浅析混凝土裂缝的成因、控制及修补

王国栋喻桂成朱晓红

浅析混凝土裂缝的成因、控制及修补

王国栋1喻桂成2朱晓红1

一、概述

混凝土是由水泥、水及骨料按一定配合比组成的人造石材。水泥和水在凝结硬化过程中形成水泥胶块把骨料粘结在一起。混凝土内部有液体和孔隙存在，是一种不密实的混合体，主要依靠由骨料和水泥胶块中的结晶体组成的弹性骨架来承受外力。混凝土在外力、本身变形和约束等一系列因素影响下会产生裂缝。混凝土裂缝已成为工程中常见的工程病害，轻者使混凝土内部的钢筋材料产生腐蚀，降低钢筋混凝土结构的承载力、耐久性、使用价值等，甚者将直接威胁到人民的生命、财产安全。

二、混凝土裂缝的产生原因

混凝土产生裂缝的原因有多种，但根本原因是混凝土中的拉应力超过了混凝土的抗拉强度。具体可归结为温度和湿度变化、外荷载产生的变形过大和施工方法不当这三种原因。具体类型有：

（1）水泥干缩产生的裂缝。这种裂缝出现在混凝土的表面，比较细小。水泥是水硬性材料，具有干缩性，硬化初期如果养护不当，则可能产生裂缝。

（2）温差变化，由热胀冷缩效应引起的裂缝。温差变化较大的环境下，如构件面积或长度较大，又未在适当的部位留设伸缩缝，则可能产生裂缝。

（3）应力集中引起的裂缝。这种裂缝一般出现在混凝土板的阴阳转角处或支座处，因板面负弯矩钢筋配筋不足或钢筋粗而间距过大而形成。

（4）使用不当造成过载以致变形过大引起的裂缝。这种裂缝通常出现在混凝土受弯构件的受拉区。

（5）张拉力引起的裂缝。在预应力钢筋混凝土构件张拉后的放张过程中，控制不好可能会造成裂缝。这种裂缝一般出现预应力构件的端部或板的上表面角部。

（6）不均匀沉降引起的裂缝。由于地基的不均匀沉降造成基础或圈梁、大梁及其他构件拉力过大而出现裂缝。

（7）施工中，在混凝土初凝阶段因模板振动、变形或移位会使结构产生裂缝。

（8）加荷过早产生的裂缝。施工时因拆模过早，混凝土强度未达到设计要求而提前加荷，使构件过载而出现裂缝。

（9）施工缝处理不好则可能在施工缝部位出现裂缝。

（10）混凝土预制构件，在脱模、运输、堆放、起吊过程中因各种原因使构件受压区处于受拉状态，都可能使构件产生裂缝。

三、混凝土裂缝的控制措施

1.设计方面

（1）设计中应尽量避免结构断面突变带来的应力集中。如因结构或造型等原因而不得已时，应充分考虑采用加强措施。

（2）积极采用补偿收缩混凝土技术。在常见的混凝土裂缝中，有相当部分都是由于混凝土收缩而造成的。对此可在混凝土中掺用膨胀剂来补偿混凝土的收缩。

（3）重视对构造钢筋的认识。在结构设计中，设计人员应重视构造钢筋的配置，特别是薄壁构件更应注意构造钢筋直径和数量的选择。

（4）对于大体积混凝土，建议在设计中考虑采用60d龄期混凝土强度值作为设计值，以减少混凝土单方用灰量，并积极采用各类行之有效的混凝土掺合料。例如可掺加膨涨剂、适量的粉煤灰等。同时，可根据构造要求配置必要的钢筋起到限裂的作用。

2.材料选择和混凝土配合比方面

（1）根据结构的要求选择合适的混凝土强度等级及水泥品种、等级，尽量避免采用早强水泥。

（2）选用碱活性小的砂石骨料，同时注意选用低碱或无碱外加剂以及合适的掺和料抑制碱性骨料反应。

（3）采用掺合料和混凝土外加剂。掺合料和外加剂目前已作为混凝土的第五、六大组份，可以明显起到降低水泥用量、降低水化热、改善混凝土的工作性能和降低混凝土成本的作用。

（4）正确掌握好混凝土补偿收缩技术的运用。对膨胀剂应充发考虑到不同品种、不同掺量所起到的不同膨胀效果。应通过大量的试验确定膨胀剂的最佳掺量。

（5）混凝土配合比设计时，在保证混凝土具有良好工作性的情况下，应尽可能降低混凝土的单位用水量，采用“三低（低砂率、低坍落度、低水胶比）、二掺（掺高效减水剂和高性能引气剂）、一高（高粉煤灰掺量）”的设计准则，生产出“高强、高韧性、中弹、低热和高极拉值”的抗裂混凝土。施工时要严格控制混凝土配合比，计量要准确，坍落度抽检工作要加强。

3.现场操作方面

（1）降低混凝土入模温度。降低原材料进入搅拌机的温度，夏季在水箱内加冰块，降低水温；粗骨料遮阳防晒，并洒冷水降温；细骨料遮阳防晒；散装水泥提前储备，避免新出厂水泥温度过高。

（2）浇捣工作。混凝土浇捣时，振捣捧要快插慢拔，根据不同的混凝土坍落度正确掌握振捣时间，避免过振或漏振，应提倡采用二次振捣、二次抹面技术，以排除混凝土内部的水分和气泡。

（3）混凝土养护。混凝土拆模后要挂草帘或铺草浇水养护保湿。对于大体积混凝土，有条件时宜采用蓄水或流水养护，以确保混凝土内外温差小于25°，养护时间为14～28天。

（4）避免在雨中或大风中浇灌混凝土。

（5）对于地下混凝土结构，应尽早回填土，以利于减少裂缝。

四、混凝土裂缝的修补方法

1.表面修补法

表面修补法主要适用于稳定和对结构承载能力没有影响的表面裂缝以及深进裂缝的处理。通常的处理措施是在裂缝的表面涂抹水泥浆、环氧胶泥或在混凝土表面涂刷油漆、沥青等防腐材料，在防护的同时为了防止混凝土受各种作用的影响继续开裂，通常可以在裂缝的表面粘贴玻璃纤维布。

2.灌浆、嵌缝封堵法

灌浆法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。常用的胶结材料有水泥浆、环氧树脂、甲基丙烯酸酯、聚氨酯等化学材料。

嵌缝法是裂缝封堵中最常用的一种方法，它通常是沿裂缝凿槽，在槽中嵌填塑性或刚性止水材料，以达到封闭裂缝的目的。常用的塑性材料有聚氯乙烯胶泥、塑料油膏、丁基橡胶等等；常用的刚性止水材料为聚合物水泥砂浆。

3.结构加固法

当裂缝影响到混凝土结构的性能时，就要考虑采取结构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。

4.混凝土置换法

混凝土置换法是处理混凝土严重损坏的一种有效方法，此方法是先将损坏的混凝土剔除，然后再置换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。

5.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三种方法。

6.仿生愈合法

仿生愈合法是一种新的裂缝处理方法，它模仿生物组织对所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，在混凝土的传统成分中加入某些特殊成分（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。

五、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。因此对混凝土裂缝要进行认真研究、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■

（作者单位：1.镇江市工程勘测设计研究院 212003 2.江苏省水利勘测设计研究院有限公司 225127）