建筑物中裂缝无处不在,有的大到可以塞进一个手指,有的细微到肉眼无法观测。在一般条件下细微的裂缝并不直接影响结构的安全,但大多数工程的破坏与倒塌是从裂缝扩展开始的。
目前,在建筑结构中频繁出现不同程度的裂缝,虽然有些裂缝没有达到使建筑物倒塌的危险程度,但结构的裂缝可以引起渗漏、腐蚀、混凝土碳化等,从而导致建筑构件耐久性的降低,甚至对结构的安全可靠性产生严重的潜在威胁。
1裂缝的成因和形态
建筑结构中的裂缝概括地说,主要有两大类型:荷载裂缝和变形裂缝。
1.1荷载裂缝
属于结构性裂缝,是直接在结构上施加的各种静力和动力荷载,由于结构的强度、刚度或稳定性不够而引起的裂缝,其裂缝的分布特征及宽度、深度与外荷载大小有关。
建筑构件的荷载裂缝大致分为受弯裂缝、剪切裂缝和受压裂缝,因构件所遭受的外力性质不同而产生的裂缝形态也不同。
在弯矩作用下,承受拉力的建筑构件在其横截面上存在拉应力,当拉应力大于这些构件的轴心抗拉强度标准值时,这些构件将在垂直于主拉应力方向上出现裂缝,裂缝大多处于建筑构件跨中偏下部,一般沿建筑构件高度,由下往上延伸,下大上小;在水平方向上沿建筑构件底部的宽度方向扩展到部分截面或贯通全截面。高度较大的梁,裂缝宽度在钢筋位置处比较小,而较宽的裂缝处于离钢筋稍远处的腹部中下部位。指在剪力或剪力与弯矩共同作用下,构件的横截面上产生剪切应力,当剪切应力超过构件抗剪强度时,在建筑构件两侧产生裂缝,一般出现在承受剪力较大的梁端支座处,多呈斜向裂缝,它最宽处在建筑构件截面高度的中间部位,上、下两端较窄。主要指竖向构件(柱或剪力墙)在承受来自竖向过大的荷载时,构件所受的压应力大于其轴心抗压强度标准值而产生的裂缝。可分3种:⑴轴心受压裂缝。特点:构件的四个侧面出现裂缝,呈竖向、短而密且平行;⑵小偏心受压裂缝。特点:构件靠近受压一侧出现裂缝,呈竖向、短而密且平行;⑶大偏心受压裂缝。特点:构件一侧受压呈竖向开裂或破碎,另一侧受拉,裂缝呈水平向且平行。即非结构性裂缝,它是由于温度变化、混凝土收缩、冻融循环作用、浇筑混凝土时碱骨料反应、地基沉降、钢筋锈蚀等,在间接作用因素影响下,结构受到约束而引起的裂缝。⑴建筑构件随着温度变化会产生相应的热胀冷缩变形,这种因温度变化导致建筑构件产生变形,且这种变形受到构件自身约束时,在建筑构件内部就会产生拉应力,当拉应力过大时,混凝土构件的表面会出现细小裂缝。⑵建筑物中相邻两种由不同材料制作的建筑构件随着温度变化将产生热胀冷缩变形,由于这两种构件的材料所具备的不同性能,其产生的变形不一致而形成的裂缝。这种裂缝多发生在柱墙交接处和梁墙交接处,柱墙交接处裂缝呈竖向状;梁墙交接处裂缝呈水平状,多分布在房屋顶层。这种裂缝通常出现于大体积的剪力墙和板壳表面,是在浇注混凝土后数小时,因气温干燥或风速比较大等原因使混凝土表面水分蒸发速度超过了混凝土自身泌水速度而造成的。裂缝在混凝土表面呈不规则的鸡爪状细微裂缝。建筑结构的冻融循环就是建筑结构表面和内部所含水分的冻结和融化的交替出现。冬季较严寒地区当气温在0℃以上时,建筑结构(特别是地表附近的构件)表面的冰霜融化成水滴,水分子将沿着建筑结构表面的孔隙或毛细孔通路渗透到结构内部,当气温降低为0℃以下时,其中的水分结成冰,产生膨胀,膨胀应力较大时,结构出现裂缝。混凝土的碱性物质与骨料的活性成分(如二氧化硅等物质)发生化学反应后会析出一种胶体,这种胶体体积比较大,会在混凝土结构表面和内部迅速产生膨胀应力,导致混凝土结构胀裂。其特征是裂缝中充满白色沉淀物。水泥在水化过程中要释放出一定的热量,大体积混凝土结构在浇筑时常因水泥水化热导致混凝土结构内外温差过大,由此产生的温度应力超过混凝土结构早期抗拉强度时,就会形成裂缝。建筑物的地基不均匀沉降引起建筑结构内力发生变化,从而导致建筑构件产生裂缝。这种裂缝通常数量较少,宽度较大。在建筑物地下部分多集中产生在与基础沉降相关的部位,一般在承台处或基础梁端附近侧面;在建筑物地上部分,如果房屋中间部分沉降过大,裂缝在墙上呈正“八”字状;如果房屋一端或两端沉降过大,裂缝在墙上呈倒“八”字状。浇筑混凝土时,因振捣不充分,骨料塑性下沉受到钢筋的阻碍,使钢筋处的骨料沉降与两侧的骨料沉降相差过大时,就会在钢筋上方出现顺筋的表面裂缝。当混凝土构件处于恶劣环境中,由于混凝土的钢筋保护层过薄或密实性较差或者握裹钢筋的混凝土中含有氯离子时,混凝土构件中的钢筋会逐渐锈蚀,体积膨胀2~4倍,导致握裹钢筋的混凝土会产生顺筋胀裂。这是一种先锈后裂的纵向裂缝,一旦发生,就严重恶化,导致混凝土构件保护层成片剥落甚至钢筋锈断。2裂缝对建筑物的危害
裂缝是否产生危害取决于其类型、数量、宽度、深度、稳定性以及产生部位,它造成的危害主要表现在建筑结构的安全可靠性和耐久性两个方面。建筑构件出现裂缝,它可能会破坏结构整体性,降低结构刚度,从而影响其承载力。空气中的水汽、氯离子通过裂缝进入构件中,容易引起钢筋锈蚀,导致钢筋的有效截面减小,钢筋的锈蚀又引起混凝土胀裂、剥落,从而使混凝土结构的截面变小,承载力降低,所以说严重的裂缝会削弱了结构的刚度和强度,破坏了结构的整体性,致使结构应力重分配,甚至导致工程事故的发生。裂缝不仅影响结构的美观和建筑的安全及房屋的正常使用,还对建筑物的耐久性造成影响。空气中的二氧化碳通过裂缝会加速混凝土中性化(碳化),导致混凝土强度降低,钢筋锈蚀速度变快,保护层剥落。裂缝还会使房屋结构漏水、渗水,造成发霉,缩短房屋的使用寿命。3裂缝控制的要求
根据《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)对荷载作用下正截面裂缝的控制要求:“一级:严格要求不出现裂缝的构件,按荷载标准组合计算时,构件受拉边缘混凝土不应产生拉应力;二级:一般要求不出现裂缝的构件,按荷载标准组合计算时,构件受拉边缘混凝土不应大于混凝土轴心抗拉强度标准值;三级:允许出现裂缝的构件,对钢筋混凝土构件,按荷载准永久组合并考虑长期作用影响计算时,构件的最大裂缝宽度不应超过规定的最大裂缝宽度限值;对预应力混凝土构件,按荷载标准组合并考虑长期作用影响计算时,构件的最大裂缝宽度不应超过规定的最大裂缝宽度限值。”4裂缝的观测
根据《建筑变形测量规范》(JGJ8-2016)相关规定:“1、对建筑上明显的裂缝,应进行裂缝观测。裂缝观测应测定裂缝的位置分布和裂缝的走向、长度、宽度、深度及其变化情况。深度观测宜选在裂缝最宽的位置。对需要观测的裂缝应统一编号,每次观测时,应绘出裂缝的位置、形态和尺寸,注明观测日期,并拍摄裂缝照片。2、裂缝的宽度量测精度不应低于1.0mm,长度量测精度不应低于10.0mm,深度量测精度不应低于3.0mm。3、对裂缝深度量测,当裂缝深度较小时,宜采用凿出法和单面接触超声波法;当深度较大时,宜采用超声波法。4、裂缝观测的周期应根据裂缝变化速率确定。开始时可半月测1次,以后1月测1次。当发现裂缝加大时,应提高观测频率。”5裂缝的处理
建筑结构裂缝出现后,应根据裂缝的部位和性质,应分别采取措施及时处理,确保建筑物的安全,经查勘并计算分析后,确认裂缝不会降低承载力的情况下,可以对轻微裂缝采取表面覆盖修补方法,即在裂缝表面涂抹水泥浆或环氧胶泥进行封堵;对于结构整体有影响或有防渗要求的一般裂缝可采用低压化学灌浆,即利用压力设备将水泥浆或环氧树脂等胶凝材料注入混凝土裂缝中,胶凝材料硬化后与混凝土形成一个整体;对于影响到整个混凝土结构安全性能的严重裂缝,就要采取结构加固法(包括柱梁包钢、楼板粘贴钢板、碳纤维粘贴、加大截面等)进行加固处理。6结束语
本文主要通过个人多年从事房屋检测、鉴定所积累的工程经验及同行的技术交流,参照标准和规范,观察并描述建筑物中裂缝的形态,分析裂缝的成因,阐述裂缝的危害,提出相应的处理方式,为建筑物裂缝诊治的初学者提供经验借鉴。
本文主要通过个人多年从事房屋检测、鉴定所积累的工程经验及同行的技术交流,参照标准和规范,观察并描述建筑物中裂缝的形态,分析裂缝的成因,阐述裂缝的危害,提出相应的处理方式,为建筑物裂缝诊治的初学者提供经验借鉴。(来源:《广东建材》2021.01)
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