混凝土裂縫控制與修復

(華北理工大學　河北　唐山　063200)

引言

自20世紀以來，國內外建筑工程中混凝土工程的規模不斷擴大，當代混凝土正向著高強、高流動性、高耐久性的方向發展。然而，隨著混凝土結構的普遍應用，由于混凝土施工過程操作不當、自身特性、環境條件影響和結構設計缺陷等問題，致使混凝土裂縫問題越來越嚴重。混凝土裂縫的產生不僅會影響建筑結構美觀，還破壞構件的整體性和耐久性，降低結構強度，最后甚至對結構的安全性造成極大的威脅。因此，混凝土結構裂縫控制與修復，是國內外混凝土施工中非常重要而又迫切的課題。

一、國內外研究現狀

混凝土是建筑工程中最重要的材料，隨著社會工業化的發展，混凝土施工技術也隨之而進步，然而，混凝土結構興建初期，人們普遍忽視混凝土過早劣化的現象，仍認為混凝土性能降低此類現象是由于施工過程中養護操作不當或者現存規范出現問題所引起的。直至20世紀初起，人們才開始認識到混凝土裂縫控制問題。

1969年，德國的Springen schmid教授改進了原有的開裂實驗架，通過大量的實驗結果表明：水泥品質是影響混凝土性能的重要因素。

RILEM于1989年創立了混凝土早期熱裂縫TC119技術委員會，1998年S.Bernander出版《避免混凝土早期熱裂縫》論文集，這些都對混凝土裂縫控制研究具有寶貴的借鑒意義。

2006年，英國哥倫比亞大學N.Banthia和R.Gupta對塑性收縮開裂的實驗研究結果表明：聚丙烯能有效控制混凝土塑性裂縫的開展。

近年來，國內數所高校和研究院也相繼對混凝土的裂縫控制進行探索研究。

王鐵夢教授于1999年出版了《工程結構裂縫》一書，書中通過工程實例系統介紹了各種工程結構裂縫的控制措施，為后續的研究奠定了良好的實驗與理論基礎。

清華大學陸新征、江見鯨利用無網格方法并結合傳統有限元分析方法，通過不需要單元網格的前提下可以簡單的調整節點分布，并介紹了裂縫分類、宏觀裂縫生成和開展的模擬方法，能較準確地分析混凝土受力變形和裂縫開展情況，得到傳統有限元計算難以生成的結果。

李樹奇對添加聚丙烯纖維混凝土實驗進行分析并得出結論：通過聚丙烯纖維網可以很大程度上改善混凝土的品質，提高混凝土的綜合使用性能，有效控制混凝土塑性收縮裂縫的產生。

二、裂縫控制措施

通過對大量的工程實例進行研究分析，應從設計措施、原材料選擇、施工措施等方面進行控制，堅決控制裂縫的開展。

(一)設計措施

設計混凝土構件時，應按照《建筑結構荷載規范》進行荷載取值，避免結構在其設計使用年限內發生超載現象。混凝土施工前，應掌握當地氣候條件和施工環境，并根據地震烈度等級、建筑物基本信息等因素編寫詳細的施工組織設計。

為減少氣溫條件對混凝土產生的不利影響，應對混凝土進行保溫處理，加強建筑物的保溫隔熱性能。對大面積建筑結構，宜采取分割處理措施，從而減少混凝土自身收縮、環境影響等結構內部應力變化。

(二)原材料的選擇

在選擇材料時結合抗裂性以及混凝土強度等級等方面的要求，從施工原料方面選取低水化熱水泥。混凝土骨料選擇應符合《普通混凝土用砂、石質量標準及檢驗方法標準》，根據結構所處環境不同選用酸堿程度不同的骨料。例：若空氣潮濕混凝土最大堿含量不大于3.5kg/m3。為改善混凝土性能，根據工程需要，加入適當礦物摻合料及外加劑。

(三)施工措施

合理的施工措施是防止混凝土結構產生裂縫的重要保障，也是防止混凝土開裂的關鍵階段。確定正確的、全面的質量評定體系，做到檢查覆蓋面要廣、質量要求嚴格、抽查體系要完善；加強預應力混凝土的監管體系，定期檢測混凝土的溫度動態，減少由外部環境變化而產生的裂縫；提倡對澆筑后的混凝土采用二次振搗技術，提高混凝土的粘結力，增加構件整體密實度。養護過程中，要及時用濕潤的塑料、草袋等材料覆蓋混凝土，確保混凝土表面能夠緩慢冷卻。

三、裂縫修補措施

裂縫修補措施主要包括：

(1)表面處理法

表面修補法施工簡單，主要用于混凝土結構表面穩定的淺層裂縫，裂縫整體寬度較小，分布不均。

(2)灌漿修補法

化學灌漿法是裂縫修補常用的一種方法，將化學材料配置的漿液灌入裂縫內部后密封，漿體在裂縫中固化、擴散后，漿液具有較高的粘結強度，可達到恢復結構整體性、耐久性的目的。此法適用于裂縫寬度≥0.3mm、裂縫深度較深的裂縫修補。

(3)構造加固法

當裂縫開展較嚴重，已經影響結構承載力，甚至對結構的安全性造成極大的威脅時，應采取構造加固法。常見的構造加固多為增加結構橫截面積、在構件四周外粘或外包型鋼、構件表面粘貼纖維加固、外加預應力等方法。

(4)仿生自愈合法

仿生自愈合法是目前正在研究的一種新型裂縫修補方法。這種方法很大程度的模仿了生物組織創傷自愈能力，即靠其自身分泌愈合物質，應用到混凝土裂縫修補中，在混凝土中加入一些特殊組分使其形成神經網絡自愈系統，起到修補作用。