談混凝土的裂縫成因及治理措施

李偉峰

(運(yùn)城市三A建筑安裝有限公司，山西運(yùn)城 044000)

0 引言

混凝土的裂縫統(tǒng)稱為質(zhì)量通病，經(jīng)常困擾著工程技術(shù)人員。在有關(guān)規(guī)定中可以允許受拉邊緣出現(xiàn)裂縫，構(gòu)件在開(kāi)裂狀態(tài)下工作，但規(guī)定了最大裂縫寬度限值，若是在設(shè)計(jì)及施工中采取合理的措施，很多裂縫是可以克服和控制的。

1 混凝土自身結(jié)構(gòu)特性及影響因素

就混凝土自身性質(zhì)在建筑材料中由于它屬于一種脆性材料，抗拉強(qiáng)度是抗壓強(qiáng)度的1/10左右，短期加荷時(shí)的極限拉伸變形也只有0.6×104～1.0×104，長(zhǎng)期加荷時(shí)的極限拉伸變形也只有1.2×104～2.0×104，所以多用于承壓構(gòu)件?；炷潦怯伤?、水泥、砂子、石子組成的人造石材，是一種多相復(fù)合材料，在混凝土膠凝材料反應(yīng)過(guò)程中由于凝膠、孔隙和界面初始微裂縫等原因，在外力作用下混凝土產(chǎn)生塑性變形。而且混凝土中的孔隙、界面微裂縫等缺陷又往往是混凝土受力破壞的起源，在荷載作用下微裂縫的擴(kuò)展對(duì)混凝土的力學(xué)性能有著極其嚴(yán)重的影響。許多混凝土的內(nèi)部濕度變化很小或變化較慢，但表面濕度可能變化較大或發(fā)生劇烈變化。如養(yǎng)護(hù)不周、時(shí)干時(shí)濕，表面干縮形變受到內(nèi)部混凝土的約束，也往往導(dǎo)致裂縫。由于原材料不均勻，水灰比不穩(wěn)定，以及運(yùn)輸和澆筑過(guò)程中的離析現(xiàn)象，在同一塊混凝土中其抗拉強(qiáng)度又是呈不均勻性，存在著許多抗拉能力很低，易于出現(xiàn)裂縫的薄弱部位。在鋼筋混凝土中，拉應(yīng)力主要是由鋼筋來(lái)承擔(dān)，混凝土只是承受壓應(yīng)力。在素混凝土內(nèi)或鋼筋混凝土的邊緣部位如果結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了拉應(yīng)力，則須依靠混凝土自身來(lái)承擔(dān)。

2 原因分析

實(shí)際上，混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的成因復(fù)雜而繁多，甚至多種因素相互影響，但每一條裂縫均有其產(chǎn)生的一種或幾種主要原因，比如:溫度和濕度的變化，混凝土的脆性和不均勻性，以及結(jié)構(gòu)不合理，原材料不合格(如堿骨料反應(yīng))等?；炷两Y(jié)構(gòu)裂縫的種類(lèi)，就其產(chǎn)生的原因，大致可劃分為如下幾種。

2.1 外荷載引起裂縫

1)設(shè)計(jì)計(jì)算階段、計(jì)算模型不夠合理;結(jié)構(gòu)受力假設(shè)與實(shí)際受力不符;荷載少算或漏算;內(nèi)力與配筋計(jì)算錯(cuò)誤;結(jié)構(gòu)安全系數(shù)不夠。

2)施工階段，不加限制地堆放施工機(jī)具、材料;不了解預(yù)制構(gòu)件受力特點(diǎn)，隨意翻身、起吊、運(yùn)輸、安裝;不按設(shè)計(jì)圖紙施工。

2.2 溫度裂縫

混凝土硬化期間水泥放出大量水化熱，內(nèi)部溫度不斷上升，在表面引起拉應(yīng)力。后期在降溫過(guò)程中，由于受到基礎(chǔ)或原有混凝土的約束，又會(huì)在混凝土內(nèi)部出現(xiàn)拉應(yīng)力。有時(shí)溫度應(yīng)力可超過(guò)其他外荷載所引起的應(yīng)力，當(dāng)這些拉應(yīng)力超出混凝土的抗裂能力時(shí)即會(huì)出現(xiàn)裂縫。

2.3 收縮裂縫

收縮是混凝土的一個(gè)主要特性，對(duì)混凝土的性能有很大影響。產(chǎn)生收縮裂縫的原因，一般認(rèn)為在施工階段因水泥水化熱及外部氣溫的作用引起混凝土收縮而產(chǎn)生的裂縫。多為規(guī)則的條狀，很少交叉。常發(fā)生在結(jié)構(gòu)變截面處，往往與受力鋼筋平行。

2.4 塑性裂縫

塑性裂縫根據(jù)成因的原理分為塑性沉降裂縫和塑性收縮裂縫。

3 質(zhì)量控制及措施

1)人的因素。制作混凝土必須是內(nèi)行人士，懂得混凝土的性質(zhì)、制作工藝、施工過(guò)程中的重點(diǎn)控制時(shí)間點(diǎn)及混凝土施工完成后后期的養(yǎng)護(hù)制度，若是大體積混凝土、冬季或夏季施工等特殊混凝土施工時(shí)要制定相關(guān)措施制度，落實(shí)到人;要堅(jiān)持理論與實(shí)際相結(jié)合的原則，對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行認(rèn)真的分析，實(shí)際當(dāng)中往往存在數(shù)據(jù)造假的現(xiàn)象，當(dāng)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)就造成了沒(méi)有數(shù)據(jù)可依的情況，特別是制作混凝土配合比設(shè)計(jì)必須是經(jīng)驗(yàn)豐富且持證的人員。

2)材料的因素?，F(xiàn)場(chǎng)混凝土拌制過(guò)程中要嚴(yán)格控制好各種原材料的質(zhì)量、含泥量、組成比例，重視混凝土的和易性、流動(dòng)性，重視原材料的材質(zhì)質(zhì)量及級(jí)配。目前在一、二線城市文明建設(shè)要求，市區(qū)施工現(xiàn)場(chǎng)不能有自拌混凝土，同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)自拌混凝土質(zhì)量不易保證并且還存在原材料的浪費(fèi)，造就了現(xiàn)在大多數(shù)城市出現(xiàn)了商品混凝土廠家;為確保商品混凝土的質(zhì)量，采購(gòu)方要對(duì)商品混凝土廠家進(jìn)行考察，特別是對(duì)原材料的產(chǎn)地、級(jí)配、材質(zhì)質(zhì)量、外加劑質(zhì)量的考察。要嚴(yán)格控制原材料質(zhì)量、含泥量、級(jí)配、外加劑的含量、水質(zhì)及水的含量及混凝土配合比。

3)機(jī)械及方法的因素?；炷恋闹谱鞣譃槿斯ぐ柚坪蜋C(jī)械拌制，機(jī)械攪拌機(jī)又分為自落式攪拌機(jī)和強(qiáng)制式攪拌機(jī)。人工拌制要嚴(yán)格控制好攪拌次數(shù)及用水量;機(jī)械攪拌機(jī)施工過(guò)程中要控制好攪拌時(shí)間及用水量、投放物料施工順序。在混凝土拌制過(guò)程中國(guó)家規(guī)范規(guī)定以重量計(jì)為準(zhǔn)，但是現(xiàn)場(chǎng)拌制混凝土多數(shù)存在以質(zhì)量比換算成體積比的方法來(lái)施工，這就導(dǎo)致混凝土配合比發(fā)生了變化，造成拌制的混凝土沒(méi)有科學(xué)依據(jù)。

4)環(huán)境的因素。環(huán)境方面主要是在大氣溫度和濕度兩方面防止裂縫。a.采用改善骨料級(jí)配，用干硬性混凝土，摻混合料，加引氣劑或塑化劑等措施以減少混凝土中的水泥用量，在大體積混凝土施工中可減少水化熱含量。b.控制攪拌混凝土?xí)r加水量及水的溫度。c.熱天澆筑混凝土?xí)r減少澆筑厚度及分層澆筑時(shí)間點(diǎn)，最好控制在500 mm以內(nèi)，以便于表面散熱;第二層澆筑必須在第一段混凝土初凝前澆筑完畢。d.根據(jù)混凝土澆筑面積，在混凝土上中下部設(shè)置一定數(shù)量測(cè)溫管，定時(shí)測(cè)定內(nèi)外溫度，前4 d每2 h測(cè)一次，5 d～7 d每4 h測(cè)一次，8 d～15 d每天測(cè)一次，并及時(shí)記錄，確?；炷羶?nèi)外溫差控制在25℃以內(nèi)，做到及時(shí)觀察，出現(xiàn)溫度超偏，可通過(guò)調(diào)整養(yǎng)護(hù)方式來(lái)降低溫差。

5)規(guī)定合理的拆模時(shí)間，以免混凝土表面發(fā)生急劇的溫度梯度，加強(qiáng)保溫養(yǎng)護(hù)措施，現(xiàn)場(chǎng)通常采取的措施為混凝土澆筑后先覆蓋一層塑料薄膜，用麻袋裝鋸末，厚度80 mm～100 mm進(jìn)行中層覆蓋，最后覆蓋1層～2層100 mm厚巖棉被。

6)夏季施工中長(zhǎng)期暴露的混凝土澆筑塊表面及側(cè)邊，設(shè)置專人灑水養(yǎng)護(hù)時(shí)間不少于14 d，有條件的應(yīng)對(duì)基礎(chǔ)側(cè)邊進(jìn)行覆土掩蓋，避免內(nèi)部水分蒸發(fā)過(guò)快，產(chǎn)生裂縫。

4 對(duì)問(wèn)題的處理

1)裂縫處理一般程序:裂縫調(diào)查→裂縫原因分析和分類(lèi)評(píng)判→裂縫危害性評(píng)定→裂縫處理補(bǔ)強(qiáng)→裂縫處理檢查。

2)裂縫分類(lèi):混凝土結(jié)構(gòu)裂縫，按深度可分為表層裂縫、深層裂縫和貫穿裂縫三種;按裂縫開(kāi)度變化可分為死縫、活縫、增長(zhǎng)縫三種;按產(chǎn)生原因可分為變形裂縫、結(jié)構(gòu)性裂縫兩種。

3)按可靠性等級(jí)劃分為四級(jí)，將混凝土裂縫作為一個(gè)子項(xiàng)鑒定評(píng)級(jí)，分為 a，b，c，d四級(jí)，其中 a，b兩級(jí)不必處理;c級(jí)影響安全或影響正常使用，應(yīng)采取措施;d級(jí)危及安全或不能正常使用，必須處理。

4)依據(jù)大體積混凝土裂縫分類(lèi)及評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)裂縫分為四類(lèi):Ⅰ類(lèi):一般縫寬δ＜0.2 mm，縫深h≤30 cm，性狀表現(xiàn)為龜裂或呈細(xì)微規(guī)則性。多由于干縮、沉縮所產(chǎn)生，對(duì)結(jié)構(gòu)應(yīng)力、耐久性和安全基本無(wú)影響;Ⅱ類(lèi):表面(淺層)裂縫，一般縫寬0.2 mm≤δ＜0.3 mm，縫深30 cm ＜h≤100 cm，平面縫長(zhǎng)3 m ＜L＜5 m，呈規(guī)則狀。多由于氣溫驟降期溫度沖擊且保溫不善等形成。視裂縫所在部位對(duì)結(jié)構(gòu)應(yīng)力、耐久性和安全運(yùn)行有一定程度影響;Ⅲ類(lèi):表面深層裂縫，縫寬100 cm＜h≤500 cm，縫長(zhǎng)大于500 cm，或平面不小于1/3壩塊寬度，側(cè)面大于1個(gè)～2個(gè)澆筑層厚，呈規(guī)則狀。多由于內(nèi)外溫差過(guò)大或較大的氣溫驟降沖擊且保溫不善等形成。對(duì)結(jié)構(gòu)應(yīng)力、穩(wěn)定、耐久性和安全有較大影響;Ⅳ類(lèi):縫寬 δ＞0.5 mm，縫深大于500 cm，側(cè)(立)面長(zhǎng)度h＞500 cm，若從基礎(chǔ)向開(kāi)裂，且平面上貫穿全倉(cāng)，則稱為基礎(chǔ)貫穿裂縫，否則稱為貫穿裂縫。這種裂縫主要由于基礎(chǔ)溫差超過(guò)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，或在基礎(chǔ)約束區(qū)受較大氣溫驟降沖擊產(chǎn)生的裂縫在后期降溫中繼續(xù)發(fā)展等原因而形成。它使結(jié)構(gòu)受力、耐久性和穩(wěn)定安全系數(shù)降到臨界值或其下。

5)常用檢測(cè)方法:小體積薄壁結(jié)構(gòu)內(nèi)部缺陷檢查，宜以無(wú)損檢測(cè)為主。對(duì)于大體積混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部質(zhì)量缺陷可采用超聲波、掃描等無(wú)損檢查(測(cè))法，必要時(shí)，可采用鉆孔取芯、壓水、壓氣等方法進(jìn)行局部破壞性檢查(測(cè))。

6)裂縫參數(shù):發(fā)現(xiàn)時(shí)間、位置、數(shù)量、裂縫長(zhǎng)度、裂縫寬度、裂縫深度、裂縫形狀、裂縫走向、裂縫發(fā)展?fàn)顩r、縫面滲水(包括冷縫、施工縫滲水)、鋼筋銹蝕、析出物及析出物化學(xué)成分等。

7)裂縫處理的一般原則:氣泡、麻面、蜂窩、缺損等表面缺陷，原則上宜在拆模檢查后及時(shí)處理;結(jié)構(gòu)性裂縫，應(yīng)首先消除產(chǎn)生裂縫原因。對(duì)因基礎(chǔ)變形產(chǎn)生的上部混凝土結(jié)構(gòu)裂縫，應(yīng)首先進(jìn)行基礎(chǔ)處理或者最好待裂縫穩(wěn)定后，然后再進(jìn)行上部結(jié)構(gòu)裂縫處理。對(duì)荷載敏感的結(jié)構(gòu)裂縫，應(yīng)首先卸載或減少荷載后，再進(jìn)行相應(yīng)裂縫處理。對(duì)仍處于活動(dòng)狀態(tài)的裂縫，宜用柔性材料處理。裂縫處理后應(yīng)保證結(jié)構(gòu)原有的承載能力、整體性以及防水抗?jié)B性能。處理時(shí)要考慮溫度、收縮應(yīng)力較長(zhǎng)時(shí)間的影響，以免處理后再出現(xiàn)新的裂縫。在處理裂縫前應(yīng)認(rèn)真仔細(xì)觀察裂縫的變化，尋找裂縫變化規(guī)律，以此作為選擇處理方法的依據(jù)。

8)處理方法:a.對(duì)于一般質(zhì)量缺陷修補(bǔ)時(shí)對(duì)不符合要求的混凝土應(yīng)清除松動(dòng)碎塊、殘碴至母體密實(shí)面，鑿成斜坡，再用高壓風(fēng)水沖洗干凈，然后涂一層界面劑，再用微膨脹預(yù)縮水泥砂漿或環(huán)氧砂漿或丙乳砂漿處理。有外觀要求的表面，最后再用與母體顏色相近的丙乳砂漿收面。對(duì)于空徑不小于20 mm，深度不小于50 mm的空洞，應(yīng)澆筑高于母體一級(jí)標(biāo)號(hào)的混凝土。b.對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部質(zhì)量缺陷，原則上采用灌漿法處理。灌漿材料可分別選用普通水泥漿材、超細(xì)水泥漿材、改性水泥漿材、膨脹水泥漿材、環(huán)氧類(lèi)漿液等材料，并合理確定漿液濃度、灌漿壓力等灌漿參數(shù)和施工工藝。對(duì)于確定需要加固或特殊處理的缺陷，應(yīng)進(jìn)行專題論證后，嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行處理。c.對(duì)于Ⅰ類(lèi)裂縫，視裂縫位置、對(duì)結(jié)構(gòu)安全性及結(jié)構(gòu)防水性、耐久性的影響程度等，進(jìn)行相應(yīng)表面處理。處理措施可以為表面涂刷、縫口鑿槽嵌縫。鑿槽嵌縫材料一般為環(huán)氧砂漿或微膨脹預(yù)縮水泥砂漿或丙乳砂漿。d.對(duì)于Ⅱ類(lèi)裂縫，視裂縫所在部位可選用噴涂法、粘貼法、充填法和灌漿法處理。e.對(duì)于Ⅲ，Ⅳ類(lèi)裂縫，采取相應(yīng)綜合補(bǔ)強(qiáng)加固或特殊處理。補(bǔ)強(qiáng)加固方法有預(yù)應(yīng)力法、粘貼鋼板或玻璃鋼法、粘貼碳纖維布、增加斷面法與充填法和灌漿法等結(jié)合。

5 結(jié)語(yǔ)

本文中作者根據(jù)自己多年的工程實(shí)際經(jīng)驗(yàn)并結(jié)合相關(guān)驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)論述了混凝土的性質(zhì)、產(chǎn)生的原因、裂縫鑒別標(biāo)準(zhǔn)及裂縫處理原則和方法，由于實(shí)際經(jīng)驗(yàn)及理論知識(shí)有限，難免有欠缺之處，懇請(qǐng)同仁提出寶貴意見(jiàn)及建議。

［1］GB 50204-2002，混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范［S］.

［2］TGP S11-1998，混凝土裂縫評(píng)判和處理規(guī)定［S］.

［3］JGJ 63-2006，混凝土用水標(biāo)準(zhǔn)［S］.

［4］DL/T 5113.1-2005，水利水電基本建設(shè)工程單元工程質(zhì)量等級(jí)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)［S］.

［5］SL 230-98，混凝土壩養(yǎng)護(hù)修理規(guī)程［S］.

［6］GB 50010-2002，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［7］GBJ 144-90，工業(yè)廠房可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)［S］.