混凝土,簡(jiǎn)寫為“砼”,是指由膠凝材料將集料膠結(jié)成整體的工程復(fù)合材料的統(tǒng)稱。通常講的混凝土一詞是指用水泥作膠凝材料,砂、石作集料,與水(加或不加外加劑和摻合料)按一定比例配合,經(jīng)攪拌、成型、養(yǎng)護(hù)而得的水泥混凝土,也稱普通混凝土。它廣泛應(yīng)用于土木工程。按使用功能分主要有:結(jié)構(gòu)混凝土、保溫混凝土、裝飾混凝土、防水混凝土、耐火混凝土、水工混凝土、海工混凝土、道路混凝土、防輻射混凝土等。按施工工藝分主要有。離心混凝土、真空混凝土、灌漿混凝土、噴射混凝土、碾壓混凝土、擠壓混凝土、泵送混凝土等。按配筋方式分有:素(即無筋)混凝土,鋼筋混凝土、鋼絲網(wǎng)水泥、纖維混凝土、預(yù)應(yīng)力混凝土等。按混凝土拌合物的和易性分有;干硬性混凝土、半干硬性混凝土、塑性混凝土、流動(dòng)性混凝土、高流動(dòng)性混凝土、流態(tài)混凝土等。
1 混凝土裂縫產(chǎn)生的原因
混凝土產(chǎn)生裂縫的原因有多種,但根本原因是混凝土中的拉應(yīng)力超過了混凝土的抗拉強(qiáng)度。具體可歸結(jié)為溫度和濕度變化、外荷載產(chǎn)生的變形過大和施工方法不當(dāng)這三種原因。具體類型有;
(1)水泥干縮產(chǎn)生的裂縫。這種裂縫出現(xiàn)在混凝土的表面,比較細(xì)小。水泥是水硬性材料,具有干縮性,在硬化初期如果養(yǎng)護(hù)不當(dāng)造成水份不足則可能產(chǎn)生裂縫。
(2)溫差變化,由熱脹冷縮效應(yīng)引起的裂縫。這種裂縫一般出現(xiàn)在溫差變化較大的環(huán)境及面積或長度較大,而又未在適當(dāng)?shù)牟课涣粼O(shè)伸縮縫的構(gòu)件或結(jié)構(gòu)上。
(3)應(yīng)力集中引起的裂縫。這種裂縫一般出現(xiàn)在混凝土板的陰陽轉(zhuǎn)角處或支座處。是由于板面負(fù)彎矩鋼筋配筋不足或鋼筋粗而間距過大造成的。
(4)使用不當(dāng)造成過載,變形過大引起的裂縫。這種裂縫通常出現(xiàn)在混凝土受彎構(gòu)件的受拉區(qū)。
(5)張拉力引起的裂縫。在預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土構(gòu)件張拉后的放張過程中,如控制不好則可能造成裂縫。這種裂縫一般出現(xiàn)預(yù)應(yīng)力構(gòu)件的端部或板的上表面角部。
(6)不均勻沉降引起的裂縫。由于地基的不均勻沉降造成基礎(chǔ)或圈梁、大粱及其它構(gòu)件拉力過大而出現(xiàn)裂縫。
(7)施工中,在混凝土初凝階段因模板振動(dòng)、變形或移位會(huì)使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫。
(8)加荷過早產(chǎn)生的裂縫。施工時(shí)因拆模過早,混凝土強(qiáng)度未達(dá)到設(shè)計(jì)要求而提前加荷。使構(gòu)件過載而出現(xiàn)裂縫。
(9)施工縫處理不好則可能在施工縫部位出現(xiàn)裂縫。
(10)混凝土預(yù)制構(gòu)件,在脫模、運(yùn)輸、堆放、起吊過程中因各種原因使構(gòu)件受壓區(qū)處于受拉狀態(tài),都可能使構(gòu)件產(chǎn)生裂縫。
2 混凝土裂縫產(chǎn)生的危害
混凝土是多組分復(fù)合材料,在溫度和濕度變化的條件下。硬化并產(chǎn)生體積變形。由于各種材料變形不一致,互相約束而產(chǎn)生初始應(yīng)力,造成骨料與水泥粘結(jié)面或水泥本身之間出現(xiàn)肉眼看不見的微細(xì)裂縫,我們一般稱微裂。這種微細(xì)裂縫的分布是不規(guī)則的,互不連貫,但在荷載作用下或進(jìn)一步產(chǎn)生溫度變化,養(yǎng)護(hù)不到位失水干縮的情況下,裂縫開始擴(kuò)展,并逐漸互相連通,從而出現(xiàn)較大的肉眼可見裂縫,成為宏觀裂縫,嚴(yán)重的形成樓板上下貫通縫,這就成為有害裂縫。這樣的裂縫將對(duì)結(jié)構(gòu)的承載力,防火性、抗?jié)B性、抗鋼筋銹蝕性、抗化學(xué)侵蝕性等耐久性能產(chǎn)生嚴(yán)重的危害。
化學(xué)侵蝕,凍融循環(huán)、碳化、鋼筋銹蝕、堿集料反應(yīng)等,都會(huì)對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)體產(chǎn)生破壞作用。這些破壞作用的發(fā)生或進(jìn)行的快慢,除了受混凝土自身材料性質(zhì)的影響外,裂縫就是一個(gè)重要的影響因素。一般從結(jié)構(gòu)拆模到裝修完成,要經(jīng)過2~3個(gè)月的時(shí)間,有的大型工程還要跨年施工。這時(shí)空氣中的CO2、SO2氣體及雨水等就會(huì)順著裂縫進(jìn)入混凝土內(nèi)部,促成鋼筋銹蝕的加快,堿集料反應(yīng)及碳化速度的加快進(jìn)行;從而引起耐久性的下降和縮短建筑物的使用壽命。
3 混凝土裂縫裂縫處理措施
混凝土裂縫的修補(bǔ)措施主要有以下一些方法:表面修補(bǔ)法,灌漿、嵌逢封堵法,結(jié)構(gòu)加固法?;炷林脫Q法,電化學(xué)防護(hù)法以及仿生自愈合法。
3.1 表面修補(bǔ)法
表面修補(bǔ)法是一種簡(jiǎn)單、常見的修補(bǔ)方法,它主要適用于穩(wěn)定和對(duì)結(jié)構(gòu)承載能力沒有影響的表面裂縫以及深進(jìn)裂縫的處理。通常的處理措施是在裂縫的表面涂抹水泥漿、環(huán)氧膠泥或在混凝土表面涂刷油漆、瀝青等防腐材料,在防護(hù)的同時(shí)為了防止混凝土受各種作用的影響繼續(xù)開裂,通??梢圆捎迷诹芽p的表面粘貼玻璃纖維布等措施。
3.2 灌漿、嵌逢封堵法
灌漿法主要適用于對(duì)結(jié)構(gòu)整體性有影響或有防滲要求的混凝土裂縫的修補(bǔ),它是利用壓力設(shè)備將膠結(jié)材料壓人混凝土的裂縫中,膠結(jié)材料硬化后與混凝土形成一個(gè)整體,從而起到封堵加固的目的,常用的膠結(jié)材料有水泥漿、環(huán)氧樹脂、甲基丙烯酸酯、聚氨酯等化學(xué)材料。
嵌縫法是裂縫封堵中最常用的一種方法,它通常是沿裂縫鑿槽,在槽中嵌填塑性或剛性止水材料,以達(dá)到封閉裂縫的目的。常用的塑性材料有聚氯乙烯膠泥、塑料油膏、丁基橡膠等等;常用的剛性止水材料為聚合物水泥砂漿。
3.3 結(jié)構(gòu)加固法
當(dāng)裂縫影響到混凝土結(jié)構(gòu)的性能時(shí),就要考慮采取加固法對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行處理。結(jié)構(gòu)加固中常用的主要有以下幾種方法:加大混凝土結(jié)構(gòu)的截面面積。在構(gòu)件的角部外包型鋼、采用預(yù)應(yīng)力法加固、粘貼鋼板加固、增設(shè)支點(diǎn)加固以及噴射混凝土補(bǔ)強(qiáng)加固。
3.4 混凝土置換法
混凝土置換法是處理嚴(yán)重?fù)p壞混凝土的一種有效方法,此方法是先將損壞的混凝土剔除,然后再置換人新的混凝土或其他材料。常用的置換材料有:普通混凝土或水泥砂漿、聚合物或改性聚合物混凝土或砂漿。
3.5 電化學(xué)防護(hù)法
電化學(xué)防腐是利用施加電場(chǎng)在介質(zhì)中的電化學(xué)作用,改變混凝土或鋼筋混凝土所處的環(huán)境狀態(tài)。鈍化鋼筋,以達(dá)到防腐的目的。陰極防護(hù)法、氯鹽提取法、堿性復(fù)原法是化學(xué)防護(hù)法中常用而有效的三種方法。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是防護(hù)方法受環(huán)境因素的影響較小,適用鋼筋、混凝土的長期防腐,既可用于已裂結(jié)構(gòu)也可用于新建結(jié)構(gòu)。
3.6 仿生自愈合法
仿生自愈合法是一種新的裂縫處理方法,它模仿生物組織對(duì)受創(chuàng)傷部位自動(dòng)分泌某種物質(zhì),而使創(chuàng)傷部位得到愈合的機(jī)能,在混凝土的傳統(tǒng)組分中加入某些特殊組分(如含粘結(jié)劑的液芯纖維或膠囊),在混凝土內(nèi)部形成智能型仿生自愈合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),當(dāng)混凝土出現(xiàn)裂縫時(shí)分泌出部分液芯纖維可使裂縫重新愈合。