搞定混凝土结构裂缝的问题？

~ 混凝土裂缝问题是长期困扰着建筑工程技术人员的一大难题，混凝土结构尤其是大体积建筑中出现裂缝是很常见的现象，因此工程人员对裂缝问题非常关注。
本文对钢筋混凝土结构裂缝进行了分类，并分析了裂缝的产生原因、常用的检测方法，以及裂缝出现以后的各种修复加固措施，供从事工程施工的工程技术人员参考。
01
裂缝可能危及结构安全
裂缝问题是一个人们普遍关心的问题，对混凝土结构而言，裂缝的存在是十分普遍的现象。大量科研和实践都证明了混凝土结构出现裂缝是不可避免的，裂缝出现时荷载常为极限荷载的15%~25%。
在正常使用荷载作用下，钢筋混凝上结构一般是带裂缝工作的，一般肉眼可见的裂缝范围为0.02~0.05mm，裂缝宽度小于0.05mm 的属无害裂缝，对防水、防腐蚀与承重的影响均可忽略不计。
我国现行规范对一般正常使用条件下混凝土结构构件最大裂缝宽度的控制标准为0.3mm。因此就经济及科学观点，一定程度的裂缝是可以接受的。
但有的裂缝会造成结构承载能力降低，结构可靠度下降；有的虽对承载力无多大影响，但会出现诸如混凝上保护层脱落、钢筋锈蚀加速和混凝土碳化，降低结构的耐久性或发生渗漏，影响使用。
02
裂缝原因与类型
裂缝形成的原因一般分成两类：结构性裂缝和非结构性裂缝。
【结构性裂缝】
由于直接施加的各种静力和动力荷载所引起的裂缝。由于结构承载力不足应力达到限值引起的，是结构开始破坏的特征。这种裂缝是比较危险的，如果不对这类裂缝进行处理将对结构的安全带来隐患。
【非结构性裂缝】
由于温度变化、收缩、不均匀沉降等间接作用, 结构的变形受到约束而引起的裂缝。这种裂缝对结构承载力的影响不大，可根据结构耐久性、抗渗、抗震、使用等方面要求采取修补措施。
在实际工程结构中，由于荷载所引起的裂缝只占总数的20%左右，而由于间接作用所产生的裂缝，大约占裂缝总数的80%。
裂缝成因复杂，对结构的影响差异也较大。只有在弄清结构受力状态和裂缝对结构影响的基础上，才能确定相应的修复措施。
03
裂缝调查与分析
裂缝成因调查包括对材质与施工质量、设计计算与构造、使用环境与荷载等方面的调查，是为裂缝分析提供依据的。
通过裂缝现状观测、成因调查判明是结构性裂缝还是非结构性裂缝。
裂缝的宽度、长度保持恒定不变的属于稳定裂缝，只要其宽度不大，符合规范要求，其危险性较小，属安全构件。
裂缝的宽度和长度随时间不断扩展，说明钢筋应力可能接近或达到流限，对承载力有严重的影响，应及时采取措施。
04
裂缝的检测
裂缝检测就是裂缝现状检查，通过现状检测并绘制裂缝分布图，为进行裂缝分析和危害性评定提供依据。
裂缝外观检测常用的仪器有刻度放大镜、裂缝对比卡等，裂缝深度主要采用超声波法探测或直接钻芯法检测。检测的一般步骤如下：
01 绘制裂缝分布图
先画出产生裂缝构件的形状， 然后将裂缝的位置、长度标于图上，并对每条裂缝进行编号和注明裂缝出现时间。
为便于研究分析，裂缝图应根据构件逐一绘制展开图，并在图上标明方位。当裂缝数量较多时，可在构件有裂缝的表面画上方格，方格尺寸依据构件的大小以200~500mm 为宜，在裂缝的一侧用毛笔或粉笔沿裂缝画线，然后依据同样的位置翻样到记录本上，对于特殊形状的裂缝还要拍照和摄像。
02 测定裂缝宽度
测定时把裂缝全长分为四等分，中央点和两端，以及中央点和中间的第三分点。测定裂缝方向上的垂直宽度，使用带有刻度的专用显微镜，将刻度与缝口垂直，量出缝口宽度，记下读数并标于图上。
也可以采用裂缝卡通过放大镜估计裂缝宽度，但这种方法误差较大。裂缝长度可用钢尺测量，在裂缝的端部要有标志，标上年月日，以观测裂缝的发展。
在测定裂缝长度和宽度的同时，须同时确认保护层厚度，保护层混凝土厚度不宜用錾凿开时，可用钢筋探测器找出其厚度。
03 测定裂缝深度
检测裂缝的深度通常用超声波法，通过所测得的声时与探头之间的关系推算出裂缝的深度。
用超声波测试裂缝深度，要在避开钢筋的位置上进行，且仅对一些受力裂缝比较合适，因为这种裂缝两边的混凝土一般是完全分离的。如果两边的混凝土并未完全分离，用超声波检测是不太准确的。
对于裂缝不深且其走向大致成一直线的构件，可以采用直接取芯的方法进行检测。
这种方法是在有裂缝的位置，沿深度方向钻取混凝土芯样，这样可以在芯样侧面直接测量裂缝深度，其缺点是对构件有一定的破损。
04 裂缝发展情况观测
对于活动裂缝，应进行定期观测，专用仪器有接触式引伸仪、振弦式应变仪等，最简单的办法是骑缝涂抹石膏饼观察。
在典型裂缝位置处抹50mm左右见方的石膏饼，观察石膏饼是否沿原裂缝开裂，就可确定裂缝是否在继续发展。石膏饼开裂宽度大，说明裂缝增长也大，将裂缝的变化情况亦记于图上。通过以上观测绘制形成的裂缝图，即可作为裂缝分析的依据。
05
裂缝修复措施
裂缝处理的原则：
1）首先应能保证裂缝处理后结构原有的承载能力、整体性以及防水、抗渗性能；
2）其次要考虑温度、收缩应力较长时间的影响，以免处理后再出现新的裂缝；
3）再次应防止进一步的人为损伤结构和构件，尽量避免大动大补，并尽可能保持原结构的外观。
裂缝的类型不同，修复处理的方法也不相同，裂缝一般的处理方法有如下几种：
01 表面修补
通过密封裂缝表面以提高其防水性及耐久性。适用于对结构承载力无影响的浆材难以灌入的细而浅的裂缝，深度未达到钢筋表面的微细裂缝(一般宽度小于0.2mm)。
修补用的材料必须具有密封性、抗渗性和耐老化性，与混凝土的变形要相适应, 大面积处理时应注意防止空鼓、起皮。
表面修补法主要有表面涂抹环氧树脂、聚氨酯、聚合物砂浆等，表面粘贴常采用玻璃丝布、碳纤维布、土工膜。
修补处理前应将裂缝附近的灰尘浮渣清除干净，采用表层粘贴封闭时应对结构面进行打磨处理。
02 内部修复
采用压浆泵将粘合剂及密封剂浆液灌入裂缝深部，由于胶结料在裂缝内部凝结、硬化而起到补缝作用，从而达到恢复结构的整体性、耐久性及防水性的目的。
灌浆材料一般要求具有较好的流动性，且具有一定的粘结强度。常用的灌浆材料有水泥和化学材料，可按裂缝的性质、宽度、施工条件等具体情况选用。
一般对宽度大于0.5mm 的裂缝，可采用水泥灌浆；对宽度小于0.5mm 的裂缝，宜采用化学灌浆。化学灌浆材料主要为环氧树脂和聚氨酯等。
压力灌浆分为低压注入和高压注入两种方式，应根据修复的结构类型和裂缝种类选择适合的注入方式。
低压注入适合宽度较细，深度较浅的建筑物裂缝；高压注入适合宽度较宽,深度很深的建筑物裂缝。
目前国内较为成熟的“YJ - 自动压力灌浆技术”，是一项包括材料、机具、施工的综合技术，利用低压原理，依靠内部弹簧压力和毛细管作用将树脂注入微细裂缝。
03 加固补强
结构加固补强是为了防止裂缝再出现和扩展，保证结构安全。结构补强的方法很多，主要有加大截面法、外包角钢法、粘钢法、粘贴碳纤维法以及预应力加固法等。
加固方法的选择，应根据检测分析结果、结构功能降低及加固原因，结合结构特点、当地具体条件、新的功能要求等因素综合分析后确定。
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