混凝土结构工程裂缝处理方法浅析

2016-04-07何建青

四川建筑 2016年5期

关键词：灌浆构件裂缝

何建青

(四川立宇建筑工程有限公司, 四川南充 637099)

混凝土结构工程裂缝处理方法浅析

何建青

(四川立宇建筑工程有限公司, 四川南充 637099)

文章主要对混凝土结构工程裂缝处理从掩饰裂缝、修补裂缝、封闭裂缝以及加固处理这四方面进行阐述。

裂缝；防治；处理

1 处理裂缝的原则

1.1 对裂缝的认识

对混凝土的裂缝有正确的认识，是处理裂缝问题的首要准则。尽管可以采取一系列措施来控制混凝土结构中的裂缝，但混凝土结构裂缝的出现仍难以避免。通常工程中的裂缝不过是其固有内在裂缝在一定条件下延伸、发展到构件表面，形成肉眼可见的裂缝而已。混凝土结构在一定条件下是允许带裂缝工作的，因此对绝大多数混凝土构件而言，产生裂缝是正常的。但是，宽度超过一定限度的可见裂缝毕竟是混凝土结构的一种缺陷，可能会造成以下方面的负面影响。

(1)影响美观，观感质量不佳；

(2)有些贯穿裂缝引起液体、气体渗漏，因此直接影响了结构的使用功能；

(3)有些较宽的裂缝会引起用户的不安全感，造成心理压力；

(4)严重的受力裂缝预示着结构抗力衰竭，会引起结构安全问题；

(5)裂缝引起的钢筋锈蚀和混凝土性能劣化，会减短结构的使用寿命。

因此，对混凝土结构中的裂缝仍应采取针对性的措施加以处理。工程实践表明，防止裂缝(堵)出现是十分困难的。比较现实的做法是：一方面尽量避免可见裂缝的发生；另一方面则承认裂缝难以避免，并妥善处理已经产生的裂缝(补)，将其影响降低到可以接受的最低限度。

1.2 裂缝判断的重要性

裂缝的处理必须建立在对裂缝作正确判断的基础之上“对症下药”。不同原因引起不同性质裂缝，对结构安全以及使用功能的影响差别很大。因此，正确判断裂缝就变得非常现实而且重要，这是解决裂缝问题的关键。裂缝出现后，应根据对开裂混凝土结构的检测，调查结果进行综合分析，推断裂缝产生的原因、性质、发展趋势以及对结构性能和使用功能的影响，并以此为依据，选择合理的方法进行处理。

实际结构工程中的可见裂缝，绝大多数是由于温度、收缩、强迫位移等非荷载因素引起的间接裂缝。对于这类裂缝，基本上可以不担心安全问题。但对某些影响使用功能的间接裂缝，则必须封闭消除。而对于标志结构抗力衰竭，预示结构即将破坏(尤其是脆性破坏或倒塌、解体等)的个别受力裂缝，则应及时采取措施，停止使用并进行加固处理或拆除。

前述有关的分析表明，不同原因引起的不同性质的裂缝，其影响、后果及处理方式有着巨大的差异。而采取哪种处理方法完全取决于对裂缝性质的判断。因此，裂缝判断的重要性是不言而喻的。

2 裂缝的处理方法

应根据裂缝的特征、产生的原因，发展趋势、对结构性能的影响程度，采用不同的方法对其进行处理，以达到事半功倍的目的。混凝土结构中的可见裂缝的处理方法大体可以分为以下几类：(1)掩饰裂缝；(2)修补裂缝；(3)封闭裂缝；(4)结构加固。

2.1 掩饰裂缝

2.1.1 适用范围

“掩饰裂缝”适用于对轻微裂缝的处理。轻微裂缝也可以称为无害裂缝，一般宽度较小，深度也有限，通常用肉眼勉强可以辩认。其除了对观瞻可能造成影响以外，对于结构使用功能、承载安全和耐久性基本上不造成影响。因此，只要裂缝已经稳定，无须采用特别的处理手段，简单地进行表面处理，加以掩饰就可以了。

2.1.2 处理方法

(1)结构表面涂刷。

一般施工方法为：先用钢丝刷将混凝土表面打毛，清除表面附着物；然后用水冲洗干净后充分干燥；最后用涂刷材料充填混凝土表面的裂缝。施工的关键在于界面结合的牢固程度。这种方法的优点是比较简便；缺点是修补施工无法深入到裂缝内部，对延伸裂缝难以追踪其变化。

(2)后浇混凝土掩盖；

(3)表面抹灰装修；

(4)清水表面处理；

(5)建筑手法处理。

上述处理方法1和方法4，只适用于已静止、已经稳定的浅层裂缝，不适合处理处于发展期的裂缝、凹槽。

2.1.3 验收

掩饰裂缝的主要目的就是为了消除可见缺陷，改进观瞻上的效果。因此，处理施工完成以后，按相应施工质量验收规范对于外现质量的要求，进行检查、验收就可以了。

2.2 修补裂缝

2.2.1 适用范围

修补裂缝的处理方法适用不影响安全和使用功能的较宽裂缝。实际工程中，基本不影响安全和使用功能的一般裂缝是很难避免的。即使在施工阶段经严格控制而未出现裂缝，在服役初期结构也难免因收缩、温度变化或基础沉降而开裂。实际结构中，绝大多数的可见裂缝均属此类。对这类裂缝，仅作修补即可。

2.2.2 处理方法

(1)凿槽嵌补。

凿槽嵌补法是在开裂混凝土结构的表面上沿裂缝剔凿凹槽，其后嵌填修补材料，以消除结构表面的可见裂缝。凹槽可为V形，宽度和深度可为40～60 mm左右。凹槽凿成后，可用压缩空气清扫槽内残碴并用高压水冲洗干净。接着用环氧树脂、环氧胶泥、抹平。有时表面还要刷水泥净浆或其他涂料，或者进行表面处理，压实抹平，使外形平整、光滑、美观。在某些场合，为了功能的需要，还将加做防水油膏或加做防锈涂料层等。水泥砂浆由于会收缩，所以使用时一般加入适量的膨胀剂。当钢筋已经锈蚀时，应先将钢筋除锈并做防锈处理后，再嵌补修补材料。凿槽嵌补的方法只是一种消除结构表面可见裂缝的方法，其并不能填补混凝土内部的裂缝，故结构中仍可能残存裂缝。但这些内部裂缝对于结构安全和使用功能并不构成影响。当然，这种方法会对原混凝土结构造成一定程度的损害，施工量也较大。

(2)扒钉控制裂缝。

对尚处于发展期的宽大而且不稳定的裂缝，有时为了避免裂缝的继续延伸和发展加宽，可以跨裂缝采用扒钉加以控制。此时除凿槽嵌补以外，还要沿裂缝以一定间距和跨度预先钻孔，固定扒钉。

这种方法可以增强裂缝区域的抗力，但可能会使混凝土在其他地方(比如附近区域)产生裂缝，因此，应考虑对其相邻区域的混凝土进行监测或处理。

(3)自行愈合。

在潮湿及无拉应力的情况下，一种称之为“自愈合”的自然修复方法可能比较有效。其常应用于闭合潮湿环境中的非活动裂缝，例如屋盖、地下室墙混凝土中的静止裂缝。

这种愈合作用通过水泥的连续水化以及存在于空气和水中的CO2对水泥浆体中的Ca(OH)2碳化而产生碳酸钙CaCO3晶体，其在裂缝中沉淀、聚集和生长，从内部密封裂缝。此外，晶体之间相互连接，产生了一种机构粘结力，在相邻晶体之间及晶体与水泥浆体及骨料表面形成化学粘结力，对修补裂缝产生有利作用。

在愈合过程中，裂缝和邻近混凝土的饱水度是获得足够强度的必要条件。可以将开裂截面当没在水中或者将水蓄在混凝土的表面，使裂缝中充满水。在整个愈合过程中，必须保证裂缝的湿润状态，否则出现干湿循环现象会使愈合强度急剧下降。愈合过程应当在裂缝出现后就立即付诸实施，推迟愈合，会使强度恢复程度降低。

(4)仿生自愈合法。

目前正在研究一种新的裂缝处理方法，即“仿生自愈合法”。它模仿生物组织对受创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(如含胶粘剂液芯纤维的胶囊)，在混凝土分泌出的部分液芯纤维，就可使裂缝重新愈合。

2.2.3 验收

在施工过程中发现的一般缺陷裂缝，及时进行处理后，按施工质量验收规范的要求检查验收就可以了。对交付使用以后在服役期出现的一般裂缝，同样在修补处理的施工完成以后，按施工质量验收规范的要求进行检查和验收。

2.3 封闭裂缝

2.3.1 适用范围

对于已构成严重缺陷的裂缝，例如，渗水、漏雨而影响使用功能的裂缝；或宽度很大超过限值，表明抗力消耗较大但尚没有构成安全性问题的受力裂缝，则应进行封闭，对其进行比较知彻底的处理。

2.3.2 处理方法

(1)压力灌浆。

利用压力将修补材料的浆液灌入裂缝内部，从而消除裂缝。这是一种无损的方法，适用于宽度较大、而且较深的裂缝，尤其是贯通裂缝或混凝土破碎裂缝的修补。具有工艺简单、无须钻孔、处理裂缝的针对性强等特点。这种修补方法可以消除结构深层的裂缝，粘结弥合被裂缝分割破碎的混凝土，达到密实混凝土的目的。灌浆材料可为水泥浆或环氧树脂、甲基丙烯酸脂、聚合物水泥等，一般应具有黏度小、粘结性能好、收缩性小、抗渗性好、抗拉强度高、无毒或低毒等特点。有时，为了灌注工艺的要求，还须添加稀释剂、增塑剂、固化剂等掺加剂以提高灌浆效果。同样，为了功能性的目的，有时还须掺入各种外加剂。修补浆液的配制需要有一定的经验和严格的操作工艺。压浆泵的配置，压力的选择，压浆咀的间距等工艺参数，应根据裂缝检测结果经估算确定。

(2)抽吸灌浆。

其利用抽吸真空造成的负压，将修补材料的浆液吸入裂缝内部，从而消除裂缝。工艺原理为封闭裂缝后，利用扣吸管的吸盘对裂缝内抽气造成负压，将涂布在裂缝表面的浆液吸入裂缝内，从而达到封闭裂缝的目的。当然，浆液的配制、吸管的规格、布置的间距等工艺参数，也应由裂缝检测的结果经估算确定。

常用的浆液包括环氧树脂、丙烯酸脂以及其他专用的混凝土胶粘剂。封闭前需注意清除裂缝内影响粘结的污染物。

(3)浸渍混凝土。

被裂缝分割破碎的混凝土，当其范围较广且宽度和深度也很大的情况下，靠压力或抽吸灌浆已很难解决问题。此时，为了恢复混凝土的整体性，可以通过钻孔后的高压灌浆形成浸渍混凝土，以恢复混凝土的抗力。具体方法是在需处理的混凝土区域内钻孔，并高压注入修补材料。使其沿裂缝和缺陷深入材料内部，填补所有的缝隙，从而增强混凝土的密实性。浸渍混凝土的实质已经属于改性的混凝土了，经处理以后的混凝土力学性能实际上已有了很大的改善。

(4)钻孔灌浆。

钻孔灌浆法一般可分为骑缝钻孔法和斜孔埋管法两种。

①骑缝钻孔法；②斜孔处理法。

(5)补充加强筋。

①普通钢筋；②预应力筋。

2.3.3 验收

灌浆、吸浆或浸渍混凝土施工需要有配套的专用设备，施工的工艺参数须通过检测计算并结合工程经验确定。普通钢筋锚固需有专门的材料，预应力钢筋张拉应有相应的设备。因此通常应请素质较高，并具有实际经验和专用装备的专业队伍进行施工。封闭裂缝需有专门制订的施工技术方案，比如上述处理方法1、3和4中关于浆液的配制、灌浆口的布置、压力的选择、灌入量的确定、灌浆的质量等要求均应明确规定。一般通过控制灌浆量并由浆液从裂缝溢出判断灌浆的效果。

验收时需检查施工操作记录，并由观察、判断进行验收。若采用补充加强筋的方法修复裂缝，验收时一定要检查钢筋的锚固措施是否可靠。

2.4 加固处理

2.4.1 适用范围

在混凝土结构中，由于钢筋变形、屈服而引起的裂缝，具有一定的延性性质；而以混凝土破碎为特征的裂缝，则很容易迅速发展为酥裂、压溃而具有突然破坏的危险。尤其是混凝土受压、受剪形式的破坏，从开裂到崩溃的发展过程很快，容易形成无预兆的脆性破坏，甚至引起构件断裂、压溃乃至结构解体、倒塌。若经检测和复核发现结构抗力不足，且有作为破坏预兆标志而有安全隐患的裂缝，则应对相关的构件进行加固处理。此时裂缝问题已退居次要地位，结构安全已成为问题的关键。

2.4.2 处理方法

(1)增大截面法。

增大截面法系采用与原结构相同的材料增大混凝土结构件的截面面积，同时增配钢筋，从而提高其承载力、刚度或改变其自然频率的和直接加固方法。这种方法可广泛用于混凝土结构梁、板、柱、墙体等构件的加固。增大截面法优点是工艺简单、适用范围广；缺点是施工期间建筑结构不能正常使用且周期较长，此外由于增大构件截面，在增加构件自重的同时减少了使用空间。

(2)外包钢材法。

外包钢筋法系对钢筋混凝土梁、柱外包型钢、扁钢焊成的构架，并灌注结构胶点接，以达到构件整体受力，共同约束原构件的加固方法。这种方法适用于使用上不允许增大混凝土截面尺寸，而又需要大幅度地提高承载力和抗震能力的混凝土梁、柱。加固结构的环境温度不应高于60 ℃；当环境具有腐蚀性介质时，还应有可靠的防护措施。外包钢材法在基本不增大构件截面尺寸的情况下增加构件的延性和刚度，提高了承载力，特别适用于大跨度的受弯或受压结构件，但加固费用较高。

(3)锚贴钢板法。

锚贴钢板法系采用结构胶粘剂及锚栓将钢板粘贴于混凝土受弯、大偏心受压或受拉构件的表面，使钢板参与受力，形成整体性的复合截面，以提高构件承载力的一种加固方法。这确保长期使用安全，加固后构件的环境温度不应高于60℃。当环境具有腐蚀性介质时，还应有可靠的防护措施。有防火要求时，应按构件耐火等级要求进行防护处理。

(4)粘贴纤维法。

粘贴纤维法是用胶粘剂将纤维布或纤维板等复合材料粘贴到构件需要加强的部位，常用于承受静力作用下的受弯或受拉构件。加固时可选用玻璃纤维(GFRP)、周期短、对环境影响小、加固后不影响结构外观。

粘贴碳纤维复合材料的施工工艺如下：①混凝土表面处理。②放线与下料。③粘贴纤维片材。④养护后验收。

(5)外加预应力法。

外加预应力法系采用在构件体外加预应力的钢拉杆(分水平拉杆、下撑式拉杆和组合式拉杆三种)或撑杆，对结构进行加固的方法。这种方法适用于要求提高承载力、刚度和抗裂性及加固后占用空间粘的混凝土承重结构。加固后可以减少构件的挠度、缩小裂缝宽度甚至可以使裂缝完全闭合。但此法不宜用于处在温度高于60 ℃环境下的混凝土结构，否则应进行防护处理；也不适用于收缩徐变大的混凝土结构。

(6)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。这种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。施工中，可采用喷射混凝土的方法以确保新老混凝土界面粘结良好。

(7)改变传力途径法。

改变传力途径法是对结构的计算图加以改选，增加新的传力途径，从而达到加固结构体系的目的。主要方法有以下几种：

①增设构件加固法；②增设支点加固法；③增加结构整体性加固法；④改变结构刚度比加固法；⑤卸载加固法。

(8)基础加固。

在加固上部结构的同时，如果基础本身承载力不足，地基承载力或变形无法满足安全和正常使用的要求，则应优先采用增大截面法、改变持力层和改变基础类型的方法对基础进行加固。一般增大截面法适用于柱下独立基础、条形基础的加固，通过扩大基础底板面积，可降低地基附加压力达到满足地基承载力和变形的要求。如果建筑原持力层土质太差，可通过竖向构件将上部荷载传递到下部较好土层。当局部增大截面不能满足要求时，可将原独立或条形基础改造成筏形基础或箱形基础，以提高基础的承载能力和抵抗不均匀沉降的能力。如果建筑在使用过程中由于地基不均匀沉降而出现倾斜开裂等危险迹象，应待上部结构加固完成后再进行纪偏或加固作业。结构加固比较复杂，已不单是裂缝处理问题而属于另外的范畴了。