淺談混凝土結構裂縫處理與加固

張運偉

在現代建筑工程中，混凝土因其取材方便、抗壓強度高、可澆筑成各種形狀，且耐火性好、不易風化、養護費用低等優勢，成為當今世界建筑結構中使用最廣泛的建筑材料之一。

但是，通過大量的工程和實踐分析發現，鋼筋混凝土構件基本上都是帶裂縫工作的，只是有些裂縫很細，甚至肉眼看不見(縫寬小于0.5 mm);有些裂縫在使用荷載或外界物理及化學因素作用下，不斷產生和發展(縫寬超過0.2 mm)，引起混凝土碳化、保護層剝落及鋼筋銹蝕，使鋼筋混凝土強度和剛度受到削弱，耐久性降低，嚴重時甚至發生垮塌事故，危害結構的正常使用。因此，針對混凝土使用過程中的裂縫現象，我們有必要對其進行深究，并在施工及使用中加以防范。

1 裂縫的分類及防治措施

1)荷載裂縫。

一般在荷載突然增加時出現，如拆模、安裝設備、結構超載等，因此預防荷載裂縫就必須在設計中充分考慮結構上可能出現的所有荷載，并考慮自然災害對結構帶來的影響;施工過程中控制好拆模時間，控制施工過程中結構上部的臨時荷載，防止出現荷載裂縫。荷載裂縫一般出現在應力最大位置附近，如梁跨中下部和連續梁支座附近上部的豎向裂縫，又如支座附近或集中荷載作用點附近的斜裂縫，多數可能是剪力和彎矩共同作用而造成的(見圖1)。

圖1 荷載裂縫不同表現形式示意圖

2)溫度裂縫。

為預防混凝土溫度裂縫，應合理安排混凝土澆筑順序及澆筑速度，在混凝土澆筑過程中降低部分溫差。夏季施工時骨料要灑水降溫，冬季施工時混凝土表面應覆蓋保溫。大體積混凝土的澆筑應合理分段分層進行，使混凝土沿高度均勻上升，澆筑應在室外氣溫較低時進行，混凝土澆筑溫度不宜超過28℃。

3)收縮裂縫。

為預防收縮裂縫，應加強早期混凝土養護以降低混凝土中水分蒸發速率，方法是在混凝土澆筑完畢后的12 h以內對混凝土結構外露面覆蓋麻袋、海綿，然后進行澆水養護。采用塑料布覆蓋養護的混凝土，其敞露的全部表面應用塑料布覆蓋嚴密，并應保持塑料布內有凝結水。混凝土的澆水養護時間，對采用硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥或礦渣硅酸鹽水泥拌制的混凝土，不得少于7 d，對摻用緩凝型外加劑或有抗滲要求的混凝土，不得少于14 d。對大體積混凝土的養護，應根據氣候條件采取控溫措施，并按需要測定澆筑后的混凝土表面和內部溫度，將溫差控制在設計要求的范圍以內，當設計無具體要求時，溫差不宜超過25℃。

4)地基基礎變形引起的裂縫。

一般在建筑物下部出現較多，裂縫位置在沉降曲線曲率較大處，單層廠房因地面荷載較大，地基發生不均勻沉降，可導致柱下部和上柱根部附近開裂;相鄰柱出現較大沉降時，也可能把屋蓋構件拉裂。防止地基基礎變形裂縫，須合理進行設計，做好地基處理。

5)鋼筋銹蝕引起的裂縫。

要防止鋼筋銹蝕，設計時應根據規范要求控制裂縫寬度，采用足夠的保護層厚度;施工時應控制混凝土的水灰比，加強振搗，最大限度地保證混凝土自身密實、完好，保持高堿度和防止有害離子入侵;同時嚴格控制含氯鹽的外加劑用量，沿海地區或其他存在腐蝕性強的空氣、地下水地區尤其應慎重。

2 混凝土裂縫產生的主要原因

鋼筋混凝土結構設計較復雜，構造要求細，施工工序繁多，制造工期較長，任何一環節出現差錯都可能導致開裂事故。但是，混凝土工作的特點恰恰又在于可以帶裂縫工作，使用中出現細微的裂縫是正常的。當然，如果出現過長、過寬的裂縫就要影響到結構的安全和正常的使用，必須進行處理和加固。一般混凝土結構的最大允許裂縫寬度在0.2 mm～0.3 mm。裂縫產生的原因主要有以下幾條:

1)材料使用:

體現在水泥的不正常凝結、不正常膨脹、安定性不良以及水化熱升溫(大體積混凝土:指體積大的混凝土，同時，澆筑時混凝土內外溫差超過25℃時，即使混凝土體積不大，亦稱為大體積混凝土)均可導致混凝土裂縫的產生;同時，混凝土的干縮、外加劑的使用不當和受潮結塊等都可以導致混凝土裂縫的產生。

2)施工控制:

體現在混凝土攪拌和運輸時間的過長或過短，澆筑速度過快，振搗不密實，混凝土保護層過薄，模板支護不當導致的漏漿跑漿，以及混凝土終凝前鋼筋被撓動，模板拆除過早，混凝土養護不及時及初期受凍;混凝土澆筑質量低劣;混凝土自由傾落度不宜超過2 m，柱子分段灌注高度不應超過3.5 m，否則容易產生泌水;商品混凝土過多使用水及水泥，振搗不密實，產生空洞、爛根、跑漿、漏筋、脹模等均可導致混凝土裂縫的出現。

3)設計誤差:

體現在構件截面承載力不足，細部構造不合理，設計計算和實際構件受力不符，忽略必要的驗算以及計算引起的變形縫;拱結構兩端沒有抵抗水平推力的構件;按桁架計算，荷載沒有作用在節點上，而是作用在節間;隨意簡化受力圖;漏算荷載等均可導致混凝土裂縫的出現。

4)其他原因:

體現在混凝土使用中的高溫、高腐蝕環境;使用中隨意改變結構的使用導致荷載受力出現錯誤;不注意清除常年積灰，凍脹凍融，反復荷載的疲勞作用及使用超載等。

3 混凝土加固處理

在建筑物使用過程中，我們必須高度重視混凝土結構中出現的各類裂縫，并對其進行嚴密觀察，當發現該裂縫發展迅速并危及結構安全時，我們必須采取有效的加固措施對其進行加固處理，以確保生命財產的安全。

3.1 加固原理

混凝土加固結構屬于二次受力和二次組合結構，加固后的混凝土結構工作的關鍵在于新舊結構接合面能否有效的傳遞剪力，由于接合面混凝土的抗剪強度遠低于混凝土自身的強度，因此，加固后的混凝土構件承載力比一次整澆結構略低一些。新舊混凝土接合面作為一個受力薄弱環節，在使用過程中會出現裂縫，接合面上抗滲、抗凍性能也會降低，因此為確保新舊混凝土共同工作的可靠性、有效性和耐久性，設計中需要對新舊混凝土接合面進行抗剪計算，并在施工過程中進行必要的構造處理。混凝土加固接合面所受的承載力可按下式計算:

其中，τ為接合面剪應力設計值;fv為接合面混凝土抗剪強度設計值;ρsv為橫貫接合面的剪切—摩擦筋配筋率，ρsv=Asv/bs，Asv為配置同一截面內箍筋各肢的全截面面積，b為截面寬度，s為箍筋間距;fy為剪切—摩擦筋抗拉強度設計值。

3.2 加固方法

1)加大截面加固法:梁柱進行加固前，必須先敲掉表層保護層，外加鋼筋，見圖2。加固前，對原構件表層進行處理，鑿除表面風化層、碳化銹裂層及嚴重油污層，用水將表層清洗干凈;澆筑新混凝土前，在接合面處涂刷一層高粘結性能的界面結合劑(高強度等級水泥漿、乳膠水泥漿、環氧樹脂膠及各種建筑結構膠)，可使接合面混凝土的粘結抗剪強度大大提高。

圖2 加大截面加固法示意圖

2)外包鋼加固法:濕式外包鋼加固法:外包鋼與構件間用乳膠水泥或環氧樹脂化學灌漿;或外包鋼與構件間預留足夠空隙，進行澆筑混凝土，使得外包鋼與構件形成一個整體，共同受力，見圖3。干式外包鋼加固法:型鋼與原構件無連接，相互不傳遞剪力，單獨作用。

3)粘鋼加固法:采用粘貼鋼板，鋼板厚度2 mm～4 mm，受限于僅承受靜荷載的構件;同時，確保環境溫度不大于60℃，相對濕度不大于70%，且無化學腐蝕時，方可使用粘鋼加固法(見圖4)。

圖3 外包鋼加固法示意圖

圖4 鋼板錨固示意圖

4)預應力加固法:預應力加固法是通過預應力手段強迫后追加部分——拉桿或撐桿受力，改變原結構內力分布并降低原結構應力水平，致使一般加固結構中所特有的應力應變滯后現象得以消除，使后加部分與原結構能較好的共同工作，結構的總體承載力顯著提高(見圖5)。

圖5 預應力加固法示意圖

5)其他加固方法:如增設支點加固法;托梁拔柱加固法;碳纖維布(CFRP)加固法等。

4 結語

在建筑施工過程管理中，我們要嚴格按照國家規范、規程要求對混凝土澆筑工藝進行質量控制，有效避免混凝土結構常見的各類裂縫，讓混凝土在現代建筑工程中充分發揮其不可取代的作用。

[1]牛海東.淺議混凝土裂縫的成因與預防及處理[J].山西建筑，2010，36(25):149-150.