淺談混凝土工程中裂縫的防治與加固

陳枝興

（廣東省第二建筑工程公司，廣東汕頭 515041）

0 引言

混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中明確規(guī)定現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)外觀質(zhì)量不應(yīng)該有嚴(yán)重缺陷，同時(shí)還規(guī)定現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)的外觀質(zhì)量不宜有一般缺陷。針對(duì)混凝土裂縫這一結(jié)構(gòu)外觀缺陷來說，嚴(yán)重缺陷是指構(gòu)件主要受力部位有影響結(jié)構(gòu)性能或使用功能的裂縫；一般缺陷是指其他部位有不影響結(jié)構(gòu)性能或使用功能的裂縫。對(duì)于裂縫的描述，上述標(biāo)準(zhǔn)中僅指明縫隙從混凝土表面延伸至混凝土內(nèi)部，至于是哪種裂縫，以及裂縫裂開到何種程度才算對(duì)現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)有害，標(biāo)準(zhǔn)條文解釋中沒有說明。那么，為了在工程實(shí)踐中更準(zhǔn)確地判斷混凝土裂縫對(duì)現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)的影響，有必要對(duì)混凝土裂縫的種類和成因進(jìn)行較為細(xì)致的了解?？傮w來說，混凝土結(jié)構(gòu)裂縫可分為微觀裂縫和宏觀裂縫。微觀裂縫在混凝土結(jié)構(gòu)中經(jīng)常存在，一般肉眼看不見，對(duì)結(jié)構(gòu)來說不是有害裂縫。而宏觀裂縫是微觀裂縫發(fā)展而來，一般為有害裂縫，需要加以控制,并使其符合規(guī)范要求。由于混凝土材料具有抗壓強(qiáng)度高，受拉強(qiáng)度低，以及材料組成多樣性等特點(diǎn)，因此混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的成因也比較復(fù)雜，必須在工程實(shí)踐中加以區(qū)分,以便有針對(duì)性地采取質(zhì)量控制措施，以達(dá)到保證工程質(zhì)量的目的。

1 混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的種類及成因分析

1.1 溫度裂縫

溫度裂縫對(duì)混凝土工程極為不利，這是因?yàn)樵诨炷劣不跗?，由于水泥的水化作用而放出較多的熱量，混凝土又是熱的不良導(dǎo)體，散熱速度慢，聚集在混凝土內(nèi)部的熱量使溫度升高，有時(shí)可達(dá)50～70℃，會(huì)造成內(nèi)部膨脹和外部收縮互相制約，從而混凝土表面將產(chǎn)生很大的拉應(yīng)力使混凝土產(chǎn)生裂縫。這種拉應(yīng)力的形成分為三個(gè)階段：早期，自澆筑混凝土開始至水泥放熱基本結(jié)束，一般約30 d，這個(gè)階段有兩個(gè)特征，一是水泥放出大量的水化熱，二是混凝土彈性模量的急劇變化。由于彈性模量的變化，這一時(shí)期在混凝土內(nèi)形成殘余應(yīng)力。中期，自水泥放熱作用基本結(jié)束時(shí)期至混凝土冷卻到穩(wěn)定溫度時(shí)止，這個(gè)時(shí)期中，溫度應(yīng)力主要是由于混凝土的冷卻及外界氣溫變化所引起，這些應(yīng)力與早期形成的殘余應(yīng)力相疊加，在此期間混凝土的彈性模量變化不大。晚期，為混凝土完全冷卻以后的時(shí)期，溫度應(yīng)力主要是外界氣溫變化所引起，這些應(yīng)力與前兩種的殘余應(yīng)力相迭加形成對(duì)混凝土的拉應(yīng)力。還有，上面提到的混凝土內(nèi)外溫差，一般在表面處較大，離開表面就很快減弱，因此裂縫只在接近表面的范圍內(nèi)發(fā)生，表面層以下結(jié)構(gòu)仍保持完整。不過，結(jié)構(gòu)內(nèi)外溫差越大而形成拉應(yīng)力也大，當(dāng)大體積混凝土澆筑在約束地基（例如樁基）上時(shí)，又沒有采取特殊措施降低、放松或取消約束，或根本無法消除約束，就容易發(fā)生裂縫變寬深進(jìn)（其寬度最大可達(dá)1～3mm），甚至貫穿的情況，會(huì)嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)安全。

1.2 沉降收縮裂縫

混凝土沉降收縮裂縫在混凝土施工中也是非常多見的。其產(chǎn)生的情況主要有以下幾種：一是混凝土澆注后振搗不密實(shí)，沉實(shí)不足；二是混凝土振搗后，粗骨料下沉，擠出水分與空氣，使表層浮漿過多，構(gòu)件表面呈現(xiàn)泌水而形成體積縮小沉落，這種沉落又受到鋼筋預(yù)埋件、模板、更大的粗骨料、先期凝固混凝土等的局部約束，以及混凝土本身各部分產(chǎn)生過大的沉降差而形成；三是混凝土保護(hù)層厚度不夠，混凝土沉降受到鋼筋的阻力，也會(huì)沿箍筋方向產(chǎn)生一道道橫向沉降裂縫。

1.3 化學(xué)收縮及化學(xué)反應(yīng)裂縫

混凝土在硬化過程中，由于水泥水化產(chǎn)物的體積小于反應(yīng)物（水和水泥）的體積，會(huì)引起混凝土產(chǎn)生收縮，其收縮量是隨著混凝土的延長(zhǎng)而增加，這種收縮是不可恢復(fù)的，可使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生細(xì)微裂縫?；瘜W(xué)反應(yīng)裂縫常見有兩種情況：一是因鋼筋銹蝕引起，由于混凝土澆注后振搗不實(shí)或鋼筋保護(hù)層厚度不符合規(guī)范要求，有害物質(zhì)進(jìn)入混凝土使鋼筋產(chǎn)生銹蝕，銹蝕的鋼筋體積膨脹，導(dǎo)致混凝土脹裂，這種裂縫沿鋼筋位置出現(xiàn)，且多為縱向裂縫；二是由于澆注混凝土采用的骨料呈堿性，混凝土拌和后產(chǎn)生一些堿性離子，這些堿性離子與某些活性骨料產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)并吸收周圍環(huán)境中的水分而體積增大，造成混凝土疏松甚至膨脹開裂。

1.4 塑性收縮裂縫

混凝土在尚未硬化前，自由水分比較少，表面失水較快，新澆混凝土若表面失水速率超過內(nèi)部向表面遷移的速率時(shí)，會(huì)造成毛細(xì)孔內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓，便產(chǎn)生了收縮。由于混凝土終凝前幾乎沒有強(qiáng)度，或混凝土剛剛終凝而強(qiáng)度很小，并且這種表面強(qiáng)度也具有不均勻性，加之負(fù)壓作用在混凝土表面也不可能均勻，這樣，至少在表面強(qiáng)度薄弱的地方無法抵抗負(fù)壓作用產(chǎn)生的收縮力，表面局部將產(chǎn)生裂縫。

1.5 干性收縮裂縫

干性收縮產(chǎn)生的主要原因是由于混凝土內(nèi)外水分蒸發(fā)程度不同而導(dǎo)致變形不同而造成的。外部來說，當(dāng)混凝土澆注成型后，沒有覆蓋養(yǎng)護(hù)，受到風(fēng)吹日曬，表面水分散失快而體積收縮大；內(nèi)部來說，當(dāng)混凝土在不飽空氣中失去內(nèi)部毛細(xì)孔和膠凝孔的吸附水時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生干縮裂縫，孔隙比低的混凝土尤為突出，混凝土的干縮變形是由表及里逐漸進(jìn)行的，因而會(huì)產(chǎn)生表面收縮大，內(nèi)部收縮小，混凝土將產(chǎn)生干縮裂縫。產(chǎn)生這種裂縫的應(yīng)力同時(shí)還會(huì)和上面提到的溫度應(yīng)力相疊加，共同作用導(dǎo)致形成混凝土裂縫的拉應(yīng)力加大。

1.6 沉陷裂縫

沉陷裂縫的產(chǎn)生是由于結(jié)構(gòu)地基土質(zhì)不均勻，或地基松軟，或回填土不實(shí)，或地基浸水而造成不均勻沉降所致；或者因?yàn)槟０鍎偠炔蛔?，模板支撐間距過大或支撐底部松動(dòng)等導(dǎo)致,特別是北方地區(qū)的冬季,模板支撐在凍土上,凍土化凍后產(chǎn)生不均勻沉降,致使混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫。此類裂縫多為深進(jìn)或貫穿性裂縫,其走向與沉陷情況有關(guān),一般沿與地面垂直或呈30°～45°角的方向發(fā)展,較大的沉陷裂縫,往往有一定的錯(cuò)位,裂縫寬度往往與沉降量成正比關(guān)系。裂縫寬度受溫度變化的影響較小.地基變性穩(wěn)定之后,沉陷裂縫也基本趨于穩(wěn)定。

2 混凝土裂縫的預(yù)防措施

根據(jù)混凝土裂縫的成因，采取適當(dāng)措施，予以事前控制進(jìn)行預(yù)防要比事后補(bǔ)救有效得多。歸納起來，可以從以下幾個(gè)方面著手。

2.1 設(shè)計(jì)方面

要注意到那些容易開裂的部位，如深基和淺基、高低跨處等，應(yīng)考慮到由于地基的差異沉降或結(jié)構(gòu)原因而引起的薄弱環(huán)節(jié)在設(shè)計(jì)中加以解決。比如，在構(gòu)件截面允許配筋率不變而且澆筑方便的條件下，鋼筋直徑越細(xì)、間距越小對(duì)防治開裂越有利。

2.2 制定施工方案時(shí)要考慮控制混凝土結(jié)構(gòu)裂縫

施工方案主要應(yīng)確定一定的澆筑量、施工縫間距、位置及構(gòu)造，澆筑時(shí)間、運(yùn)輸及振搗等。一次澆筑長(zhǎng)度由垂直施工縫分割，最好是設(shè)置在變截面或承受拉、剪、彎應(yīng)力較小的部位；除控制一次澆筑厚度外，分層位置即水平施工縫留設(shè)位置也應(yīng)該加以注意，一般來說，應(yīng)盡量留在截面處，或遠(yuǎn)離受拉鋼筋部位而設(shè)在混凝土的受壓區(qū)；澆筑時(shí)間上，為了采取有效的措施預(yù)防溫度裂縫的產(chǎn)生，在混凝土結(jié)構(gòu)施工前制定澆注施工方案時(shí)，必須進(jìn)行溫度應(yīng)力計(jì)算，溫度應(yīng)力計(jì)算的主要目的是使因溫度產(chǎn)生的拉應(yīng)力小于同期混凝土抗拉強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)值，并有一定的安全系數(shù)?？傮w來說，確定澆筑時(shí)間應(yīng)避開炎熱天氣和晝夜溫差大的日子，如果必須在夏季施工，則應(yīng)采取材料降溫措施來控制混凝土入模溫度，以求達(dá)到將因溫度原因使混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫的危害降至最低這一目的。

2.3 施工原材料的選擇方面

對(duì)于水泥選擇來說，要盡量選用低水化熱水泥，如礦渣水泥、粉煤灰水泥等，同時(shí)嚴(yán)格控制水泥用量和水灰比，要添加高效減水劑來增加混凝土的塌落度和易和性；要盡量選用低堿性水泥和低堿或無堿外加劑；要視工程情況盡量選用干縮值較小、早期強(qiáng)度較高的水泥。對(duì)于沙、石料的選擇，應(yīng)盡量選用粒徑較大、級(jí)別良好的石子，同時(shí)控制粗骨料中針、片狀顆粒的含量，其重量應(yīng)小于15%，細(xì)骨料最好采用中、粗砂，以減少水及水泥用量，另外，要盡量控制沙石中的含泥量，因?yàn)樯?、石含泥量過大，不僅會(huì)增加混凝土的收縮，還會(huì)降低抗拉強(qiáng)度，對(duì)混凝土抗裂很不利，砂、石中的含泥量應(yīng)分別低于2%和1%。對(duì)于模板和支撐的選擇，關(guān)鍵是要保證其有足夠的強(qiáng)度和剛度，不能使用有缺陷的模板，對(duì)模板接縫處和墻頂留孔洞應(yīng)堵嚴(yán)，以免形成薄弱點(diǎn)并產(chǎn)生應(yīng)力集中引發(fā)裂縫。一般來說，采用鋼模板澆注的混凝土比用復(fù)合模板澆注的混凝土開裂的幾率小得多，在低溫季節(jié)，用木模板有自保溫效果，在高溫季節(jié)，用鋼模板散熱快，因此要視現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況選用。對(duì)于混凝土外加劑的選擇，首先是用量與用法要符合設(shè)計(jì)、經(jīng)批準(zhǔn)的專項(xiàng)施工方案，以及相關(guān)規(guī)范要求，其次是要保證各種外加劑的本身質(zhì)量。

2.4 施工質(zhì)量控制方面

由于施工質(zhì)量原因而產(chǎn)生的混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的發(fā)生率占95%以上。如果在施工階段控制住了混凝土裂縫，則在使用階段開裂的可能性就很小了，因此，施工階段是防治混凝土裂縫的主要時(shí)機(jī)。在施工階段要注意以下幾個(gè)問題：首先，混凝土配合比要合適，選擇適當(dāng)?shù)幕炷僚浜媳?，不僅要滿足強(qiáng)度要求、施工要求，還要從防止產(chǎn)生裂縫的需要出發(fā)。選擇好合適的水灰比，在滿足強(qiáng)度要求的原則下，盡可能減少水泥用量。其次，結(jié)構(gòu)混凝土的強(qiáng)度必須符合設(shè)計(jì)要求。第三，鋼筋的成型和模板安裝位置要準(zhǔn)確牢固，以免在施工中變形。鋼筋上的雜、污物和氧化鐵皮要清除干凈，以免影響粘接力。第四是澆筑、振搗要合理，特別是振搗操作技術(shù)，往往不被大家所重視。過分振搗對(duì)混凝土的均勻性有害，振搗不足也不能保證混凝土的密實(shí)度，因此振搗操作要做到恰到好處。

2.5 混凝土養(yǎng)護(hù)方面

養(yǎng)護(hù)的目的是使混凝土正常硬化，強(qiáng)度增強(qiáng)不受或少受外界影響。施工過程的關(guān)鍵技術(shù)是設(shè)法使混凝土溫度能慢慢下降到接近外界氣溫，縮小降溫過程中的溫差，以便減少溫度應(yīng)力，從而減少溫度裂縫的產(chǎn)生。常規(guī)養(yǎng)護(hù)方法是按要求定時(shí)澆水，對(duì)一般混凝土結(jié)構(gòu)減少表面收縮，防止龜裂是可行的?；炷劣捎趬K體內(nèi)外溫度不一致，強(qiáng)度增強(qiáng)不同，常常是在強(qiáng)度增強(qiáng)慢的表面開裂，其養(yǎng)護(hù)就不能只滿足于用常規(guī)方法。具體來說，要盡量晚拆模，拆模后要立即覆蓋或及時(shí)回填，避開外界氣候的影響。另外，養(yǎng)護(hù)期應(yīng)以混凝土強(qiáng)度增長(zhǎng)最快的階段為準(zhǔn)，即7～28 d，最好能延長(zhǎng)些。

2.6 使用和環(huán)境條件變化方面

對(duì)因使用及環(huán)境條件變化而生產(chǎn)的裂縫，要根據(jù)其不同的性質(zhì)分別采取不同的防治措施。例如:因使用期間的氣候溫、濕度變化而形成的混凝土裂縫，一般不易根除，應(yīng)對(duì)鋼筋混凝土構(gòu)件采取保護(hù)措施，以減少大氣溫度、濕度變化對(duì)混凝土構(gòu)件產(chǎn)生影響；因多次凍融而產(chǎn)生的混凝土裂縫，除對(duì)已形成缺陷和損壞部分要給予補(bǔ)強(qiáng)或加固外，宜添加對(duì)受凍混凝土構(gòu)件的保溫措施；對(duì)因處于侵蝕性介質(zhì)中而產(chǎn)生的大面積缺陷和損壞，除應(yīng)鏟除被腐蝕和損傷的部分并給予補(bǔ)強(qiáng)和加固外，應(yīng)使用礦渣水泥混凝土或水玻璃耐酸混凝土罩面加以保護(hù)；對(duì)因地震震壞的混凝土構(gòu)件損傷部分要采用抗震驗(yàn)算和抗震構(gòu)造措施來預(yù)防，已產(chǎn)生的不太嚴(yán)重的地震損傷應(yīng)采用參考震損建筑修復(fù)加固的辦法來解決。

3 混凝土裂縫的常見修補(bǔ)加固方法

3.1 壓力注漿修補(bǔ)法

一是機(jī)械動(dòng)力法,利用壓送設(shè)備（壓力0.2～0.4MPa）將補(bǔ)縫漿液注入混凝土裂縫，以達(dá)到閉塞的目的，該方法屬于傳統(tǒng)方法，效果很好。二是低壓注漿法,利用彈性補(bǔ)縫器將注縫膠注入裂縫，不用電力，十分方便，效果也很理想。

3.2 開槽填補(bǔ)法

沿混凝土裂縫開鑿成槽，用聚合物水泥砂漿將其填補(bǔ)封閉的方法稱為開槽填補(bǔ)法。該方法適用于結(jié)構(gòu)允許開槽而寬度較大但數(shù)量不多的裂縫，如路面混凝土裂縫。

3.3 涂模封閉法

在混凝土表面涂刷防水涂模以封閉細(xì)微裂縫的修補(bǔ)方法稱為涂模封閉法，該方法適用于寬度小于0.2mm的細(xì)微裂縫的修補(bǔ)。

3.4 結(jié)構(gòu)加固法

當(dāng)混凝土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。混凝土結(jié)構(gòu)加固方法中最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)加固等。

3.5 其他處理方法

如果梁的裂縫情況影響了梁的承載能力，就應(yīng)該慎重研討，分析比較，采用經(jīng)濟(jì)高效的處理方法，以達(dá)到加固目的，可采用的方法有以下幾種。

3.5.1 鋼箍加固法

此法適合于補(bǔ)強(qiáng)梁內(nèi)特長(zhǎng)箍筋及彎起筋不足，抗剪達(dá)不到要求的情況。方法是用扁鋼或園鋼制成垂直或斜形的鋼箍，兩端留有螺紋，套入鋼板后用螺母擰緊也可采用由兩個(gè)U形鋼箍套上后焊接，然后打入金屬楔楔緊，當(dāng)采用鋼箍時(shí)需在梁上刻槽防滑。

3.5.2 粘貼加固法

將鋼板或型鋼用改型環(huán)氧樹脂粘結(jié)劑，粘接到構(gòu)件混凝土裂縫部位表面，使鋼板（或型鋼）與混凝土連接成整體共同工作。粘接前，鋼材表面進(jìn)行噴砂處理，混凝土表面要刷凈并干燥，粘接層厚度為3 mm左右。

3.5.3 梁的三面或四面加做圍套法

在梁的剛度、強(qiáng)度或剪力不足且相差較大的情況下，采用梁的三面或四面加大，做鋼筋混凝土圍套加固較為適宜。采用四面圍套時(shí)壁厚應(yīng)跟據(jù)實(shí)際情況而定，一般兩側(cè)大于50 mm,上下大于100 mm為宜，縱向鋼筋及箍筋通過計(jì)算確定。當(dāng)梁受樓面限制時(shí)，可采用三面圍套，此時(shí)兩側(cè)混凝土厚度宜大于100 mm，縱向鋼筋可用Φ25與原梁縱筋焊接固定，施工時(shí)在梁兩側(cè)板上間隔500mm鑿洞以澆鋼筋混凝土，箍筋可用開口箍或穿板封閉箍，并計(jì)算確定配筋數(shù)量。

3.5.4 梁的單面加大截面法

單面加大截面法分兩種，即上面加高或下面加厚。梁的上面加高適用于梁的支座抗彎強(qiáng)度不足的加固，所以混凝土靠焊在原梁上上部箍筋上的附加箍筋與原混凝土結(jié)成整體，上部荷載靠附加縱筋承受。梁的上部加厚，適用于梁跨中抗彎不足加固，當(dāng)梁截面強(qiáng)度與要求相差不大時(shí)，可將梁下加厚80～100 mm,配制新的縱筋與原鋼筋焊接，做法同三面圍套。當(dāng)梁的下面加厚100mm以上時(shí)，應(yīng)按計(jì)算配置縱筋和箍筋。

采用圍套及單面加厚法加固時(shí)，縱筋與支座連接有下述方法：梁支座在柱上時(shí)，新加縱筋可通過連接鋼板或直接與柱內(nèi)受力筋焊接在一起；梁支承在主梁中主筋焊接。對(duì)于梁的端支座，可將梁內(nèi)部分縱向鋼筋按45°或30°角曲折成斜筋焊于主梁內(nèi)原縱筋上，或另加入浮筋，電焊連接新舊縱筋。

4 結(jié)語

在注重建筑工程質(zhì)量的今天，混凝土早期裂縫已經(jīng)成為建設(shè)工程的質(zhì)量大忌。無論它是對(duì)建、構(gòu)筑物外觀質(zhì)量的影響，還是對(duì)建、構(gòu)筑物內(nèi)在質(zhì)量的危害，都會(huì)顯得施工質(zhì)量問題嚴(yán)重和突出。盡管混凝土有著早期凝結(jié)硬化收縮變形的特點(diǎn)，在施工過程中很容易出現(xiàn)裂縫，但是，只要采取相應(yīng)的預(yù)防控制措施，混凝土裂縫在很大程度上是可以得到控制的。但愿此文對(duì)建筑同行們有些許參考作用。

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