混凝土結(jié)構(gòu)工程裂縫處理方法淺析

何建青

(四川立宇建筑工程有限公司, 四川南充 637099)

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混凝土結(jié)構(gòu)工程裂縫處理方法淺析

何建青

(四川立宇建筑工程有限公司, 四川南充 637099)

文章主要對混凝土結(jié)構(gòu)工程裂縫處理從掩飾裂縫、修補裂縫、封閉裂縫以及加固處理這四方面進行闡述。

裂縫； 防治； 處理

1 處理裂縫的原則

1.1 對裂縫的認識

對混凝土的裂縫有正確的認識，是處理裂縫問題的首要準則。盡管可以采取一系列措施來控制混凝土結(jié)構(gòu)中的裂縫，但混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的出現(xiàn)仍難以避免。通常工程中的裂縫不過是其固有內(nèi)在裂縫在一定條件下延伸、發(fā)展到構(gòu)件表面，形成肉眼可見的裂縫而已?；炷两Y(jié)構(gòu)在一定條件下是允許帶裂縫工作的，因此對絕大多數(shù)混凝土構(gòu)件而言，產(chǎn)生裂縫是正常的。但是，寬度超過一定限度的可見裂縫畢竟是混凝土結(jié)構(gòu)的一種缺陷，可能會造成以下方面的負面影響。

(1)影響美觀，觀感質(zhì)量不佳；

(2)有些貫穿裂縫引起液體、氣體滲漏，因此直接影響了結(jié)構(gòu)的使用功能；

(3)有些較寬的裂縫會引起用戶的不安全感，造成心理壓力；

(4)嚴重的受力裂縫預示著結(jié)構(gòu)抗力衰竭，會引起結(jié)構(gòu)安全問題；

(5)裂縫引起的鋼筋銹蝕和混凝土性能劣化，會減短結(jié)構(gòu)的使用壽命。

因此，對混凝土結(jié)構(gòu)中的裂縫仍應采取針對性的措施加以處理。工程實踐表明，防止裂縫(堵)出現(xiàn)是十分困難的。比較現(xiàn)實的做法是：一方面盡量避免可見裂縫的發(fā)生；另一方面則承認裂縫難以避免，并妥善處理已經(jīng)產(chǎn)生的裂縫(補)，將其影響降低到可以接受的最低限度。

1.2 裂縫判斷的重要性

裂縫的處理必須建立在對裂縫作正確判斷的基礎(chǔ)之上“對癥下藥”。不同原因引起不同性質(zhì)裂縫，對結(jié)構(gòu)安全以及使用功能的影響差別很大。因此，正確判斷裂縫就變得非?，F(xiàn)實而且重要，這是解決裂縫問題的關(guān)鍵。裂縫出現(xiàn)后，應根據(jù)對開裂混凝土結(jié)構(gòu)的檢測，調(diào)查結(jié)果進行綜合分析，推斷裂縫產(chǎn)生的原因、性質(zhì)、發(fā)展趨勢以及對結(jié)構(gòu)性能和使用功能的影響，并以此為依據(jù)，選擇合理的方法進行處理。

實際結(jié)構(gòu)工程中的可見裂縫，絕大多數(shù)是由于溫度、收縮、強迫位移等非荷載因素引起的間接裂縫。對于這類裂縫，基本上可以不擔心安全問題。但對某些影響使用功能的間接裂縫，則必須封閉消除。而對于標志結(jié)構(gòu)抗力衰竭，預示結(jié)構(gòu)即將破壞(尤其是脆性破壞或倒塌、解體等)的個別受力裂縫，則應及時采取措施，停止使用并進行加固處理或拆除。

前述有關(guān)的分析表明，不同原因引起的不同性質(zhì)的裂縫，其影響、后果及處理方式有著巨大的差異。而采取哪種處理方法完全取決于對裂縫性質(zhì)的判斷。因此，裂縫判斷的重要性是不言而喻的。

2 裂縫的處理方法

應根據(jù)裂縫的特征、產(chǎn)生的原因，發(fā)展趨勢、對結(jié)構(gòu)性能的影響程度，采用不同的方法對其進行處理，以達到事半功倍的目的?；炷两Y(jié)構(gòu)中的可見裂縫的處理方法大體可以分為以下幾類：(1)掩飾裂縫；(2)修補裂縫；(3)封閉裂縫；(4)結(jié)構(gòu)加固。

2.1 掩飾裂縫

2.1.1 適用范圍

“掩飾裂縫”適用于對輕微裂縫的處理。輕微裂縫也可以稱為無害裂縫，一般寬度較小，深度也有限，通常用肉眼勉強可以辯認。其除了對觀瞻可能造成影響以外，對于結(jié)構(gòu)使用功能、承載安全和耐久性基本上不造成影響。因此，只要裂縫已經(jīng)穩(wěn)定，無須采用特別的處理手段，簡單地進行表面處理，加以掩飾就可以了。

2.1.2 處理方法

(1)結(jié)構(gòu)表面涂刷。

一般施工方法為：先用鋼絲刷將混凝土表面打毛，清除表面附著物；然后用水沖洗干凈后充分干燥；最后用涂刷材料充填混凝土表面的裂縫。施工的關(guān)鍵在于界面結(jié)合的牢固程度。這種方法的優(yōu)點是比較簡便；缺點是修補施工無法深入到裂縫內(nèi)部，對延伸裂縫難以追蹤其變化。

(2)后澆混凝土掩蓋；

(3)表面抹灰裝修；

(4)清水表面處理；

(5)建筑手法處理。

上述處理方法1和方法4，只適用于已靜止、已經(jīng)穩(wěn)定的淺層裂縫，不適合處理處于發(fā)展期的裂縫、凹槽。

2.1.3 驗收

掩飾裂縫的主要目的就是為了消除可見缺陷，改進觀瞻上的效果。因此，處理施工完成以后，按相應施工質(zhì)量驗收規(guī)范對于外現(xiàn)質(zhì)量的要求，進行檢查、驗收就可以了。

2.2 修補裂縫

2.2.1 適用范圍

修補裂縫的處理方法適用不影響安全和使用功能的較寬裂縫。實際工程中，基本不影響安全和使用功能的一般裂縫是很難避免的。即使在施工階段經(jīng)嚴格控制而未出現(xiàn)裂縫，在服役初期結(jié)構(gòu)也難免因收縮、溫度變化或基礎(chǔ)沉降而開裂。實際結(jié)構(gòu)中，絕大多數(shù)的可見裂縫均屬此類。對這類裂縫，僅作修補即可。

2.2.2 處理方法

(1)鑿槽嵌補。

鑿槽嵌補法是在開裂混凝土結(jié)構(gòu)的表面上沿裂縫剔鑿凹槽，其后嵌填修補材料，以消除結(jié)構(gòu)表面的可見裂縫。凹槽可為V形，寬度和深度可為40～60 mm左右。凹槽鑿成后，可用壓縮空氣清掃槽內(nèi)殘碴并用高壓水沖洗干凈。接著用環(huán)氧樹脂、環(huán)氧膠泥、抹平。有時表面還要刷水泥凈漿或其他涂料，或者進行表面處理，壓實抹平，使外形平整、光滑、美觀。在某些場合，為了功能的需要，還將加做防水油膏或加做防銹涂料層等。水泥砂漿由于會收縮，所以使用時一般加入適量的膨脹劑。當鋼筋已經(jīng)銹蝕時，應先將鋼筋除銹并做防銹處理后，再嵌補修補材料。鑿槽嵌補的方法只是一種消除結(jié)構(gòu)表面可見裂縫的方法，其并不能填補混凝土內(nèi)部的裂縫，故結(jié)構(gòu)中仍可能殘存裂縫。但這些內(nèi)部裂縫對于結(jié)構(gòu)安全和使用功能并不構(gòu)成影響。當然，這種方法會對原混凝土結(jié)構(gòu)造成一定程度的損害，施工量也較大。

(2)扒釘控制裂縫。

對尚處于發(fā)展期的寬大而且不穩(wěn)定的裂縫，有時為了避免裂縫的繼續(xù)延伸和發(fā)展加寬，可以跨裂縫采用扒釘加以控制。此時除鑿槽嵌補以外，還要沿裂縫以一定間距和跨度預先鉆孔，固定扒釘。

這種方法可以增強裂縫區(qū)域的抗力，但可能會使混凝土在其他地方(比如附近區(qū)域)產(chǎn)生裂縫，因此，應考慮對其相鄰區(qū)域的混凝土進行監(jiān)測或處理。

(3)自行愈合。

在潮濕及無拉應力的情況下，一種稱之為“自愈合”的自然修復方法可能比較有效。其常應用于閉合潮濕環(huán)境中的非活動裂縫，例如屋蓋、地下室墻混凝土中的靜止裂縫。

這種愈合作用通過水泥的連續(xù)水化以及存在于空氣和水中的CO2對水泥漿體中的Ca(OH)2碳化而產(chǎn)生碳酸鈣CaCO3晶體，其在裂縫中沉淀、聚集和生長，從內(nèi)部密封裂縫。此外，晶體之間相互連接，產(chǎn)生了一種機構(gòu)粘結(jié)力，在相鄰晶體之間及晶體與水泥漿體及骨料表面形成化學粘結(jié)力，對修補裂縫產(chǎn)生有利作用。

在愈合過程中，裂縫和鄰近混凝土的飽水度是獲得足夠強度的必要條件?？梢詫㈤_裂截面當沒在水中或者將水蓄在混凝土的表面，使裂縫中充滿水。在整個愈合過程中，必須保證裂縫的濕潤狀態(tài)，否則出現(xiàn)干濕循環(huán)現(xiàn)象會使愈合強度急劇下降。愈合過程應當在裂縫出現(xiàn)后就立即付諸實施，推遲愈合，會使強度恢復程度降低。

(4)仿生自愈合法。

目前正在研究一種新的裂縫處理方法，即“仿生自愈合法”。它模仿生物組織對受創(chuàng)部位自動分泌某種物質(zhì)，而使創(chuàng)傷部位得到愈合的機能。在混凝土的傳統(tǒng)組分中加入某些特殊組分(如含膠粘劑液芯纖維的膠囊)，在混凝土分泌出的部分液芯纖維，就可使裂縫重新愈合。

2.2.3 驗收

在施工過程中發(fā)現(xiàn)的一般缺陷裂縫，及時進行處理后，按施工質(zhì)量驗收規(guī)范的要求檢查驗收就可以了。對交付使用以后在服役期出現(xiàn)的一般裂縫，同樣在修補處理的施工完成以后，按施工質(zhì)量驗收規(guī)范的要求進行檢查和驗收。

2.3 封閉裂縫

2.3.1 適用范圍

對于已構(gòu)成嚴重缺陷的裂縫，例如，滲水、漏雨而影響使用功能的裂縫；或?qū)挾群艽蟪^限值，表明抗力消耗較大但尚沒有構(gòu)成安全性問題的受力裂縫，則應進行封閉，對其進行比較知徹底的處理。

2.3.2 處理方法

(1)壓力灌漿。

利用壓力將修補材料的漿液灌入裂縫內(nèi)部，從而消除裂縫。這是一種無損的方法，適用于寬度較大、而且較深的裂縫，尤其是貫通裂縫或混凝土破碎裂縫的修補。具有工藝簡單、無須鉆孔、處理裂縫的針對性強等特點。這種修補方法可以消除結(jié)構(gòu)深層的裂縫，粘結(jié)彌合被裂縫分割破碎的混凝土，達到密實混凝土的目的。灌漿材料可為水泥漿或環(huán)氧樹脂、甲基丙烯酸脂、聚合物水泥等，一般應具有黏度小、粘結(jié)性能好、收縮性小、抗?jié)B性好、抗拉強度高、無毒或低毒等特點。有時，為了灌注工藝的要求，還須添加稀釋劑、增塑劑、固化劑等摻加劑以提高灌漿效果。同樣，為了功能性的目的，有時還須摻入各種外加劑。修補漿液的配制需要有一定的經(jīng)驗和嚴格的操作工藝。壓漿泵的配置，壓力的選擇，壓漿咀的間距等工藝參數(shù)，應根據(jù)裂縫檢測結(jié)果經(jīng)估算確定。

(2)抽吸灌漿。

其利用抽吸真空造成的負壓，將修補材料的漿液吸入裂縫內(nèi)部，從而消除裂縫。工藝原理為封閉裂縫后，利用扣吸管的吸盤對裂縫內(nèi)抽氣造成負壓，將涂布在裂縫表面的漿液吸入裂縫內(nèi)，從而達到封閉裂縫的目的。當然，漿液的配制、吸管的規(guī)格、布置的間距等工藝參數(shù)，也應由裂縫檢測的結(jié)果經(jīng)估算確定。

常用的漿液包括環(huán)氧樹脂、丙烯酸脂以及其他專用的混凝土膠粘劑。封閉前需注意清除裂縫內(nèi)影響粘結(jié)的污染物。

(3)浸漬混凝土。

被裂縫分割破碎的混凝土，當其范圍較廣且寬度和深度也很大的情況下，靠壓力或抽吸灌漿已很難解決問題。此時，為了恢復混凝土的整體性，可以通過鉆孔后的高壓灌漿形成浸漬混凝土，以恢復混凝土的抗力。具體方法是在需處理的混凝土區(qū)域內(nèi)鉆孔，并高壓注入修補材料。使其沿裂縫和缺陷深入材料內(nèi)部，填補所有的縫隙，從而增強混凝土的密實性。浸漬混凝土的實質(zhì)已經(jīng)屬于改性的混凝土了，經(jīng)處理以后的混凝土力學性能實際上已有了很大的改善。

(4)鉆孔灌漿。

鉆孔灌漿法一般可分為騎縫鉆孔法和斜孔埋管法兩種。

①騎縫鉆孔法；②斜孔處理法。

(5)補充加強筋。

①普通鋼筋；②預應力筋。

2.3.3 驗收

灌漿、吸漿或浸漬混凝土施工需要有配套的專用設備，施工的工藝參數(shù)須通過檢測計算并結(jié)合工程經(jīng)驗確定。普通鋼筋錨固需有專門的材料，預應力鋼筋張拉應有相應的設備。因此通常應請素質(zhì)較高，并具有實際經(jīng)驗和專用裝備的專業(yè)隊伍進行施工。封閉裂縫需有專門制訂的施工技術(shù)方案，比如上述處理方法1、3和4中關(guān)于漿液的配制、灌漿口的布置、壓力的選擇、灌入量的確定、灌漿的質(zhì)量等要求均應明確規(guī)定。一般通過控制灌漿量并由漿液從裂縫溢出判斷灌漿的效果。

驗收時需檢查施工操作記錄，并由觀察、判斷進行驗收。若采用補充加強筋的方法修復裂縫，驗收時一定要檢查鋼筋的錨固措施是否可靠。

2.4 加固處理

2.4.1 適用范圍

在混凝土結(jié)構(gòu)中，由于鋼筋變形、屈服而引起的裂縫，具有一定的延性性質(zhì)；而以混凝土破碎為特征的裂縫，則很容易迅速發(fā)展為酥裂、壓潰而具有突然破壞的危險。尤其是混凝土受壓、受剪形式的破壞，從開裂到崩潰的發(fā)展過程很快，容易形成無預兆的脆性破壞，甚至引起構(gòu)件斷裂、壓潰乃至結(jié)構(gòu)解體、倒塌。若經(jīng)檢測和復核發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)抗力不足，且有作為破壞預兆標志而有安全隱患的裂縫，則應對相關(guān)的構(gòu)件進行加固處理。此時裂縫問題已退居次要地位，結(jié)構(gòu)安全已成為問題的關(guān)鍵。

2.4.2 處理方法

(1)增大截面法。

增大截面法系采用與原結(jié)構(gòu)相同的材料增大混凝土結(jié)構(gòu)件的截面面積，同時增配鋼筋，從而提高其承載力、剛度或改變其自然頻率的和直接加固方法。這種方法可廣泛用于混凝土結(jié)構(gòu)梁、板、柱、墻體等構(gòu)件的加固。增大截面法優(yōu)點是工藝簡單、適用范圍廣；缺點是施工期間建筑結(jié)構(gòu)不能正常使用且周期較長，此外由于增大構(gòu)件截面，在增加構(gòu)件自重的同時減少了使用空間。

(2)外包鋼材法。

外包鋼筋法系對鋼筋混凝土梁、柱外包型鋼、扁鋼焊成的構(gòu)架，并灌注結(jié)構(gòu)膠點接，以達到構(gòu)件整體受力，共同約束原構(gòu)件的加固方法。這種方法適用于使用上不允許增大混凝土截面尺寸，而又需要大幅度地提高承載力和抗震能力的混凝土梁、柱。加固結(jié)構(gòu)的環(huán)境溫度不應高于60 ℃；當環(huán)境具有腐蝕性介質(zhì)時，還應有可靠的防護措施。外包鋼材法在基本不增大構(gòu)件截面尺寸的情況下增加構(gòu)件的延性和剛度，提高了承載力，特別適用于大跨度的受彎或受壓結(jié)構(gòu)件，但加固費用較高。

(3)錨貼鋼板法。

錨貼鋼板法系采用結(jié)構(gòu)膠粘劑及錨栓將鋼板粘貼于混凝土受彎、大偏心受壓或受拉構(gòu)件的表面，使鋼板參與受力，形成整體性的復合截面，以提高構(gòu)件承載力的一種加固方法。這確保長期使用安全，加固后構(gòu)件的環(huán)境溫度不應高于60℃。當環(huán)境具有腐蝕性介質(zhì)時，還應有可靠的防護措施。有防火要求時，應按構(gòu)件耐火等級要求進行防護處理。

(4)粘貼纖維法。

粘貼纖維法是用膠粘劑將纖維布或纖維板等復合材料粘貼到構(gòu)件需要加強的部位，常用于承受靜力作用下的受彎或受拉構(gòu)件。加固時可選用玻璃纖維(GFRP)、周期短、對環(huán)境影響小、加固后不影響結(jié)構(gòu)外觀。

粘貼碳纖維復合材料的施工工藝如下：①混凝土表面處理。②放線與下料。③粘貼纖維片材。④養(yǎng)護后驗收。

(5)外加預應力法。

外加預應力法系采用在構(gòu)件體外加預應力的鋼拉桿(分水平拉桿、下?lián)问嚼瓧U和組合式拉桿三種)或撐桿，對結(jié)構(gòu)進行加固的方法。這種方法適用于要求提高承載力、剛度和抗裂性及加固后占用空間粘的混凝土承重結(jié)構(gòu)。加固后可以減少構(gòu)件的撓度、縮小裂縫寬度甚至可以使裂縫完全閉合。但此法不宜用于處在溫度高于60 ℃環(huán)境下的混凝土結(jié)構(gòu)，否則應進行防護處理；也不適用于收縮徐變大的混凝土結(jié)構(gòu)。

(6)混凝土置換法。

混凝土置換法是處理嚴重損壞混凝土的一種有效方法。這種方法是先將損壞的混凝土剔除，然后再置換入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。施工中，可采用噴射混凝土的方法以確保新老混凝土界面粘結(jié)良好。

(7)改變傳力途徑法。

改變傳力途徑法是對結(jié)構(gòu)的計算圖加以改選，增加新的傳力途徑，從而達到加固結(jié)構(gòu)體系的目的。主要方法有以下幾種：

①增設構(gòu)件加固法；②增設支點加固法；③增加結(jié)構(gòu)整體性加固法；④改變結(jié)構(gòu)剛度比加固法；⑤卸載加固法。

(8)基礎(chǔ)加固。

在加固上部結(jié)構(gòu)的同時，如果基礎(chǔ)本身承載力不足，地基承載力或變形無法滿足安全和正常使用的要求，則應優(yōu)先采用增大截面法、改變持力層和改變基礎(chǔ)類型的方法對基礎(chǔ)進行加固。一般增大截面法適用于柱下獨立基礎(chǔ)、條形基礎(chǔ)的加固，通過擴大基礎(chǔ)底板面積，可降低地基附加壓力達到滿足地基承載力和變形的要求。如果建筑原持力層土質(zhì)太差，可通過豎向構(gòu)件將上部荷載傳遞到下部較好土層。當局部增大截面不能滿足要求時，可將原獨立或條形基礎(chǔ)改造成筏形基礎(chǔ)或箱形基礎(chǔ)，以提高基礎(chǔ)的承載能力和抵抗不均勻沉降的能力。如果建筑在使用過程中由于地基不均勻沉降而出現(xiàn)傾斜開裂等危險跡象，應待上部結(jié)構(gòu)加固完成后再進行紀偏或加固作業(yè)。結(jié)構(gòu)加固比較復雜，已不單是裂縫處理問題而屬于另外的范疇了。

3 驗收

結(jié)構(gòu)加固意味著對原有設計的修改變動。根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》的要求，應按加固設計方案中所提出的質(zhì)量要求，按非正常驗收執(zhí)行。

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[定稿日期]2016-07-13