淺談混凝土結構裂縫形成原因及預防解決之道

                                                                                                                       施做前


工程結構出現裂縫是比較普遍的現象。不過,結構裂縫大部分是能夠通過設計手段、施工措施來避免的。本文著重對混凝土結構裂縫的成因及預防措施作一粗淺的探討。

一、鋼筋混凝土結構常見裂縫原因分析混凝土抗壓強度較高而抗拉強度很低,約為其抗壓強度的十分之一。當結構受力或溫度、濕度發生變化時,導致混凝土產生拉應力,極易產生裂縫。

1.材料方面。有些構件裂縫是由材料品質引發的,如水泥安定性差,兩種水泥混用,砂、石含泥量大,骨料粒徑過小,外加劑品質差或加入量過大等。

2.地基變形。當地基發生不均勻下沉時,在結構內部必然產生極大的應力。當應力超過構件抗力時,將不可避免地出現裂縫,裂縫的形狀、方向、寬度決定於地基變形的情況。

3.設計方面。構造處理不當,主次梁交合處主樑未設加強箍筋或附加吊筋;大截面梁未設腰筋;構件斷面突變或因開洞、留槽引起應力集中等因素,均可導致構件裂縫的出現。

4.結構荷載方面。結構因承受荷載而產生裂縫的原因很多,施工中或使用中都可能出現。例如構件早期受到震傷,拆除承重範本過早,施工荷載過大,構件堆放、運輸、吊裝時,墊木或吊點位置不當,預應力張拉值過大或放張不規範等,均可能產生裂縫。較為常見的是鋼筋混凝土梁、板等受彎構件,在使用荷載作用下,出現不同程度的裂縫。早期微裂一般不易發現,規範規定有些構件允許出現寬度不大於0.3毫米的裂縫。但對裂縫寬度超過規範規定的,以及不允許出現裂縫的構件出現裂縫,則應屬於有害裂縫,須加以認真分析,慎重處理。

5.溫度應力裂縫。混凝土與一般物質一樣,具有熱脹冷縮的物理性質,其線膨脹係數約為1×10-5/℃,當環境溫度發生變化時,就會產生溫度變形,在構件受到約束不能自由變形時,構件內就會產生附加應力,當溫度應力超過混凝土的抗拉強度時,必將出現裂縫。常見的如現澆屋面板垂直于肋梁方向的裂縫,大體積混凝土表面裂縫、煙囪外壁的豎向裂縫等。

6.濕度變形裂縫。普通混凝土在空氣中硬結時,體積會發生收縮,由此而在構件內產生拉應力,在早期混凝土強度較低時,混凝土收縮值最大。因此,若構件早期養護不良,極易產生收縮裂縫。這類裂縫,在現澆剪力牆、水池底、壁等工程結構中最為常見。

7.徐變裂縫。結構構件在內應力的作用下,除暫態彈性變形外,其變形值隨時間的延長而增加的現象稱為徐變變形。據文獻記載受彎構件由於徐變變形的作用,其長期變形值可增加2∼3倍,因變形量加大而使拉區混凝土承受拉應力,造成裂縫的出現。預應力構件因徐變會產生較大的應力損失,降低了結構的抗裂性能。此類裂縫常見於受彎構件的拉區,其特徵與承受荷載出現裂縫相同。

8.施工方面。由於施工原因造成裂縫出現的因素很多。如混凝土結構養護不良或養護時間不夠;水灰比過大、水泥或外加劑加入量過大;攪拌時間不夠、振搗不實;鋼筋表面污染、保護層過小或過大;任意留置施工縫且不按規定處理;後期施工擾動前期混凝土;構件內外溫差大,未採取有效措施;在不宜施工的氣候條件下,勉強施工;冬季施工未採取防凍措施等。

二、混凝土結構裂縫的預防措施

  1.材料方面。1)水泥:根據工程條件不同,儘量選用水化熱較低、強度較高的水泥,嚴禁使用安定性不合格的水泥:2)骨料應選用粒徑適當、級配合理、無鹼性反應、有害物質及含泥量符合規定的砂、石材料;3)外摻料宜摻入適量粉煤灰和減水劑等外加劑,超長建築物或構築物可加入微膨脹劑,以改善混凝土工作性能,降低水泥用量和用水量,減少收縮。

2.混凝土配料、攪拌及澆築。1)配合比設計應儘量采有低水灰比、低水泥用量、低用水量。投料計量應準確,攪拌時間應保證;2)澆築分層應合理,振搗應均勻、適度,不得隨意留置施工縫。

3.設計方面。1)建築平面造型在滿足使用要求的前提下,力求簡單;控制建築物的長高比,增強整體剛度和調整不均勻沉降的能力;2)正確設置沉降縫、變形縫,位置和寬度選擇要適當,構造要合理;3)磚混結構底層窗臺下應採用加筋砌體,洞口較寬的窗臺下宜設置鋼筋混凝土梁,以防止窗臺因地基沉降產生豎向裂縫;4)構件配筋要合理,間距要適當。斷面較大的梁應設置腰筋。大跨度、較厚的現澆板,上面中心部位宜配置構造鋼筋。主樑在集中應力處,宜加設抗剪鋼筋。

4.施工方面。1)加強地基的檢查與驗收,複雜地基,應做補充勘探。異常地基處理必須謹慎,盡可能使其處理後的承載力與本工程正常地基承載力相同或相近;2)合理設置後澆帶,較長的牆、板、基礎等結構和主樓與裙房之間等高低層錯落處,均應設置後澆帶。具體要求可由設計單位確定;3)加強混凝土的早期養護,並適當延長養護時間,當柱、牆等構件澆水養護有困難或不能保證其表面濕潤時,應採用覆蓋保溫材料等做法,以減少混凝土的收縮變形;4)大體積混凝土施工,應做好溫度測控工作,採取有效的保溫措施,保證構件內外溫差不超過規定(25℃);5)鋼筋綁紮位置要正確,保護層厚度準確,鋼筋表面應潔淨,鋼筋代換必須考慮對構件抗裂性能的影響。
 

上述的預防措施都做了,如果不幸真的發混凝土結構裂縫,是否有補救的方法呢?筆者參考國內外的網站有一種叫CDPS
的材料,一個月滲透的深度即達3.5CM,一般的矽酸質的材料也無法到達這樣的深度,而且它的施工方式也很方便,不像pu等材料,須塗三、四層以上。但現在市面上的較普遍的防水材料,像pu或環氧樹脂之類,屬於有機質的材料,普遍都有材質劣化的疑慮,且若長期直接曝露在太陽下或長期浸泡在水中,通常防水效果不能持久。是否有無機質且長期直接曝露在太陽下或長期浸泡在水中,而不會劣化或分解的防水材料,筆者之前請教過建築師及工程顧問公司的朋友告訴我有一種叫CDPS的防水材料,也曾應用在許多重大工程,大家可以上YAHOOGOOGLE找找看..........

CDPS是一種可呼吸的水泥基結晶滲透型且可自動修復裂縫的防水材料,可直接應用於混凝土表面,滲入混凝土結構的微孔和空隙中,堵塞過水通道,處理混凝土結構裂縫有顯著效果!
 

                                                                                                                      施做前

使用CDPS後,約14日裂縫結晶並癒合,在樓版上方試水,無滲漏水痕跡                      

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CDPS結晶原理介紹

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CDPS

混凝土滲透結晶型系列防水材料

CDPS防水原理

  CDPS,它是由波特蘭水泥、矽沙和多種特殊的活性化學物質所組成的灰色粉末狀無機材料。其防水原理是CDPS特有的活性化學物質,利用水泥混凝土本身的化學特性及多孔性,以水做載體,借助滲透作用在混凝土毛細管中傳輸、並催化混凝土內的微粒和未完全水化的成份再次發生水化作用,而形成不溶性的枝蔓狀結晶,並與混凝土結合成為一體,進而使任何方向來的水或液體被堵塞,達到永久性的防水、防潮和保護鋼筋、增強混凝土結構強度的效果。工作示意圖如下:

圖1

把CDPS按應用指南的料與水比例調成灰漿,均勻地塗刷在經過處理的混凝土表面上。

圖2

CDPS中的活性化學物質以水做載體,滲透到混凝土的毛細管孔道中,使水泥再行水化作用,形成不溶性的晶體,使任何方向來的水及其它液體均被堵塞和封閉

 

CDPS

混凝土滲透結晶型系列防水材料

CDPS電子顯微鏡觀察

  下面是混凝土試體的電子顯微鏡照片。它充分顯示了CDPS在混凝土毛細管和微小通道中的結晶過程和效果。

1. 未經處理的混凝土

在表層以下30mm處切取的混凝土試樣。可以看到在切面照片上充滿孔隙。

2. CDPS結晶過程的初始狀態

在CDPS處理過的混凝土試樣上,離表層以下30mm處切取的顯示結晶反應的初始狀態,可以看到結晶正在形成。

3. CDPS結晶過程的成熟狀況

這張照片所示為CDPS處理後第28天的混凝土,在深度為30mm處切取的試樣,可以看到混凝土毛細管中已生成了致密的結晶體結構,這種結晶大大增強了混凝土的密實度,並完全切斷了水的流動通道。

 

使用CDPS,可以使混凝土或水泥牆面自動修復裂縫與裂縫自癒。同時有下列的特性

1、CDPS可在潮濕的混凝土表面上施工,適用地下結構與長期潮溼的地方。
2、CDPS能抗氯離子的危害、耐紫外線、耐輻射、耐氧化、耐碳化。屬無機質,不老化,與混凝土同壽命。
3、CDPS防水作用是永久的,而且具有自我修復能力。遇到水又可以二次、三次等多次產生結晶,填補裂縫,故其防水作用是永久的。
4、CDPS由於具有循環結晶修補的特性,進而提高混凝土水密性,達到軀體防水的效果。
5、CDPS正負水壓均可施作。(負水壓施作為背水面施作)
6、CDPS水泥基滲透結晶型防水材能長期耐受強水壓且可長期浸泡水中,不會水解或分解。
7、CDPS是無毒、無公害的產品、無揮發性氣體,可於侷限空間施作,可用於蓄水池及飲用水儲槽。
8、CDPS能增強混凝土強度、防止化學腐蝕對混凝土的破壞,並對鋼筋及金屬埋件起保護作用。
9、CDPS處理後還可接受別的塗層。
10、CDPS施工成本較低,施工方法簡單,混凝土接面上勿須用介面劑。
11、CDPS施作容易,使用刷子及噴槍即可進行塗佈,且品質安定。
12、CDPS塗層不影響混凝土的呼吸,使混凝土結構保持乾爽、不反潮。
13、CDPS屬於水泥系之塗料,能與結構體結合為一體。
14、CDPS由於具有循環結晶修補的特性,進而提高混凝土水密性,達到軀體防水的效果。
15、CDPS抗各種化學物質的侵蝕,長期接觸pH可達3 ∼ 11。
16、CDPS施工完養護期後不怕穿刺及撞碰,而且膨脹係數與混凝土基本一致

 


        

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