裂缝的判别和防治10p

裂缝的判别和防治提 要：本文从裂缝形成的机理出发，分析了不同构件裂缝产生的成因和危害；讨论了裂缝判别、防治和控制，当裂缝发生后，要区别不同性质的裂缝，采用不同处理方法。关键词：裂缝机理裂缝成因和危害裂缝判别裂缝控制裂缝处理 建筑物存在某些缺陷和出现裂缝往往是难免的。根据调查裂缝的出现大多集中在钢凝土结构和砖混结构；几乎有90%以上存在着不同程度的裂缝，其产生的原因是多种的，以非预应力结构较多，其中有危害性的裂缝约占总裂缝数10%以上，大部分裂缝不会引起安全问题。有害裂缝主要指宽度超过容许值、长度较长甚至贯通，和裂缝处于结构受力的关键部位，如受拉、受剪、受力复杂的核心区、集中应力区，梁左右端，柱子的上下端。因此要对裂缝产生的原因，加以正确判断，待裂缝稳定后，以区别对待，有针对性地从裂缝产生的源头上进行控制和治理。一、裂缝形成的机理 钢筋混凝土由粗骨料（石子）细骨料砂子和胶结体（水泥+水包括添加剂）组成混凝土，钢筋则被混凝土包裹着组成复合体，并由混凝土的抗压和钢筋抗拉发挥各自的优势，而结合在一起共同工作。在自然条件下，混凝土通过养护，在一定温度和湿度条件下，逐步由胶结凝固和硬化，并在较长的时间内，发生收缩徐变，初期收缩大而后缓慢。在受力条件下，裂缝从形成的机理过程，是随着作用力持续时间下，由内外应力促进混凝土的石子和胶结体之间受力变形，并继续收缩徐变，使混凝土表面出现微裂，沿着石子和钢筋的界面发生某种松弛，进而在胶结体与石子或钢筋界面逐步扩展而损裂，进一步发展将沿着界面的薄弱处裂通，见图1。二、裂缝产生的成因和危害（一）裂缝产生的因素裂缝产生的因素是多方面的，正确的判别有利于针对性的防治，如果不能正确地判别其发生的原因，而盲目处理，往往得不到应有的实际效果，也就不可能为今后防治提供可靠的经验教训。裂缝产生的主要原因大致有以下几个方面。1、混凝土的配合比和养护 合宜的混凝土配合比水灰比、有利于减小复合材料的收缩徐变和获得相应的强度；如水灰比过大将增大混凝土的应变，泵送混凝土为了便于泵送，需要掺入添加剂，增加水灰比，其收缩应变比正常的水灰比0.40.5，应变将增大到1.52.0倍；同时当养护不良，在凝固和硬化过程中，混凝土表面将产生较多的因收缩徐变引起的龟裂，特别对大体积混凝土构件。2、受力结构的各种构件，不论是受拉、压、弯、剪、扭，还是组成的结构传力途径或体系不良，当上述外力或复合应力作用下；在结构的薄弱受力处，当超过混凝土强度或过大变形而开裂，发生拉裂、斜裂、碎裂、见图2，并随着荷载的长期作用和温湿度变化、潮气、有害气体或水的侵入，钢筋锈蚀，促使裂缝增宽、伸长和发展。3、不均匀沉降当建筑物两端沉降大，中部沉降小则下部两端和中部上方中间出现“倒”八字裂缝；相反当建筑物中部沉降大，两端沉降小时，则下部出现正“八”字裂缝，见图3。4、温度膨缩由于建筑材料的热胀冷缩，会使构件表面引起不规则裂缝，见图4a，特别是泵送混凝土楼面的裂缝见图4b。从整体建筑物来看，由于平面内纵横向的变形引起端跨的纵横向裂缝和阳角处由总纵横向温度应力交会形成的合力而产生45的斜裂缝见图4。5、施工施工不良，可造成混凝土强度低，竖向或斜向施工缝处结合不良，堆放支墩因下雨引起不均匀下陷，吊装过程中因吊点不妥和运输过程中发生碰撞，以及施工中超载，均会引起构件裂缝，见图5。6、使用使用中为改变用途而增加装饰荷载或增大使用荷载,当超过许可承载能力,而产生裂缝或增大增多裂缝；而在结构的长期服役中,使用过程中，又未作必要的维护和检修，并因风化、碳化、老化而抗力退化等,从而引起裂缝的开展。（二）裂缝的危害不论是混凝土的收缩徐变、温度胀缩的裂度，还是受力直接引起的裂缝和因构造不妥引起的间接裂缝；不论是施工不良还是使用不当引起的裂缝，如不及时处理，任其发展，将会在受力关键部位，结构的薄弱部位，裂缝均会随着时间的推移，逐步扩大和延伸，当受到环境进一步影响和恶化，如受到潮湿、水或有害气物质的侵入，则易发生钢筋的锈蚀，腐蚀，而膨胀，进而使裂缝扩大，甚至达到损裂的程度，随之演变为安全问题或严重的安全问题。三、建筑物和构件裂缝判别 建筑物和构件由于受力条件不同，裂缝出现的部位不同，各具有的特点不同。下面举一些具有代表性建筑物和构件的裂缝，作粗略判别。（一）、整体建筑物1、不良的平面体型建筑物的不良平面型有多种，见图6中的连廊式、转叠式、平叠式、位差式、开口式、转折式，等建筑平面均可能在受到地震侧力或扭转中发生在相互连接的薄弱区和应力集中区，而出现裂缝，因此宜应尽量避免，或相应采取有效措施。2、不良地基和荷载悬殊建筑物在不良地基时，可能出现两端软中间硬或两端硬中间软。或一端硬一端软，或其他复杂地基中，在未对地基处理时，均会引起不均匀沉降，而引起建筑物出现“倒八字”“八字”或斜裂缝。如高低层建筑物组合在一起同样也会引起上述情况的裂缝，见图7。（二）、基础不同类型的基础或基础构造措施不当，也会出现裂缝。1、筏板基础由于筏板基础较厚，当厚度超过1m，由于混凝土量大而采用泵送，并要求灌注不间断，因此混凝土在水化发热而膨胀，逐步冷却而收缩，从而引起筏板表面龟裂，并可能延伸到筏板基础的一定深度，见图8a2、条形基础因收缩，同时地基反力作用，而在基础跨中部产生竖向裂缝。见图8b。3、础拉梁因底部未设松散垫层而直接置于地基上，当基础沉降后，受地基反力作用而引起拉梁上部裂缝，见图8c.4、大型动力设备基础较大时，在基础周边未设构造钢筋，而引起混凝土基础上部出现斜裂缝。（三）、柱子柱子处于不同受力状态和采取不同构造，在不同条件下出现不同型式的裂缝，甚至剥落，见图9。1、水平地震侧力反复作用下，柱上下端在弯剪内力作用，而出X交叉裂缝，而后混凝土破碎，柱筋鼓出呈灯笼状；当柱梁核心区受弯剪不足时，亦会出现X交叉裂缝。柱牛腿受弯剪或斜压引起斜裂缝。2、露外柱，因受温湿度产生胀缩而在柱中产生水平裂缝。3、当在柱变断面处未设梁时，则在变断面处出现压曲裂缝。4、码头立柱处于水位变化处，由于长期日晒雨淋，造成混凝土在水位变动部产生裂缝甚至剥落。（四）、梁预应力和非预应力梁，在不同外力作用下，裂缝出现的部位有一定差别。1、预应力梁预应力钢筋失放后，一般均沿着预应力孔（筋）的方向端部一定范围内或端部断面变化处开裂，当预应力对梁上部造成反拱作用而在梁上中部引起裂缝，见图10。2、非预应力梁非预应力结构一般裂缝是不可避免的，见图11。1）、简支梁一般在梁下部中间出现裂缝，当受剪力不足时，支座出现主拉应力斜裂缝，连续梁、框架梁一般在支座上部和跨中下部出现裂缝，见图11a。2）、雨篷悬臂板在荷载作用下，雨篷梁边或曲梁受平面外因扭矩作用，在梁两端见图11b出现反向约45斜裂缝，当两端扭矩反向作用，则顺一个方向出现斜裂缝，见图11bc3）屋脊配筋不当，锚固在受拉区，则出现在脊点处向上裂开；而悬臂梁则在梁根部受抗区裂缝，见图11d4）、梁内预埋件上部作用一个较大压力或作用一个集中拉力，则可能出现裂缝“八字”裂缝；见图11e。5）、施工处理不当，当搭接长度不足或绑紮锚固不良引起滑动，而在搭接区出现裂缝；当梁两端支撑的模板下沉而引起梁上部裂缝，另外于施工缝后浇时处理不当，而出现裂缝，见图11f。（五）、板不同板型常见的裂缝与梁有相同之处；也有不同的特点。1、预应力板预应力空心板可能在板端沿孔上部板面和下部沿筋出现裂缝；预应力槽板一般两侧肋较高在端部引起预应力反拱作用而在板上部中间出现裂缝；双T板，板较长，肋较高，预应力钢丝束张拉，反拱作用使引起板端上部中间开裂；如预应力不均匀和预应力损失较大，甚至失控而引起肋下部跨中和端部裂缝；见图12。2、非预应力板1）屋面板由于纵横向温度伸缩应力，在端开间出现拉裂和阳角处由纵横胀缩形成合成拉力引起斜向裂缝，见图13a2）楼板使用中增设隔墙增加板中和支座的弯矩而开裂见图13b3）悬臂板上部负筋在支座配筋下移，至使悬臂板根部均为出现裂缝见图13c。4）三边固定支承一边自由端作用均布荷载，造成自由端板中开裂，见图13d。5）露外薄板，不论上翻或下翻，当构件较长时，由于温度变形而产生大的1012m范围内出现一道裂缝；另外露外上翻薄板的内外受拉筋，因锚固在受拉区形成浮筋,而不起锚固作用而开裂缝,见图13e。6）双向板因强度不足，受荷后板面出现周边裂缝和板底出现似双S形交叉裂缝，见图13f。7）板中埋PVC管偏上或偏下，在上或下沿暗管敷设方向裂缝，见图13g。8）弯折楼梯，当受拉筋未锚入受压后，而形浮筋开裂甚至破坏，见图13h。（六）、墙体当墙体处于不同受力条件下出现不同裂缝，见图141、剪力墙受地震往复作用而产生X交叉裂缝。2、挡土墙受荷后，往往在壁柱两侧出现竖向裂缝和悬臂端上部中间外侧出现开裂。3、当梁直接搁置在墙上，因梁下未设垫块，在局部应力作用下，而使梁底的墙体出现压裂和斜裂。4、砌体混合结构，受温度影响使屋面产生向外推力而使建筑物端部墙体顶部和窗而产生剪切力而出现裂缝。另外一般门窗角部位产生斜裂。四、裂缝防治结构裂缝的防治是很重要的，首先要在结构计算时控制裂缝宽度在许可范围以内。并根据裂缝出现的受力规律，在结构的薄弱部位，易引起集中应力的区域，需要采取一些有效防止裂缝的措施，达到控制裂缝的发生和限止裂缝宽度。当裂缝出现后，要分清有害裂缝和无害裂缝，以区别对待的方法，认真处理，确保满足使用功能和必要的安全。（一）裂缝的控制避免建筑物和构件产生过大裂缝是结构设计的主要任务之一，建筑物的合理体型和地基的良好处理，根据不同结构受力的特点，采取有利于防止裂缝出现的结构形式；然后在计算时加强控制，构造上采取加强，以及施工上采取必要的保证质量和防裂措施等，才能较好地实现裂缝的有效控制。1、合理建筑体型和地基处理1）要尽量避免在平面、立面体型的突变，造成很不规则外型或形成薄弱区域，例多个开口建筑使之平面刚度突变形成集中应力，而造成开口处横向出现裂缝，应将各层开口处加拉杆压杆，见图15，组成整体的传力系统。2）对层高荷载相差悬殊的建筑物组合在一起，要在高层或荷载大的部分，对地基采取适当措施，使其间相对沉降差不大，如高层部分可采用复合地基或桩基等处理见图15b。3）对温度影响的超长结构除了外墙、屋面采取保温隔热外（屋面采用轻质吸水材料）；宜在基础与垫层间设可滑动材料（由两层聚乙稀塑料和20mm厚的干细砂组成）；结构平面转角处设斜筋或网片；孔洞边设保护角钢；按30m40m设一道后浇带，筏板厚1000，混凝土表面设一层4mm150mm的钢筋网，2000mm还应在筏板中部设抗温度的构造筋12mm200mm，并在2个月后浇灌。浇灌前应清理松散物，清洗后采用高一号混凝土掺10%20%UEA膨胀剂补偿收缩，同时加强养护。可使混凝土因温度和收缩应力减小到小于混凝土抗拉强度，达到控制裂缝不设伸缩缝的目的。施工中要采用水化热低的矿渣硅酸盐水泥，适当减少水泥用量，避免过大收缩，控制混凝土中心与外表温差25，亦可掺粉煤灰15%30%代替水泥，改善混凝土的粘塑性，减少孔隙，提高参实性，强度和抗裂度，对筏板基础采用分层浇注，阶梯式推进，每层混凝土在初凝前浇注，施工时在初凝前压转三遍，减少表面收缩裂缝。2、混凝土结构要避免和减少混凝土结构的裂缝，应从受力条件的改善和采取构造上的加强，以及必要的保护措施。1）满足受力需要预应力结构除了增大锚固端支承面设钢筋网片分布预压应力，和控制预应力的损失外，还应考虑满足预应力筋对构件的反拱作用。梁柱核心和两端及钢筋搭接区，悬臂构件根部要考虑水平剪力和弯矩在地震时的往复作用，并将箍筋加密。变断面柱，应设在楼层有梁通过处，而不单独设置。受拉钢筋在上翻悬挑板、楼梯折板和屋脊下部等受力筋不允许锚固在受拉区，见图16，避免出现浮筋不起锚固作用，楼板上设墙时应有单独受弯配筋，按计算墙下配筋212mm14mm。在屋面和楼板阳角处，为了避免纵横向温度应力的合力作用下，引起斜裂缝必须在1/3该跨范围内设钢筋网片，10mm100mm和不小于板的配筋取大者，设放射性筋时512mm；单独受扭构件要按计算配筋，配筋间距150mm；对基础拉梁，应在梁下垫以松散的炉渣，以免地基反力作用引起上部裂缝。2）合理构造直接受日晒雨淋的露外构件，例屋面、雨篷、阳台除增加5mm10mm的保护层外，宜双层双向配筋，确保长期使用中的温度影响，对露外薄壁构件长度10m时，应每10m左右设一道10mm宽伸缩缝；油膏嵌缝，以免受温度应力影响而发生裂缝。在水下的构件，除保护层应增加外，还应对水下部分混凝土掺防腐添加剂和对混凝土表面涂刷保护措施，如采用瓦克公司的silresBS硅烷保护层。由于楼板较薄，因此埋管应设置不宜超过板厚中部1/3高度，局部叠交不得多余一次。3、砖混结构 砖混结构的屋面采用保温隔热外，对砂浆找平层要按6m分格，缝宽30mm，并与女儿墙脱开。两端第一跨内，顶层墙体上部、门窗过梁上部，和首层窗台下墙体灰缝内设三道砖缝焊接钢筋网，端跨内纵横墙相交处和顶层门窗洞两侧设构造柱，并将上述钢筋网片与构造柱或圈梁连接锚固。对砌体上的挑梁在墙内锚固端的墙下设三道灰缝，内设26mm焊接网片，伸入墙体内外各1m；对支承在墙上的梁下，必须设垫梁以便分布压应力等。4、施工措施施工是防止裂缝的重要方面，其措施主要有：1）严格控制混凝土的配合比和水灰比，确保混凝土的质量和强度。2）加强冬季和雨季施工措施，加强养护，避免处理不当而出现裂缝。3）严格、制作、堆放、运输和吊装，防止预应力损失过大，避免碰撞、堆放下沉而引起的损裂。4）对大块体筏板基础，采取四（一） 3）的要求（二）裂缝处理 直接受力和由间接构造不妥或构造未采取应有的措施而引起的裂缝，处理前均要通过目测，钻芯、回弹、超声波、射钉、拔力、锤击，X射线等不同方法进行检测针，对不同裂缝的不同部位和程度，根据裂缝的数量、长度、深度、宽度（大小）、走向等，采用不同方法予以适当处理。1、处理原则处理的基本原则时要处理彻底不留引患，满足使用要求。1）稳定性要观察裂缝时否继续扩展，以涂石膏或贴纸不损裂为稳定的标志，在裂缝不稳阶段，不宜立即处理。2）针对性要区分裂缝的危害，一般结构许可无损害安全的裂缝，（例温度引起的膨胀裂缝）和10以上的有害裂缝，采用不同方法区别处理。3）综合处理和优化裂缝处理时，要对原有结构的缺陷，例混凝土强度的不足、密实度差、露筋、孔洞、夹渣、风化、炭化、腐蚀等，和原设计中的问题或不足，使用中的改变和引起损伤，要在处理时一并加以处理：确定加固处理方案时，经过论证评估，尽可能比较合理优化，进行技术经济合理和施工上简易可行等多方面比较确定。4）滞后性加固处理一般均存在受力的滞后现象，要在构件受力进一步变形后才能逐步受力，因此构造要尽量采取措施（例打楔子，使之能提前发挥共同工作。2、处理主要方法根据裂缝和有关问题，可采用与之相适应的可行方法处理。1）无害裂缝 无害裂缝一般指温度引起的膨胀收缩裂缝和结构规范许可的裂缝，不影响安全，可采用胶浆密缝或灌胶浆液处理。2）有害裂缝有害裂缝一般指受力作用下引起的裂缝，或影响受力以致发展为安全问题的裂缝。通常先对裂缝胶浆密缝后，再进行加固处理，其主要加固处理主要有以下几种方法。外包采用混凝土、钢板对裂缝稍大的范围内进行外包，要求采取适当方法，例垫铁打紧使之有效的结合，以使提前共同工作。粘贴在加固裂缝的范围内，采用钢板或碳纤维布粘贴，补充该部分承受拉、剪、扭力的不足。焊接采用焊接钢板、钢筋补强加固或组成支承构件，增强其承载力。体外预应力上述加固法不能满足要求时，可对构件体外采用予应力通过预拉、夹紧或电热法等方法进行的外加予应力加固，其主要形式见图17。此种加固法可避免滞后受力，可起增强卸荷的良好效果。改变受力体系对不同构件采用增设支座，支撑，缩小跨度的方法，提高承载力；还可将简支改变为连续结构，变铰接为固定；另外亦可增加传力构件，和附加受力结构等。3）加固试验对某些重要结构加固或大量加固之前，其加固方案的可行性、可靠性、安全性，要进行必要的检验或试验，对可能出现的问题作一定的改进和完善，确保加固后的有效安全、可靠。参考文献 （1）徐有邻 刘刚建筑结构工程的检测与处理（内部资料）2007.4 （2）茅玉泉泵送混凝土结构裂缝的初步分析和防治（内部资料）2007.3 （3）混凝土结构加固技术规范（CECSZS:90）(S)中国计划出版社1999 （4）碳纤维片材加固混凝土结构技术规程中国计划出版社2003