建筑工程施工中混凝土裂縫的成因及治理方法

赫榮華

(建利建材(泉州)有限公司,福建 泉州 362000)

1 概述

混凝土裂縫問題在建筑工程中十分重要,會對建筑物的結構和性能產生重大影響[1]。混凝土裂縫可能引起結構的不穩定和強度降低,從而影響建筑物的整體安全性[2]。裂縫會導致水分和其他有害物質滲入混凝土內部,加劇內部腐蝕和侵蝕,縮短建筑物的使用壽命。混凝土裂縫還會破壞建筑物的外觀,影響建筑物的美觀度和價值[3]。

研究混凝土裂縫成因可以更好地了解裂縫形成的機理,從而在施工過程中避免可能導致裂縫的因素[4]。研究混凝土裂縫的治理方法有助于尋找有效的修復和預防措施,保證建筑物的安全性和耐久性[5]。研究成果可供工程實踐參考,指導施工人員在建筑工程施工中預防和處理混凝土裂縫問題,可以減少修復和維護的成本,降低對環境的不良影響[6]。通過研究混凝土裂縫問題的成因和治理方法,有利于提高建筑物的質量和安全性,延長建筑物使用壽命,實現可持續發展的目標。

2 混凝土裂縫的成因與治理方法

2.1 混凝土裂縫內部原因

一是當混凝土硬化時,水分的蒸發和水化反應會導致混凝土收縮,這種收縮可能產生內部應力,最終導致裂縫形成。二是混凝土在溫度變化下會發生熱脹冷縮,不同部位的混凝土可能由于溫度差異而產生內部應力,進而引發裂縫。三是混凝土的質量問題,如配合比不合理、水灰比過高或過低、骨料不合適等,都可能導致混凝土強度和穩定性存在問題,從而增加裂縫的發生風險。

這些內部原因會導致混凝土內部的應力分布不均勻,當應力達到混凝土的抗拉強度極限時,就會產生裂縫。因此,在建筑工程施工中,需要注意控制混凝土的收縮,并且合理設計配合比、施工工藝等,以減少內部原因對混凝土裂縫形成的影響。

2.2 混凝土裂縫外部原因

地質運動、地基沉降、地層變形等地質因素會對建筑物產生不均勻的應力分布,從而導致混凝土裂縫的形成。地震是導致混凝土結構產生裂縫的重要外部原因,地震的地震波作用于建筑物時會產生巨大的地震力,超過混凝土的抗拉強度極限,導致裂縫的形成。此外,建筑物在使用過程中,在大風、雪壓、振動設備等外部荷載的作用下,也會給混凝土結構施加額外的應力,當超過混凝土的抗拉能力時,就會引發裂縫。

這些外部原因會對混凝土結構產生非常大的力學和物理影響,導致結構產生應力分布不均勻,從而引發裂縫。因此,在建筑設計和施工過程中,需要合理考慮地質環境、地震力和施加的荷載,并采取相應的措施來預防和減少外部原因對混凝土裂縫的影響。

2.3 混凝土裂縫的治理方法

治理混凝土裂縫有多種方法,具體方法需要根據裂縫的類型、程度和結構來確定。

2.3.1 填充劑注入

填充劑注入是一種常用的混凝土裂縫治理方法。該方法通過注入特定的填充材料來填補混凝土裂縫,以修復和加固結構,防止裂縫進一步擴展和損害混凝土構件。首先,對裂縫進行清理,去除松散的混凝土碎屑、塵土和油污,以確保填充劑能夠充分附著在裂縫表面。接著,根據裂縫的類型、寬度和深度,選擇合適的填充劑材料。常用的填充劑包括聚氨酯、環氧樹脂、聚合物修補膠等,填充劑應具有良好的流動性和粘結性能,以便充分填充裂縫。將填充劑注入裂縫,通常可使用注射器或泵浦來實施注入過程。從裂縫的一端開始注入,直到填充劑充滿整個裂縫,確保填充劑均勻分布和充實。注入填充劑后,在規定時間內根據需要對填充劑進行調整和平整,以使裂縫表面與周圍的混凝土結構保持一致。最后,根據填充劑的要求進行適當的養護,以確保填充劑充分固化和強化,養護時間和方法可能因所使用的填充劑而有所不同。

填充劑注入方法能夠有效填補混凝土裂縫,增強結構的連續性和抗裂能力。然而,對于嚴重結構裂縫或裂縫起因存在較大疑問的情況,應咨詢專業工程師或結構師,以評估裂縫的性質并確定最適合的治理方法。

2.3.2 植筋加固

植筋加固是通過在裂縫處埋設鋼筋或碳纖維片等材料,以增加混凝土結構的承載能力和抗裂性能。首先,對裂縫周圍區域進行清理,去除松散的混凝土碎屑、塵土和油污,確保植筋材料能夠充分附著在混凝土表面。接著,在裂縫處進行預處理,如切割V型槽或開槽,以增加植筋材料與混凝土之間的粘結強度。然后,根據裂縫的類型、寬度和結構要求,選擇合適的植筋材料,常見的包括鋼筋、碳纖維片等,植筋材料應具有足夠的強度和粘結性能。將選定的植筋材料嵌入裂縫中,并將兩側附著在健康的混凝土結構上。對于鋼筋,可以使用螺紋套筒或埋入混凝土,對于碳纖維片等材料,可以使用特定的粘合劑進行固定。最后,對植筋加固部位進行適當的養護,使植筋材料充分固化和粘結。在必要時,修整植筋部位,使其與周圍的混凝土表面平整。

植筋加固方法能夠有效增強裂縫處混凝土結構的連續性和抗裂能力,以減少裂縫的擴展和進一步損害。

2.3.3 膠粘劑修補

膠粘劑修補也是一種常用的混凝土裂縫治理方法,通過使用膠粘劑材料,如聚合物修復膠、修復膏等,填充和修補裂縫表面,以恢復結構的強度和外觀。首先,對裂縫周圍區域進行清理,去除松散的混凝土碎屑、塵土和油污,確保膠粘劑能夠充分附著在裂縫表面。接著,根據裂縫的類型、寬度和要求,選擇合適的膠粘劑材料,常見的膠粘劑包括聚合物修復膠、硬化樹脂等。膠粘劑應具有良好的流動性、粘結性能和耐久性。然后,將選擇的膠粘劑填充到裂縫中,可以使用填充刀或注射器等工具,確保膠粘劑充滿裂縫,并將表面平整。在填補和修補膠粘劑之后,根據需要進行平整和修整,使裂縫表面與周圍的混凝土結構保持一致。最后,根據膠粘劑的要求,進行適當的養護,以確保膠粘劑充分固化和強化。養護時間和方法可能因所使用的膠粘劑而有所不同。

膠粘劑修補方法可以有效地填補混凝土裂縫,恢復結構的強度和外觀。

2.3.4 其他方法

除了填充劑注入、植筋加固和膠粘劑修補以外,還有一些其他治理方法,主要有:

①裂縫封堵。通過使用聚合物膠、填縫料等材料,將裂縫進行封堵,防止水和有害物質滲入混凝土內部,減少進一步損壞。

②裂縫割縫和注漿。對于寬度較大且較嚴重的裂縫,可以進行裂縫割縫并注入特定的漿液材料,以增強裂縫附近的混凝土,并改善結構的抗裂性能。

③結構加固和改造。對存在嚴重裂縫的結構,可能需要進行加固和改造,如增加梁柱等結構元素、加固梁柱節點等,以提高整體的抗裂能力。

④層壓修復。使用玻璃纖維布、碳纖維布等材料,配合特定的修復膠進行層壓修復,以提高裂縫處混凝土結構的強度和連續性。

⑤預應力加固。對于嚴重裂縫的結構,可以考慮使用預應力加固的方法,通過施加預應力,使結構重新獲得連續性和承載能力。

3 混凝土裂縫的預防措施

3.1 控制混凝土收縮

控制混凝土收縮是通過一些方法來減少混凝土的收縮和避免裂縫的發生。一是正確控制混凝土的水膠比,以及粉料、骨料等配合比例,以調整混凝土的流動性和硬化收縮性能。二是選擇具有較低收縮性能的混凝土材料,如低堿度水泥、礦物摻合料等,以減少混凝土的整體收縮。三是在混凝土澆筑和養護過程中,控制環境溫度和混凝土溫度的變化范圍,避免溫度變化引發的熱收縮或冷收縮,確保混凝土的充分澆注和養護,避免快速脫模或過早干燥,以減少由于干燥收縮引起的裂縫。此外,可以添加適當的收縮抑制劑到混凝土中,以減少混凝土的收縮量和收縮速率。同時,在混凝土結構的設計過程中。還應考慮混凝土收縮引起的應變和變形,采取合理的結構和構造措施,以降低混凝土收縮導致裂縫的風險。

混凝土裂縫的預防工作還有控制水分蒸發、避免凍融循環等,通過綜合考慮材料選擇、施工控制和結構設計等方面的因素,可以有效預防混凝土裂縫的產生。

3.2 合理的設計和施工工藝

合理的設計和施工工藝是通過一些方式來減少混凝土的應力和變形,從而降低裂縫的產生風險。在混凝土結構設計過程中,應考慮結構的受力和變形特性,合理確定構件的尺寸、布置、配筋等,以減少混凝土的應力集中和產生過大的變形;在混凝土施工過程中,合理控制澆筑和養護條件,避免過早脫模和干燥收縮,確保混凝土的均勻硬化,減少因不均勻收縮引起的裂縫。對于大型混凝土構件或在高溫環境下施工,可以采取降溫措施,如使用冷卻劑、遮陽、噴水等,以減少混凝土的熱收縮,確保混凝土在澆筑過程中充分填充模板,減少空隙和氣泡的存在,提高混凝土的密實性和均質性;在混凝土澆筑后,應及時進行養護,保持適宜的濕度和溫度條件,防止混凝土過早干燥和因失水太快導致的干縮裂縫。同時,實施嚴格的施工監控和質量控制措施,包括定期檢查、測量和記錄混凝土的溫度、濕度、收縮等數據,及時發現問題并采取相應的調整措施。

通過合理的設計施工工藝,可以降低混凝土的應力和變形,減少裂縫的產生。建議在混凝土工程施工中咨詢和遵循專業人員的建議,以確保施工過程的質量和安全性。

3.3 增加混凝土韌性

增加混凝土的韌性可以增加其抵抗應力和變形的能力,從而減少裂縫的產生和擴展。一是添加適當的摻合料,如礦物摻合料(礦渣粉、飛灰等)和聚合物纖維等,這些摻合料能改善混凝土的水膠比、粘結性能和抗裂性能。二是通過合理的配筋設計,可以在混凝土中引入鋼筋,以增加混凝土的延性和抵抗應力的能力。正確布置和錨固鋼筋,對于控制裂縫的發展非常重要。三是采用高性能混凝土,如高強度混凝土和高韌性混凝土,提高混凝土的強度和韌性,減少裂縫的產生。四是規范施工過程,減少混凝土的質量問題和施工缺陷,如過早脫模、振搗不當、混凝土養護不良等,這些都會導致混凝土的強度和韌性降低。五是通過細觀結構分析和模擬,了解混凝土內部的裂縫發展機制,并在設計和施工中采取相應的措施來控制和阻止裂縫的擴展。

通過綜合考慮摻合料選用、配筋設計、施工質量控制和結構分析等方面的因素,可以有效地增加混凝土的韌性,降低裂縫的發生概率和擴展速度。

4 結束語

混凝土裂縫的成因主要是由于混凝土內外部的應力和變形超過其承受能力引起的。常見成因包括混凝土收縮、溫度變化、荷載作用和材料性能不均勻等,通過填充劑注入、植筋加固、膠粘劑修補、控制混凝土收縮、合理的設計施工工藝可以減少混凝土應力集中和變形。預防裂縫應綜合考慮材料、結構和施工工藝,降低應力、變形和收縮,提高混凝土韌性和抗裂性能。

預防和治理混凝土裂縫需要多方面的措施和綜合考慮,從材料選擇到施工控制,都需注意細節,確保結構質量和耐久性。對混凝土裂縫治理的探索研究有助于深入了解裂縫的形成機制,并通過預防和治理措施來降低其風險。