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

混凝土結構工程施工質量標準中明確規定現澆結構外觀質量不應該有嚴重缺陷，同時還規定現澆結構的外觀質量不宜有一般缺陷。針對混凝土裂縫這一結構外觀缺陷來說，嚴重缺陷是指構件主要受力部位有影響結構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構性能或使用功能的裂縫。對于裂縫的描述，上述標準中僅指明縫隙從混凝土表面延伸至混凝土內部，至于是哪種裂縫，以及裂縫裂開到何種程度才算對現澆結構有害，標準條文解釋中沒有說明。那么，為了在工程實踐中更準確地判斷混凝土裂縫對現澆結構的影響，有必要對混凝土裂縫的種類和成因進行較為細致的了解。總體來說，混凝土結構裂縫可分為微觀裂縫和宏觀裂縫。微觀裂縫在混凝土結構中經常存在，一般肉眼看不見，對結構來說不是有害裂縫。而宏觀裂縫是微觀裂縫發展而來，一般為有害裂縫，需要加以控制,并使其符合規范要求。由于混凝土材料具有抗壓強度高，受拉強度低，以及材料組成多樣性等特點，因此混凝土結構裂縫的成因也比較復雜，必須在工程實踐中加以區分,以便有針對性地采取質量控制措施，以達到保證工程質量的目的。

1 混凝土結構裂縫的種類及成因分析

1.1 溫度裂縫

溫度裂縫對混凝土工程極為不利，這是因為在混凝土硬化初期，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體，散熱速度慢，聚集在混凝土內部的熱量使溫度升高，有時可達50～70℃，會造成內部膨脹和外部收縮互相制約，從而混凝土表面將產生很大的拉應力使混凝土產生裂縫。這種拉應力的形成分為三個階段：早期，自澆筑混凝土開始至水泥放熱基本結束，一般約30 d，這個階段有兩個特征，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，這一時期在混凝土內形成殘余應力。中期，自水泥放熱作用基本結束時期至混凝土冷卻到穩定溫度時止，這個時期中，溫度應力主要是由于混凝土的冷卻及外界氣溫變化所引起，這些應力與早期形成的殘余應力相疊加，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期，溫度應力主要是外界氣溫變化所引起，這些應力與前兩種的殘余應力相迭加形成對混凝土的拉應力。還有，上面提到的混凝土內外溫差，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發生，表面層以下結構仍保持完整。不過，結構內外溫差越大而形成拉應力也大，當大體積混凝土澆筑在約束地基（例如樁基）上時，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，就容易發生裂縫變寬深進（其寬度最大可達1～3mm），甚至貫穿的情況，會嚴重影響結構安全。

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。其產生的情況主要有以下幾種：一是混凝土澆注后振搗不密實，沉實不足；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，構件表面呈現泌水而形成體積縮小沉落，這種沉落又受到鋼筋預埋件、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生過大的沉降差而形成；三是混凝土保護層厚度不夠，混凝土沉降受到鋼筋的阻力，也會沿箍筋方向產生一道道橫向沉降裂縫。

1.3 化學收縮及化學反應裂縫

混凝土在硬化過程中，由于水泥水化產物的體積小于反應物（水和水泥）的體積，會引起混凝土產生收縮，其收縮量是隨著混凝土的延長而增加，這種收縮是不可恢復的，可使混凝土內部產生細微裂縫。化學反應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或鋼筋保護層厚度不符合規范要求，有害物質進入混凝土使鋼筋產生銹蝕，銹蝕的鋼筋體積膨脹，導致混凝土脹裂，這種裂縫沿鋼筋位置出現，且多為縱向裂縫；二是由于澆注混凝土采用的骨料呈堿性，混凝土拌和后產生一些堿性離子，這些堿性離子與某些活性骨料產生化學反應并吸收周圍環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部向表面遷移的速率時，會造成毛細孔內產生負壓，便產生了收縮。由于混凝土終凝前幾乎沒有強度，或混凝土剛剛終凝而強度很小，并且這種表面強度也具有不均勻性，加之負壓作用在混凝土表面也不可能均勻，這樣，至少在表面強度薄弱的地方無法抵抗負壓作用產生的收縮力，表面局部將產生裂縫。

1.5 干性收縮裂縫

干性收縮產生的主要原因是由于混凝土內外水分蒸發程度不同而導致變形不同而造成的。外部來說，當混凝土澆注成型后，沒有覆蓋養護，受到風吹日曬，表面水分散失快而體積收縮大；內部來說，當混凝土在不飽空氣中失去內部毛細孔和膠凝孔的吸附水時，就會產生干縮裂縫，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行的，因而會產生表面收縮大，內部收縮小，混凝土將產生干縮裂縫。產生這種裂縫的應力同時還會和上面提到的溫度應力相疊加，共同作用導致形成混凝土裂縫的拉應力加大。

1.6 沉陷裂縫

沉陷裂縫的產生是由于結構地基土質不均勻，或地基松軟，或回填土不實，或地基浸水而造成不均勻沉降所致；或者因為模板剛度不足，模板支撐間距過大或支撐底部松動等導致,特別是北方地區的冬季,模板支撐在凍土上,凍土化凍后產生不均勻沉降,致使混凝土結構產生裂縫。此類裂縫多為深進或貫穿性裂縫,其走向與沉陷情況有關,一般沿與地面垂直或呈30°～45°角的方向發展,較大的沉陷裂縫,往往有一定的錯位,裂縫寬度往往與沉降量成正比關系。裂縫寬度受溫度變化的影響較小.地基變性穩定之后,沉陷裂縫也基本趨于穩定。

2 混凝土裂縫的預防措施

根據混凝土裂縫的成因，采取適當措施，予以事前控制進行預防要比事后補救有效得多。歸納起來，可以從以下幾個方面著手。

2.1 設計方面

要注意到那些容易開裂的部位，如深基和淺基、高低跨處等，應考慮到由于地基的差異沉降或結構原因而引起的薄弱環節在設計中加以解決。比如，在構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、間距越小對防治開裂越有利。

2.2 制定施工方案時要考慮控制混凝土結構裂縫

施工方案主要應確定一定的澆筑量、施工縫間距、位置及構造，澆筑時間、運輸及振搗等。一次澆筑長度由垂直施工縫分割，最好是設置在變截面或承受拉、剪、彎應力較小的部位；除控制一次澆筑厚度外，分層位置即水平施工縫留設位置也應該加以注意，一般來說，應盡量留在截面處，或遠離受拉鋼筋部位而設在混凝土的受壓區；澆筑時間上，為了采取有效的措施預防溫度裂縫的產生，在混凝土結構施工前制定澆注施工方案時，必須進行溫度應力計算，溫度應力計算的主要目的是使因溫度產生的拉應力小于同期混凝土抗拉強度的標準值，并有一定的安全系數。總體來說，確定澆筑時間應避開炎熱天氣和晝夜溫差大的日子，如果必須在夏季施工，則應采取材料降溫措施來控制混凝土入模溫度，以求達到將因溫度原因使混凝土結構產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，同時嚴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、早期強度較高的水泥。對于沙、石料的選擇，應盡量選用粒徑較大、級別良好的石子，同時控制粗骨料中針、片狀顆粒的含量，其重量應小于15%，細骨料最好采用中、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，因為砂、石含泥量過大，不僅會增加混凝土的收縮，還會降低抗拉強度，對混凝土抗裂很不利，砂、石中的含泥量應分別低于2%和1%。對于模板和支撐的選擇，關鍵是要保證其有足夠的強度和剛度，不能使用有缺陷的模板，對模板接縫處和墻頂留孔洞應堵嚴，以免形成薄弱點并產生應力集中引發裂縫。一般來說，采用鋼模板澆注的混凝土比用復合模板澆注的混凝土開裂的幾率小得多，在低溫季節，用木模板有自保溫效果，在高溫季節，用鋼模板散熱快，因此要視現場實際情況選用。對于混凝土外加劑的選擇，首先是用量與用法要符合設計、經批準的專項施工方案，以及相關規范要求，其次是要保證各種外加劑的本身質量。

2.4 施工質量控制方面

由于施工質量原因而產生的混凝土結構裂縫的發生率占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機。在施工階段要注意以下幾個問題：首先，混凝土配合比要合適，選擇適當的混凝土配合比，不僅要滿足強度要求、施工要求，還要從防止產生裂縫的需要出發。選擇好合適的水灰比，在滿足強度要求的原則下，盡可能減少水泥用量。其次，結構混凝土的強度必須符合設計要求。第三，鋼筋的成型和模板安裝位置要準確牢固，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，往往不被大家所重視。過分振搗對混凝土的均勻性有害，振搗不足也不能保證混凝土的密實度，因此振搗操作要做到恰到好處。

2.5 混凝土養護方面

養護的目的是使混凝土正常硬化，強度增強不受或少受外界影響。施工過程的關鍵技術是設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，以便減少溫度應力，從而減少溫度裂縫的產生。常規養護方法是按要求定時澆水，對一般混凝土結構減少表面收縮，防止龜裂是可行的。混凝土由于塊體內外溫度不一致，強度增強不同，常常是在強度增強慢的表面開裂，其養護就不能只滿足于用常規方法。具體來說，要盡量晚拆模，拆模后要立即覆蓋或及時回填，避開外界氣候的影響。另外，養護期應以混凝土強度增長最快的階段為準，即7～28 d，最好能延長些。

2.6 使用和環境條件變化方面

對因使用及環境條件變化而生產的裂縫，要根據其不同的性質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，應對鋼筋混凝土構件采取保護措施，以減少大氣溫度、濕度變化對混凝土構件產生影響；因多次凍融而產生的混凝土裂縫，除對已形成缺陷和損壞部分要給予補強或加固外，宜添加對受凍混凝土構件的保溫措施；對因處于侵蝕性介質中而產生的大面積缺陷和損壞，除應鏟除被腐蝕和損傷的部分并給予補強和加固外，應使用礦渣水泥混凝土或水玻璃耐酸混凝土罩面加以保護；對因地震震壞的混凝土構件損傷部分要采用抗震驗算和抗震構造措施來預防，已產生的不太嚴重的地震損傷應采用參考震損建筑修復加固的辦法來解決。

3 混凝土裂縫的常見修補加固方法

3.1 壓力注漿修補法

一是機械動力法,利用壓送設備（壓力0.2～0.4MPa）將補縫漿液注入混凝土裂縫，以達到閉塞的目的，該方法屬于傳統方法，效果很好。二是低壓注漿法,利用彈性補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 開槽填補法

沿混凝土裂縫開鑿成槽，用聚合物水泥砂漿將其填補封閉的方法稱為開槽填補法。該方法適用于結構允許開槽而寬度較大但數量不多的裂縫，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微裂縫的修補方法稱為涂模封閉法，該方法適用于寬度小于0.2mm的細微裂縫的修補。

3.4 結構加固法

當混凝土裂縫影響到混凝土結構的性能時,就要考慮采取加固法對混凝土結構進行處理。混凝土結構加固方法中最常用的主要有以下幾種方法：加大混凝土結構的截面面積、在構件的角部外包型鋼、采用預應力法加固、粘貼鋼板加固、增設支點加固以及噴射混凝土補強加固等。

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，就應該慎重研討，分析比較，采用經濟高效的處理方法，以達到加固目的，可采用的方法有以下幾種。

3.5.1 鋼箍加固法

此法適合于補強梁內特長箍筋及彎起筋不足，抗剪達不到要求的情況。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U形鋼箍套上后焊接，然后打入金屬楔楔緊，當采用鋼箍時需在梁上刻槽防滑。

3.5.2 粘貼加固法

將鋼板或型鋼用改型環氧樹脂粘結劑，粘接到構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。采用四面圍套時壁厚應跟據實際情況而定，一般兩側大于50 mm,上下大于100 mm為宜，縱向鋼筋及箍筋通過計算確定。當梁受樓面限制時，可采用三面圍套，此時兩側混凝土厚度宜大于100 mm，縱向鋼筋可用Φ25與原梁縱筋焊接固定，施工時在梁兩側板上間隔500mm鑿洞以澆鋼筋混凝土，箍筋可用開口箍或穿板封閉箍，并計算確定配筋數量。

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，當梁截面強度與要求相差不大時，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。當梁的下面加厚100mm以上時，應按計算配置縱筋和箍筋。

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

4 結語

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

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