淺析混凝土裂縫的成因、控制及修補

王國棟喻桂成朱曉紅

淺析混凝土裂縫的成因、控制及修補

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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。水泥和水在凝結硬化過程中形成水泥膠塊把骨料粘結在一起。混凝土內部有液體和孔隙存在，是一種不密實的混合體，主要依靠由骨料和水泥膠塊中的結晶體組成的彈性骨架來承受外力。混凝土在外力、本身變形和約束等一系列因素影響下會產生裂縫。混凝土裂縫已成為工程中常見的工程病害，輕者使混凝土內部的鋼筋材料產生腐蝕，降低鋼筋混凝土結構的承載力、耐久性、使用價值等，甚者將直接威脅到人民的生命、財產安全。

二、混凝土裂縫的產生原因

混凝土產生裂縫的原因有多種，但根本原因是混凝土中的拉應力超過了混凝土的抗拉強度。具體可歸結為溫度和濕度變化、外荷載產生的變形過大和施工方法不當這三種原因。具體類型有：

（1）水泥干縮產生的裂縫。這種裂縫出現在混凝土的表面，比較細小。水泥是水硬性材料，具有干縮性，硬化初期如果養護不當，則可能產生裂縫。

（2）溫差變化，由熱脹冷縮效應引起的裂縫。溫差變化較大的環境下，如構件面積或長度較大，又未在適當的部位留設伸縮縫，則可能產生裂縫。

（3）應力集中引起的裂縫。這種裂縫一般出現在混凝土板的陰陽轉角處或支座處，因板面負彎矩鋼筋配筋不足或鋼筋粗而間距過大而形成。

（4）使用不當造成過載以致變形過大引起的裂縫。這種裂縫通常出現在混凝土受彎構件的受拉區。

（5）張拉力引起的裂縫。在預應力鋼筋混凝土構件張拉后的放張過程中，控制不好可能會造成裂縫。這種裂縫一般出現預應力構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或圈梁、大梁及其他構件拉力過大而出現裂縫。

（7）施工中，在混凝土初凝階段因模板振動、變形或移位會使結構產生裂縫。

（8）加荷過早產生的裂縫。施工時因拆模過早，混凝土強度未達到設計要求而提前加荷，使構件過載而出現裂縫。

（9）施工縫處理不好則可能在施工縫部位出現裂縫。

（10）混凝土預制構件，在脫模、運輸、堆放、起吊過程中因各種原因使構件受壓區處于受拉狀態，都可能使構件產生裂縫。

三、混凝土裂縫的控制措施

1.設計方面

（1）設計中應盡量避免結構斷面突變帶來的應力集中。如因結構或造型等原因而不得已時，應充分考慮采用加強措施。

（2）積極采用補償收縮混凝土技術。在常見的混凝土裂縫中，有相當部分都是由于混凝土收縮而造成的。對此可在混凝土中摻用膨脹劑來補償混凝土的收縮。

（3）重視對構造鋼筋的認識。在結構設計中，設計人員應重視構造鋼筋的配置，特別是薄壁構件更應注意構造鋼筋直徑和數量的選擇。

（4）對于大體積混凝土，建議在設計中考慮采用60d齡期混凝土強度值作為設計值，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，可根據構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）根據結構的要求選擇合適的混凝土強度等級及水泥品種、等級，盡量避免采用早強水泥。

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

（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償收縮技術的運用。對膨脹劑應充發考慮到不同品種、不同摻量所起到的不同膨脹效果。應通過大量的試驗確定膨脹劑的最佳摻量。

（5）混凝土配合比設計時，在保證混凝土具有良好工作性的情況下，應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）”的設計準則，生產出“高強、高韌性、中彈、低熱和高極拉值”的抗裂混凝土。施工時要嚴格控制混凝土配合比，計量要準確，坍落度抽檢工作要加強。

3.現場操作方面

（1）降低混凝土入模溫度。降低原材料進入攪拌機的溫度，夏季在水箱內加冰塊，降低水溫；粗骨料遮陽防曬，并灑冷水降溫；細骨料遮陽防曬；散裝水泥提前儲備，避免新出廠水泥溫度過高。

（2）澆搗工作。混凝土澆搗時，振搗捧要快插慢拔，根據不同的混凝土坍落度正確掌握振搗時間，避免過振或漏振，應提倡采用二次振搗、二次抹面技術，以排除混凝土內部的水分和氣泡。

（3）混凝土養護。混凝土拆模后要掛草簾或鋪草澆水養護保濕。對于大體積混凝土，有條件時宜采用蓄水或流水養護，以確保混凝土內外溫差小于25°，養護時間為14～28天。

（4）避免在雨中或大風中澆灌混凝土。

（5）對于地下混凝土結構，應盡早回填土，以利于減少裂縫。

四、混凝土裂縫的修補方法

1.表面修補法

表面修補法主要適用于穩定和對結構承載能力沒有影響的表面裂縫以及深進裂縫的處理。通常的處理措施是在裂縫的表面涂抹水泥漿、環氧膠泥或在混凝土表面涂刷油漆、瀝青等防腐材料，在防護的同時為了防止混凝土受各種作用的影響繼續開裂，通常可以在裂縫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結構整體性有影響或有防滲要求的混凝土裂縫的修補，它是利用壓力設備將膠結材料壓入混凝土的裂縫中，膠結材料硬化后與混凝土形成一個整體，從而起到封堵加固的目的。常用的膠結材料有水泥漿、環氧樹脂、甲基丙烯酸酯、聚氨酯等化學材料。

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.結構加固法

當裂縫影響到混凝土結構的性能時，就要考慮采取結構加固法對混凝土結構進行處理。結構加固中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。

4.混凝土置換法

混凝土置換法是處理混凝土嚴重損壞的一種有效方法，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.電化學防護法

電化學防腐是利用施加電場在介質中的電化學作用，改變混凝土或鋼筋混凝土所處的環境狀態，鈍化鋼筋，以達到防腐的目的。陰極防護法、氯鹽提取法、堿性復原法是化學防護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，它模仿生物組織對所受創傷部位自動分泌某種物質，而使創傷部位得到愈合的機能，在混凝土的傳統成分中加入某些特殊成分（如含粘結劑的液芯纖維或膠囊），在混凝土內部形成智能型仿生自愈合神經網絡系統，當混凝土出現裂縫時分泌出部分液芯纖維可使裂縫重新愈合。

五、結束語

裂縫是混凝土結構中普遍存在的一種現象，它不僅會降低建筑物的抗滲能力，影響建筑物的使用功能，而且會引起鋼筋的銹蝕，混凝土的碳化，降低材料的耐久性，影響建筑物的承載能力。因此對混凝土裂縫要進行認真研究、區別對待，采用合理的方法進行處理，并在施工中采取各種有效的預防措施來預防裂縫的出現和發展，保證建筑物和構件安全、穩定地工作■

（作者單位：1.鎮江市工程勘測設計研究院 212003 2.江蘇省水利勘測設計研究院有限公司 225127）