混凝土裂縫的原因分析、修補及防治措施

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摘要：混凝土是一種由砂石骨料、水泥、水及其他外加材料混合而成的非均質(zhì)脆性材料。由于由于混凝土施工、本身變形和約束等一系列問題，使混凝土裂縫成了土木、水利、橋梁、隧道等工程中最常見的工程病害。混凝土裂縫有表面裂縫、貫穿裂縫和深層裂縫三種。貫穿裂縫，無論對壩體的整體受力，還是防滲效果的影響比之淺層表面裂縫的危害都大得多。表面裂縫也可能成為深層裂縫的誘發(fā)因素，對壩體的抗風化能力和耐久性有一定影響。由于裂縫的存在和發(fā)展通常會使內(nèi)部的鋼筋等材料產(chǎn)生腐蝕，降低鋼筋混凝土材料的承載能力、耐久性及抗?jié)B能力，影響建筑物的外觀、使用壽命，嚴重的將威脅到人民的生命、財產(chǎn)安全。

　　關鍵詞：混凝土裂縫；混凝土裂縫的原因分析；混凝土裂縫的修補；混凝土裂縫的防治措施

　　一、裂縫的原因分析

　　由于混凝土的組成材料、微觀構(gòu)造以及所受外界影響的不同，混凝土裂縫產(chǎn)生的原因很多，水工建筑物產(chǎn)生裂縫主要有以下幾種：

　　1、混凝土在硬化的過程中，由于干縮引起的體積變形受到約束時產(chǎn)生的裂縫，這種裂縫的寬度有時會很大，甚至會貫穿整個構(gòu)件。

　　2、大體積混凝土水化時產(chǎn)生的大量水化熱得不到散發(fā)，導致混凝土內(nèi)外溫差較大，使混凝土的形變超過極限引起裂縫。

　　3、在厚度較大的構(gòu)件中，由于混凝土的塑性塌落受到模板或頂部鋼筋的抑制，在澆搗后數(shù)小時會發(fā)生這種由于混凝土塑性塌落引起的裂縫。

　　4、當有約束時，混凝土熱漲冷縮所產(chǎn)生的體積漲縮，因為受到約束力的限制，在內(nèi)部產(chǎn)生了溫度應力，由于混凝土抗拉強度較低，容易被溫度引起的拉應力拉裂，從而產(chǎn)生溫度裂縫。由于太陽暴曬產(chǎn)生裂縫也是工程中最常見的現(xiàn)象。

　　5、混凝土加水拌和后，水泥中的堿性物質(zhì)與活性骨料中活性氧化硅等起反應，析出的膠狀堿——硅膠從周圍介質(zhì)中吸水膨漲，體積增大三倍，從而使混凝土漲裂產(chǎn)生裂縫。

　　6、在炎熱的大風天氣，混凝土表面水分蒸發(fā)較過快，造成混凝土內(nèi)部水化熱過高，在混凝土澆筑數(shù)小時后仍處于塑性狀態(tài)，易產(chǎn)生塑性收縮裂縫。

　　7、構(gòu)件超載產(chǎn)生的裂縫，例如：構(gòu)件在超出設計的均布荷載或集中荷載作用下產(chǎn)生內(nèi)力彎矩，出現(xiàn)垂直于構(gòu)件縱軸的裂縫，構(gòu)件在較大剪力作用下，產(chǎn)生斜裂縫，并向上、下延伸。

　　8、當結(jié)構(gòu)的基礎出現(xiàn)不均勻沉陷，就有可能會產(chǎn)生裂縫，隨著沉陷的進一步發(fā)展，裂縫會進一步擴大。

　　9、當鋼筋混凝土處于不利環(huán)境中，例如：侵蝕性水，由于混凝土保護層厚度有限，特別是當混凝土密實性不良，環(huán)境中的氯離子等和溶于水中的氧會使混凝土中的鋼筋生銹，生成氧化鐵，氧化鐵的體積比原來金屬的體積大的多，鐵銹體積膨脹，對周圍混凝土擠壓，使混凝土脹裂。而在施工過程中，我們最為常見的多是因溫度而引起的裂縫。

　　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，在表面引起拉應力。后期在降溫過程中，由于受到基礎或老混凝上的約束，又會在混凝土內(nèi)部出現(xiàn)拉應力。氣溫的降低也會在混凝土表面引起很大的拉應力。當這些拉應力超出混凝土的抗裂能力時，即會出現(xiàn)裂縫。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)護不周、時干時濕，表面干縮形變受到內(nèi)部混凝土的約束，也往往導致裂縫?；炷潦且环N脆性材料，抗拉強度是抗壓強度的1／10左右，短期加荷時的極限拉伸變形只有（0.6～1.0）×104， 長期加荷時的極限位伸變形也只有（1.2～2.0）×104.由于原材料不均勻，水灰比不穩(wěn)定，及運輸和澆筑過程中的離析現(xiàn)象，在同一塊混凝土中其抗拉強度又是不均勻的，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，拉應力主要是由鋼筋承擔，混凝土只是承受壓應力。在素混凝土內(nèi)或鋼筋混凝上的邊緣部位如果結(jié)構(gòu)內(nèi)出現(xiàn)了拉應力，則須依靠混凝土自身承擔。一般設計中均要求不出現(xiàn)拉應力或者只出現(xiàn)很小的拉應力。但是在施工中混凝土由最高溫度冷卻到運轉(zhuǎn)時期的穩(wěn)定溫度，往往在混凝土內(nèi)部引起相當大的拉應力。有時溫度應力可超過其它外荷載所引起的應力，因此掌握溫度應力的變化規(guī)律對于進行合理的結(jié)構(gòu)設計和施工極為重要。

　　二、裂縫的修補措施

　　國內(nèi)外修補裂縫的方法很多，歸納起來主要有以下三大類：

　?。ㄒ唬╅_槽法修補裂縫

　　該法適合于修補較寬裂縫大于0.5mm，材料的配合比為：采用環(huán)氧樹脂：聚硫橡膠：水泥：砂＝10：3：12.5：28.首先用人工將曬干篩后的砂、水泥按比例配好攪拌均勻后，將環(huán)氧樹脂聚硫橡膠也按配比拌勻。然后摻入已拌好的砂、水泥當中，再用人工繼續(xù)攪拌。最后用少量的丙酮將已拌好的砂漿稀釋到適中稠度（約0.4斤丙酮就可以了）。及時將已拌好的改性環(huán)氧樹脂砂漿用橡膠桶裝到已鑿好洗凈吹干后的混凝土鑿槽內(nèi)進行嵌入。從砂漿開始拌和到嵌入混凝土縫內(nèi)，一組砂漿的整個施工過程需要30分鐘左右完成。嵌入后的砂漿養(yǎng)護即砂漿嵌入縫槽內(nèi)處理好后兩小時以內(nèi)及時用毛氈、麻袋將聚硫橡膠改性環(huán)氧樹脂砂漿進行覆蓋，待完全初凝后，開始用水養(yǎng)護。

　?。ǘ┑蛪鹤{法修補裂縫

　　低壓注漿法適用于裂縫寬度為0.2mm~0.3mm的混凝土裂縫修補。修補工序如下：裂縫清理—試漏—配制注漿液—壓力注漿—二次注漿—清理表面。

　　當裂縫數(shù)量較多時，先要在裂縫位置上貼醫(yī)用白膠布，再用窄毛刷沾漿沿裂縫來回涂刷封縫，使裂縫封閉，大約10分鐘后，揭去膠布條，露出小縫，粘貼注漿嘴用鍵包嚴。固化后周邊可能有裂口，必須反復用漿補上，以避免注漿漏漿。注漿操作一般在粘嘴的第二天進行，若氣溫高的話，半天就可注漿。操作時先用補縫器吸取注漿液，插入注漿嘴，用手推動補縫器活塞，使?jié){液通過注漿嘴壓入裂縫，當相鄰的嘴中流出漿液時，就可拔出補縫器，堵上鋁鉚釘。一般由上往下注漿，水平縫一般從一端到另一端逐個注漿。為了保證漿液充滿，在注漿后約半小時可以對每個注漿嘴再次補漿。

　?。ㄈ┍砻娓采w法修補裂縫

　　這是一種在微細裂縫（一般寬度小于0.2mm）的表面上涂膜，以達到修補混凝土微細裂縫的目的。分涂覆裂縫部分及全部涂覆兩種方法，這種方法的缺點是修補工作無法深入到裂縫內(nèi)部，對延伸裂縫難以追蹤其變化。

　　表面覆蓋法所用材料視修補目的及建筑物所處環(huán)境不同而異，通常采用彈性涂膜防水材料，聚合物水泥膏、聚合物薄膜（粘貼）等。施工時，首先用鋼絲刷子將混凝土表面打毛，清除表面附著物，用水沖洗干凈后充分干燥，然后用樹脂充填混凝土表面的氣孔，再用修補材料涂覆表面。

　　三、裂縫的防治措施

　　由于水化熱產(chǎn)生的升溫較高、降溫幅度大、速率快，使混凝土產(chǎn)生較大的溫度和收縮應力是導致混凝土產(chǎn)生裂縫的主要原因。因此，為防治水化熱引起的裂縫，施工前應計算升溫峰值、內(nèi)外溫差及降溫速率，制定相應的技術措施，防止和控制溫度裂縫，確保工程質(zhì)量。

　?。ㄒ唬?降低混凝土入模溫度

　?。?）降低原材料進入攪拌機的溫度如夏季在水箱內(nèi)加冰塊，降低水溫；粗骨料遮陽防曬，并灑冷水降溫；細骨料遮陽防曬；散裝水泥提前儲備，避免新出廠水泥溫度過高。采取以上措施最大限度降低混凝土出機溫度。

　?。?）夏季，混凝土運輸車加保溫套或?qū)摅w噴淋冷水降溫?；炷帘盟凸艿勒陉柗罆瘛?/p>

　?。?）混凝土澆筑作業(yè)面遮陽，減少混凝土冷量損失。

　?。ǘ┙档突炷了療?/p>

　?。?）選擇中低熱品種水泥，優(yōu)先選用礦渣硅酸鹽水泥。

　?。?）利用混凝土后期強度用，R60或R90替代R28作為設計強度。

　?。?）摻人一定比例的粉煤灰。

　?。?）摻人高效減水劑。

　?。?）摻加緩凝劑。

　　（三）摻UEA膨脹劑

　　摻人UEA膨脹劑，在最初14天潮濕養(yǎng)護中，使混凝土體積微膨脹，補償混凝土早期失水收縮產(chǎn)生的收縮裂縫。

　　（四）采用二次抹壓技術

　　混凝土大模振搗，表層刮平抹壓1~2小時后，即在混凝土初凝前在混凝土表面進行二次抹壓，消除混凝土干縮、沉縮和塑性收縮產(chǎn)生的表面裂縫，增加混凝土內(nèi)部的密實度。但是，二次抹壓時間必須掌握恰當，過早抹壓沒有效果；過晚抹壓混凝土已進入初凝狀態(tài)，失去塑性，消除不了混凝土表面已出現(xiàn)的裂縫。

　?。ㄎ澹┗炷磷匀火B(yǎng)護

　　1、保濕養(yǎng)護混凝土表面經(jīng)過二次抹壓后，立即覆蓋塑料薄膜，防止表面水份蒸發(fā)，保持混凝上處于潮濕狀態(tài)下養(yǎng)護。特別是對于摻入UEA膨脹劑的混凝土，在最初14天內(nèi)，必須潮濕養(yǎng)護，方能促使膨脹劑充分發(fā)揮膨脹作用。

　　2、保濕養(yǎng)護根據(jù)混凝土絕熱溫升計算，確定中心最高溫度，按溫控技術措施，確定養(yǎng)護材料及覆蓋厚度和養(yǎng)護時間。

　　保溫養(yǎng)護的目的：①減少混凝土表面熱擴散，減少內(nèi)外溫度；②延緩散熱時間，控制降溫速率，有利于混凝土強度增長和應力松馳，避免產(chǎn)生貫穿裂縫。養(yǎng)護一般不少于15天。

　　3、在常溫季節(jié)，混凝土終凝后也可采取蓄水養(yǎng)護的辦法，替代前兩種保濕保溫養(yǎng)護辦法。根據(jù)混凝土內(nèi)外溫差數(shù)據(jù)，及時調(diào)整蓄水高度，也能收到預期效果。

　　結(jié)束語：雖然目前學術界對于混凝土裂縫的成因和計算方法有不同的理論，但對于具體的預防和改善措施意見還是比較統(tǒng)一，同時在實踐中的應用效果也是比較好的，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)合多種預防處理措施，混凝土的裂縫是完全可以避免的。

　　參考文獻：

　　1、鞠麗艷，《混凝土裂縫抑制措施的研究進展》，2002.5.

　　2、黃國興、陳改新，《水工混凝土建筑物修補技術及應用》1999.3

　　3、《最新水利水電工程質(zhì)量監(jiān)控與通病防治實施手冊》，光明日報出版社

　　4、混凝土研究協(xié)會，《混凝土裂縫檢測控制與修補新技術應用手冊》，中國科技文化出版社