淺析混凝土裂縫的成因、控制及修補(bǔ)

王國(guó)棟喻桂成朱曉紅

淺析混凝土裂縫的成因、控制及修補(bǔ)

王國(guó)棟1喻桂成2朱曉紅1

一、概述

混凝土是由水泥、水及骨料按一定配合比組成的人造石材。水泥和水在凝結(jié)硬化過(guò)程中形成水泥膠塊把骨料粘結(jié)在一起?；炷羶?nèi)部有液體和孔隙存在，是一種不密實(shí)的混合體，主要依靠由骨料和水泥膠塊中的結(jié)晶體組成的彈性骨架來(lái)承受外力。混凝土在外力、本身變形和約束等一系列因素影響下會(huì)產(chǎn)生裂縫。混凝土裂縫已成為工程中常見(jiàn)的工程病害，輕者使混凝土內(nèi)部的鋼筋材料產(chǎn)生腐蝕，降低鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的承載力、耐久性、使用價(jià)值等，甚者將直接威脅到人民的生命、財(cái)產(chǎn)安全。

二、混凝土裂縫的產(chǎn)生原因

混凝土產(chǎn)生裂縫的原因有多種，但根本原因是混凝土中的拉應(yīng)力超過(guò)了混凝土的抗拉強(qiáng)度。具體可歸結(jié)為溫度和濕度變化、外荷載產(chǎn)生的變形過(guò)大和施工方法不當(dāng)這三種原因。具體類型有：

（1）水泥干縮產(chǎn)生的裂縫。這種裂縫出現(xiàn)在混凝土的表面，比較細(xì)小。水泥是水硬性材料，具有干縮性，硬化初期如果養(yǎng)護(hù)不當(dāng)，則可能產(chǎn)生裂縫。

（2）溫差變化，由熱脹冷縮效應(yīng)引起的裂縫。溫差變化較大的環(huán)境下，如構(gòu)件面積或長(zhǎng)度較大，又未在適當(dāng)?shù)牟课涣粼O(shè)伸縮縫，則可能產(chǎn)生裂縫。

（3）應(yīng)力集中引起的裂縫。這種裂縫一般出現(xiàn)在混凝土板的陰陽(yáng)轉(zhuǎn)角處或支座處，因板面負(fù)彎矩鋼筋配筋不足或鋼筋粗而間距過(guò)大而形成。

（4）使用不當(dāng)造成過(guò)載以致變形過(guò)大引起的裂縫。這種裂縫通常出現(xiàn)在混凝土受彎構(gòu)件的受拉區(qū)。

（5）張拉力引起的裂縫。在預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土構(gòu)件張拉后的放張過(guò)程中，控制不好可能會(huì)造成裂縫。這種裂縫一般出現(xiàn)預(yù)應(yīng)力構(gòu)件的端部或板的上表面角部。

（6）不均勻沉降引起的裂縫。由于地基的不均勻沉降造成基礎(chǔ)或圈梁、大梁及其他構(gòu)件拉力過(guò)大而出現(xiàn)裂縫。

（7）施工中，在混凝土初凝階段因模板振動(dòng)、變形或移位會(huì)使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫。

（8）加荷過(guò)早產(chǎn)生的裂縫。施工時(shí)因拆模過(guò)早，混凝土強(qiáng)度未達(dá)到設(shè)計(jì)要求而提前加荷，使構(gòu)件過(guò)載而出現(xiàn)裂縫。

（9）施工縫處理不好則可能在施工縫部位出現(xiàn)裂縫。

（10）混凝土預(yù)制構(gòu)件，在脫模、運(yùn)輸、堆放、起吊過(guò)程中因各種原因使構(gòu)件受壓區(qū)處于受拉狀態(tài)，都可能使構(gòu)件產(chǎn)生裂縫。

三、混凝土裂縫的控制措施

1.設(shè)計(jì)方面

（1）設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量避免結(jié)構(gòu)斷面突變帶來(lái)的應(yīng)力集中。如因結(jié)構(gòu)或造型等原因而不得已時(shí)，應(yīng)充分考慮采用加強(qiáng)措施。

（2）積極采用補(bǔ)償收縮混凝土技術(shù)。在常見(jiàn)的混凝土裂縫中，有相當(dāng)部分都是由于混凝土收縮而造成的。對(duì)此可在混凝土中摻用膨脹劑來(lái)補(bǔ)償混凝土的收縮。

（3）重視對(duì)構(gòu)造鋼筋的認(rèn)識(shí)。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)重視構(gòu)造鋼筋的配置，特別是薄壁構(gòu)件更應(yīng)注意構(gòu)造鋼筋直徑和數(shù)量的選擇。

（4）對(duì)于大體積混凝土，建議在設(shè)計(jì)中考慮采用60d齡期混凝土強(qiáng)度值作為設(shè)計(jì)值，以減少混凝土單方用灰量，并積極采用各類行之有效的混凝土摻合料。例如可摻加膨漲劑、適量的粉煤灰等。同時(shí)，可根據(jù)構(gòu)造要求配置必要的鋼筋起到限裂的作用。

2.材料選擇和混凝土配合比方面

（1）根據(jù)結(jié)構(gòu)的要求選擇合適的混凝土強(qiáng)度等級(jí)及水泥品種、等級(jí)，盡量避免采用早強(qiáng)水泥。

（2）選用堿活性小的砂石骨料，同時(shí)注意選用低堿或無(wú)堿外加劑以及合適的摻和料抑制堿性骨料反應(yīng)。

（3）采用摻合料和混凝土外加劑。摻合料和外加劑目前已作為混凝土的第五、六大組份，可以明顯起到降低水泥用量、降低水化熱、改善混凝土的工作性能和降低混凝土成本的作用。

（4）正確掌握好混凝土補(bǔ)償收縮技術(shù)的運(yùn)用。對(duì)膨脹劑應(yīng)充發(fā)考慮到不同品種、不同摻量所起到的不同膨脹效果。應(yīng)通過(guò)大量的試驗(yàn)確定膨脹劑的最佳摻量。

（5）混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí)，在保證混凝土具有良好工作性的情況下，應(yīng)盡可能降低混凝土的單位用水量，采用“三低（低砂率、低坍落度、低水膠比）、二摻（摻高效減水劑和高性能引氣劑）、一高（高粉煤灰摻量）”的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，生產(chǎn)出“高強(qiáng)、高韌性、中彈、低熱和高極拉值”的抗裂混凝土。施工時(shí)要嚴(yán)格控制混凝土配合比，計(jì)量要準(zhǔn)確，坍落度抽檢工作要加強(qiáng)。

3.現(xiàn)場(chǎng)操作方面

（1）降低混凝土入模溫度。降低原材料進(jìn)入攪拌機(jī)的溫度，夏季在水箱內(nèi)加冰塊，降低水溫；粗骨料遮陽(yáng)防曬，并灑冷水降溫；細(xì)骨料遮陽(yáng)防曬；散裝水泥提前儲(chǔ)備，避免新出廠水泥溫度過(guò)高。

（2）澆搗工作?；炷翝矒v時(shí)，振搗捧要快插慢拔，根據(jù)不同的混凝土坍落度正確掌握振搗時(shí)間，避免過(guò)振或漏振，應(yīng)提倡采用二次振搗、二次抹面技術(shù)，以排除混凝土內(nèi)部的水分和氣泡。

（3）混凝土養(yǎng)護(hù)?；炷敛鹉：笠獟觳莺熁蜾伈轁菜B(yǎng)護(hù)保濕。對(duì)于大體積混凝土，有條件時(shí)宜采用蓄水或流水養(yǎng)護(hù)，以確?；炷羶?nèi)外溫差小于25°，養(yǎng)護(hù)時(shí)間為14～28天。

（4）避免在雨中或大風(fēng)中澆灌混凝土。

（5）對(duì)于地下混凝土結(jié)構(gòu)，應(yīng)盡早回填土，以利于減少裂縫。

四、混凝土裂縫的修補(bǔ)方法

1.表面修補(bǔ)法

表面修補(bǔ)法主要適用于穩(wěn)定和對(duì)結(jié)構(gòu)承載能力沒(méi)有影響的表面裂縫以及深進(jìn)裂縫的處理。通常的處理措施是在裂縫的表面涂抹水泥漿、環(huán)氧膠泥或在混凝土表面涂刷油漆、瀝青等防腐材料，在防護(hù)的同時(shí)為了防止混凝土受各種作用的影響繼續(xù)開(kāi)裂，通?？梢栽诹芽p的表面粘貼玻璃纖維布。

2.灌漿、嵌縫封堵法

灌漿法主要適用于對(duì)結(jié)構(gòu)整體性有影響或有防滲要求的混凝土裂縫的修補(bǔ)，它是利用壓力設(shè)備將膠結(jié)材料壓入混凝土的裂縫中，膠結(jié)材料硬化后與混凝土形成一個(gè)整體，從而起到封堵加固的目的。常用的膠結(jié)材料有水泥漿、環(huán)氧樹(shù)脂、甲基丙烯酸酯、聚氨酯等化學(xué)材料。

嵌縫法是裂縫封堵中最常用的一種方法，它通常是沿裂縫鑿槽，在槽中嵌填塑性或剛性止水材料，以達(dá)到封閉裂縫的目的。常用的塑性材料有聚氯乙烯膠泥、塑料油膏、丁基橡膠等等；常用的剛性止水材料為聚合物水泥砂漿。

3.結(jié)構(gòu)加固法

當(dāng)裂縫影響到混凝土結(jié)構(gòu)的性能時(shí)，就要考慮采取結(jié)構(gòu)加固法對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行處理。結(jié)構(gòu)加固中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。

4.混凝土置換法

混凝土置換法是處理混凝土嚴(yán)重?fù)p壞的一種有效方法，此方法是先將損壞的混凝土剔除，然后再置換新的混凝土或其他材料。常用的置換材料有：普通混凝土或水泥砂漿、聚合物或改性聚合物混凝土或砂漿。

5.電化學(xué)防護(hù)法

電化學(xué)防腐是利用施加電場(chǎng)在介質(zhì)中的電化學(xué)作用，改變混凝土或鋼筋混凝土所處的環(huán)境狀態(tài)，鈍化鋼筋，以達(dá)到防腐的目的。陰極防護(hù)法、氯鹽提取法、堿性復(fù)原法是化學(xué)防護(hù)法中常用而有效的三種方法。

6.仿生愈合法

仿生愈合法是一種新的裂縫處理方法，它模仿生物組織對(duì)所受創(chuàng)傷部位自動(dòng)分泌某種物質(zhì)，而使創(chuàng)傷部位得到愈合的機(jī)能，在混凝土的傳統(tǒng)成分中加入某些特殊成分（如含粘結(jié)劑的液芯纖維或膠囊），在混凝土內(nèi)部形成智能型仿生自愈合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，當(dāng)混凝土出現(xiàn)裂縫時(shí)分泌出部分液芯纖維可使裂縫重新愈合。

五、結(jié)束語(yǔ)

裂縫是混凝土結(jié)構(gòu)中普遍存在的一種現(xiàn)象，它不僅會(huì)降低建筑物的抗?jié)B能力，影響建筑物的使用功能，而且會(huì)引起鋼筋的銹蝕，混凝土的碳化，降低材料的耐久性，影響建筑物的承載能力。因此對(duì)混凝土裂縫要進(jìn)行認(rèn)真研究、區(qū)別對(duì)待，采用合理的方法進(jìn)行處理，并在施工中采取各種有效的預(yù)防措施來(lái)預(yù)防裂縫的出現(xiàn)和發(fā)展，保證建筑物和構(gòu)件安全、穩(wěn)定地工作■

（作者單位：1.鎮(zhèn)江市工程勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院 212003 2.江蘇省水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司 225127）