混凝土裂縫修補施工技術(shù)要點與應(yīng)用

唐興隆

（福建省二建建設(shè)集團有限公司，福建 福州 350001）

0 引言

混凝土用于施工項目中，主要具有承重、圍護等多重功能。材料表現(xiàn)出較高的密實性，是保證材料力學(xué)性能的關(guān)鍵條件。當材料出現(xiàn)開裂、裂縫等情況時，可能會降低結(jié)構(gòu)性能，降低結(jié)構(gòu)承載性能，出現(xiàn)滲水、材料銹蝕、防護層掉落等多種質(zhì)量問題。由于裂縫帶來的危害較多，需要采取有效的技術(shù)措施，加以防控、修補，消除裂縫危害。姜大威[1]是從設(shè)計、用料、工藝各個工程環(huán)節(jié)，梳理了裂縫控制方法。結(jié)合具體實例項目，采取測溫養(yǎng)護的方法，動態(tài)獲取項目各點位溫度，及時給出調(diào)控，以此控制裂縫的形成數(shù)量。韓曉冬[2]使用微生物誘導(dǎo)法，應(yīng)對公路材料初期形成的裂縫，此種裂縫寬度＜0.4mm。采取對比修補的形式，修補后養(yǎng)護4周，測定修復(fù)裂縫的程度不低于97.3%，防滲能力有所增強。由此證明微生物修復(fù)劑具有一定的裂縫處理能力。文獻[3-4]指明裂縫是道路性能受損的一種常見情況，主要使用裂紋網(wǎng)絡(luò)、裂紋分類等方法，劃分裂縫類型，逐一給出裂縫處理方法。崔彌達等[5]使用ROS平臺，引入YOLOv3算法，快速獲取橋梁材料裂縫情況，以此縮短裂縫檢測用時，便于更好地進行裂縫修補處理。文本以上述技術(shù)背景、學(xué)術(shù)研究為參考，總結(jié)了行業(yè)技術(shù)經(jīng)驗，提出了動態(tài)防控、微生物修補、新型材料法多重技術(shù)聯(lián)合形式，有效應(yīng)對案例項目裂縫問題，獲取優(yōu)異的裂縫修補效果。

1 工程情況

沙縣某中學(xué)教育教學(xué)樓，使用框架結(jié)構(gòu)進行施工，建筑施工面積約為6 599m2，建筑整體高度為19.95m?；A(chǔ)施工位置，采取人工挖孔灌注的工藝形式，前期設(shè)計中持力層最終選定為強風(fēng)化粉砂巖，承重標準參數(shù)為2 600KPa。承重墻采用鋼筋混凝土墻體，非承重外墻及建筑物內(nèi)隔墻均采用MU10.0煤矸石多孔磚。項目使用的混凝土標號，如表1所示。

表1 項目使用的材料情況

其中，屋面防滲級別為S6。

2 混凝土裂縫修補施工技術(shù)要點

（1）養(yǎng)護法。案例項目澆筑完成的半日內(nèi)，選用覆蓋保濕形式，增強養(yǎng)護效果，嚴格防控脫水、裂縫等各類質(zhì)量問題。使用養(yǎng)護劑，保證保水效果，均勻涂抹保水用量，防止面層受污。選擇塑料薄膜進行養(yǎng)護時，需薄膜完全封閉養(yǎng)護區(qū)域，嚴防漏風(fēng)，維持膜內(nèi)濕潤性。使用澆水養(yǎng)護時，須設(shè)定專人，保證噴水及時。

（2）屋面板裂縫防控。案例項目出現(xiàn)的屋面板裂縫問題，主要源于防水卷材有損壞，與基層粘結(jié)段的密實性不強，搭接長度較小。應(yīng)保證材料防水級別達到S6，依照設(shè)計規(guī)范加筋。按照設(shè)計、計算的各項要求，合理添加模板。嚴格確定拆模時間，防控裂縫。多數(shù)情況下，屋面板材料強度與設(shè)計值相等時，可進行拆模處理。養(yǎng)護期至少為2周，減少裂縫形成的可能性。防水卷材使用時，需依照工程要求，選擇質(zhì)量達標的BAC型材料。如果卷材有破損情況，需及時更換材料、重新鋪貼處理?；鶎愉佡N防水材料時，需同時進行排氣，保持鋪貼范圍的密封性，防止氣泡。相鄰卷材拼接交錯長度應(yīng)＞80mm。

（3）粉刷層的防裂技術(shù)。案例項目中的梁底、門窗兩個位置，在粉刷層會出現(xiàn)裂縫問題，主要源于砌體、梁底之間的頂緊性不足，門窗外框與墻體間隔處理不到位，快速趕工的情況下，墻面砂漿、粉刷作業(yè)層兩個位置的水分收縮量有差異，形成裂縫問題。防范此類裂縫時，在樓板頂部交接位置，選擇實心磚，采取斜砌形式。使用水泥砂漿，添加在樓板交接處，保證砌筑飽滿性。窗體、門戶的外框，與建筑墻體連接時，需進行二次塞縫處理，保證填料嚴密。墻體粉刷處理后，應(yīng)留出一定時間，使施工段處于通風(fēng)環(huán)境中，調(diào)節(jié)墻面含水量。

（4）微生物修補技術(shù)。案例項目施工期間，施工任務(wù)尚未完成時，發(fā)現(xiàn)了多處細小的早期裂縫。為防止細小裂縫惡化，選用微生物法，進行早期修補。修補早期裂縫時，需關(guān)注修補材料、修補效果等因素，以此保證修補方案的可用性。案例項目采取對比分析的形式，從多組修補方案中，選出最佳的修補方案。

3 混凝土裂縫修補施工技術(shù)在沙縣某中學(xué)中的應(yīng)用

3.1 塑性收縮裂縫預(yù)防措施

（1）嚴格控制混凝土的水膠比參數(shù)、水泥用量和粉砂用量，確?；炷恋呐浜媳群侠?，避免過于干燥或含水量過高。（2）在澆筑混凝土前，充分濕潤基層和模板，以提高基層的濕度并減少混凝土與模板之間的摩擦力。在澆筑后及時覆蓋，通過覆蓋保持混凝土的濕度，有效控制塑性收縮。（3）當施工環(huán)境存在高溫、大風(fēng)或干燥天氣時，應(yīng)采取相應(yīng)的措施來保證混凝土質(zhì)量，例如增加養(yǎng)護時間、噴水降溫、使用遮陽網(wǎng)等，有效減緩混凝土的塑性收縮速度。

3.2 沉降收縮裂縫預(yù)防措施

（1）控制水灰比、砂率和塌落度不要過大，確保混凝土的配合比適宜，減少混凝土的收縮程度。（2）截面相差較大的構(gòu)件，先澆筑較深的部位，然后靜止1～1.5h，穩(wěn)定后再與上部薄截面同時進行澆筑，以減少沉降不均勻造成的應(yīng)力集中。（3）確保保護層厚度不要過薄，保護層的存在可以提供保護和緩沖作用，減少混凝土收縮引起的表面開裂。

3.3 溫度裂縫預(yù)防措施

（1）合理設(shè)計和布置伸縮縫是非常重要的。伸縮縫可以允許建筑物在溫度變化時自由膨脹和收縮，減少溫度應(yīng)力的積累。伸縮縫應(yīng)根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)的類型、材料的熱膨脹系數(shù)和預(yù)計的溫度變化范圍來確定。在設(shè)計和施工中，要考慮到建筑物的整體變形和變形的一致性，避免出現(xiàn)不同部分的溫度差異過大而引起的溫度裂縫。（2）使用控制裂縫材料也是一種有效的措施?？刂瓶p材料可以在混凝土結(jié)構(gòu)上形成一條連續(xù)的縫隙，用來吸收溫度變化引起的應(yīng)力，減少裂縫的產(chǎn)生。常見的填縫材料包括橡膠、聚氨酯和瀝青等。在施工過程中，要根據(jù)建筑物的結(jié)構(gòu)形式和使用條件來選擇合適的控制縫材料，并且要確?？刂瓶p材料的質(zhì)量和施工工藝符合要求。（3）在施工過程中，控制混凝土的澆筑速度和溫度也是非常重要的。在高溫天氣下，過快的澆筑速度和過高的混凝土溫度容易導(dǎo)致溫度應(yīng)力的積累，增加溫度裂縫的風(fēng)險。因此，要根據(jù)施工現(xiàn)場的實際情況，合理控制澆筑速度和混凝土溫度，避免溫度應(yīng)力的過大積累。

3.4 堿骨料反應(yīng)裂縫預(yù)防措施

（1）控制水泥含堿量。（2）控制使用堿活性骨料。（3）使用能抑制堿骨料反應(yīng)的摻合料，如粉煤灰、礦渣、硅粉等。（4）使用引氣劑，緩解堿骨料反應(yīng)帶來的膨脹壓力。

3.5 非結(jié)構(gòu)裂縫預(yù)防措施

3.5.1 內(nèi)外墻體抹灰上的龜裂預(yù)防措施

（1）控制砂漿配比：嚴格按照配比要求混制砂漿，并特別注意控制水泥和水的使用量。進行試配以確保砂漿的適用性和保水性能。使用專用的砂漿攪拌機進行攪拌。（2）處理基層：對于磚砌體，提前1～2d用清水充分澆透，待表面出現(xiàn)水光后陰干，手摸時有潮濕感時再進行抹灰。對于加氣混凝土砌塊或粉煤灰砌塊，不需要澆透水，只需適量澆水后陰干半天左右再進行抹灰。（3）控制砌體質(zhì)量：在砌體施工過程中，嚴密控制砌體表面的平整度，尤其要注意砌體的垂直度，以有效控制抹灰的厚度，避免出現(xiàn)不均勻厚度的抹灰，從而減少龜裂的發(fā)生。（4）營造潮濕環(huán)境：抹灰施工環(huán)境對于龜裂的發(fā)生也起關(guān)鍵作用。在干燥且通風(fēng)良好的環(huán)境中，缺乏適當養(yǎng)護容易導(dǎo)致龜裂的出現(xiàn)。因此，在施工時應(yīng)創(chuàng)造相對濕潤的環(huán)境。在高溫干燥的氣候條件下，可以在抹灰表面（大約八成干燥后）噴霧以增加濕度。

3.5.2 不同材料間的裂縫預(yù)防措施

（1）合理組砌：控制砌塊的含水率，確保在施工時砌塊的含水率控制在15%以下。在填充墻施工與梁底相近時，需要空余一個砌塊高度的空隙，同時使用立磚斜砌頂緊。（2）注意飽滿度：在砌塊組砌時，不僅要注重水平縫砂漿飽滿度，還要注意立縫砂漿的飽滿度。特別是柱與砌塊間的砂漿，保證其飽滿，這樣可以防止砌體變形，減少裂縫。（3）設(shè)置拉結(jié)筋：這樣可以減少豎向裂縫的發(fā)生。按照規(guī)范要求，當墻長超過5m時，應(yīng)設(shè)置構(gòu)造柱；當墻高超過4m時，應(yīng)設(shè)置圈梁。這樣可以大大減少豎向裂縫的產(chǎn)生。（4）使用鋼絲網(wǎng)片：不同材料間的膨脹系數(shù)差異會導(dǎo)致在柱梁與砌塊接觸處容易出現(xiàn)裂縫。因此，在進行抹灰前，宜在框架與砌體接觸面上設(shè)置鋼絲網(wǎng)片，以增加抹灰層的穩(wěn)定性和強度。

4 應(yīng)用新型材料修補裂縫

材料。新型材料的修補實踐中，主要是使用磷酸鎂水泥，添加不同比例的過燒氧化鎂、粉煤灰等多種材料。過燒氧化鎂用料，材料粒徑平均值為40mm，材料表現(xiàn)為棕色。使用的磷酸二氫鉀，材料純度約為97.56%。使用的粉煤灰中含有多種成分，其中氧化鎂占比1.86%、二氧化硅占比54.668%，三氧化二鋁占24.89%。

測定砂漿性能。磷酸鎂砂漿添加后，砂漿內(nèi)會剩余一定量的氧化鎂，能夠增強砌塊強度。在測定新型材料修補效果時，適當調(diào)整各類材料的摻量配比，以此找出最佳的配比方案，確保修補效果。過燒氧化鎂的添加量設(shè)為m，磷酸二氫鉀的添加量為n，則m比n為3 : 7。適當改變m與n的比值、水膠比各類參數(shù)，查看砌塊試件的抗裂性能。此次修補實踐中，砌塊規(guī)格邊長均為40mm。

砌塊修補檢測分析。案例項目所用的砌塊強度，測定值在5.52MPa左右，能夠達到建材施工的各項規(guī)范。采取人為破壞措施，使砌塊內(nèi)形成一定數(shù)量、寬度較大的裂縫。

m/n的修補效果分析。為獲取m/n比值大小，對水泥凝固狀態(tài)形成的干擾作用。設(shè)計多組比值，進行修補效果對比。假設(shè)k=m/n，k值取1.5至3.5，相鄰參數(shù)之差為0.5，共有5個參數(shù)。緩凝劑添加量占比膠凝用料的3%，砂膠比取固定值為1。以1周、4周為養(yǎng)護周期，判斷修補情況。對比發(fā)現(xiàn)：當k值不足2.5時，砂漿需要更長時間完成凝結(jié)；當k值不小于2.5且不足3.5時，會相應(yīng)縮短水泥凝結(jié)所需的時間；當k值為3.5時，水泥用料凝結(jié)時間會縮短至10min，處于快凝狀態(tài)。實踐中，k值為3時，材料凝結(jié)后的強度最高。產(chǎn)生此種性能表現(xiàn)，主要是k值不大時，材料內(nèi)混有的氧化鎂數(shù)量較少，磷酸鹽混合量較多，水化產(chǎn)出的物質(zhì)不多，且氧化鎂顆粒處于水化生成物以內(nèi)，會增加硬化結(jié)構(gòu)的凝結(jié)時間，由此更加延長了凝結(jié)用時。水化反應(yīng)期間，會產(chǎn)出一定量的磷酸鹽，引起漿體吸收更多的水分，出現(xiàn)膨脹情況，間接引發(fā)開裂現(xiàn)象，改變砌塊整體強度。當k值逐漸增加時，材料內(nèi)混合的氧化鎂、磷酸鹽兩種成分，會逐漸增加至最佳狀態(tài)，相應(yīng)產(chǎn)生較多的水化產(chǎn)物，由此提高漿體凝結(jié)效果。當k值較高時，反應(yīng)產(chǎn)出的水化物較少，無法填充裂縫段，會形成一定資源損失，甚至?xí)魅跗鰤K強度。為此，最終確定k值取3。運行掃描電鏡，查看各組砌塊使用不同k值的裂縫修補情況。經(jīng)掃描發(fā)現(xiàn)：k值不大時，砂漿內(nèi)部組成較為分散，裂紋清晰可見，水化生成物不多；當k值達到2.5～3.5范圍內(nèi)時，砂漿內(nèi)部組成逐漸緊密，裂縫、裂紋均能得到修補。

水膠比修補效果分析。在使用新型材料時，設(shè)定五組水膠比，對比裂縫最小的參數(shù)。參數(shù)初始值為0.08，終末值為0.12，相鄰參數(shù)差值為0.01。k值取3，砂膠比參數(shù)取1。養(yǎng)護時間設(shè)定為1周、4周，測定各組砌塊的強度表現(xiàn)。結(jié)合實際對比發(fā)現(xiàn)：水泥用料凝固所需時間，與水膠比具有一定正相關(guān)，當水膠比增大時，材料需要更多時間完成凝固。而砌塊強度與水膠比之間存在反相關(guān)，較大的水膠比砌塊，其強度最小。參照工程性能需求，最終水膠比取值為0.09。

修補完成的磚塊，需靜放1d。養(yǎng)護完成，從1周、4周兩個時間節(jié)點，分別測定材料性能。經(jīng)實踐發(fā)現(xiàn)：使用新型材料修補有裂縫的磚塊后，能夠顯著增強磚體抗彎性。進行4周養(yǎng)護后，修補磚塊整體抗彎性，等同于修補前的兩倍。養(yǎng)護1周時，砂漿強度為6.56MPa。養(yǎng)護四周時，修補磚塊強度增長至12.23MPa。而此時的修補磚塊強度，并未發(fā)生較大改變，其強度保持在8.56MPa，是修補前的4.12MPa的2.038倍。發(fā)生此種現(xiàn)象，是燒結(jié)磚具有一定吸水性，能夠加快水化熱作用，以較強的修復(fù)作用，促使修補磚塊在1周內(nèi)達到最大強度。修補磚性能測定結(jié)果，如表2所示。

表2 修補磚性能測定結(jié)果（單位：MPa）

5 結(jié)論

（1）結(jié)合案例項目的施工裂縫問題，采取動態(tài)裂縫防控機制。針對施工期間發(fā)生的養(yǎng)護不到位裂縫、面板類裂縫等問題，制定動態(tài)防裂的工藝機制，以此有效消除工程施工中形成的裂縫問題。

（2）早期裂縫問題，案例項目采取微生物進行修補，相比硝酸鈣、空白兩組的修補效果較好，裂縫修補程度H達到97.12%。

（3）m、n的比值k取3為最佳，水膠比參數(shù)設(shè)計為0.09。

（4）修補材料用于處理磚塊裂縫后，能夠顯著增強磚塊抗彎性、整體強度，有效消除裂縫。在養(yǎng)護時間增加的情況，修補砌塊強度不會發(fā)生較大變化，整體性能較為穩(wěn)定。

（5）借助各類防范措施，有效控制了裂縫問題，積極減少了裂縫風(fēng)險，對新工藝的融合、新材料的施工使用，形成了較高的技術(shù)自信。