論混凝土裂縫防治技術(shù)在土木工程中的重要性

李亞亞

【摘 要】凝土以其物美價廉、施工方便、可塑性強、載荷能力大等優(yōu)點，使其在建設(shè)工程當(dāng)中的應(yīng)用越來越廣泛。而在施工過程中往往存在混凝土開裂的現(xiàn)象，進而影響建筑美觀及其耐久性，本文對混凝土裂縫的形成因素進行了分析，并結(jié)合實際工程實踐，提出了混凝土裂縫開裂防治措施及處理的相關(guān)辦法。

【關(guān)鍵詞】混凝土；裂縫；防治

0 引言

隨著我國經(jīng)濟的迅速發(fā)展，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)已經(jīng)普遍應(yīng)用于工民建行業(yè)中。混凝土具有價格低廉，原材料豐富，生產(chǎn)工藝成熟等特點，因而其使用量越來越大；同時其還具備強度等級高，抗壓強度高，耐久性能好等優(yōu)點，使其在土木工程，地?zé)峁こ?，造船業(yè)，機械工業(yè)，等領(lǐng)域中應(yīng)用的越來越廣泛[1]。然而，混凝土結(jié)構(gòu)往往由于技術(shù)條件的限制，設(shè)計考慮不周全及施工質(zhì)量控制不合格等因素會產(chǎn)生裂縫，裂縫是混凝土結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)的最為普遍的現(xiàn)象。裂縫的存在會影響建筑物的整體美觀，甚至降低混凝土的抗壓強度及耐久性，從而影響建筑物的正常使用，裂縫的進一步開裂甚至將導(dǎo)致整體坍塌的重大事故。因此，本文對混凝土裂縫的形成機理進行了分析，并結(jié)合實際工程實踐，提出了混凝土裂縫開裂防治措施及相關(guān)處理辦法，對有效控制混凝土開裂具有重要的現(xiàn)實指導(dǎo)意義。

1 混凝土裂縫的分類

在大量的工程建設(shè)實踐以及近代科學(xué)關(guān)于混凝土強度的細(xì)觀研究成果都表明混凝土裂縫的產(chǎn)生是不可避免的，它是材料的一種特性，但其有害程度是可控制的。因此，科學(xué)的對待裂縫問題是建立在對裂縫分類、研究的基礎(chǔ)之上[2]，從而采取有效措施，將損害程度控制在允許范圍之內(nèi)。

根據(jù)混凝土裂縫產(chǎn)生的原因非常復(fù)雜，大致可分為結(jié)構(gòu)性裂縫和分結(jié)構(gòu)性裂縫。

1.結(jié)構(gòu)性裂縫

結(jié)構(gòu)性裂縫多是由于結(jié)構(gòu)應(yīng)力達到極限，造成承載力不足引起的，是結(jié)構(gòu)破壞開始的特征，或是結(jié)構(gòu)強度不足的征兆，其裂縫形式多種多樣，主要原因如下[3]：

（一）設(shè)計原因引起的裂縫

1）樓板剛度不足：設(shè)計按多跨連續(xù)板進行配筋計算，側(cè)重于滿足結(jié)構(gòu)安全，較少考慮混凝土收縮特性和溫度變形等多種因素，樓板高跨比僅為L/33.6-L/35，其剛度較小對裂縫控制很不利。

2）樓板構(gòu)造配筋設(shè)計不周：設(shè)計在支座處按常規(guī)配設(shè)負(fù)筋，在中部板面不配鋼筋，當(dāng)板面出現(xiàn)溫度變形和混凝土收縮，因無構(gòu)造鋼筋約束，板面即出現(xiàn)裂縫。

3）樓板內(nèi)布線不合理：由于水電施工圖由各專業(yè)設(shè)計，實際施工中出現(xiàn)水電管交叉疊放，或由于設(shè)計考慮管內(nèi)容線面積，部分預(yù)埋管徑≥D25；且設(shè)計管線位置在樓板跨中，即在單層雙向配筋處，樓板有效截面受到很大程度（15%-40%）削弱，成為樓板最易開裂的部位；當(dāng)樓板收縮應(yīng)力大于混凝土極限抗拉強度時，即出現(xiàn)沿管線表面呈直線狀的裂縫。

4）從房屋的空間結(jié)構(gòu)來看，剪力墻剛度大，約束了剪力墻間梁板的水平向自由變形，而梁剛度又較板剛度大，因各類因素引起的水平向收縮變形均集中到剪力墻間剛度最小的板上，造成這塊板開裂。

5）膨脹劑的選用與摻量：設(shè)計未明確混凝土的限制膨脹率，只提出膨脹劑的品種和摻量范圍，施工時按設(shè)計提供摻量進行配比施工，使混凝土的實際限制膨脹率不能達到最佳限制膨脹率。

（二）施工原因引起的裂縫

1）水電預(yù)埋管施工時在板內(nèi)位置欠合理：管線位置過高時，極易在板面出現(xiàn)由混凝土硬化收縮產(chǎn)生的裂縫，也將在維修裂縫或室內(nèi)裝修時損壞管線；兩根管線并行布置時，管線間距過小甚至并攏，更易因管線集中而產(chǎn)生裂縫。

2）空載養(yǎng)護期不足：從樓面混凝土澆完、收光到工程材料堆放，平均空載養(yǎng)護期僅為一天半，人為因素過早地震動、荷載造成樓板幼齡混凝土內(nèi)部受損開裂。且施工中用塔吊吊運的鋼管、鋼筋等周轉(zhuǎn)材料因受剪力墻鋼筋影響多堆放在預(yù)埋管線部位。

（三）使用原因引起的裂縫

1）改變建筑物的使用條件引起的裂縫。

2）火災(zāi)等事故引起的裂縫。

3）由地震等偶然荷載引起的結(jié)構(gòu)開裂。

2.非結(jié)構(gòu)性裂縫

研究資料以及工程實踐顯示，在混凝土結(jié)構(gòu)裂縫中非結(jié)構(gòu)性裂縫占了絕大多數(shù)，約為80%，其形成原因比較復(fù)雜[4-5]，以收縮裂縫為主導(dǎo)，工程中四種較常見的非結(jié)構(gòu)性裂縫有收縮裂縫、溫度裂縫、沉降裂縫和化學(xué)反應(yīng)引起的裂縫。

（1）收縮裂縫

收縮裂縫是由濕度變化引起的，它占混凝土非結(jié)構(gòu)性裂縫中的主要部分?；炷潦且运酁橹饕z結(jié)材料，以天然砂、石為骨料加水拌合，經(jīng)過澆筑成型、凝結(jié)硬化形成的人工石材。在施工中，為保證其和易性，往往加入比水泥水化作用所需的水分多4-5倍的水。多出的這些水分以游離態(tài)形式存在，并在硬化過程中逐步蒸發(fā)，從而在混凝土內(nèi)部形成大量毛細(xì)孔、空隙甚至孔洞，造成混凝土體積收縮。此外，混凝土硬化過程中水化作用和碳化作用也會引起混凝土體積收縮[4]。

根據(jù)有關(guān)試驗測定，混凝土最終收縮量約為0.04%～0.06%?？梢?，收縮是混凝土固有的物理特性，一般來說，水灰比越大、水泥強度越高、骨料越少、環(huán)境溫度越高、表面失水越大，則其收縮值越大，也越易產(chǎn)生收縮裂縫。

（2）沉陷裂縫

沉陷裂縫的產(chǎn)生是由于結(jié)構(gòu)地基上質(zhì)不勻、松軟，或回填上不實或浸水而造成不均勻沉降所致；或者因為模板剛度不足，模板支撐間距過大或支撐底部松動等所致，特別是在冬季，模板支撐在凍土上，凍土化凍后產(chǎn)生不均勻沉降，致使混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫。此類裂縫多為深進或貫穿性裂縫，其走向與沉陷情況有關(guān)，一般沿與地面垂直或呈30°-45°角方向發(fā)展，較大的沉陷裂縫，往往有一定的錯位，裂縫寬度往往與沉降量成正比關(guān)系，裂縫寬度受溫度變化的影響較小。地基變形穩(wěn)定之后，沉陷裂縫也基本趨于穩(wěn)定。

（3）溫度裂縫

溫度裂縫多發(fā)生在大體積混凝土表面或溫差變化較大地區(qū)的混凝土結(jié)構(gòu)中。溫度裂縫的走向通常無定規(guī)律，大面積結(jié)構(gòu)裂縫?？v橫交錯：梁板類長度尺寸較大的結(jié)構(gòu)，裂縫多平行于短邊；深入和貫穿性的溫度裂縫一般與短邊方向平行或接近平行，裂縫沿著長邊方向出現(xiàn)，中間較密。裂縫寬度大小不一，受溫度變化影響較為明顯，冬季較寬，夏季較窄。高溫膨脹引起的混凝土溫度裂縫是通常中間粗兩端細(xì)，而冷縮裂縫的粗細(xì)變化不太明顯。這類裂縫的出現(xiàn)會引起鋼筋的銹蝕，混凝土的碳化，降低混凝土的抗凍融、抗疲勞及抗?jié)B能力等。

（4）化學(xué)反應(yīng)引起的裂縫

混凝土拌和后會產(chǎn)生一些堿性離子，這些離子與某些活性骨料產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)并吸收周圍環(huán)境中的水而體積增大，造成混凝土酥松、膨脹開裂。這種裂縫一般出現(xiàn)在混凝土結(jié)構(gòu)使用期間，一旦出現(xiàn)很難補救，因此應(yīng)在施工中采取有效措施進行預(yù)防。

2 裂縫的預(yù)防措施

2.1 收縮裂縫的預(yù)防

1）選用收縮量較小的水泥，低水化熱的硅酸鹽、普通硅酸鹽水泥和粉煤灰水泥，降低水泥的用量，降低水化熱，減小混凝土體的內(nèi)外溫差。

2）混凝土的干縮受水灰比的影響較大，水灰比越大，干縮越大，因此在混凝土配合比設(shè)計中應(yīng)盡量控制好水灰比的選用，同時摻加合適的減水劑。

3）嚴(yán)格控制混凝土攪拌和施工中的配合比，混凝土的用水量絕對不能小于配合比設(shè)計所給定的用水量。

4）加強混凝土的早期養(yǎng)護，并適當(dāng)延長混凝土的養(yǎng)護時間。冬季施工時要適當(dāng)延長混凝土保溫覆蓋時間，并涂刷養(yǎng)護劑養(yǎng)護。

5）在混凝土結(jié)構(gòu)中設(shè)置合適的收縮縫。

2.2 沉陷裂縫的預(yù)防

1）對松軟土、填土地基在上部結(jié)構(gòu)施工前應(yīng)進行必要的夯實和加固。

2）保證模板有足夠的強度和剛度，且支撐牢固，并使地基受力均勻。

3）防止混凝土澆灌過程中地基被水浸泡。

4）模板拆除的時間不能太早，且要注意拆模的先后次序。

5）在凍土上搭設(shè)模板時要注意采取一定的預(yù)防措施。

2.3 溫度裂縫的預(yù)防

對于溫度引起的裂縫，增配構(gòu)造鋼筋可明顯提高混凝土的抗裂性，尤其是薄壁結(jié)構(gòu)。構(gòu)造上配筋宜優(yōu)先采用小直徑鋼筋、小間距布置，全截面構(gòu)造配筋率不宜低于6.3%，一般可采用0.3%～0.5%。

1）盡量選用低熱或中熱水泥，如礦渣水泥、粉煤灰水泥等。

2）減少水泥用量，將水泥用量盡量控制在450kg1m3以下。

3）降低水灰比，一般混凝土的水灰比控制在0.6以下。

4）改善骨料級配，摻加粉煤灰或高效減水劑等來減少水泥用量，降低水化熱。

5）改善混凝土的攪拌加工工藝，降低混凝土的澆筑溫度。

6）在混凝土中摻加一定量的具有減水、增塑、緩凝等作用的外加劑，改善混凝土拌合物的流動性、保水性，降低水化熱，推遲熱高峰的出現(xiàn)時間。

7）高溫季節(jié)澆筑時可以采用搭設(shè)遮陽板等輔助措施控制混凝土的溫升，降低澆筑混凝土的溫度。

2.4 化學(xué)反應(yīng)引起的裂縫

由于混凝土澆筑、振搗不良或者是鋼筋保護層較薄，有害物質(zhì)進入混凝土使鋼筋產(chǎn)生銹蝕，銹蝕的鋼筋體積膨脹，導(dǎo)致混凝土脹裂，此種類型的裂縫多為縱向裂縫，沿鋼筋的位置出現(xiàn)。通常的預(yù)防措施有：

1）保證鋼筋保護層的厚度；

2）混凝土級配要良好；

3）混凝土澆注要振搗密實；

4）鋼筋表層涂刷防腐涂料。

3 裂縫處理

3.1 表面修補法

表面修補法是一種簡單、常見的修補方法，它主要適用于穩(wěn)定和對結(jié)構(gòu)承載能力沒有影響的表面裂縫以及深進裂縫的處理。通常的處理措施是在裂縫的表面涂抹水泥漿、環(huán)氧膠泥或在混凝土表面涂刷油漆、瀝青等防腐材料，在防護的同時為了防止混凝土受各種作用的影響繼續(xù)開裂，通?？梢圆捎迷诹芽p的表面粘貼玻璃纖維布等措施[6-7]。

3.2 灌漿、嵌縫封堵法

灌漿法主要適用于對結(jié)構(gòu)整體性有影響或有防滲要求的混凝土裂縫的修補，它是利用壓力設(shè)備將膠結(jié)材料壓入混凝土的裂縫中，膠結(jié)材料硬化后與混凝土形成一個整體，從而起到封堵加固的目的。常用的膠結(jié)材料有水泥漿、環(huán)氧樹脂等化學(xué)材料。

嵌縫法是裂縫封堵中最常用的一種方法，它通常是沿裂縫鑿槽，在槽中嵌填塑性或剛性止水材料，以達到封閉裂縫的目的。常用的塑性材料有聚氯乙烯膠泥、塑料油膏、丁基橡膠等等：常用的剛性止水材料為聚合物水泥砂漿。

3.3 填充法

用修補材料直接填充裂縫，一般用來修補較寬的裂縫（>0.3mm），作業(yè)簡單，費用低。寬度小于0. 3mm，深度較淺的裂縫、或是裂縫中有填充物，用灌漿法很難達到效果的裂縫、以及小規(guī)模裂縫的簡易處理可采取開V型槽，然后做填充處理。

3.4 結(jié)構(gòu)加固法

當(dāng)裂縫影響到混凝土結(jié)構(gòu)的性能時，就要考慮采取加固法對混凝土結(jié)構(gòu)進行處理。結(jié)構(gòu)加固中常用的主要有以下幾種方法：加大混凝土結(jié)構(gòu)的截面面積，在構(gòu)件的角部外包型鋼、采用預(yù)應(yīng)力法加固、粘貼鋼板加固、增設(shè)支點加固以及噴射混凝土補強加固。

3.5 混凝土置換法

混凝土置換法是處理混凝土嚴(yán)重?fù)p壞的一種有效方法，此方法是先將損壞的混凝土剔除，然后再置換新的混凝土或其他材料。常用的置換材料有：普通混凝土或水泥砂漿、聚合物或改性聚合物混凝土或砂漿。

3.6 電化學(xué)防護法

電化學(xué)防腐是利用施加電場在介質(zhì)中的電化學(xué)作用，改變混凝土或鋼筋混凝土所處的環(huán)境狀態(tài)，鈍化鋼筋，以達到防腐的目的。陰極防護法、氯鹽提取法、堿性復(fù)原法是化學(xué)防護法中常用而有效的三種方法。

3.7 仿生自愈合法

仿生自愈合法是一種新的裂縫處理方法，它模仿生物組織對受創(chuàng)傷部位自動分泌某種物質(zhì)，而使創(chuàng)傷部位得到愈合的機能，在混凝土的傳統(tǒng)組分中加入某些特殊組分如含粘結(jié)劑的液芯纖維或膠囊在混凝土內(nèi)部形成智能型仿生自愈合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，當(dāng)混凝土出現(xiàn)裂縫時分泌出部分液芯纖維可使裂縫重新愈合。

4 結(jié)語

裂縫是混凝土建筑物中最普遍、最常見的一種現(xiàn)象，裂縫產(chǎn)生原因非常復(fù)雜，其對混凝土建筑物的危害程度不一，嚴(yán)重的裂縫會危害建筑物的整體性和穩(wěn)定性，甚至將會導(dǎo)致建筑物的整體坍塌。施工中應(yīng)盡可能采取有效的技術(shù)措施控制裂縫，使結(jié)構(gòu)盡量不出現(xiàn)裂縫，或盡量減少裂縫的數(shù)量和寬度，特別是避免有害裂縫的出現(xiàn)，以確保工程質(zhì)量。在施工過程中，對其進行認(rèn)真研究、采用合理的方法進行處理，并在混凝土形成過程中的一系列階段進行監(jiān)控，從原材料、配合比、混凝土的拌制和運輸，入模振搗、施工縫及后澆帶的處理、養(yǎng)護等嚴(yán)格控制，保證建筑物和構(gòu)件安全、穩(wěn)定的工作。具體施工中要靠我們多觀察、多比較，出現(xiàn)問題后多分析、多總結(jié)，結(jié)合多種預(yù)防處理措施混凝土的裂縫產(chǎn)生的不良影響是完全可以控制的。

【參考文獻】

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[責(zé)任編輯：楊玉潔]