浅谈混凝土工程中裂缝的防治与加固

陈枝兴

（广东省第二建筑工程公司，广东汕头 515041）

0 引言

混凝土结构工程施工质量标准中明确规定现浇结构外观质量不应该有严重缺陷，同时还规定现浇结构的外观质量不宜有一般缺陷。针对混凝土裂缝这一结构外观缺陷来说，严重缺陷是指构件主要受力部位有影响结构性能或使用功能的裂缝；一般缺陷是指其他部位有不影响结构性能或使用功能的裂缝。对于裂缝的描述，上述标准中仅指明缝隙从混凝土表面延伸至混凝土内部，至于是哪种裂缝，以及裂缝裂开到何种程度才算对现浇结构有害，标准条文解释中没有说明。那么，为了在工程实践中更准确地判断混凝土裂缝对现浇结构的影响，有必要对混凝土裂缝的种类和成因进行较为细致的了解。总体来说，混凝土结构裂缝可分为微观裂缝和宏观裂缝。微观裂缝在混凝土结构中经常存在，一般肉眼看不见，对结构来说不是有害裂缝。而宏观裂缝是微观裂缝发展而来，一般为有害裂缝，需要加以控制,并使其符合规范要求。由于混凝土材料具有抗压强度高，受拉强度低，以及材料组成多样性等特点，因此混凝土结构裂缝的成因也比较复杂，必须在工程实践中加以区分,以便有针对性地采取质量控制措施，以达到保证工程质量的目的。

1 混凝土结构裂缝的种类及成因分析

1.1 温度裂缝

温度裂缝对混凝土工程极为不利，这是因为在混凝土硬化初期，由于水泥的水化作用而放出较多的热量，混凝土又是热的不良导体，散热速度慢，聚集在混凝土内部的热量使温度升高，有时可达50～70℃，会造成内部膨胀和外部收缩互相制约，从而混凝土表面将产生很大的拉应力使混凝土产生裂缝。这种拉应力的形成分为三个阶段：早期，自浇筑混凝土开始至水泥放热基本结束，一般约30 d，这个阶段有两个特征，一是水泥放出大量的水化热，二是混凝土弹性模量的急剧变化。由于弹性模量的变化，这一时期在混凝土内形成残余应力。中期，自水泥放热作用基本结束时期至混凝土冷却到稳定温度时止，这个时期中，温度应力主要是由于混凝土的冷却及外界气温变化所引起，这些应力与早期形成的残余应力相叠加，在此期间混凝土的弹性模量变化不大。晚期，为混凝土完全冷却以后的时期，温度应力主要是外界气温变化所引起，这些应力与前两种的残余应力相迭加形成对混凝土的拉应力。还有，上面提到的混凝土内外温差，一般在表面处较大，离开表面就很快减弱，因此裂缝只在接近表面的范围内发生，表面层以下结构仍保持完整。不过，结构内外温差越大而形成拉应力也大，当大体积混凝土浇筑在约束地基（例如桩基）上时，又没有采取特殊措施降低、放松或取消约束，或根本无法消除约束，就容易发生裂缝变宽深进（其宽度最大可达1～3mm），甚至贯穿的情况，会严重影响结构安全。

1.2 沉降收缩裂缝

混凝土沉降收缩裂缝在混凝土施工中也是非常多见的。其产生的情况主要有以下几种：一是混凝土浇注后振捣不密实，沉实不足；二是混凝土振捣后，粗骨料下沉，挤出水分与空气，使表层浮浆过多，构件表面呈现泌水而形成体积缩小沉落，这种沉落又受到钢筋预埋件、模板、更大的粗骨料、先期凝固混凝土等的局部约束，以及混凝土本身各部分产生过大的沉降差而形成；三是混凝土保护层厚度不够，混凝土沉降受到钢筋的阻力，也会沿箍筋方向产生一道道横向沉降裂缝。

1.3 化学收缩及化学反应裂缝

混凝土在硬化过程中，由于水泥水化产物的体积小于反应物（水和水泥）的体积，会引起混凝土产生收缩，其收缩量是随着混凝土的延长而增加，这种收缩是不可恢复的，可使混凝土内部产生细微裂缝。化学反应裂缝常见有两种情况：一是因钢筋锈蚀引起，由于混凝土浇注后振捣不实或钢筋保护层厚度不符合规范要求，有害物质进入混凝土使钢筋产生锈蚀，锈蚀的钢筋体积膨胀，导致混凝土胀裂，这种裂缝沿钢筋位置出现，且多为纵向裂缝；二是由于浇注混凝土采用的骨料呈碱性，混凝土拌和后产生一些碱性离子，这些碱性离子与某些活性骨料产生化学反应并吸收周围环境中的水分而体积增大，造成混凝土疏松甚至膨胀开裂。

1.4 塑性收缩裂缝

混凝土在尚未硬化前，自由水分比较少，表面失水较快，新浇混凝土若表面失水速率超过内部向表面迁移的速率时，会造成毛细孔内产生负压，便产生了收缩。由于混凝土终凝前几乎没有强度，或混凝土刚刚终凝而强度很小，并且这种表面强度也具有不均匀性，加之负压作用在混凝土表面也不可能均匀，这样，至少在表面强度薄弱的地方无法抵抗负压作用产生的收缩力，表面局部将产生裂缝。

1.5 干性收缩裂缝

干性收缩产生的主要原因是由于混凝土内外水分蒸发程度不同而导致变形不同而造成的。外部来说，当混凝土浇注成型后，没有覆盖养护，受到风吹日晒，表面水分散失快而体积收缩大；内部来说，当混凝土在不饱空气中失去内部毛细孔和胶凝孔的吸附水时，就会产生干缩裂缝，孔隙比低的混凝土尤为突出，混凝土的干缩变形是由表及里逐渐进行的，因而会产生表面收缩大，内部收缩小，混凝土将产生干缩裂缝。产生这种裂缝的应力同时还会和上面提到的温度应力相叠加，共同作用导致形成混凝土裂缝的拉应力加大。

1.6 沉陷裂缝

沉陷裂缝的产生是由于结构地基土质不均匀，或地基松软，或回填土不实，或地基浸水而造成不均匀沉降所致；或者因为模板刚度不足，模板支撑间距过大或支撑底部松动等导致,特别是北方地区的冬季,模板支撑在冻土上,冻土化冻后产生不均匀沉降,致使混凝土结构产生裂缝。此类裂缝多为深进或贯穿性裂缝,其走向与沉陷情况有关,一般沿与地面垂直或呈30°～45°角的方向发展,较大的沉陷裂缝,往往有一定的错位,裂缝宽度往往与沉降量成正比关系。裂缝宽度受温度变化的影响较小.地基变性稳定之后,沉陷裂缝也基本趋于稳定。

2 混凝土裂缝的预防措施

根据混凝土裂缝的成因，采取适当措施，予以事前控制进行预防要比事后补救有效得多。归纳起来，可以从以下几个方面着手。

2.1 设计方面

要注意到那些容易开裂的部位，如深基和浅基、高低跨处等，应考虑到由于地基的差异沉降或结构原因而引起的薄弱环节在设计中加以解决。比如，在构件截面允许配筋率不变而且浇筑方便的条件下，钢筋直径越细、间距越小对防治开裂越有利。

2.2 制定施工方案时要考虑控制混凝土结构裂缝

施工方案主要应确定一定的浇筑量、施工缝间距、位置及构造，浇筑时间、运输及振捣等。一次浇筑长度由垂直施工缝分割，最好是设置在变截面或承受拉、剪、弯应力较小的部位；除控制一次浇筑厚度外，分层位置即水平施工缝留设位置也应该加以注意，一般来说，应尽量留在截面处，或远离受拉钢筋部位而设在混凝土的受压区；浇筑时间上，为了采取有效的措施预防温度裂缝的产生，在混凝土结构施工前制定浇注施工方案时，必须进行温度应力计算，温度应力计算的主要目的是使因温度产生的拉应力小于同期混凝土抗拉强度的标准值，并有一定的安全系数。总体来说，确定浇筑时间应避开炎热天气和昼夜温差大的日子，如果必须在夏季施工，则应采取材料降温措施来控制混凝土入模温度，以求达到将因温度原因使混凝土结构产生裂缝的危害降至最低这一目的。

2.3 施工原材料的选择方面

对于水泥选择来说，要尽量选用低水化热水泥，如矿渣水泥、粉煤灰水泥等，同时严格控制水泥用量和水灰比，要添加高效减水剂来增加混凝土的塌落度和易和性；要尽量选用低碱性水泥和低碱或无碱外加剂；要视工程情况尽量选用干缩值较小、早期强度较高的水泥。对于沙、石料的选择，应尽量选用粒径较大、级别良好的石子，同时控制粗骨料中针、片状颗粒的含量，其重量应小于15%，细骨料最好采用中、粗砂，以减少水及水泥用量，另外，要尽量控制沙石中的含泥量，因为砂、石含泥量过大，不仅会增加混凝土的收缩，还会降低抗拉强度，对混凝土抗裂很不利，砂、石中的含泥量应分别低于2%和1%。对于模板和支撑的选择，关键是要保证其有足够的强度和刚度，不能使用有缺陷的模板，对模板接缝处和墙顶留孔洞应堵严，以免形成薄弱点并产生应力集中引发裂缝。一般来说，采用钢模板浇注的混凝土比用复合模板浇注的混凝土开裂的几率小得多，在低温季节，用木模板有自保温效果，在高温季节，用钢模板散热快，因此要视现场实际情况选用。对于混凝土外加剂的选择，首先是用量与用法要符合设计、经批准的专项施工方案，以及相关规范要求，其次是要保证各种外加剂的本身质量。

2.4 施工质量控制方面

由于施工质量原因而产生的混凝土结构裂缝的发生率占95%以上。如果在施工阶段控制住了混凝土裂缝，则在使用阶段开裂的可能性就很小了，因此，施工阶段是防治混凝土裂缝的主要时机。在施工阶段要注意以下几个问题：首先，混凝土配合比要合适，选择适当的混凝土配合比，不仅要满足强度要求、施工要求，还要从防止产生裂缝的需要出发。选择好合适的水灰比，在满足强度要求的原则下，尽可能减少水泥用量。其次，结构混凝土的强度必须符合设计要求。第三，钢筋的成型和模板安装位置要准确牢固，以免在施工中变形。钢筋上的杂、污物和氧化铁皮要清除干净，以免影响粘接力。第四是浇筑、振捣要合理，特别是振捣操作技术，往往不被大家所重视。过分振捣对混凝土的均匀性有害，振捣不足也不能保证混凝土的密实度，因此振捣操作要做到恰到好处。

2.5 混凝土养护方面

养护的目的是使混凝土正常硬化，强度增强不受或少受外界影响。施工过程的关键技术是设法使混凝土温度能慢慢下降到接近外界气温，缩小降温过程中的温差，以便减少温度应力，从而减少温度裂缝的产生。常规养护方法是按要求定时浇水，对一般混凝土结构减少表面收缩，防止龟裂是可行的。混凝土由于块体内外温度不一致，强度增强不同，常常是在强度增强慢的表面开裂，其养护就不能只满足于用常规方法。具体来说，要尽量晚拆模，拆模后要立即覆盖或及时回填，避开外界气候的影响。另外，养护期应以混凝土强度增长最快的阶段为准，即7～28 d，最好能延长些。

2.6 使用和环境条件变化方面

对因使用及环境条件变化而生产的裂缝，要根据其不同的性质分别采取不同的防治措施。例如:因使用期间的气候温、湿度变化而形成的混凝土裂缝，一般不易根除，应对钢筋混凝土构件采取保护措施，以减少大气温度、湿度变化对混凝土构件产生影响；因多次冻融而产生的混凝土裂缝，除对已形成缺陷和损坏部分要给予补强或加固外，宜添加对受冻混凝土构件的保温措施；对因处于侵蚀性介质中而产生的大面积缺陷和损坏，除应铲除被腐蚀和损伤的部分并给予补强和加固外，应使用矿渣水泥混凝土或水玻璃耐酸混凝土罩面加以保护；对因地震震坏的混凝土构件损伤部分要采用抗震验算和抗震构造措施来预防，已产生的不太严重的地震损伤应采用参考震损建筑修复加固的办法来解决。

3 混凝土裂缝的常见修补加固方法

3.1 压力注浆修补法

一是机械动力法,利用压送设备（压力0.2～0.4MPa）将补缝浆液注入混凝土裂缝，以达到闭塞的目的，该方法属于传统方法，效果很好。二是低压注浆法,利用弹性补缝器将注缝胶注入裂缝，不用电力，十分方便，效果也很理想。

3.2 开槽填补法

沿混凝土裂缝开凿成槽，用聚合物水泥砂浆将其填补封闭的方法称为开槽填补法。该方法适用于结构允许开槽而宽度较大但数量不多的裂缝，如路面混凝土裂缝。

3.3 涂模封闭法

在混凝土表面涂刷防水涂模以封闭细微裂缝的修补方法称为涂模封闭法，该方法适用于宽度小于0.2mm的细微裂缝的修补。

3.4 结构加固法

当混凝土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。混凝土结构加固方法中最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。

3.5 其他处理方法

如果梁的裂缝情况影响了梁的承载能力，就应该慎重研讨，分析比较，采用经济高效的处理方法，以达到加固目的，可采用的方法有以下几种。

3.5.1 钢箍加固法

此法适合于补强梁内特长箍筋及弯起筋不足，抗剪达不到要求的情况。方法是用扁钢或园钢制成垂直或斜形的钢箍，两端留有螺纹，套入钢板后用螺母拧紧也可采用由两个U形钢箍套上后焊接，然后打入金属楔楔紧，当采用钢箍时需在梁上刻槽防滑。

3.5.2 粘贴加固法

将钢板或型钢用改型环氧树脂粘结剂，粘接到构件混凝土裂缝部位表面，使钢板（或型钢）与混凝土连接成整体共同工作。粘接前，钢材表面进行喷砂处理，混凝土表面要刷净并干燥，粘接层厚度为3 mm左右。

3.5.3 梁的三面或四面加做围套法

在梁的刚度、强度或剪力不足且相差较大的情况下，采用梁的三面或四面加大，做钢筋混凝土围套加固较为适宜。采用四面围套时壁厚应跟据实际情况而定，一般两侧大于50 mm,上下大于100 mm为宜，纵向钢筋及箍筋通过计算确定。当梁受楼面限制时，可采用三面围套，此时两侧混凝土厚度宜大于100 mm，纵向钢筋可用Φ25与原梁纵筋焊接固定，施工时在梁两侧板上间隔500mm凿洞以浇钢筋混凝土，箍筋可用开口箍或穿板封闭箍，并计算确定配筋数量。

3.5.4 梁的单面加大截面法

单面加大截面法分两种，即上面加高或下面加厚。梁的上面加高适用于梁的支座抗弯强度不足的加固，所以混凝土靠焊在原梁上上部箍筋上的附加箍筋与原混凝土结成整体，上部荷载靠附加纵筋承受。梁的上部加厚，适用于梁跨中抗弯不足加固，当梁截面强度与要求相差不大时，可将梁下加厚80～100 mm,配制新的纵筋与原钢筋焊接，做法同三面围套。当梁的下面加厚100mm以上时，应按计算配置纵筋和箍筋。

采用围套及单面加厚法加固时，纵筋与支座连接有下述方法：梁支座在柱上时，新加纵筋可通过连接钢板或直接与柱内受力筋焊接在一起；梁支承在主梁中主筋焊接。对于梁的端支座，可将梁内部分纵向钢筋按45°或30°角曲折成斜筋焊于主梁内原纵筋上，或另加入浮筋，电焊连接新旧纵筋。

4 结语

在注重建筑工程质量的今天，混凝土早期裂缝已经成为建设工程的质量大忌。无论它是对建、构筑物外观质量的影响，还是对建、构筑物内在质量的危害，都会显得施工质量问题严重和突出。尽管混凝土有着早期凝结硬化收缩变形的特点，在施工过程中很容易出现裂缝，但是，只要采取相应的预防控制措施，混凝土裂缝在很大程度上是可以得到控制的。但愿此文对建筑同行们有些许参考作用。

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