水工混凝土裂縫成因與修補(bǔ)

蔣媛　葛開亮

摘要：裂縫是水工混凝土建筑物最普遍、最常見的問題之一。分析了混凝土裂縫產(chǎn)生的原因，介紹了常用的修補(bǔ)方法，并結(jié)合工程實(shí)例進(jìn)行了進(jìn)一步探討，以為工程建筑提供參考。

關(guān)鍵詞：混凝土裂縫 種類 原因 修補(bǔ)方法

混凝土是由水泥、細(xì)骨料、粗骨料、水和外加劑按照一定比例拌和而成的非勻質(zhì)脆性材料，為工程中必不可少的建筑材料。混凝土硬化過程中產(chǎn)生的裂縫不僅影響了美觀，還給工程質(zhì)量留下隱患，施工中必須采取合理的工程技術(shù)措施，控制和減少混凝土中裂縫的數(shù)量和寬度。

1.裂縫的種類

混凝土裂縫按深度不同分為表層裂縫、深層裂縫和貫穿裂縫；按裂縫開度變化可分為死縫、活縫和增長縫；按產(chǎn)生原因分為溫度裂縫、干縮裂縫、鋼筋銹蝕裂縫、超載裂縫、堿骨料反應(yīng)裂縫、地基不均勻沉陷裂縫等[1]。

1.1溫度裂縫

大體積混凝土澆筑后，由于水泥水化熱使內(nèi)部混凝土溫度升高。當(dāng)水化熱溫升至高峰后，由于環(huán)境溫度較低，因此混凝土溫度開始下降。降溫過程中混凝土發(fā)生收縮，在約束條件下，當(dāng)溫降收縮變形大于混凝土極限拉伸變形時(shí)，混凝土容易發(fā)生裂縫，這種裂縫通常稱為溫度裂縫。還有一種溫度裂縫是由于混凝土內(nèi)外溫差引起的，例如混凝土遭受寒潮侵襲或夏天混凝土經(jīng)陽光曝曬后突然下雨，都會(huì)使混凝土內(nèi)部與表層產(chǎn)生很大溫差，混凝土表層溫度下降，而內(nèi)部溫度基本不降，這樣內(nèi)部混凝土對(duì)表層混凝土起約束作用，同樣會(huì)導(dǎo)致溫度裂縫。

1.2干縮裂縫

置于未飽和空氣中的混凝土因水分散失而引起的體積縮小變形，稱為干縮。干縮僅是混凝土收縮的一種，干縮擴(kuò)散的速度比溫度的擴(kuò)散速度要慢1000倍。正因?yàn)楦煽s擴(kuò)散速度小，混凝土表面已干縮，而其內(nèi)部不縮，這樣內(nèi)部混凝土對(duì)表面混凝土干縮起約束作用，使混凝土表面產(chǎn)生干縮應(yīng)力，當(dāng)混凝土干縮應(yīng)力大于混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)，混凝土就會(huì)產(chǎn)生裂縫，稱為干縮裂縫。

1.3鋼筋銹蝕裂縫

混凝土中鋼筋發(fā)生銹蝕后，其銹蝕產(chǎn)生的體積比原來增長2～4倍，從而對(duì)周圍混凝土產(chǎn)生膨脹應(yīng)力，當(dāng)膨脹應(yīng)力大于混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)，混凝土就會(huì)產(chǎn)生裂縫，稱為鋼筋銹蝕裂縫。鋼筋銹蝕裂縫一般都為沿鋼筋長度方向發(fā)展的順筋裂縫。

1.4堿骨料反應(yīng)裂縫

堿骨料反應(yīng)主要有堿—硅酸反應(yīng)和堿—碳酸鹽反應(yīng)，它們都是水泥中的堿和骨料中的某些活性物質(zhì)如活性SiO2以及變形石英等發(fā)生反應(yīng)而生成吸水性較強(qiáng)的凝膠物質(zhì)，當(dāng)反應(yīng)物增加到一定數(shù)量，且有充足水時(shí)，就會(huì)在混凝土中產(chǎn)生較大的膨脹作用，導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生裂縫，稱為堿骨料反應(yīng)裂縫。此裂縫不同于最常見的混凝土干縮裂縫和荷載引起的超載裂縫，這種裂縫形狀及分布與鋼筋限制有關(guān)，當(dāng)限制力很小時(shí)，常出現(xiàn)地圖狀裂縫，并在縫中伴有白色浸出物；當(dāng)限制力強(qiáng)時(shí)則出現(xiàn)順筋裂縫。

1.5超載裂縫

當(dāng)建筑物遭受超載作用時(shí)，其結(jié)構(gòu)構(gòu)件產(chǎn)生的裂縫稱為超載裂縫。

此外，常見的混凝土裂縫還有地基不均勻沉陷裂縫、地基凍脹裂縫等。

2.裂縫形成的原因分析

混凝土裂縫形成的原因非常復(fù)雜，往往是多種不利因素綜合作用的結(jié)果。據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)，施工不規(guī)范造成的混凝土裂縫占80%左右，材料質(zhì)量差或配合比不合理產(chǎn)生的裂縫占15%左右，設(shè)計(jì)不當(dāng)引起的裂縫可能占5%。

2.1設(shè)計(jì)粗糙，建設(shè)、監(jiān)理單位工作隨意性大

由于多方面的原因，勘察設(shè)計(jì)單位無法深入地開展地質(zhì)勘探工作，隧道圍巖類別評(píng)價(jià)及支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)缺乏科學(xué)依據(jù)，帶有一定的盲目性。個(gè)別建設(shè)單位限于自身管理和專業(yè)技術(shù)水平的欠缺，任意變更原設(shè)計(jì)。少數(shù)工程由業(yè)主的內(nèi)部人員組成監(jiān)理機(jī)構(gòu)，監(jiān)理工作失去獨(dú)立性。

2.2施工工藝或現(xiàn)場(chǎng)操作不規(guī)范

（1）混凝土生產(chǎn)時(shí)原材料計(jì)量誤差大，尤其外加劑的摻加隨意性大，沒有根據(jù)砂、石料的實(shí)際含水率及時(shí)調(diào)整施工用水量，造成混凝土水灰比增大。此外，在混凝土運(yùn)輸及泵送過程中加水的現(xiàn)象也比較普遍。

（2）采用整體式鋼模板臺(tái)車施工，混凝土澆筑時(shí)不振搗或漏振，混凝土均質(zhì)性差。

（3）盲目追求施工進(jìn)度，隨意提前脫模時(shí)間，使低強(qiáng)度混凝土過量承受荷載，破壞了混凝土結(jié)構(gòu)。脫模后沒有進(jìn)行混凝土的潮濕養(yǎng)護(hù)。

（4）夏季施工時(shí)砂、石料露天堆放，無切實(shí)有效的降溫措施，混凝土入模溫度高。冬季施工時(shí)采取的防寒保溫措施不力。

2.3原材料質(zhì)量差，配合比設(shè)計(jì)不合理

水泥品種選擇不當(dāng)，安定性不良，不同批次的水泥混用。碎石、砂級(jí)配差，含泥量超標(biāo)，碎石中石粉含量大，針、片狀物過多，影響了水泥與骨料的膠結(jié)。

進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)時(shí)，忽視水泥用量增多對(duì)混凝土品質(zhì)的影響，錯(cuò)誤認(rèn)為水泥用量越多，混凝土強(qiáng)度越高。對(duì)摻合料和外加劑的選用缺乏專業(yè)技術(shù)人員的指導(dǎo)，往往達(dá)不到預(yù)期效果。

3.裂縫常見修補(bǔ)方法

裂縫修補(bǔ)除了以恢復(fù)防水性和耐久性為主要目的外，也可從結(jié)構(gòu)安全及美觀角度出發(fā)而進(jìn)行修補(bǔ)。在滿足修補(bǔ)目的的前提下，還必須考慮經(jīng)濟(jì)性、明確修補(bǔ)范圍及修補(bǔ)規(guī)模等。混凝土裂縫的修補(bǔ)方法很多，歸納起來主要有三大類。

3.1充填法

此法適合于修補(bǔ)較寬的裂縫（裂縫寬度大于0.5 mm）。具體做法是沿裂縫處鑿U形或V形槽，槽頂寬約10 cm，在槽中充填密封材料。充填材料可用水泥砂漿、環(huán)氧砂漿、彈性環(huán)氧砂漿、聚合物水泥砂漿等[2]。如果鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋已經(jīng)銹蝕，則將混凝土鑿除到能夠充分處理已經(jīng)生銹的鋼筋部分，將鋼筋除銹。然后進(jìn)行防銹處理，再在槽中充填聚合物水泥砂漿或環(huán)氧樹脂砂漿等材料。對(duì)于活縫，沿裂縫走向開一個(gè)U形槽，槽底墊一層與混凝土不粘的材料，再填充彈性嵌縫材料，使其與槽兩側(cè)粘結(jié)。這樣嵌縫材料沿槽的整個(gè)寬度可自由變形，裂縫發(fā)生張拉變形時(shí)，不會(huì)把嵌縫材料拉開。

3.2注入法

注入法分為壓力注入法與真空吸入法2種[3]。壓力灌漿法適用于較深較細(xì)的裂縫，而真空注入法是利用真空泵使縫內(nèi)形成真空，將漿材吸入縫內(nèi)，該法適用于各種表面裂縫的修補(bǔ)。灌漿材料有水泥漿材、普通環(huán)氧漿材、彈性環(huán)氧漿材等。

3.3表面覆蓋法

這是一種在微細(xì)裂縫（一般寬度小于0.2 mm）的表面上涂膜，以提高其防水性及耐久性為目的的修補(bǔ)方法，分為涂覆裂縫部分及全部涂覆2種方法。這種方法的缺點(diǎn)是修補(bǔ)工作無法深入到裂縫內(nèi)部，對(duì)延伸裂縫難以控制其變化。表面覆蓋法所用材料視修補(bǔ)目的及其建筑物所處環(huán)境不同而異，通常采用彈性涂膜防水材料、聚合物水泥膏、聚合物薄膜等。施工時(shí)，首先用鋼絲刷子將混凝土表面打毛、清除表面附著物，用水沖洗干凈后充分干燥，然后用樹脂充填混凝土表面的氣孔，再用修補(bǔ)材料涂覆表面[4]。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙立云，董偉，胥姍姍.水工混凝土裂縫成因及控制[J].山西建筑，2010（9）：162-163.

[2]張鵬飛，覃巫黃.水工混凝土裂縫的成因及防治[J].珠江水運(yùn)，2009（9）：55-57.

[3]張煥敏，涂興懷.水工混凝土裂縫的成因及控制[J].混凝土，2005（10）：74-77.

[4]林偉.對(duì)水工混凝土裂縫原因及防治措施的論述[J].建材與裝飾（上旬）.市場(chǎng)營銷，2009（8）：234-235.