混凝土裂縫成因分析及對(duì)策研究

李　慧　張正亞　李瑞紅（.鄭州工商學(xué)院，河南　鄭州　450000；.南通職業(yè)大學(xué)，江蘇　南通　6000）

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混凝土裂縫成因分析及對(duì)策研究

李慧1張正亞1李瑞紅2
（1.鄭州工商學(xué)院，河南鄭州450000；2.南通職業(yè)大學(xué)，江蘇南通226000）

目前在土木工程中混凝土結(jié)構(gòu)居多，由于內(nèi)外因素的作用，混凝土結(jié)構(gòu)難免存在裂縫，而裂縫是降低混凝土結(jié)構(gòu)物承載能力、耐久性等性能的主要原因。鑒于此，結(jié)合工程實(shí)例，通過(guò)剖析混凝土裂縫的成因，提出混凝土裂縫的處理對(duì)策，供工程實(shí)際參考。

混凝土裂縫；成因；對(duì)策

在當(dāng)今土木工程中，使用最廣泛的建筑材料莫過(guò)于混凝土。混凝土因其原材料來(lái)源豐富、價(jià)格便宜、抗壓強(qiáng)度高，能夠根據(jù)模板的形狀澆筑成各種構(gòu)件，而且耐火性能好、養(yǎng)護(hù)費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，已成為結(jié)構(gòu)的主體材料，但混凝土的抗拉強(qiáng)度低，容易出現(xiàn)收縮。混凝土是以水泥為主的膠凝材料漿體，將松散的砂石材料等混合粘結(jié)在一起而形成的多元、多相、非均質(zhì)水泥基復(fù)合材料。混凝土從開(kāi)始灌注到振搗這個(gè)過(guò)程可能會(huì)出現(xiàn)粗細(xì)骨料下沉、水泥漿體上浮的現(xiàn)象，而水泥漿體受粗細(xì)骨料的約束，在混凝土表面和內(nèi)部出現(xiàn)大量細(xì)微裂縫。而隨養(yǎng)護(hù)條件、環(huán)境條件和荷載情況的變化會(huì)出現(xiàn)各種各樣的裂縫。

混凝土作為非均質(zhì)脆性材料，其面臨著自身變形、施工及約束等一系列問(wèn)題，經(jīng)硬化成型的混凝土中存在著許多的微孔隙、氣穴和微裂縫。而正因?yàn)檫@些初始缺陷的存在，使混凝土表現(xiàn)出一些非均質(zhì)的特性。一般微裂縫是一種無(wú)害裂縫，對(duì)混凝土的承載能力、抗?jié)B、抗凍和其他使用功能不產(chǎn)生危害，但當(dāng)混凝土經(jīng)受荷載、溫差等因素綜合作用之后，微裂縫就會(huì)不斷延伸甚至連通，最終形成人們?nèi)庋勰軌蚩吹降暮暧^裂縫，此宏觀裂縫就是混凝土結(jié)構(gòu)工程中常提及的裂縫。基于裂縫的種類(lèi)繁多，要從根本上解決混凝土裂縫的問(wèn)題，就需從混凝土裂縫的成因入手，作出正確的判斷和分析，進(jìn)而有效控制和減少混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫。

1　混凝土裂縫成因分析

1.1建設(shè)階段產(chǎn)生的裂縫

1.1.1設(shè)計(jì)因素。工程設(shè)計(jì)不但要考慮工程的質(zhì)量，還要對(duì)工程的材料和技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)的規(guī)劃。例如，為保證建筑物外觀形式的完美，有些建筑物表面存在過(guò)多凹凸角，這些凹角會(huì)造成應(yīng)力集中，導(dǎo)致建筑物出現(xiàn)裂縫；設(shè)計(jì)時(shí)若配置構(gòu)造鋼筋過(guò)少或過(guò)粗等，也容易引起構(gòu)件裂縫；因設(shè)計(jì)的承重板厚度過(guò)小，整體剛度下降，承重板中鋼筋和混凝土的應(yīng)力均增大，導(dǎo)致承重板出現(xiàn)貫穿性裂縫。

1.1.2原材料因素。混凝土由原材料所引起的裂縫體現(xiàn)在兩方面：原材料的質(zhì)量和配合比。例如，使用導(dǎo)致混凝土收縮性較高的水泥品種；水泥強(qiáng)度等級(jí)過(guò)高；粗細(xì)骨料中含泥量過(guò)大，針片狀顆粒含量過(guò)大；粗細(xì)骨料的顆粒級(jí)配不符合要求，或采用不恰當(dāng)?shù)拈g斷級(jí)配；混凝土中單位水泥用量和單位用水量過(guò)多；混凝土外加劑或摻和料的品種選擇不當(dāng)或摻量不當(dāng)；砂率、水灰比選擇不當(dāng)造成混凝土和易性偏差等原因均易產(chǎn)生裂縫。

1.1.3施工因素。混凝土施工直接關(guān)系著工程的質(zhì)量，混凝土由施工不當(dāng)所引起的裂縫體現(xiàn)在兩方面：施工方法不規(guī)范和養(yǎng)護(hù)措施不恰當(dāng)。例如，高空澆注混凝土?xí)r，烈日暴曬或風(fēng)速過(guò)大等；大體積混凝土澆注時(shí)，施工現(xiàn)場(chǎng)對(duì)混凝土采用的降溫和保溫措施不到位，引起混凝土內(nèi)外溫差過(guò)大，產(chǎn)生溫度裂縫；施工現(xiàn)場(chǎng)振搗混凝土不當(dāng)，如漏振、過(guò)振、振搗棒抽撤過(guò)快等；大體積混凝土工程缺少二次抹面；施工現(xiàn)場(chǎng)拆模過(guò)早或模板拆除不當(dāng)，導(dǎo)致拆模裂縫；施工現(xiàn)場(chǎng)預(yù)應(yīng)力張拉不當(dāng)，引起混凝土張拉裂縫；施工現(xiàn)場(chǎng)養(yǎng)護(hù)措施不符合規(guī)范要求，導(dǎo)致收縮裂縫等。

1.2使用階段產(chǎn)生的裂縫

混凝土結(jié)構(gòu)物在投入使用階段，隨時(shí)間的推移而發(fā)展原有裂縫或形成新的裂縫。例如，結(jié)構(gòu)物基礎(chǔ)產(chǎn)生不均勻沉降，造成沉降裂縫；使用荷載超負(fù)荷；結(jié)構(gòu)物的周?chē)h(huán)境如酸、堿、鹽等的侵蝕作用產(chǎn)生裂縫；建筑物裝修時(shí)隨意拆除承重墻或鑿洞等；混凝土徐變亦會(huì)造成結(jié)構(gòu)物的開(kāi)裂或裂縫的進(jìn)一步發(fā)展：輕度地震、火災(zāi)等不可抗力的意外事件引起結(jié)構(gòu)物的裂縫等。

2　混凝土裂縫處理對(duì)策

2.1表面處理法

表面處理法有表面涂抹法和表面貼補(bǔ)法2種方法。其中，表面涂抹法適用于膠漿難以灌入的細(xì)而淺的裂縫，或深度沒(méi)有達(dá)到鋼筋表面的發(fā)絲裂縫、不漏水的裂縫、不伸縮的裂縫以及不再進(jìn)行活動(dòng)的裂縫；而表面貼補(bǔ)法是針對(duì)大面積漏水裂縫的防滲堵漏的方法。

2.2灌漿法

灌漿法是指把一定量的膠凝材料配制成漿液，并通過(guò)專(zhuān)用的壓力設(shè)備將漿液灌入到需要修補(bǔ)的區(qū)域，漿液會(huì)在區(qū)域內(nèi)逐漸擴(kuò)散，并且在一段時(shí)間后凝固，凝固的漿液起到防滲、補(bǔ)強(qiáng)、堵漏、加固的效果。該方法無(wú)論是細(xì)微裂縫還是大裂縫均可采用，故應(yīng)用范圍較廣且處理效果良好［1］。

2.2.1化學(xué)灌漿材料。化學(xué)灌漿材料是比較理想的裂縫處理材料，其凝結(jié)時(shí)間有可調(diào)節(jié)性，同時(shí)又有可灌性。化學(xué)灌漿材料種類(lèi)繁多，如丙烯酞胺、聚氨醋、環(huán)氧樹(shù)脂等。

2.2.2普通水泥灌漿。對(duì)于厚混凝土墻、大體積水壩以及水工結(jié)構(gòu)巖石基礎(chǔ)上的裂縫，可以用普通水泥封閉灌溉。

2.2.3聚合物灌注。含有氨基甲酸乙酯、丙烯酰胺聚合物等材料的灌漿料與水反應(yīng)生成固態(tài)沉淀物或泡沫材料，從而起到封閉裂縫的作用。該法通常用于潮濕的環(huán)境中。

2.3填充法

填充法基于裂縫寬度的不同，處理方式也不同。對(duì)于寬度大于0.3mm的裂縫，一般采用直接將修補(bǔ)材料填充裂縫的方法。而對(duì)于寬度小于0.3mm、深度較淺的裂縫，或者裂縫中雖有充填物但用灌漿法無(wú)法達(dá)到預(yù)期效果的裂縫等可采用先開(kāi)V型槽，而后再作填充處理。兩種方法中前者作業(yè)簡(jiǎn)單，費(fèi)用低；后者相反。

2.4結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)法

結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)法一般包括錨固補(bǔ)強(qiáng)法、斷面補(bǔ)強(qiáng)法和預(yù)應(yīng)力加固法等。該方法適用于超荷載引起的裂縫，或裂縫長(zhǎng)時(shí)間不處理致使混凝土耐久性降低的裂縫，以及因火災(zāi)造成混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度下降的裂縫等。對(duì)于混凝土裂縫處理效果的檢查試驗(yàn)有鉆芯取樣試驗(yàn)、修補(bǔ)材料試驗(yàn)、壓水試驗(yàn)、壓氣試驗(yàn)等。

2.5電化學(xué)防護(hù)法

電化學(xué)防護(hù)法是通過(guò)施加電場(chǎng)在介質(zhì)中的電化學(xué)作用，來(lái)改變混凝土或鋼筋混凝土所處的環(huán)境狀態(tài)，令鋼筋發(fā)生鈍化，進(jìn)而達(dá)到防腐目的的方法。該方法具有受環(huán)境因素影響較小的優(yōu)點(diǎn)，故適用于混凝土和鋼筋混凝土的長(zhǎng)期防腐、已裂結(jié)構(gòu)及新建結(jié)構(gòu)。電化學(xué)防護(hù)法常用且有效的方法有陰極防護(hù)法、堿性復(fù)原法和氯鹽提取法3種。

2.6仿生自愈合法

仿生自愈合法是一種模仿生物組織對(duì)其受創(chuàng)傷位置自動(dòng)分泌某些物質(zhì)，而令創(chuàng)傷部位得以愈合的方法［2］。該方法是裂縫處理的一種新方法，在商品混凝土的傳統(tǒng)組分中加入某些特殊的組分（如含黏結(jié)劑的膠囊或液芯纖維），進(jìn)而在混凝土內(nèi)部形成智能型仿生自愈合的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，一旦混凝土出現(xiàn)裂縫，會(huì)自動(dòng)分泌出部分液芯纖維保證裂縫重新愈合。

3　混凝土裂縫控制案例分析

3.1在建工程產(chǎn)生裂縫描述

南水北調(diào)中線工程輝縣第七標(biāo)段大蒲河公路橋0#橋臺(tái)背墻于2012年4月質(zhì)量排查過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了0.03～0.23mm的縱向裂縫。裂縫檢測(cè)方法及設(shè)備如表1所示。根據(jù)《南水北調(diào)中線干線工程混凝土結(jié)構(gòu)質(zhì)量缺陷及裂縫處理技術(shù)規(guī)定（試行）》文件，該處質(zhì)量缺陷判別為Ⅲ類(lèi)缺陷。

3.2裂縫的成因分析

工作人員通過(guò)認(rèn)真分析，發(fā)現(xiàn)是建設(shè)階段施工不當(dāng)造成的。該處混凝土澆筑完成后拆模過(guò)早，且未及時(shí)進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)，造成內(nèi)外溫差過(guò)大，進(jìn)而形成溫度裂縫。

3.3裂縫的處理方案

該處混凝土裂縫對(duì)橋梁外觀有影響，而對(duì)橋梁運(yùn)行安全無(wú)不良影響。考慮到混凝土裂縫易造成鋼筋銹蝕，降低混凝土的耐久性，經(jīng)討論最終確定采用改性環(huán)氧樹(shù)脂利用灌漿法進(jìn)行處理。

3.4裂縫處理后質(zhì)量檢查結(jié)果

此次貫穿裂縫處理完畢，達(dá)到10d齡期后，由第三方試驗(yàn)室進(jìn)行裂縫壓水試驗(yàn)，每條裂縫試驗(yàn)時(shí)至少布置1個(gè)檢查孔。通過(guò)壓水試驗(yàn)，所檢裂縫處理后未出現(xiàn)滲水現(xiàn)象。

3.5裂縫處理總結(jié)

針對(duì)大蒲河公路橋混凝土裂縫產(chǎn)生的原因，在施工時(shí)應(yīng)盡量避免環(huán)境惡劣時(shí)節(jié)，優(yōu)化混凝土的施工工序，降低入倉(cāng)混凝土的溫度，并在澆筑完成后加大養(yǎng)護(hù)力度。

表1　裂縫檢測(cè)方法及設(shè)備

4　結(jié)語(yǔ)

混凝土裂縫是普遍存在的歷史問(wèn)題，也是一個(gè)從來(lái)沒(méi)有停止研究的課題。混凝土裂縫會(huì)降低混凝土結(jié)構(gòu)物的承載性能和耐久性能，而預(yù)防與控制混凝土裂縫需要設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理、建設(shè)方等多方面的配合協(xié)調(diào)。對(duì)于已出現(xiàn)的混凝土裂縫應(yīng)分析其成因，及早對(duì)其進(jìn)行控制和處理，從而保證土木結(jié)構(gòu)物的安全與穩(wěn)定。

［1］趙鵬濤.建筑工程中混凝土裂縫的成因及處理方法［J］.科技致富向?qū)В?012（3）：168.

［2］王震.混凝土裂縫的成因及預(yù)防措施［A］.山西省第十二屆青年優(yōu)秀水利科技論文選集，2015.

Cause Analysis and Countermeasure Research of Concrete Crack

Li Hui1Zhang Zhengya1Li Ruihong2
（1.Zhengzhou Technology and Business University，Zhengzhou Henan 450014；2.Nantong Vocational College，Nantong Jiangsu 226000）

At present，concrete structure is in the majority in civil engineering，due to the role of internal and external factors，the concrete structure will inevitably exist cracks，the crack is the main reason for reducing the carrying capacity and durability of concrete structures.In view of this，combined with the engineering example，through the analysis of the causes of concrete cracks，this paper put forward the concrete crack treatment measures，for the engineering practical reference.

concrete crack；cause；countermeasure

TU745.39

A

1003-5168（2016）04-0104-03

2016-03-15

李慧（1982-），女，碩士，講師，研究方向：高性能混凝土、混凝土結(jié)構(gòu)。