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(nèi)外建筑工程中混凝土工程的規(guī)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(fā)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(huán)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(chǎn)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(nèi)外混凝土施工中非常重要而又迫切的課題。

一、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

混凝土是建筑工程中最重要的材料，隨著社會工業(yè)化的發(fā)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(xiàn)象，仍認為混凝土性能降低此類現(xiàn)象是由于施工過程中養(yǎng)護操作不當或者現(xiàn)存規(guī)范出現(xiàn)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(chuàng)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(nèi)數(shù)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(tǒng)介紹了各種工程結構裂縫的控制措施，為后續(xù)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(wǎng)格方法并結合傳統(tǒng)有限元分析方法，通過不需要單元網(wǎng)格的前提下可以簡單的調(diào)整節(jié)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(tǒng)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(wǎng)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(chǎn)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(guī)范》進行荷載取值，避免結構在其設計使用年限內(nèi)發(fā)生超載現(xiàn)象。混凝土施工前，應掌握當?shù)貧夂驐l件和施工環(huán)境，并根據(jù)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(chǎn)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(huán)境影響等結構內(nèi)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?；炷凉橇线x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(jù)結構所處環(huán)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(jù)工程需要，加入適當?shù)V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(chǎn)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(jiān)管體系，定期檢測混凝土的溫度動態(tài)，減少由外部環(huán)境變化而產(chǎn)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(yǎng)護過程中，要及時用濕潤的塑料、草袋等材料覆蓋混凝土，確?；炷帘砻婺軌蚓徛鋮s。

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(wěn)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(nèi)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(jīng)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(chuàng)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(jīng)網(wǎng)絡自愈系統(tǒng)，起到修補作用。