混凝土裂縫的鑒別及處理原則


一、 前言
裂縫是固體材料中的一種不連續現象,許多鋼筋混凝土形式建筑物在建設過程和使用過程中出現了不同程度、不同形式的裂縫,這是一個相當普遍的現象,也是長期困擾土木技術人員的一項技術難題。在工程鑒定加固中,經常遇到各種形式的混凝土裂縫,準確地對混凝土裂縫進行鑒別不僅是工程鑒定一項主要內容,也是對裂縫進行加固修補處理的重要依據,因此顯得尤為重要。
二、 混凝土裂縫的主要類型
混凝土裂縫產生的基本原因可以歸納為兩大類:一類是荷載變化引起的裂縫,包括施工和使用階段的靜荷載、動荷載;一類是由變形變化引起的裂縫,包括溫度、濕度變化、不均勻沉降、凍脹、鋼筋銹蝕、化學反應膨脹等等(1)。
按裂縫產生的機理分,建筑物中常見的裂縫基本類型有:塑性收縮裂縫,沉降收縮裂縫,溫度裂縫,干燥收縮裂縫,碳化收縮裂縫,化學反應裂縫,沉陷裂縫,凍脹裂縫,徐變裂縫,凝縮裂縫等等。
三、 混凝土裂縫鑒別的主要內容
建筑物的破壞,特別是鋼筋混凝土結構的破壞往往是從裂縫開始的。但是,并不是所有的裂縫都是建筑物危險的征兆,只有那些影響結構承載能力、穩定性、剛度以及節點連接可靠性等的裂縫才可能危及建筑物的使用安全。而大量常見的裂縫,如溫度、收縮裂縫等,并不危及建筑結構安全。因此,各類裂縫對建筑物的危害是不同的,故對各類裂縫的處理應有區別。所以準確鑒別不同類型的裂縫是十分重要的。
裂縫鑒別一般從裂縫現狀、開裂時間和裂縫的發展變化三個方面調查分析(2),其鑒別的主要內容有以下幾個方面:
(一) 裂縫現狀調查
包括對所處理裂縫調查其產生形式、裂縫寬度、裂縫長度、是否貫通、縫內有無異物及裂縫寬度的變化等情況。裂縫末端位置是推斷混凝土應力狀態的重要參數,一定要仔細觀察到看不見為止。
1、 裂縫寬度
裂縫寬度是判斷裂縫對混凝土結構物影響程度的重要參數,應預先查明裂縫寬度是否發展變化,因為它是分析開裂原因、決定修補及補強加固方法的重要項目。
2、 裂縫位置與分布特征
一般應調查清楚裂縫位于建筑物的第幾層,出現在哪類構件(梁、板、柱、墻等)上,裂縫在構件的位置,如梁的兩端或跨中,板的頂面或底面等。
3、 裂縫的方向與形狀
一般裂縫的方向同主拉應力方向是相互垂直的,因此要注意分清裂縫的方向。要注意區分裂縫的形狀是上寬下窄、上窄下寬、兩端窄中間寬或寬度變化不大等不同情況,因為由不同的原因導致的裂縫的形狀是不同的。
4、 裂縫的深度和長度
檢查裂縫的深度主要區別裂縫是淺表裂縫、保護層裂縫、還是較深的甚至貫穿性裂縫。裂縫長度與分析裂縫開裂原因及判斷是否加固修補關系不大,然而根據裂縫的長度可以大致搞清楚裂縫是局部原因引起的還是較廣范圍原因引起的。
(二) 裂縫的開裂時間
裂縫的開裂時間是判斷開裂原因的重要依據,所以必須慎重判斷。一般來說,發現裂縫的時間和裂縫的開裂時間是不一致的,因此,必須多方搜集線索,參考裂縫寬度的變化情況記錄進行綜合分析判斷。
(三) 裂縫的發展變化
裂縫的發展變化是指裂縫長度、寬度、數量等方面的變化。在對裂縫處理前一定要分清裂縫是活動裂縫還是靜止裂縫。
四、 混凝土裂縫的處理界限和處理原則
(一) 混凝土裂縫的處理界限
1、國內標準規范的規定
(1) 《混凝土結構設計規范》(3)GB50010-2002規定普通鋼筋混凝土結構的裂縫控制等級為三級。允許受拉邊緣出現裂縫,構件在開裂狀態下工作,但規定了最大裂縫寬度限值,見表(一)。
表(一) 我國鋼筋混凝土構件最大裂縫寬度限值
類 別 |
結 構 構 件 所 處 條 件 |
最大裂縫寬度限制值 (mm) |
因荷載變化要求
控制的裂縫寬度 |
按裂縫出現設計(不允許出現裂縫的工程) |
不允許出現裂縫 |
屋架、托架的受拉構件; 煙囪、用于儲存松散體的筒倉; 處于液體壓力下而無專門保護措施的構件 |
0.2 | |
處于正常條件下的構件 |
0.3 | |
因持久強度 (鋼筋不致受腐蝕條件下) 要求控制的裂縫寬度 |
處于嚴重腐蝕條件下、有防滲要求的純自防水構件; 處于非高壓條件下、有防滲要求的地下工程和屋面工程 |
0.1 |
處于輕微腐蝕條件下的構件,無防滲要求 |
0.2 | |
處于正常條件下的構件,無防滲要求 |
0.3 |
(2)《工業廠房可靠性鑒定標準》(4)GBJ144-90
該標準規定可靠性等級劃分為四級,將混凝土裂縫作為一個子項鑒定評級,分為a、b、c、d四級,其中a、b兩級不必處理;c級影響安全或影響正常使用,應采取措施;d級危及安全或不能正常使用,必須處理。
受力主筋處橫向和斜向裂縫寬度按表(二)評定等級;因主筋銹蝕產生的沿主筋的裂縫寬度按以下要求評定其等級:a和b級無裂縫,c級裂縫寬度小于等于2mm,d級裂縫寬度大于2mm。
表(二) Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級鋼筋配筋的混凝土結構或構件裂縫寬度評定等級
結構或構件的工作條件 |
裂縫寬度(mm) | ||||
a級 |
b級 |
c級 |
d級 | ||
室 內 正 常 環 境 |
一般構件 |
≤0.40 |
>0.40,≤0.45 |
>0.45,≤0.70 |
>0.70 |
屋架、托架 |
≤0.20 |
>0.20,≤0.30 |
>0.30,≤0.50 |
>0.50 | |
吊車梁 |
≤0.30 |
>0.30,≤0.35 |
>0.35,≤0.50 |
>0.50 | |
露天或室內高溫環境 |
≤0.20 |
>0.20,≤0.30 |
>0.30,≤0.40 |
>0.40 |
(3)《危險房屋鑒定標準》(5)JGJ125-99
該標準中規定混凝土構件裂縫有下列現象之一者,應評定為危險點:
1) 梁、板產生超過L0/150的撓度,且受拉區裂縫寬度大于1mm;
2) 簡支梁,連續梁跨中部位受拉區產生豎向裂縫,其一側向上延伸達梁高的2/3以上,且縫寬大于0.5mm,或在支座附近產生剪切斜裂縫,縫寬大于0.4mm。
3) 梁、板受力主筋處產生橫向水平裂縫和斜裂縫,縫寬大于1mm,板產生寬度大于0.4mm的受拉裂縫;
4) 梁、板因主筋銹蝕,產生沿主筋方向的裂縫,縫寬大于1mm,或構件混凝土嚴重缺損,或混凝土保護層厚度嚴重脫落、露筋;
5) 現澆板周邊產生裂縫,或板底產生交叉裂縫;
6) 預應力梁、板產生豎向通長裂縫;或端部混凝土松散露筋,其長度達主筋直徑的100倍以上;
7) 受壓柱產生豎向裂縫,保護層脫落,主筋外露銹蝕;或一側產生水平裂縫,縫寬大于1mm,另一側混凝土被壓碎,主筋外露銹蝕;
8) 墻中間部位產生交叉裂縫,縫寬大于0.4mm。
2、 國外的一些標準
日本混凝土工程協會制定的裂縫寬度的規定見表(三)。美國、瑞典、英國鋼筋混凝土裂縫寬度限制值見表(四)(1)。
表(三) 是否需要修補的混凝土裂縫寬度限制值
劃 分 |
環 境① |
適 用 耐 久 性 場 合 |
適用防水性場合 | ||
差 |
中等 |
較好 |
| ||
需要修補時裂縫寬度 (mm) |
大② |
0.4以上 |
0.4以上 |
0.6以上 |
0.2以上 |
中 |
0.4以上 |
0.4以上 |
0.8以上 |
0.2以上 | |
小 |
0.8以上 |
0.8以上 |
1.0以上 |
0.2以上 | |
不需要修補時裂縫寬度 (mm) |
大 |
0.1以下 |
0.2以下 |
0.2以下 |
0.05以下 |
中 |
0.1以下 |
0.2以下 |
0.3以下 |
0.05以下 | |
小 |
0.2以下 |
0.3以下 |
0.3以下 |
0.05以下 |
①主要從鋼筋生銹的條件來考慮環境因素。
②環境要素(大、中、小)表示混凝土構筑物的耐久性、防水性以及有毒性的程度。
表(四) 美國、瑞典、英國鋼筋混凝土允許的裂縫寬度
國 名 |
標準名或提案者 |
環境條件或構筑物對象 |
允許裂縫寬度(mm) |
美
國 |
ACI協會224 |
空氣干燥、有保護膜 |
0.41 |
有濕氣、空氣潮濕、土壤中 |
0.31 | ||
脫水藥物 |
0.18 | ||
海水與海水噴霧,潮濕與干燥 |
0.15 | ||
儲水構筑物 |
0.10 | ||
瑞 典 |
|
公路橋,靜荷載 |
0.30 |
靜荷載+1/2動荷載 |
0.40 | ||
英
國 |
CP-110 |
一般環境 |
0.30 |
侵蝕性環境 |
(主筋的公稱保護層厚度) ×0.04以下 |
綜合以上國內外資料表明:同一構件按不同國家規范規定或計算,最大裂縫限制值是不完全相同的,有的差別還比較大;試驗條件與結果,與工程實際也不盡相同。
(二) 混凝土裂縫的處理原則
1、全面認真的分析裂縫產生的原因以及裂縫的性質,正確區別受力和變形兩類不同性質的裂縫。
2、仔細觀察裂縫的變化,尋找裂縫變化規律,以此作為選擇處理方法的依據。
3、選擇恰當的時間處理裂縫。若是受力裂縫則應及時進行處理;若是地基變形引起的裂縫則最好待裂縫穩定后再進行處理;溫度變形裂縫宜在裂縫最寬時處理。
4、針對不同的裂縫選擇合理的處理方法,既要嚴格遵循設計和施工規范的有關規定,又要經濟合理,切實可行。
5、裂縫處理后應保證結構原有的承載能力、整體性以及防水抗滲性能。處理時要考慮溫度、收縮應力較長時間的影響,以免處理后再出現新的裂縫。
五、 結束語
本文中作者根據自己多年的工程鑒定加固經驗,著重論述了混凝土裂縫鑒別的主要內容以及裂縫處理的界限和原則,以期望能對工程界同仁有所幫助。
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