混凝土裂縫的控制方法研究

西安交通大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告課題名稱：混凝土裂縫的控制方法研究學(xué)生姓名：蔣悅院校學(xué)號：314092843410012聯(lián)系電話導(dǎo)教師：侯丕吉2016年07月01日一、

論文的研究目的與研究意義1.

研究背景隨著建筑業(yè)的發(fā)展，我國的工業(yè)設(shè)施、基礎(chǔ)設(shè)施以及民用建筑大量采用混凝土和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。墻體及混凝土結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)的裂縫，歷來被視為混凝土工程中的一大頑癥。裂縫的出現(xiàn)，首先給人一種不安全感，使建筑物的美觀大打折扣，即使是不影響結(jié)構(gòu)安全的細微裂縫，人們也不愿意看到它。當(dāng)裂縫的寬度超過規(guī)定值，其深度和長度足夠大時，將使鋼筋保護層遭受破壞，導(dǎo)致鋼筋銹蝕，鋼筋銹蝕后的體積膨脹又進一步使混凝土裂縫擴大，如此惡性循環(huán)的結(jié)構(gòu)使混凝土結(jié)構(gòu)逐漸破壞，喪失承載力。同時，裂縫的出現(xiàn)降低了混凝土的密實性，以水為載體的侵蝕性介質(zhì)，如硫酸鹽、氯鹽等將乘虛而入，承受水壓的結(jié)構(gòu)會通過裂縫漏水，混凝土的抗凍性也因裂縫的存在而進一步降低?；炷两Y(jié)構(gòu)如果有較多的裂縫，其使用性能也大受影響，如水池漏水、裝飾開裂等。總之，裂縫的產(chǎn)生大大降低了混凝土的耐久性。2．研究目的

目前，建筑工程中墻體及現(xiàn)澆鋼筋混凝土板裂縫是常見的質(zhì)量缺陷，雖然許多裂縫并不影響房屋的結(jié)構(gòu)安全，但裂縫的存在足以使用戶擔(dān)心，因而成為房屋質(zhì)量投訴的熱點，也使施工單位和建設(shè)單位深受困擾，分析其原因較多，筆者認為可以從施工和設(shè)計二個方面進行。3．研究意義

建筑業(yè)是國民經(jīng)濟中一個獨立的、重要的物質(zhì)生產(chǎn)部門，是國民經(jīng)濟的主要支柱之一。而墻體和混凝土裂縫產(chǎn)生的原因非常復(fù)雜、種類繁多，如果不對裂縫進行系統(tǒng)全面的分析和研究，就很難揭示出工程結(jié)構(gòu)病害產(chǎn)生的內(nèi)涵和機理。因此對墻體和混凝土裂縫的分析和研究不僅闡明了裂縫形成機理、裂縫危害性評定的問題，還直接為今后工程結(jié)構(gòu)病害的綜合治理提供技術(shù)前提和決策依據(jù)。二、文獻綜述（國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與分析）混凝土結(jié)構(gòu)是在19世紀中期開始得到應(yīng)用的，直到19世紀末以后，這一技術(shù)才得到了較快的發(fā)展，在19世紀末20世紀初，我國也開始有了鋼筋混凝土建筑物，隨著工程建設(shè)的發(fā)展及國家進一步的改革開放，混凝土結(jié)構(gòu)在我國各項工程建設(shè)中得到迅速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。但是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中普遍存在著裂縫的問題，然而這個問題會給人們心里帶來不安和擔(dān)憂，混凝土在未來還會有不可替代的作用，隨著混凝土的普及和3.1.2

溫度裂縫的預(yù)防措施3.1.3

沉陷裂縫及其他裂縫的預(yù)防措施3.2

混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的處理技術(shù)3.2.1

表面封閉法3.2.2

灌漿、嵌縫封堵法3.2.3

結(jié)構(gòu)加固法及混凝土置換法4

工程實例分析5

結(jié)論與展望2混凝土裂縫的分類及成因2·1按裂縫的成因分類根據(jù)混凝土裂縫產(chǎn)生的原因,可分為結(jié)構(gòu)性裂縫與非結(jié)構(gòu)性裂縫兩大類。(1)結(jié)構(gòu)性裂縫由各種外荷載引起的裂縫,也稱荷載裂縫。它包括由外荷載的直接應(yīng)力引起的裂縫和在外荷載作用下結(jié)構(gòu)次應(yīng)力引起的裂縫。(2)非結(jié)構(gòu)性裂縫由各種變形變化引起的裂縫。它包括溫差,干縮濕脹和不均勻沉降等因素引起的裂縫。這類裂縫是在結(jié)構(gòu)的變形受到限制時引起的內(nèi)應(yīng)力造成的。從國內(nèi)外的研究資料以及大量的工程實踐看,非結(jié)構(gòu)性裂縫在工程中占了絕大多數(shù),約為80%,其中以收縮裂縫為主導(dǎo)[1~5]。2·2按裂縫產(chǎn)生的時間分類(1)施工期間出現(xiàn)的裂縫[2,4]包括塑性收縮裂縫、沉降收縮裂縫、干燥收縮裂縫、自身收縮裂縫、溫度裂縫、施工操作不當(dāng)出現(xiàn)的裂縫、早期凍脹作用引起的裂縫以及一些不規(guī)則裂縫。(2)使用期間出現(xiàn)的裂縫[4]包括鋼筋銹蝕膨脹產(chǎn)生的裂縫、鹽堿類介質(zhì)及酸性侵蝕氣液引起的裂縫、凍融循環(huán)造成的裂縫、堿骨料反應(yīng)引起的裂縫以及循環(huán)動荷載作用下?lián)p傷累積引起的裂縫等。2·3按裂縫的形狀分類裂縫按形狀可分為[4]:①縱向裂縫,平行于構(gòu)件底面,順筋分布,主要由鋼筋銹蝕作用引起:②橫向裂縫,垂直于構(gòu)件底面,主要由荷載作用、溫差作用引起;③剪切裂縫,由于豎向荷載或震動位移引起;④斜向裂縫、八字形或倒八字形裂縫,常見于墻體混凝土梁,主要因地基的不均勻沉降以及溫差作用引起;⑤X形裂縫,常見于框架梁、柱的端頭以及墻面上,由于瞬間的撞擊作用或者地震荷載作用引起;⑥各種不規(guī)則裂縫,如反復(fù)凍融或火災(zāi)等引起的裂縫。此外,還有因混凝土拌和或運輸時間過長引起的網(wǎng)狀裂縫,現(xiàn)澆樓板四角出現(xiàn)的放射狀裂縫或板面出現(xiàn)的十字形裂縫等等。2·4按裂縫的發(fā)展?fàn)顟B(tài)分類根據(jù)裂縫所處的運動狀態(tài)及其發(fā)展趨勢,可分為以下兩類:(1)穩(wěn)定裂縫這種裂縫不影響持久應(yīng)用,包括兩類。一類是在運動過程中可以自愈合的裂縫,常見于一些新建的防水工程中,這是由于裂縫處水泥顆粒在滲漏過程中與水進一步化合,析出Ca(OH)2晶體且部分Ca(OH)2又與溶解在水中的CO2發(fā)生碳化反應(yīng)形成CaCO3結(jié)晶,兩者形成的凝膠物質(zhì)將膠合裂縫封閉,從而滲漏停止,裂縫達到自愈。另一類是處于穩(wěn)定運動中的裂縫,如在周期性荷載作用下產(chǎn)生的周期性擴展和閉合的裂縫。(2)不穩(wěn)定裂縫這種裂縫將產(chǎn)生不穩(wěn)定性的擴展,影響結(jié)構(gòu)物的持久使用,應(yīng)視其擴展部位,采取相應(yīng)的措施。3混凝土常見裂縫的成因與控制措施3·1收縮裂縫收縮裂縫是由濕度變化引起的,它占混凝土非結(jié)構(gòu)性裂縫中的主要部分。我們知道,混凝土是以水泥為主要膠結(jié)材料,以天然砂、石為骨料加水拌合,經(jīng)過澆筑成型、凝結(jié)硬化形成的人工石材。在施工中,為保證其和易性,往往加入比水泥水化作用所需的水分多4~5倍的水。多出的這些水分以游離態(tài)形式存在,并在硬化過程中逐步蒸發(fā),從而在混凝土內(nèi)部形成大量毛細孔、空隙甚至孔洞,造成混凝土體積收縮。此外,混凝土硬化過程中水化作用和碳化作用也會引起混凝土體積收縮。根據(jù)有關(guān)試驗測定,混凝土最終收縮量約為0·04%~0·06%?？梢?收縮是混凝土固有的物理特性,一般來說,水灰比越大、水泥強度越高、骨料越少、環(huán)境溫度越高、表面失水越大,則其收縮值越大,也越易產(chǎn)生收縮裂縫。根據(jù)收縮裂縫的形成機理與形成時間,工程中常見的收縮裂縫主要有塑性收縮裂縫、沉降收縮裂縫和干燥收縮裂縫三類,此外,還有自身收縮(化學(xué)減縮)裂縫和碳化收縮裂縫。3·1·1塑性收縮裂縫塑性收縮裂縫發(fā)生在混凝土塑性階段,終凝之前。其形成原因是混凝土漿體中水分流向表面并迅速蒸發(fā),隨著失水的增加,毛細負壓產(chǎn)生的收縮力使混凝土表面產(chǎn)生急劇的體積收縮。而此時混凝土尚未形成強度,從而致使混凝土表面開裂。這種裂縫多出現(xiàn)在干熱與刮風(fēng)天氣中,裂縫較淺,中間寬、兩端細,長短不一,且互不連貫。3·1·2沉降收縮裂縫沉降收縮裂縫約在混凝土澆筑后半小時發(fā)生,并在硬化時停止。其形成原因是漿體在澆搗后發(fā)生不均勻沉落,粗骨料下沉,水泥凈漿上浮,當(dāng)沉降受抑制(如鋼筋或預(yù)埋件的阻擋)時，使混凝土因剪切而開裂。此外在表面形成的浮漿層也會因泌水而開裂。這種裂縫多出現(xiàn)在混凝土表面,且沿主筋或箍筋通長方向分布,中間寬兩端窄,是一種常見的早期裂縫,尤其在泵送施工中更常見。3·1·3干燥收縮裂縫干燥收縮裂縫在混凝土養(yǎng)護完以后才出現(xiàn)。其形成原因主要是由于混凝土硬化后,水分蒸發(fā)引起混凝土表面干縮,當(dāng)干縮變形受到混凝土內(nèi)部約束時,產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力使混凝土表面被拉裂。干縮裂縫一般產(chǎn)生在表面很淺的位置,多沿構(gòu)件短方向分布,呈平行線狀或網(wǎng)狀,嚴重時可貫穿整個構(gòu)件截面。3·1·4自身收縮裂縫自身收縮裂縫與外界濕度變化無關(guān),而是由于水泥熟料在水化反應(yīng)的過程中,反應(yīng)后生成物的平均密度變小而引起體系的體積收縮(稱為化學(xué)減縮)所致。主要是由于自由水轉(zhuǎn)化為水化產(chǎn)物的一部分,使它的比容降低1/4(即0·25cm3/g)。因此,化學(xué)減縮量的大小取決于水泥水化產(chǎn)物中化學(xué)結(jié)合水量的多少。3·1·5碳化收縮裂縫碳化收縮裂縫是碳化作用所產(chǎn)生的游離態(tài)水蒸發(fā),引起漿體的收縮所致。碳化作用是指大氣中的CO2在有水的條件下與水化產(chǎn)物作用生成CaCO3、鋁膠、硅膠以及游離態(tài)水,這部分水蒸發(fā)引起混凝土體積收縮(稱為碳化收縮),其實質(zhì)是碳酸對水泥石的腐蝕作用。一般水泥水化產(chǎn)物的堿度與空氣中CO2濃度越高且濕度適中(50%左右)時,越易發(fā)生碳化作用。因此,這種裂縫易出現(xiàn)在干濕交替的環(huán)境下,而干燥或水飽和環(huán)境下不易出現(xiàn);且由于裂縫處析出的碳化產(chǎn)物將形成凝膠,阻止CO2進入,故一般僅發(fā)生在表面。對以上收縮裂縫的防治可采取以下措施[5~8]:(1)摻加高效減水劑、泵送劑以盡量降低用水量;施工時,下料不宜過快,并振搗密實。(2)對于早期收縮裂縫的防治,除加強早期養(yǎng)護外,宜在混凝土終凝前進行二次抹壓,在材料上可摻加促凝劑,且宜采用早期強度高、保水性好的普通硅酸鹽水泥;對于干縮裂縫的防治,可以適當(dāng)延長養(yǎng)護時間,材料上宜選用粉煤灰水泥或中低熱水泥等干縮率小的品種。(3)盡可能降低水泥用量,增大粗骨料的含量,且宜選用石灰?guī)r作為粗骨料,因為它對收縮的抗裂性優(yōu)于安山巖和砂巖;應(yīng)嚴格控制骨料的含泥量,砂率不宜過大,骨料應(yīng)具有良好的級配。(4)降低自身收縮裂縫的有效方法是盡量使用C3A含量低的水泥,因為硅酸鹽水泥熟料中C3A的化學(xué)減縮量最大,是C2S的3倍,C4AF的5倍。(5)防止碳化收縮裂縫關(guān)鍵是降低生成物的堿度,對新澆混凝土做好濕水養(yǎng)護,而對使用當(dāng)中的混凝土結(jié)構(gòu)要盡量保持干燥,在CO2等腐蝕性氣體含量高的環(huán)境下要做好防腐措施。(6)混凝土澆筑抹光后要及時用潮濕的草墊或塑料薄膜覆蓋,風(fēng)季施工時應(yīng)設(shè)擋風(fēng)設(shè)施。3·2溫度裂縫溫度裂縫是由于混凝土內(nèi)外溫差或季節(jié)氣溫變化過大而形成的。在混凝土澆筑過程中,水泥水化反應(yīng)將放出大量的熱(一般每克水泥可放出502J熱量),使混凝土內(nèi)部溫度升高并在一定齡期出現(xiàn)溫峰,之后下降。由于混凝土內(nèi)部散熱慢而表面散熱快,必將在內(nèi)外形成溫差,為協(xié)調(diào)溫度變形,混凝土表面將產(chǎn)生拉應(yīng)力(即溫度應(yīng)力),當(dāng)超過混凝土抗拉強度后將使之開裂。這種裂縫多為貫穿性的,且較深,嚴重降低結(jié)構(gòu)的整體剛度;一般在施工結(jié)束幾個月后出現(xiàn)。此外,在混凝土養(yǎng)護期間,若受到寒流的侵襲,也會在混凝土表面引起裂縫,但較淺,危害性也較小。控制溫度裂縫的產(chǎn)生主要是從降低溫差入手,可采取以下的防治措施:(1)在材料方面,宜采用粉煤灰水泥或C3A和C3S含量低的低熱水泥,盡量減少水泥用量,可摻加緩凝高效減水劑;對大體積混凝土,可適當(dāng)摻入塊石;在拌和水中摻冰屑并對骨料進行噴水冷卻。(2)在施工方面,應(yīng)合理安排施工工序,改進施工工藝,如澆筑大體積混凝土?xí)r,在混凝土中布設(shè)水管循環(huán)導(dǎo)熱或分塊分層澆筑;改善結(jié)構(gòu)約束條件,如較長結(jié)構(gòu)要設(shè)溫度縫或后澆帶,在基巖上澆筑時,要鋪50~100mm砂層以消除其嵌固作用。(3)在設(shè)計方面,主要是做好溫度應(yīng)力計算,根據(jù)可能產(chǎn)生的溫度應(yīng)力采取相應(yīng)的構(gòu)造措施,如適當(dāng)?shù)嘏渲脺囟蠕摻?分擔(dān)混凝土溫度應(yīng)力。(4)此外,尚需加強混凝土養(yǎng)護,做好表面保溫措施(如蓄水養(yǎng)護或覆蓋潮濕的草墊等),適當(dāng)延長拆模時間,以使混凝土表面緩慢散熱;對于大體積混凝土,控制入模溫度,并進行測溫跟蹤,控制混凝土內(nèi)外溫度差在25℃以內(nèi)。3·3沉陷裂縫沉陷裂縫是建筑物建成后各部分發(fā)生不均勻沉降而引起的,多為貫穿性的,其位置與沉陷方向一致。建筑物墻體的八字形或倒八字形的裂縫便是一種典型的沉陷裂縫。回填土未經(jīng)夯實處理,地層中含有軟弱下臥層,建筑物在使用過程中地基被水(雨水、生活用水等)長期浸泡等原因都將引起建筑物的不均勻沉降,從而開裂。另外在新建工程的地基施工中,若不做好必要的措施(如設(shè)擋土墻、地下連續(xù)墻)防止土坡失穩(wěn)或地下水倒灌,會削弱相鄰老建筑物的地基承載力,從而導(dǎo)致建筑物沉陷開裂。在混凝土施工中,因模板剛度不足、支撐間距過大、過早拆模等因素,也會出現(xiàn)沉陷裂縫。沉陷裂縫往往嚴重影響建筑物的外觀,并危及結(jié)構(gòu)的耐久性,防止其產(chǎn)生的控制措施有:(1)在基礎(chǔ)設(shè)計時確保持力層的承載力與地基的均勻受力,在層高不同的部位以及新老建筑物連接處設(shè)置沉降縫。(2)在施工中,模板要有足夠的強度和剛度,并支撐可靠;另外,注意施工順序,如先高層后低層,先主體后裙房。(3)施工前要做好地質(zhì)勘測工作,盡量選擇好的持力層,竣工后要避兔地基受到雨水等浸泡。3·4其他裂縫除上述裂縫外,在結(jié)構(gòu)的施工過程還會出現(xiàn)各種形式的施工裂縫;在結(jié)構(gòu)使用過程中也會出現(xiàn)不同類型的腐蝕裂縫。(1)施工裂縫施工裂縫是由于施工中操作不當(dāng)或構(gòu)件本身的剛度不夠等因素引起的。如預(yù)應(yīng)力工程中,張拉不當(dāng)會使構(gòu)件因尚末形成強度或強度不足而開裂;模板工程中,若混凝土與模板粘結(jié)則拆模或提升模板時易將混凝土拉裂;吊裝工程中,會因構(gòu)件側(cè)向配筋少、剛度差或吊點不正確等因素而出現(xiàn)裂縫。防止這類裂縫的關(guān)鍵是嚴格按照施工規(guī)范進行,如預(yù)應(yīng)力張拉須在構(gòu)件強度達到75%以上時進行,模板與混凝土間涂刷隔離劑,拆?；蚧龝r,先均勻松動,再緩慢拆離或提升。(2)腐蝕裂縫腐蝕裂縫是由于結(jié)構(gòu)長期處于腐蝕性氣液的環(huán)境下引起的,它包括混凝土自身的腐蝕以及鋼筋的銹蝕。這類裂縫往往是由于混凝土不密實所導(dǎo)致的,它們通常與干縮裂縫、溫度裂縫等共同作用,導(dǎo)致裂縫不斷擴展,最終削弱結(jié)構(gòu)的耐久性。控制的措施主要是做好混凝土表面及鋼筋的防腐處理,出現(xiàn)裂縫,應(yīng)及時修補。此外,若混凝土骨料中存在堿活性成分、水泥中MgO含量過高(>5%)或UEA等膨脹劑摻量過多,則會因發(fā)生堿骨料反應(yīng)或MgO的水化反應(yīng),生成膨脹性的凝膠,造成混凝土膨脹開裂,形成的多為網(wǎng)狀或不規(guī)則裂縫。此類裂縫往往在結(jié)構(gòu)竣工幾年后才出現(xiàn),因為上述化學(xué)反應(yīng)極為緩慢。防治的關(guān)鍵是消除或降低混凝土中此類物質(zhì)的存在。4裂縫的處理混凝土結(jié)構(gòu)一旦開裂應(yīng)立即在鑒定的基礎(chǔ)上采取相應(yīng)的措施。目前,常用的修補方法有表面封閉法、壓力灌漿法及填堵法[1,8]。4·1表面封閉法針對寬度小于0·2mm的微裂縫,可將聚合物水泥膏、彈性密封膠或滲透性防水劑涂刷于裂縫表面,以恢復(fù)其防水性和耐久性。該法施工簡單,但僅適用于淺裂縫。(1)工藝流程:表面刷毛并沖洗→嵌補表面缺損(可用環(huán)氧膠泥或乳膠水泥)→選材涂復(fù)。(2)施工要點;①由于涂層較薄,應(yīng)選用粘結(jié)力強且不宜老化的材料;②對活動裂縫,應(yīng)采用延伸率較大的彈性材料;③涂復(fù)均勻,不得有氣泡。4·2壓力灌漿法針對寬度大于0·3mm且深度較大的裂縫,可將化學(xué)灌漿材料(如聚氨酯、環(huán)氧樹脂或水泥漿液)通過壓力灌漿設(shè)備注入到裂縫深處,以恢復(fù)結(jié)構(gòu)整體性、防水性及耐久性。(1)工藝流程:鑿槽→埋設(shè)漿嘴→封縫→密封檢查→配制漿液→灌漿→封孔→灌漿質(zhì)量檢查。(2)施工要點:①灌漿材料宜選用粘結(jié)力強、可灌性好的樹脂類材料,通常選用環(huán)氧樹脂;②對于寬度大于2mm的特大裂縫可采用水泥類材料,對于活動性裂縫宜采用經(jīng)稀釋的環(huán)氧樹脂或聚氨酯;③化學(xué)灌漿壓力控制在0·2~0·4MPa,水泥漿灌漿壓力控制在0·4~0·8MPa,增大壓力并不提高灌漿速度,也不利于灌漿效果;④灌漿后,待漿液初凝而不外滲時,方可拆下灌漿嘴(盒、管)。4·3填堵法針對寬度大于0·5mm的寬大裂縫或鋼筋銹蝕裂縫,可沿裂縫將混凝土鑿成“U”型或“V”型槽,然后嵌填修補材料,以恢復(fù)防水性、耐久性或部分恢復(fù)結(jié)構(gòu)整體性。(1)工藝流程:鑿槽→基層處理(混凝土去污、鋼筋除銹)→涂刷結(jié)合劑(環(huán)氧樹脂漿液)→嵌填修補材料→面層處理。