淺析混凝土結構的裂縫成因及加固措施

裴燕+鄭文英+孫存婧

摘要：混凝土結構是一種脆性材料，其抗壓強度較高而抗拉強度很低，其破壞源于材料內部原有的微裂紋，通過微裂紋的產生、擴展、貫通，到宏觀裂縫出現并擴展，最終導致混凝土破壞的過程。為了延長結構的使用壽命，設計不同的加固方案，采取補救措施。

關鍵詞：裂縫危害；裂縫成因；加固方法

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）02-0062-02

在土木工程中鋼筋混凝土結構應用很廣泛，優點較多，但缺點也不容忽視。混凝土的破壞是由于自身存在的各種缺陷所引起的，使用材料的多樣性，促使其內部存有微裂紋，從萌生、擴展、貫通，直到產生宏觀裂紋，最終導致混凝土破壞。

一、裂縫的危害

混凝土結構中裂縫的產生是難以避免的，根據出現裂縫的類型、數量、寬度、穩定性以及產生裂縫的部位，來確定裂縫對建筑結構產生危害的程度。有些裂縫的進一步擴展，則可能會危及結構的安全可靠性，裂縫的出現，也稱為先兆。有些裂縫的出現可能造成工程滲漏，使鋼筋銹蝕、保護層剝落、降低混凝土強度，影響建筑物的正常使用，抗滲性、抗凍性、耐磨性等均會受到影響，嚴重損害工程耐久性，縮短工程使用的壽命。

裂縫引起的危害主要表現在混凝土結構的安全可靠性和耐久性兩個方面，前者側重于承重結構的剛度和承載能力，耐久性則包括混凝土結構的使用壽命。同時較大的結構裂縫，也難為人們接受，造成不安全和恐懼的心理壓力，影響建筑美觀。

二、混凝土結構裂縫的研究現狀

有許多國外專門的科研機構從事混凝土裂縫的研究工作，并已取得成熟的科研成果，編制出了相應的規范。而在國內，也有很多的科研院校和研究機構對此也做了大量的試驗研究工作，并在此基礎上，考慮荷載類型的約束條件，配筋方式，粘結滑移關系等影響裂縫寬度的因素，編制了《混凝土結構設計規范》，及相應的施工操作規范，對工程設計人員起到一定的指導作用。

三、混凝土結構構件裂縫成因

由于混凝土自身材料的因素，在澆筑完成時出現細微裂縫，更確切地說，混凝土在水泥硬結硬化的過程中就有裂縫存在。這是因為混凝土中拌合物，即水泥和骨料在溫度變化條件下產生不均勻的體積變形，而它們又粘結在一起，不能自由變形，于是在其內部形成相互之間的約束應力。一旦約束應力超出它們之間的粘結強度，即自身的抗拉強度，于是就產生微裂縫。這種微裂縫肉眼不可見，分布極不規則，并未貫通。此時混凝土微裂縫的出現不會使混凝土喪失抗拉能力，因為微裂縫雖然遍布混凝土內部，但裂縫之間并非貫穿整個構件的內部或表面，所以混凝土的抗拉強度很低，但構件仍可承受拉力。混凝土微裂縫的存在極其容易擴展、串聯并貫通的性質，不僅使混凝土對受拉很敏感，其抗拉強度的離散性很大，相當一部分取決于振搗混凝土和養護工作，加之后續因施工、材料、環境因素的影響，都將使微裂縫被拉伸、擴展、貫通，保護層脫落，鋼筋銹蝕，裂縫進一步擴展和延伸，影響混凝土結構的可靠性和耐久性。

隨著外加荷載的出現，包括靜荷載、動荷載及后期正常使用時出現的房間使用功能變化，荷載隨之變化，造成混凝土變形受約束所引起的內應力大于材料抗拉強度，隨之產生裂縫。由于混凝土的徐變，將會使混凝土內部原來出現的微裂縫進一步擴展和延伸。由于荷載的性質與大小不同（如靜荷載、動荷載、沖擊荷載等），混凝土構件出現裂縫的寬度、長度和深度也有所不同，對構件或整體結構造成的影響亦不同。

此外，由于變形引起的裂縫也非常常見，如溫度影響、收縮（包括塑性收縮、自生收縮、干燥收縮等）、地基不均勻沉降、后期澆筑養護不及時、混凝土徐變等，使構件產生內應力，在釋放過程中產生裂縫；拌和混凝土配合比設計、拌和原材料差異性大，（新疆地區的砂石料中含泥量較大），也將會直接影響構件的承載力；南疆地區鹽堿地多，氯離子的侵蝕也使鋼筋表面的鈍化膜產生破壞，引起鋼筋的銹蝕，堿骨料反應對混凝土結構也有較大影響。

四、加固方法

為了延長結構的使用壽命、提高建筑物的耐久性能，對舊有建筑的加固已經成為當務之急。對于一些微裂縫，采用結構膠修補即可，而出現一些較為嚴重的裂縫，則應遵循建筑結構的加固原則，從實際出發，為正常生活消除隱患，在諸多的選擇方案中擇優選擇，同時避免對原結構構件造成新的損害。

1.加大截面加固法。加大截面法是較為傳統的加固方法之一，通過增加原構件的受力筋進行補強，同時在外側重新澆筑混凝土，增大構件的截面尺寸來達到提高構件承載能力的目的，有單側加厚、雙側加厚、三面外包、四面外包等，適用于梁、板、柱、墻和一般構造物的混凝土加固。但此種加固法卻會使得混凝土構件的截面變大，結構自重增加，現場濕工作量較大，養護時間較長，特別是占用的凈空較大，對生產和生活有一定的影響。

2.粘貼鋼板加固法。此方法與鋼筋混凝土設計原理中的縱向受力鋼筋和箍筋的設計方法類似。此加固方法施工速度快、現場無濕作業或僅有抹灰等少量濕作業，對周邊環境影響較小，適用于承受靜力作用的受彎構件或受拉構件。但粘鋼加固對鋼板的防腐要求很高，增加自重較大，施工操作復雜，并且只有在荷載增加到一定程度，梁體變形達到一定范圍時，加固效果才能明顯顯現，因而加固初期效果不明顯。

3.體外預應力加固法。以預應力拉桿分，有水平拉桿、下撐式拉桿和組合式拉桿。以張拉方法分，由人工橫向張拉（水平橫向張拉和豎直橫向張拉）、機械張拉和電熱張拉。體外預應力技術須在施工前精確的計算張拉控制量，再根據嚴格的施工操作步驟實施，此法可大大縮短施工工期，但加固后對原結構外觀有一定影響，且不適合混凝土收縮大和徐變較大的結構。體外預應力鋼筋易松弛，鋼筋失效等現象在加固中較為常見。另外，與其他加固方法相比，對原結構的破壞性較大。

4.粘鋼法。通過將型鋼貼在被加固構件的表面，從而提高構件性能的加固方法，中間的界面粘接劑可用水泥砂漿、乳膠水泥漿或環氧樹脂化學灌漿等。雖然此法對混凝土構件的影響較小，但是，由于粘鋼構件抗動力性能和抗疲勞性能方面的試驗研究不夠充分，因此，應用的并不是非常廣泛。

5.噴射混凝土加固法。通過借助噴射機械，利用壓縮空氣或其他動力，將預先按照一定比例配合的拌和料，通過管道輸送，高速噴射到受噴面上凝結硬化而成的一種混凝土。噴射混凝土具有較高的力學性能和良好的耐久性，混凝土早強，不需模板和振搗，施工快速方便，但此加固法對施工器具要求極高。

6.粘貼碳纖維增強塑料（CFRP）加固法。選用CFRP纖維加固法，具有耐腐蝕、耐高溫、耐潮濕、維護費用低等優點，加固后對使用空間影響不大，適用于各種受力性質的混凝土結構構件，是一種比較方便而有效的加固方法。另外，碳纖維有自身特點的優勢：重量輕，且具有很高的抗拉強度，彈性模量高，尺寸穩定，抗疲勞，阻尼特性好。由于近年的研究和發展，纖維加工生產技術的改進，逐步推行工業化，可大大降低了生產成本，更有利于這種加固方法的推廣應用。

7.耗能減震阻尼器。近年來，由于耗能減震技術因其減震效果好、構造簡單、造價低廉、適用范圍廣、維護方便等特點，也受到諸多重視，在土木工程領域中發展較為迅速。利用增設粘滯阻尼器的方法進行抗震加固，對結構整體進行隔震，從而達到整體加固效果，施工較為方便，對原有建筑物干擾較小，尤其是部分樓層已經投入使用的續建建筑，利用阻尼器進行加固更方便更實用。

在進行加固設計時，必須根據工程特點和實際情況，進行承載能力、正常使用功能等方面的驗算，并選擇合適的施工方法和合理的構造措施。在加固過程中，可按以下程序進行操作：可靠性鑒定（針對加固對象）→經過比較確定加固方案→進行加固設計（計算、構造、施工技術過程、施工圖紙）→施工組織設計→現場操作→驗收。

五、結語

裂縫對結構產生的危害要根據產生裂縫的原因、類型、數量、寬度、產生的部位綜合確定。鋼筋混凝土結構中出現裂縫是難以避免的，應從材料、設計、施工等多個方面進行把控，通過工程師的檢查、測定、分析和判斷，采取及時有效的加固處理措施，延緩結構的損傷進程，達到延長結構使用壽命的目的。endprint