混凝土裂缝的处理及预防

第２７卷　云南水力发电　第３期　ＹＵＮＮＡＮＷＡＴＥＲ　ＰＯＷＥＲ　混凝土裂缝的处理及预防　段必芹，普中贵　（中国水利水电第十四工程局有限公司大理分公司，云南大理６７１０００）　摘　要：混凝土工程开裂问题一直是工程建设中带有一定普遍性的技术问题，已成为工程建设中常见的工程病害。通过总结混凝　土裂缝的成因及危害，从而列出工程实践中常用的混凝土裂缝处理方法及预防裂缝产生和发展的建议。　关键词：混凝士；裂缝；处理；预防　中图分类号：ＴＶ４３１　文献标识码：Ｂ　文章编号：１００６～３９５１（２０１１）０３—０００５—０４　ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００６—３９５１．２０１１．０３．００３　１　概述　向裂缝，纵向裂缝，斜向裂缝及放射状裂缝等。　混凝土是一种由砂石骨料、水泥、水及其他＃ｔ－ＪＪ￣　２混凝土裂缝形成的原因　材料ｔ昆合而形成的非均质脆性材料。由于混凝土施　工和本身变形、约束等一系列问题，硬化成型的混凝　混凝土开裂问题一直是工程建设中带有一定普　土中存在着众多的微孔隙、气穴和微裂缝，正是由于　遍性的技术问题。混凝土裂缝按产生原因可分为两　这些初始缺陷的存在使混凝土呈现出一些非均质的　类：一是结构性裂缝，是指设计时采用的结构型式在　特性。微裂缝通常是一种无害裂缝，对　昆凝土的承　荷载作用下必然会产生的裂缝，包括常规结构计算　重、防渗及其他一些使用功能不产生危害。但是在　中的主要应力以及其他的结构次应力造成的受力裂　混凝土受到荷载、温差等作用之后，微裂缝就会不断　缝。一般情况下，由外荷载引起裂缝的可能性较小；　的扩展和连通，最终形成我们肉眼可见的宏观裂缝，　二是非结构性裂缝，即在非荷载作用下引起的裂缝，　也就是混凝土工程中常说的裂缝。　主要是由水泥水化过程中释放的水化热引起的温度　混凝土建筑和构件通常都是带缝工作的，由于　变化和混凝土收缩而产生的温度裂缝和收缩裂缝。　裂缝的存在和发展通常会使内部的钢筋等材料产生　２．１设计不当　腐蚀，降低钢筋混凝土材料的承载能力、耐久性及抗　设计阶段为追求建筑物的外观样式，建筑物表　渗能力，影响建筑物的外观、使用寿命，严重者将会　面存在过多凹凸角，凹凸角产生的应力集中导致出　威胁到人们的生命和财产安全。很多工程的失事都　现裂缝；一些超长建筑物，很易出现伸缩裂缝；因设　是由于裂缝的不稳定发展所致。近代科学研究和大　计的截面不够、梁的跨度过大、高度偏小，或结构中　量的混凝土工程实践证明，在混凝土工程中裂缝问　的受力钢筋截面偏小或板太薄、配筋位置不当、节点　题是不可避免的，在一定的范围内也是可以接受的，　不合理、结构构件断面突变或因开洞、留槽引起应力　只是要采取有效的措施将其危害程度控制在一定的　集中，产生的构件裂缝；设计中对构件施加预应力不　范围之内。钢筋混凝土规范也　ｊ　明确规定：有些结　当，造成构件的裂缝（偏心、应力过大等）；构造处理　构在所处的不同条件下，允许存在一定宽度的裂缝。　不当，现浇主梁在次梁处如没有设附加箍筋，或附加　但在施工中应尽量采取有效措施控制裂缝产生，使　吊筋以及各种结构缝设置不当，或设计中构造钢筋　结构尽可能不出现裂缝或尽量减少裂缝的数量和宽　配置过少或过粗（如墙板、楼板）等因素导致混凝土　度，尤其要尽量避免有害裂缝的出现，从而确保工程　开裂；设计中未充分考虑　昆凝土构件的收缩变形，采　质量。　用的混凝土等级过高，造成用灰量过大，对收缩不利　混凝土裂缝从形式上可分为表面、深层、贯穿３　而产生裂缝等。　种裂缝；从成因上可分为干缩、温度、应力裂缝３类；　２．２混凝土材料使用不当　从裂缝的方向、形状可分为水平裂缝，垂直裂缝，横　１）使用导致混凝土收缩性较高的矿渣水泥、快　收稿日期：２作者简介：段必芹（１９７３一），女，云南保山人，工程师，主要从事水电工程施工技术管理工作。０１１—０２—３０　　６　云南水力发电　２０１１年第３期　硬水泥、低热水泥及水泥标号低或水灰比高均易产　生裂缝。水泥等级越高、细度越细、早强越高对混凝　土开裂影响很大。混凝土设计强度等级越高，脆性　越大，越易开裂。此外，在施工过程中，将不同厂家　的水泥混用，都是产生裂缝的重要因素。　２）混凝土中粗骨料的用量大，针片状石子含量　蚀，引起裂缝；意外事件，火灾、轻度地震等引起构筑　物的裂缝。　４）混凝土徐变也会造成混凝土开裂或裂缝发　展。据有关文献记载受弯构件截面混凝土受压徐　变，可以使构件变形增大２～３倍，预应力结构因徐　变会产生较大的应力损失，降低了结构的抗裂性能。　高，会造成混凝土内部孔隙增多。粗细集料含泥量　过大，造成混凝土收缩增大。集料颗粒级配不良或　采取不恰当的间断级配，容易造成混凝土收缩的增　大，诱导裂缝的产生。骨料粒径越细、针片含量越　３混凝土裂缝的危害性　混凝土工程开裂问题一直是工程建设中带有一　定普遍性的技术问题，已成为工程建设中常见的工　程病害，轻者使混凝土内部的钢筋材料产生腐蚀，降　大，混凝土单方用灰量、用水量增多，收缩量增大，从　而使混凝土出现裂缝。　３）混凝土出现离析、泌水等不良现象，造成混　凝土各种组份分布不均匀，水化反应差异性大，混凝　土整体强度低，容易产生裂缝。另外，混凝土中大量　加入粉煤灰以减少水泥用量，此时混凝土强度不足　以抵抗早期的内部拉应力而出现裂缝。　２．３混凝土配合比设计原因　目前在工程建设中广泛采用泵送混凝土，对混　低钢筋混凝土结构的承载力、耐久性、使用价值等。　重者将直接威胁到人民的生命、财产安全。从５Ｏ年　代起到现在，国内外已报导过混凝土裂缝对建筑物　产生危害的许多例子：如日本大森川大头坝、苏联马　马康宽缝重力坝、我国的垣仁大头坝，还有我们参加　建设的周宁电站、锦屏电站的导流洞工程等。又如　丹江口第一期工程ｌ９号～２８号坝段上游坝面，在　施工初期发生了大量表面裂缝，为了防止裂缝在蓄　凝土坍落度、和易性要求高，水灰比和水泥用量增　大，水化热相应增大，混凝土收缩加剧；设计中水泥　等级或品种选用不当；配合比中水灰比（水胶比）过　大；单方水泥用量越大、用水量越高，表现为水泥浆　体积越大、坍落度越大，收缩越大；配合比设计中砂　率、水灰比选择不当造成混凝土和易性偏差，导致混　凝土离淅、泌水、保水性不良，增加收缩值；配合比设　计中混凝土膨胀剂掺量选择不当等。　２．４施工及现场养护原因　水后继续发展，引起大量渗漏，不得不采用在上游面　普遍浇筑一层厚８～１０　ｃｍ防渗板，并在新老混凝土　结合面预留宽槽，然后回填混凝土，作为上游面裂缝　的处理措施，可以看出裂缝的处理代价，是十分昂贵　的。　４混凝土裂缝的检测及处理　从丹江口大坝的例子及多年在施工现场观察到　的情况证明：混凝土裂缝一旦形成，将会对建筑结构　产生一定的危害，尤其是基础贯穿裂缝出现在重要　１）模板构造不当，漏水、漏浆、支撑刚度不足、　支撑的地基下沉、过早拆模等造成混凝土开裂。　结构部位，危害性极大，它会降低建筑物结构的耐久　性，削弱构件的承载力，同时可能会危害到建筑物的　使用安全。为此，采取有效措施处理与防止危害裂　２）施工过程中，钢筋表面污染、混凝土保护层　太小或太大，浇筑中碰撞钢筋使其移位引起裂缝。　３）施工控制不严，超载堆荷，导致出现裂缝。　４）现场浇捣混凝土时，振捣或插入不当，漏振、　过振或振捣棒抽拔过快，影响混凝土的密实性和均　匀性，诱导裂缝的产生。　缝的形成和发展是每个工程技术人员值得关注的问　题。　４．１混凝土裂缝的检测　裂缝的检测方式有低温季节的普查和对重点裂　５）高空浇注混凝土，风速过大、烈日暴晒，混凝　缝的定期观测。检测方法有表面测绘、压风及压水　试验、钻孔取样检查、孑Ｌ向照像、孔内电视、电视录像　和声波法测深等，通过检测提出以下成果：　土收缩值大。对大体积混凝土工程，缺少两次抹面，　易产生表面收缩裂缝。　２．５外界因素与徐变原因（使用阶段）　１）构筑物基础不均匀沉降，产生沉降裂缝。　２）荷载超负。野蛮装修，随意拆除承重墙或凿　洞等，引起裂缝。　１）裂缝的位置、长度、宽度、深度、倾向、错距、　缝口渗水含钙析出、钢筋锈蚀等情况。　２）重要裂缝的开度变化及与气温、荷载的关　系。　３）周围环境影响，酸、碱、盐等对构筑物的侵　３）缝面状况，裂缝与混凝土架空事故的串通，　段必芹，普中贵混凝土裂缝的处理及预防　７　以及与邻近结构的预留缝、管串通情况等。同时根　据上述检测成果全面分析与之相关的各种影响因　１—２．２４：０．８：０．２４（施工中应根据具体情况经试验　作适当调整）。　素，仔细研究产生裂缝的原因，裂缝是否已经稳定。　若仍处于发展过程，要估计该裂缝发展的最终状态。　从而提出有效的处理措施。　４．２混凝土裂缝的处理方法　环氧砂浆修补裂缝的具体方法：首先用人工将　晒干筛后的砂、水泥按比例配好搅拌均匀后，将环氧　树脂和聚硫橡胶也按配比拌匀。然后掺入已拌好的　砂、水泥当中，再用人工继续搅拌。最后按比例用丙　酮将已拌好的砂浆稀释到适中稠度。及时将已拌好　随着工程建设施工技术的发展及施工经验的不　断积累，对混凝土裂缝修补的方法也出现了很多，如　裂缝开凿处理法、裂缝灌浆处理法、裂缝表面覆盖　法、结构加固法、混凝土置换法、电化学防护法、仿生　自愈合法等等。　４．２．１开槽处理法　的改性环氧树脂砂浆嵌入已凿好洗净吹干后的混凝　土凿槽内。从砂浆开始拌和到嵌入混凝土缝内，一　组砂浆的整个施工过程需要３０　ｍｉｎ左右完成。砂　浆嵌入缝槽内处理好后２　ｈ以内及时用毛毡、麻袋　将聚硫橡胶改性环氧树脂砂浆覆盖养护，待完全初　凝后，开始用水养护。　２）环氧嵌橡皮修补裂缝法。混凝土槽面要坚　该法适合于修补大于０．５　ｒｌｌｎａ的较宽裂缝。开　槽法修补通常有两种方式：即凿槽嵌补和环氧嵌橡　皮。　固干净，平整、清洁、干燥，缝口嵌入石棉线，其形式　见图２。橡皮要求含胶量３０％左右，使用前浸入比　重１．８４的工业浓硫酸处理１５　ｍｉｎ，清水漂净凉干，　接头连接端削成１：３　１：５斜面锉毛，酸处理后胶水　１）凿槽嵌补裂缝法。混凝土槽面要坚固干净，　凿槽尺寸见图１。凿槽嵌补材料可选用环氧砂浆、　快干水泥砂浆和水玻璃砂浆。水玻璃砂浆的配合比　通常为水：水泥：砂：０．３：１：２，但在施工中应根据具　体情况经试验作适当调整。采用环氧砂浆的通常配　比为丙酮：水泥：砂：环氧树脂：聚硫橡胶＝０．０３２：　粘接。刷基液３０　ｍｉｎ后再抹砂浆和嵌入橡皮，橡皮　须用毛毡、木板压紧，１　ｄ后拆除压紧装置，清理槽　面。缝口划线宽度随裂缝开度变化大小确定。　一５０～ｌ００ｍｍ——　李　暮舅　｜　｜　图１嵌补砂浆凿槽尺寸图　图２环氧嵌橡皮形式图　４．２．２灌浆处理法　窄毛刷沾浆沿裂缝来回涂刷封缝，使裂缝封闭，大约　裂缝的灌浆处理主要适用于对结构整体性有影　响或有防渗要求的混凝土裂缝的修补，它是利用压　１０　ｍｉｎ后，揭去胶布条，露出小缝，粘贴注浆嘴用劲　包严。固化后周边可能有裂口，必须反复用浆补上，　力设备将胶结材料压入混凝土的裂缝中，胶结材料　硬化后与混凝土形成一个整体，从而起到封堵加固　的目的。裂缝灌浆分为水泥灌浆和化学灌浆，灌浆　材料的选择应考虑裂缝宽度、处理要求、施工条件和　浆材特性。常用的胶结材料有水泥浆、环氧树脂、甲　以避免注浆漏浆。注浆操作一般在粘嘴的第二天进　行，若气温高的话，半天就可注浆。操作时先用补缝　器吸取注浆液，插入注浆嘴，用手推动补缝器活塞，　使浆液通过注浆嘴压人裂缝，当相邻的嘴中流出浆　液时，就可拔出补缝器，堵上铝铆钉。一般由上往下　注浆，水平缝一般从一端到另一端逐个注浆。为了　保证浆液充满，在注浆后约半小时可以对每个注浆　嘴再次补浆。　４．２．３裂缝表面覆盖法　基丙烯酸酯、聚氨酯等化学材料。灌浆工艺流程为：　钻孔一洗缝一止漏一试压一灌浆一封孔。　裂缝的灌浆处理通常采用的施工方法：当裂缝　数量较多时，先要在裂缝位置上贴医用白胶布，再用　云南水力发电　２０１１年第３期　这是一种在浅而密集的发丝裂缝（一般宽度小　于０．２　ｍｍ）的表面上涂抹防风化处理措施，以达到　修补混凝土微细裂缝的目的。有涂覆裂缝部分和全　压气试验等。对于大体积混凝土通常采用取样进行　缝面检查和粘结强度试验或孔内压水试验。钢筋混　凝土结构可作承载试验。　部涂覆两种方法，这种方法的缺点是修补工作无法　深入到裂缝内部，对延伸裂缝难以追踪其变化。　５混凝土裂缝的预防　虽然现在工程施工技术不断发展和施工经验不　断积累，致使混凝土裂缝修补的方法越来越多，效果　也越来越好，与其事后补过还不如事前做好预防工　作。　表面覆盖法所用材料视修补目的及建筑物所处　环境不同而异，通常采用弹性涂膜防水材料，聚合物　水泥膏、聚合物薄膜（粘贴）等。施工时，首先用钢丝　刷子将混凝土表面打毛，清除表面附着物，用水冲洗　干净后充分干燥，然后用树脂充填混凝土表面的气　孔，再用修补材料涂覆表面。　４．２．４结构加固法　当裂缝影响到混凝土结构的性能时，就要考虑　采取加固法对混凝土结构进行处理。结构加固中常　用的主要有以下几种方法：加大混凝土结构的截面　面积，在构件的角部外包型钢，采用预应力法加固，　粘贴钢板加固，增设支点加固以及喷射混凝土补强　加固等。　４．２．５混凝土置换法　混凝土置换法是处理严重损坏混凝土的一种有　效方法，该方法是先将损坏的混凝土剔除，然后再置　换入新的混凝土或其他材料。常用的置换材料有：　普通混凝土或水泥砂浆，聚合物或改性聚合物混凝　土或砂浆。　４．２．６电化学防护法　电化学防腐是利用施加电场在介质中的电化学　作用，改变混凝土或钢筋混凝土所处的环境状态，钝　化钢筋，以达到防腐的目的。阴极防护法、氯盐提取　法、碱性复原法是化学防护法中常用而有效的３种　方法。这种方法的优点是防护方法受环境因素的影　响较小，适用钢筋、混凝土的长期防腐，既可用于已　裂结构也可用于新建结构。　４．２．７仿生自愈合法　仿生自愈合法是一种新的裂缝处理方法，它模　仿生物组织对受创伤部位自动分泌某种物质，而使　创伤部位得到愈合的机能，在混凝土的传统组分中　加入某些特殊组分（如含粘结剂的液芯纤维或胶　囊），在混凝土内部形成智能型仿生自愈合神经网络　系统，当混凝土出现裂缝时分泌出部分液芯纤维可　使裂缝重新愈合。　４．３混凝土裂缝的处理质量鉴定　裂缝处理完成后应对处理结果是否满足要求进　行鉴定。常用的方法有：钻心取样试验、压水试验及　１）设计单位应该提出混凝土施工温度控制的　具体要求和混凝土施工养护的基本要求，确定外加　剂的品种和掺量，确保混凝土收缩与膨胀相抵消。　２）混凝土配合比控制要求严格，计量要准确，　坍落度抽检工作要加强，不能流于形式。　３）混凝土振捣要密实，拆模后须挂草帘或麻布　浇水养护保持湿润状态２　ｄ。　４）施工过程中应经常观察模板的位移和混凝　土浇筑振捣的密实情况，不能漏振、过振，且在第一　次振捣后要进行第二次振捣。　５）大体积混凝土宜使用低水化热水泥，如矿渣　水泥，此外可掺加膨胀剂，同时要采用塑料薄膜和草　袋覆盖以确保混凝土内外温差小于２５℃。　６）对于商品混凝土，则要在满足其可泵性、和　易性的前提下尽量减小出机时的坍落度，降低砂率，　并严格控制骨料的含泥量等。　６结束语　裂缝是混凝土结构中普遍存在的一种现象，它　不仅会降低建筑物的抗渗能力，影响建筑物的使用　功能，而且会引起钢筋的锈蚀，混凝土的碳化，降低　材料的耐久性，影响建筑物的承载能力，因此要对混　凝土裂缝进行认真研究、区别对待，采用合理的方法　进行处理，并在施工过程中采取各种有效的预防措　施来预防裂缝的出现和发展，保证建筑物和构件安　全、稳定地工作。　参考文献：　［１］ＧＢＪ一８９钢筋混凝土结构设计规范［Ｓ］．　［２］鞠丽艳．混凝土裂缝抑制措施的研究进展［Ｊ］．混凝土，２ＯＯ２　（５）．　［３］黄国兴，陈改新．水工混凝土建筑物修补技术及应用［Ｍ］．北　京：中国水利出版社，１９９９，３．　［４］李常升．水利水电工程质量监控与通病防治【Ｍ］．北京：环境　科学出版社，１９９９，８．　［５］水利电力部水利水电建设总局．水利水电工程施工组织设计　手册：第三卷．施工技术ｒＭ］．北京：环境科学出版社．