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探析混凝土裂缝的产生及修补措施

发表时间：2020/6/15 来源：《基层建设》2020年第6期作者：孙滨

[导读] 摘要：在建筑工程当中，混凝土裂缝是施工中常见的施工质量问题，不仅会对工程的整体质量产生影响, 而且还会危及人们的生命安全，直接关系到建筑工程的质量和经济效益。

        东方彬霖建筑装饰工程(大连)有限公司
        摘要：在建筑工程当中，混凝土裂缝是施工中常见的施工质量问题，不仅会对工程的整体质量产生影响, 而且还会危及人们的生命安全，直接关系到建筑工程的质量和经济效益。近几年来, 随着我国的城市化进程的脚步加快, 建筑物的数量和规模也随之增加, 要保证工程质量, 就需要对混凝土裂缝的产生和修补措施进行分析和探讨。
        关键词：裂缝分类；裂缝产生原因；修补措施
        混凝土裂缝产生的原因涉及各种复杂的因素，如设计、施工工艺、原材料、配合比、施工环境、气温等。易于理解的理论描述就是混凝土各项因素产生的内部应力与其抗拉能力是相对存在的，当内应力大于抗拉能力时，则产生裂缝；反之，当内应力小于抗拉能力时，裂缝则不产生。
        不同的裂缝产生原因不尽相同，关于混凝土裂缝的分类也是说法不一。若按照裂缝发生的不同时间进行划分，可以分为四类：即塑性裂缝、干缩裂缝、温度裂缝、受力裂缝。
        1、塑性裂缝
        发生在混凝土塑性阶段，从混凝土振捣结束到终凝前后这段时间内，水泥颗粒水化大部分才刚刚开始，此时混凝土中绝大部分水还是以自由水形式存在，如果此时受到环境高温、大风和水泥水化速度过快等因素影响，自由水会大量蒸发、快速流失，导致整体无法均匀收缩，从而产生裂缝。塑性裂缝的大小长短不一，最大可达整个构件，由气候等外因引起的裂缝一般不大于30mm；由水泥急速水化引起的裂缝可使整个构件发生断裂。当裂缝深度不大于30mm，对于厚度大于100mm的构件，一般不产生直接危害。大于30mm的裂缝可使构件承载力大大下降，危害结构安全。
        2、干缩裂缝
        从混凝土养护结束，到混凝土整个寿命周期内都有可能产生的裂缝。混凝土在高温和干燥等因素影响下，水泥水化分子中的化学结合水会散失，从而产生收缩，当混凝土表面产生的拉应力超过了混凝土的抗拉能力时，就产生了干缩裂缝。这种裂缝一般比较浅，深度一般不大于1mm，外形如渔网，极端条件下裂缝也可达到10mm。干缩裂缝对混凝土表面的影响大于内部，一般只产生于混凝土结构表面与空气直接接触的部位。
        塑性裂缝和干缩裂缝有相似之处，都是因为失水造成的，这是水泥特性决定的。水泥水化使混凝土由流塑型变为凝固型，这个过程中混凝土中的自由水变为水泥水化颗粒中的结合水，同时，失水使混凝土产生收缩应力。如果外部环境高温、大风等造成蒸发速度过快，或者内部水泥水化速度过快，造成混凝土内局部高温，都可能导致混凝土失水速度过快，从而产生裂缝。区别在于塑性裂缝失去的是混凝土中的自由水，而干缩裂缝失去的是水泥水化物中的结合水。
        3、温度裂缝
        从混凝土终凝到整个寿命周期都有可能产生的裂缝。基于热胀冷缩的机理，混凝土在温度降低时会产生收缩应力，当这种应力超过混凝土抗拉能力时，形成的裂缝就是温度裂缝。外部因素是昼夜温差和季节性温差, 此外混凝土固态外层和水泥的热量差, 也会导致温度裂缝的产生, 这种裂缝通常都比较深, 多数是会贯穿整个构件的通缝，导致构件失去承载能力。
        4、受力裂缝
        在混凝土建筑当中受力裂缝的危害性普遍很大,混凝土梁、柱、基础等结构由于承受了超过其抗拉或抗压能力的外力作用而产生裂缝，例如建筑物地基承载力不足，或者基础长期受到地下水、污雨水浸泡, 导致地基不均匀沉降, 产生的沉降裂缝。此等裂缝危害性极大，严重的可使建筑物构件彻底破坏。
        鉴于混凝土裂缝产生的原因复杂多样，作为施工现场工程师，可以通过管理和控制裂缝产生的条件，尽可能降低裂缝的产生机率。例如优化选择混凝土的配合比，高标号混凝土（C70以上）中许多掺用微硅粉，在显著提高混凝土的强度和泵送性的同时，若掺用不当非常容易引起裂缝；选择施工时间，把握施工现场空气的相对湿度，混凝土浇筑避开午间、大风等天气, 避免混凝土表面水分蒸发过快；控制混凝土振捣施工工艺，每点振捣时间宜为20-30秒，欠振或过振都可能导致混凝土产生裂缝；把握混凝土养生时机，及早养生，越长越好，养生不及时不到位，也很容易产生裂缝。持续养生可使用塑料膜等覆盖层，让混凝土表面始终保持温热潮湿状态。

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        尽管如此，仍然有许多问题是施工现场工程师无法解决和把控的，例如大体积混凝土浇筑，设计要求一次现浇成活，一块现浇板需要连续浇筑一天或更长时间，如何保证混凝土在温度应力作用下不产生裂缝？设计上钢筋用量大，排布密，一些承重大梁，直径20mm以上的螺纹钢筋紧密排布，出现施工振捣困难，无法插振的情况，同时，施工中泵送混凝土越来越普遍，为了增加混凝土和易性，施工单位不得不采用大塌落度混凝土，使用减水剂的同时减少混凝土中粗骨料的用量，增加细骨料、粉煤灰、水泥和水的用量，使混凝土体积稳定性变差，抗拉能力降低，增加了裂缝产生的机率。另外，水泥的细度越细，C3A（铝酸三钙）含量越高，水化硬化速度越快，强度在三天之内就能充分发挥出来，混凝土水化热集中，也增加了裂缝的可能性。
        综上所述，这些都是混凝土裂缝问题不能根治的原因，因此有必要进一步研究和探讨混凝土裂缝的修补措施。在进行裂缝修补之前，首先应对混凝土裂缝进行深入细致的调查和分析，对裂缝的外观和延展方向、长度、宽度、深度进行观察和测量，分析裂缝形成的原因，判断是有害裂缝还是无害裂缝，有针对性地制定实施方案，在一定范围内对混凝土进行修补，并跟踪修补效果。工程中常采用的混凝土修补方法有：覆盖法、注浆法、嵌缝法、置换法等。
        1、覆盖法
        混凝土表面出现数量较多的微细、稳定的裂缝时，常采用手工或机械喷涂的方法，将修补材料如聚合物改性水泥砂浆，覆于混凝土表面，起到表面封闭作用。这种方法的优点是价廉经济、不易燃烧、无毒害等副作用，但材料抗冻性差，一般在10℃以上才能施工，低于-5℃材料容易发生变质。对于混凝土表面裂缝数量较多，分布面较广时，也可采用增加一层水泥砂浆或细石混凝土整体面层，内配钢筋网的方法处理。
        2、注浆法
        通常适用于裂缝宽度在0.2-3mm、对渗漏型混凝土结构构件进行修补。使用弹力补缝器和一定比例配置的注浆液（如水泥、封缝胶粉、环氧树脂、聚氨酯等），按照如下工序操作：裂缝清理—粘贴注浆嘴和封闭裂缝—试漏—配制注浆液—压力注浆—二次注浆—清理表面。工程中常采用这种方法对渗漏型裂缝进行修补，效果显著。也可采用高压堵漏灌注机将化学注浆液强行注入渗漏型混凝土中，遇到裂缝中的水分会迅速分散、膨胀、固化，水流被完全封锁在混凝土结构中，达到防渗漏的效果。
        3、嵌缝法
        通常是沿裂缝凿槽，在槽中嵌填塑性或刚性止水材料，以达到封闭裂缝的目的。常用的塑性止水材料有聚氯乙烯胶泥、塑料油膏、丁基橡胶等；常用的刚性止水材料为聚合物水泥砂浆。这种方法适用于结构允许开槽且宽度较大、数量不多的裂缝，缺点是凿槽工作费时费力，具体操作时容易损伤周围混凝土，界面处理比较复杂。
        4、置换法
        对于裂缝开裂非常严重，填缝已经不能解决问题的情况下，可以采用置换法。首先将已开裂或损坏的混凝土剔除，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等，缺点是材料抗冻性差。采用置换法时要注意置换的部位对结构的受力影响，进行操作的过程中对结构整体性的影响，必要时应对置换区域进行临时性的加固。
        以上是对混凝土裂缝的产生及修补措施的探讨和分析。混凝土的裂缝仍然是困扰工程技术人员的普遍性难题，只能很大程度上控制裂缝问题，尽可能降低裂缝带来的危害。在工程建设中，决不能对混凝土有害裂缝麻痹大意，应防患于未然，千里之堤，毁于蚁穴，小小的裂缝如果任其发展，最终有可能毁掉整个工程建筑。做好裂缝的调查和研究，选用合理的修补方法及适当的修补材料，可以使混凝土结构恢复使用功能，提高建筑物的安全性和耐久性。
        参考文献
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        [3]叶琳昌.建筑防水纵论[J].人民日报出版社，2015.9
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