框架梁裂缝形成和扩展的原因及其加固补强

框架梁裂缝形成和扩展的原因及其加固补强

孙颖周洁

宝鸡建安集团股份有限公司721006

摘要：分析了某水泥厂机立窑框架梁裂缝产生和扩展的原因。对于垂直裂缝，主要是由于突然超载及施工期短、拆模早、养护不足、设备安装影响等因素所造成；对于枣核形裂缝，主要是由混凝土初凝收缩及水灰比过大等方面影响所造成。介绍了裂缝控制及裂缝最大宽度的估算方法以及采用化学灌浆法加固补强框架梁的工艺和效果，并对该加固补强方法进行了评价。

关键词：框架梁；垂直裂缝；枣核裂缝；化学灌浆；加固补强

一、工程概况

本工程结构形式为钢筋混凝土框架结构，地面以上为五层框架结构，本次裂缝出现的位置是地下室人防工程中高低跨交界处某轴线的框架梁上工程的施工时间为2011年的2～3季度，并在2012年的5月份首次发现了裂缝的存在，截止到发现裂缝时，该建筑尚未投入使用且框架梁的强度和尺寸均满足要求现场框架梁的尺寸为500×1100（mm）（其他框架梁的尺寸主要为500×700（mm）和500×900（mm），框架梁顶标高为0.0m，梁南北两侧的板顶标高分别为0.000m和－1.050m。

二、裂缝原因分析

1.框架梁上裂缝没有明显的产生在梁跨中底部或梁端支座负弯矩的规律性，因此判断其原因不属于受力不足，基本属于收缩裂缝。

2.该轴线框架梁截面尺寸较大，混凝土用量较大，强度设计较高，早期水泥水化反应的水化热大，其冷却过程易出现收缩裂缝。

3.梁为杆件，轴线方向尺寸长，而存在约束垂直于轴线方向尺寸小，自由变形能力强，故当梁发生收缩变形时，易出现轴线方向的受拉破坏，其裂缝特征为竖向；截面中部拉应力最大，且钢筋约束较小，故裂缝特征为中间宽两边窄。

4.该裂缝几乎平行于框架梁的短边，裂缝沿着场边分段出现，中间相对较密，裂缝宽度大小不一，因此亦可能是由于在施工中后期或者是混凝土后期水化过程中产生的变形裂缝。

综合以上原因，该轴线框架梁的裂缝不属于受力不足，仅属于收缩变形产生的裂缝，因此未对结构安全构成直接影响，但应该对出现裂缝的框架梁进行耐久性处理。

三、框架梁的化学灌浆加固补强

对框架梁出现的裂缝采取加固补强措施，主要方法有钢衍片加固、钢筋混凝土型套加固和化学灌浆法加固，加固补强不仅要有安全可靠性和经济性，还要考虑其施工速度及不改变结构的外形。经分析对比，最后确定采用化学灌浆法进行加固处理。

1.化学灌浆的材料选用

考虑到加固补强的效果及施工速度，确定选用甲基丙烯酸酯（甲凝）作为灌注液主剂。其配合比有4种方法，编号为1～4，本工程选用3号配方，采用压力为0.2～0.35MPa手摇压泵灌浆。

2.施工方法

裂缝面处理在裂缝两侧距裂缝边各60mm范围内用钢丝刷自上而下扫刷，用压缩空气吹净缝隙内灰尘。

定位布嘴在对裂缝面进行处理后，一般在裂缝两侧各距裂缝300mm左右处布设灌浆嘴，每侧布置2个，并做好标志。对于梁跨中垂直裂缝下端缝中部（两侧应交错布置）和上端缝各设1个，梁中部枣核型裂缝上下各1个。

封闭缝口安放灌注嘴在两侧距裂缝10mm范围内用环氧胶泥满刮两遍后，再粘贴100～140mm宽的工业胶布，同时固定灌注嘴。

灌注甲凝浆液在未灌注甲凝浆液前，要对灌注嘴进行压风试验，将全部灌注嘴涂上肥皂水，当一个嘴压入空气，其他嘴口的肥皂水起泡气流畅通后即可灌注，否则要进行返工处理。浆液用手摇压泵灌注，或用黄油枪压注。灌（压）注时必须将输浆管端部与注浆口套牢，防止滑税，按自下而上的顺序进行灌注。裂缝中部灌浆嘴灌浆配料按主剂[200mL]配制，裂缝端部灌浆嘴按主剂[100mL]配制，梁两侧裂缝也要同时灌注甲凝浆液.封孔当灌注嘴注满后立即套上胶管，将灌注嘴敲下刮上闭缝胶泥。

安全措施施工时要用钢筋做活动工作架，以保证足够的刚度和稳定性，同时其护身围栏应高于1.2m，用好“安全三保”，按安全操作规程施工。

3.对化学注浆加固补强法的评价

注浆加固补强工程历时20d，一次成功。从应用角度对该方法的评价如下：（1）甲基丙烯酸脂的粘度比水低得多，其表面张力为水张力的1／3，因此可灌性好，扩散能力强，在干燥条件下作为裂缝补缝时可首先选用。（2）力学强度比混凝土高，其抗压强度和抗拉强度分别可达64.3MPa和3.6MPa左右（3）设备简单，施工方便，不受机械条件限制，使用黄油注入枪也可灌注。（4）一次配料量灌注时间应严格控制在20min内，灌注应由专人连续灌注，随配随灌，不可中断。（5）所配甲凝浆液应将温度控制在55℃时方可灌注，结束时温度不低于45℃，能保证补缝质量。因此，补缝过程中吊运、灌注都要求迅速便捷。（6）甲凝材料费用较贵，原材料购置困难，应事先计算好用量，在购置时，余量应控制在10％～20％之内。

四、对裂缝的处理建议

1.框架梁的裂缝不属于受力不足产生的裂缝，因此对裂缝的处理主要是为了恢复结构的防水性能和耐久性。

2.可以对产生裂缝的框架梁灌注环氧树脂，并且在灌注后的表面涂抹砂浆保护层，以恢复结构的整体性防水性和耐久性。

3.可以采用灌浆法进行处理，主要是利用压力设备将胶结材料压入混凝土的裂缝中，胶结材料硬化后与混凝土形成一个整体，从而起到封堵补强的目的，常用的胶结材料有水泥浆环氧树脂甲基丙烯酸酯聚氨酯等化学材料。

4.对处理后的混凝土裂缝要进行检查确认其是否达到预先的修补效果，若无再次开裂无渗漏，则说明修补效果良好。

结束语

混凝土工程中裂缝是普遍存在的，但是裂缝的不同种类对结构安全性的影响也不尽相同，因此在施工过程中要严格执行规范的要求，尤其是当构件混凝土用量大时，应采取有效的措施来减少收缩裂缝的出现和发展，从而保证建筑物的安全、可靠。

参考文献：

[1]侯治国钢筋混凝土结构冶金工业出版社2011.3

[2]王铁梦建筑物的裂缝控制上海科学技术出版社2011.6

[3]程骁土建注浆施工与效果检测同济大学出版社2012.1