南墙重于北墙，两端多于中间。就地域而论，年气温变化较大及昼夜温差较大的地区。建筑物温度裂缝较为突出；就房屋类别而论，完全裸露的房屋，比有保温隔热措施的房屋温度裂缝较为严重。据调查，收缩裂缝与原材料品质、施工质量及结构类型较为密切，一般现浇结构、超静定结构较装配式结构或静定结构收缩裂缝多；平面尺度大、施工质量差的房屋收缩裂缝相对较多。现浇楼板收缩裂缝主要集中于房屋中部，沿楼层方向没有明显差异，裂缝形态为枣核状，中间粗两端细，绝大部分止于粱、墙边。

    5．碳化锈蚀裂缝

    我国关于钢筋混凝土结构耐久性评估，主要建立在混凝土碳化及钢筋锈蚀的基础上．认为混凝土碳化到钢筋部位，钢筋失去了混凝土钝化膜保护．会逐渐生锈，钢筋生锈后体积膨胀，会引起混凝土沿钢筋开裂；混凝土裂缝的开展，反过来又促使钢筋更快锈蚀，尤其是当环境湿度较大．周围存在有害介质时，这种恶性循环速度显著加快。因此，碳化锈蚀裂缝，必须给予高度重视。碳化锈蚀裂缝的特征是裂缝沿钢筋分布。系由膨胀铁锈向外将混凝土胀开，裂缝周围混凝土发酥．高出原有混凝土表面，并附着有褐色锈渍渗出物。

    6．反复冻融产生的裂缝

    试验研究表明，长期与水接触的混凝土，当温度为-20~-4度时，表现为“冷胀热

缩”。寒冷地区的外露混凝土结构，复一年地遭受雨雪浸蚀，长期处在湿交替、反复冻融的状态下，当混凝密实度较差、空隙率较大时，容易产生冻胀裂缝，造成结构面混凝土酥松、剥落，引起钢筋锈蚀。

    7．沉缩裂缝

 混凝土在硬化过程中，因塑性沉所产生的裂缝称为沉缩裂缝，或致使混凝土产生泌水下沉，或水分蒸发过快，使混凝土结硬时下沉加大，或振捣不充分，混凝土未沉实或沉实不均匀。沉缩变形比收缩变形大数十倍，沉缩裂缝一般可通过初凝前的二次抹面收水压实处理来克服。

  8．其他裂缝

  混凝土结构火灾后产生的裂缝，如：模板变形产生的裂缝；支撑下沉产生的裂缝；快速浇筑及混凝土沉降产生的裂缝；碱骨反应产生的梁柱轴裂缝及墙面网状裂缝；掺合料不均匀产生的局部膨胀收缩裂缝；拌合或运输时间过长产生的网状裂缝；振捣不充分产生的局部裂缝等。

    建筑结构裂缝原因分析，主要是根据以上调查结果，从宏观责任的四个方面、裂缝产生的时间过程及裂缝形态等方面进行综合分析，逐项地对可能引起结构裂缝的各种因素的肯定与否定，找出各种分析中的共同原因，此原因可判定为该结构的真正原因；若一时找不出开裂的共同原因或主要原因，则应在有争议的小范围内，对裂缝的成因进行详细调查和计算分析，根据调查分析结果，进一步筛选，推断其开裂的最终原因；若还找不出确切的开裂原因时，则应聘请对该类结构有较高理论水平及丰富实践经验的专家或专家组进行高水平的分析判断。

3.1.3混凝土裂缝调查分析

    1．外观检测

    结构鉴定中对裂缝的调查，主要包括裂缝的宽度、深度、长度、走向、形态、分布特征、是否稳定等内容。

    测量裂缝宽度常用裂缝比对卡或读数显微镜，裂缝比对卡上面印有粗细不等、标注着宽度值的平行线条；将其覆盖于裂缝上，可比较出裂缝的宽度。这种方法简便快速，适用于各种环境条件。读数显微镜是配有刻度和游标的光学透镜．从镜中看到的是放大的裂缝，通过调节游标读出裂缝宽度。

    一般来说．沿裂缝长度其裂缝的宽度往往是不均匀的，工程鉴定关注的是特定位置的最大裂缝宽度。限制裂缝宽度的主要目的是防止侵蚀性介质渗入而导致钢筋锈蚀。因此，测量裂缝宽度的位置应在受力主筋附近；如测量梁的弩曲裂缝，应在梁受拉侧主筋高度处。裂缝深度检测可采用凿开法或超声波检测．采用凿开法检查前，先向缝中注入有色墨水，则易于辨认细小裂缝。超声波检测裂缝深度有三种方法，即平测法、斜测法和钻孔对测法。构件上出现裂缝后，首先应判定裂缝是否趋于稳定，裂缝是否有害；然后根据裂缝特征判定裂缝原因，并考虑修补措施。裂缝是否趋于稳定可根据观测和计算判定。

    (1)观测：定期对裂缝宽度、长度进行观测、记录。观测的方法可在裂缝的个别区段及裂缝顶端涂覆石膏，用读数放大镜读出裂缝宽度。如果在相当长时间内石膏没有开裂，则说明裂缝已经稳定。但有些裂缝是随时间和环境变化的，如贯穿温度裂缝在冬天宽度增大，夏天宽度缩小，收缩裂缝初期发展快．1-2年后基本稳定。这些裂缝的变化都属于正常现象。所谓不稳定裂缝，主要是指随时间持续不断增大的荷载裂缝、沉降裂缝等。

    (2)计算：对适筋梁，钢筋应力，是影响裂缝宽度的主要因素。因此，可以通过对钢筋应力的计算来判定裂缝是否稳定。如果钢筋应力小于0. 8f（f为钢筋强度设计值），裂缝处于稳定状态。

    2．裂缝成因调查

    裂缝成冈调查是为裂缝原因分析提供依据，包括材质、施工质量、设计计算与构造，使用环境与荷载。材质主要是水泥品种及安定性，砂石质量（是否存在碱性骨料）外加剂性能及用量；对于砌块结构，尚应检验砌块的静停期。施工质量，主要是混凝土的强度、密实性、养护情况，钢筋位置及数量，模板刚度及支撑情况；对于砌体结构，应着重砌筑质量，尤其是砂浆与块体的黏结性能。材质与施工质量调查方法，主要是核查保证资料，有针对性地辅以现场检测核对。设计计算与构造，重点是查结构方案及布置，荷载项目及取值，计算简图及分析方法（包括温度收缩应力），结构差异沉降，结构抗裂计算结果，配筋，以及构造措施等，是否满足规范，是否符合实际，是否合理。使用环境与荷载，主要是分析结构在使用中的温度、湿度变化，是否存在有害介质作用，以及实际荷载是否超标等。

    3．裂缝成因分析

    裂缝成因分析目的是弄清裂缝原因，主要包括宏观责任分析、裂缝产生的时间过程分析及裂缝形态分析。宏观责任分析主要是分析原材料供应及质量状况、设计质量、施工质量以及使用管理情况。裂缝产生的时间过程分析，主要是查裂缝出现的时段，是m现在施工阶段还是使用阶段。施工阶段又分早期、中期、晚期；施工阶段的裂缝应多从施工方法、施工质量及原材料选用上找原因。使用阶段i¨现的裂缝则较为复杂．设计错误，施工质量低劣，原材料选用不合理，使用管理不当，均可能产生裂缝，应逐项分析。裂缝形态分析是裂缝原因分析最直接的方法，因为裂缝形态与产生原因密不可分，尤其是单因素典型裂缝．形态基本同定不变，如荷载裂缝、地震裂缝、沉降裂缝、温度收缩裂缝、锈蚀裂缝、反复冻融裂缝、混凝土沉缩裂缝、火灾裂缝、模板变形裂缝等，一般均可根据裂缝位置、起讫点、走向、形状、宽度、深度、长度、裂缝清晰度、边缘光滑度等形态特征加以区别和判断。

3.1.4裂缝危害性评定

    裂缝对建筑危害主要表现在对结构持久承载力和建筑正常使用功能的降低。对于无筋结构，裂缝的出现预示着结构承载力可能不足或存在严重问题；对于配筋结构、裂缝的存在及超标会引起钢筋锈蚀．降低结构耐久性。裂缝对建筑正常使用功能的影响，主要是降低了结构的防水性能和气密性，影响建筑物美观，给人们造成一种不安全的精神压力和心理负担。危害性大小与裂缝性状、结构功能要求、环境条件及结构抗蚀性有关．其主要变量是裂缝宽度，主要表现在钢筋锈蚀及结构渗漏均随裂缝宽度的增大而加快。当裂缝宽度大到一定程度，则认为是不允许的，必须进行修补处理；相反，当裂缝宽度小于一定数值，其不利影响就完全可以忽略不计。根据国内外经验，必须修补与无须修补的裂缝宽度限值。从耐久性考虑．裂缝宽度限值主要考虑的是环境因素及钢筋腐蚀必须修补与无须修补的裂缝宽度限值敏感性。环境因素分为“恶劣的”“中等的”和“优良的”三档。“恶劣的”指露天受雨淋，处于干湿交替状态或潮湿状态结冻，或受海水及有害气体腐蚀环境；“中等的”指不被雨淋的一般地上结构，浸泡在水中不结冰的地下结构及水下结构；“优良的”指与外界大气及腐蚀环境完全隔绝的情况。对钢筋腐蚀影响程度“大、中、小”．是按裂缝深度（贯通、中间、表面）、保护层厚度《4 cm，4~7 cm，》7 cm)、混凝土表面有无涂层、混凝土密实度及钢筋对腐蚀的敏感性等条件综合判断。对于中等的和优良的环境条件．对钢筋锈蚀及结构腐蚀的影响可以忽略不计，无须修补的裂缝宽度限值0. 2-0.3 mm，相当于我国《混凝土结构设计规范》(GB 50010-2002)中三级裂缝控制等级规定值，此规定是比较严的。调查研究表明，在任何情况都必须修补的裂缝宽度可放宽到()．4-1.0 mm。影响结构耐久性的因素是多方面的，当裂缝宽度介于表3 1中的必须修补和无须修补之间时，则应由有经验的专家，根据结构承载力验算结果、开裂原因、裂缝性状、裂缝对钢筋腐蚀影响程度以及环境条件等因素，综合分析判断，确定是否需要修补或补强加固。从防水性考虑．对裂缝宽度限制较严。渗水试验及调查研究表明．对渗漏没有影响无须修补的裂缝宽度为0.05mm对渗漏有较大影响必须修补裂缝宽度为0.2 mm．

3.2混凝土结构裂缝修补处理措施

3.2.1裂缝修补设计要求

    (1)对因承载力不足而产生裂缝的结构、构件而言，开裂只是其承载力下降的一种表面征兆和构造性反应，而非导致承载力下降的实质性原因，不能通过单纯的修补来恢复混凝土结构的承载功能。除采取修补措施外，还应采用适当的加固方法进行加固。修补裂缝的作用主要表现在。

    1)抵御诱发钢筋锈蚀的介质侵入，延长结构实际使用年数。

    2)通过对混凝土补强保持结构、构件的完整性。

    3)恢复结构的使用功能．提高其防水、防渗能力。