建筑工程施工中混凝土裂缝的成因及治理方法

赫荣华

(建利建材(泉州)有限公司,福建 泉州 362000)

1 概述

混凝土裂缝问题在建筑工程中十分重要,会对建筑物的结构和性能产生重大影响[1]。混凝土裂缝可能引起结构的不稳定和强度降低,从而影响建筑物的整体安全性[2]。裂缝会导致水分和其他有害物质渗入混凝土内部,加剧内部腐蚀和侵蚀,缩短建筑物的使用寿命。混凝土裂缝还会破坏建筑物的外观,影响建筑物的美观度和价值[3]。

研究混凝土裂缝成因可以更好地了解裂缝形成的机理,从而在施工过程中避免可能导致裂缝的因素[4]。研究混凝土裂缝的治理方法有助于寻找有效的修复和预防措施,保证建筑物的安全性和耐久性[5]。研究成果可供工程实践参考,指导施工人员在建筑工程施工中预防和处理混凝土裂缝问题,可以减少修复和维护的成本,降低对环境的不良影响[6]。通过研究混凝土裂缝问题的成因和治理方法,有利于提高建筑物的质量和安全性,延长建筑物使用寿命,实现可持续发展的目标。

2 混凝土裂缝的成因与治理方法

2.1 混凝土裂缝内部原因

一是当混凝土硬化时,水分的蒸发和水化反应会导致混凝土收缩,这种收缩可能产生内部应力,最终导致裂缝形成。二是混凝土在温度变化下会发生热胀冷缩,不同部位的混凝土可能由于温度差异而产生内部应力,进而引发裂缝。三是混凝土的质量问题,如配合比不合理、水灰比过高或过低、骨料不合适等,都可能导致混凝土强度和稳定性存在问题,从而增加裂缝的发生风险。

这些内部原因会导致混凝土内部的应力分布不均匀,当应力达到混凝土的抗拉强度极限时,就会产生裂缝。因此,在建筑工程施工中,需要注意控制混凝土的收缩,并且合理设计配合比、施工工艺等,以减少内部原因对混凝土裂缝形成的影响。

2.2 混凝土裂缝外部原因

地质运动、地基沉降、地层变形等地质因素会对建筑物产生不均匀的应力分布,从而导致混凝土裂缝的形成。地震是导致混凝土结构产生裂缝的重要外部原因,地震的地震波作用于建筑物时会产生巨大的地震力,超过混凝土的抗拉强度极限,导致裂缝的形成。此外,建筑物在使用过程中,在大风、雪压、振动设备等外部荷载的作用下,也会给混凝土结构施加额外的应力,当超过混凝土的抗拉能力时,就会引发裂缝。

这些外部原因会对混凝土结构产生非常大的力学和物理影响,导致结构产生应力分布不均匀,从而引发裂缝。因此,在建筑设计和施工过程中,需要合理考虑地质环境、地震力和施加的荷载,并采取相应的措施来预防和减少外部原因对混凝土裂缝的影响。

2.3 混凝土裂缝的治理方法

治理混凝土裂缝有多种方法,具体方法需要根据裂缝的类型、程度和结构来确定。

2.3.1 填充剂注入

填充剂注入是一种常用的混凝土裂缝治理方法。该方法通过注入特定的填充材料来填补混凝土裂缝,以修复和加固结构,防止裂缝进一步扩展和损害混凝土构件。首先,对裂缝进行清理,去除松散的混凝土碎屑、尘土和油污,以确保填充剂能够充分附着在裂缝表面。接着,根据裂缝的类型、宽度和深度,选择合适的填充剂材料。常用的填充剂包括聚氨酯、环氧树脂、聚合物修补胶等,填充剂应具有良好的流动性和粘结性能,以便充分填充裂缝。将填充剂注入裂缝,通常可使用注射器或泵浦来实施注入过程。从裂缝的一端开始注入,直到填充剂充满整个裂缝,确保填充剂均匀分布和充实。注入填充剂后,在规定时间内根据需要对填充剂进行调整和平整,以使裂缝表面与周围的混凝土结构保持一致。最后,根据填充剂的要求进行适当的养护,以确保填充剂充分固化和强化,养护时间和方法可能因所使用的填充剂而有所不同。

填充剂注入方法能够有效填补混凝土裂缝,增强结构的连续性和抗裂能力。然而,对于严重结构裂缝或裂缝起因存在较大疑问的情况,应咨询专业工程师或结构师,以评估裂缝的性质并确定最适合的治理方法。

2.3.2 植筋加固

植筋加固是通过在裂缝处埋设钢筋或碳纤维片等材料,以增加混凝土结构的承载能力和抗裂性能。首先,对裂缝周围区域进行清理,去除松散的混凝土碎屑、尘土和油污,确保植筋材料能够充分附着在混凝土表面。接着,在裂缝处进行预处理,如切割V型槽或开槽,以增加植筋材料与混凝土之间的粘结强度。然后,根据裂缝的类型、宽度和结构要求,选择合适的植筋材料,常见的包括钢筋、碳纤维片等,植筋材料应具有足够的强度和粘结性能。将选定的植筋材料嵌入裂缝中,并将两侧附着在健康的混凝土结构上。对于钢筋,可以使用螺纹套筒或埋入混凝土,对于碳纤维片等材料,可以使用特定的粘合剂进行固定。最后,对植筋加固部位进行适当的养护,使植筋材料充分固化和粘结。在必要时,修整植筋部位,使其与周围的混凝土表面平整。

植筋加固方法能够有效增强裂缝处混凝土结构的连续性和抗裂能力,以减少裂缝的扩展和进一步损害。

2.3.3 胶粘剂修补

胶粘剂修补也是一种常用的混凝土裂缝治理方法,通过使用胶粘剂材料,如聚合物修复胶、修复膏等,填充和修补裂缝表面,以恢复结构的强度和外观。首先,对裂缝周围区域进行清理,去除松散的混凝土碎屑、尘土和油污,确保胶粘剂能够充分附着在裂缝表面。接着,根据裂缝的类型、宽度和要求,选择合适的胶粘剂材料,常见的胶粘剂包括聚合物修复胶、硬化树脂等。胶粘剂应具有良好的流动性、粘结性能和耐久性。然后,将选择的胶粘剂填充到裂缝中,可以使用填充刀或注射器等工具,确保胶粘剂充满裂缝,并将表面平整。在填补和修补胶粘剂之后,根据需要进行平整和修整,使裂缝表面与周围的混凝土结构保持一致。最后,根据胶粘剂的要求,进行适当的养护,以确保胶粘剂充分固化和强化。养护时间和方法可能因所使用的胶粘剂而有所不同。

胶粘剂修补方法可以有效地填补混凝土裂缝,恢复结构的强度和外观。

2.3.4 其他方法

除了填充剂注入、植筋加固和胶粘剂修补以外,还有一些其他治理方法,主要有:

①裂缝封堵。通过使用聚合物胶、填缝料等材料,将裂缝进行封堵,防止水和有害物质渗入混凝土内部,减少进一步损坏。

②裂缝割缝和注浆。对于宽度较大且较严重的裂缝,可以进行裂缝割缝并注入特定的浆液材料,以增强裂缝附近的混凝土,并改善结构的抗裂性能。

③结构加固和改造。对存在严重裂缝的结构,可能需要进行加固和改造,如增加梁柱等结构元素、加固梁柱节点等,以提高整体的抗裂能力。

④层压修复。使用玻璃纤维布、碳纤维布等材料,配合特定的修复胶进行层压修复,以提高裂缝处混凝土结构的强度和连续性。

⑤预应力加固。对于严重裂缝的结构,可以考虑使用预应力加固的方法,通过施加预应力,使结构重新获得连续性和承载能力。

3 混凝土裂缝的预防措施

3.1 控制混凝土收缩

控制混凝土收缩是通过一些方法来减少混凝土的收缩和避免裂缝的发生。一是正确控制混凝土的水胶比,以及粉料、骨料等配合比例,以调整混凝土的流动性和硬化收缩性能。二是选择具有较低收缩性能的混凝土材料,如低碱度水泥、矿物掺合料等,以减少混凝土的整体收缩。三是在混凝土浇筑和养护过程中,控制环境温度和混凝土温度的变化范围,避免温度变化引发的热收缩或冷收缩,确保混凝土的充分浇注和养护,避免快速脱模或过早干燥,以减少由于干燥收缩引起的裂缝。此外,可以添加适当的收缩抑制剂到混凝土中,以减少混凝土的收缩量和收缩速率。同时,在混凝土结构的设计过程中。还应考虑混凝土收缩引起的应变和变形,采取合理的结构和构造措施,以降低混凝土收缩导致裂缝的风险。

混凝土裂缝的预防工作还有控制水分蒸发、避免冻融循环等,通过综合考虑材料选择、施工控制和结构设计等方面的因素,可以有效预防混凝土裂缝的产生。

3.2 合理的设计和施工工艺

合理的设计和施工工艺是通过一些方式来减少混凝土的应力和变形,从而降低裂缝的产生风险。在混凝土结构设计过程中,应考虑结构的受力和变形特性,合理确定构件的尺寸、布置、配筋等,以减少混凝土的应力集中和产生过大的变形;在混凝土施工过程中,合理控制浇筑和养护条件,避免过早脱模和干燥收缩,确保混凝土的均匀硬化,减少因不均匀收缩引起的裂缝。对于大型混凝土构件或在高温环境下施工,可以采取降温措施,如使用冷却剂、遮阳、喷水等,以减少混凝土的热收缩,确保混凝土在浇筑过程中充分填充模板,减少空隙和气泡的存在,提高混凝土的密实性和均质性;在混凝土浇筑后,应及时进行养护,保持适宜的湿度和温度条件,防止混凝土过早干燥和因失水太快导致的干缩裂缝。同时,实施严格的施工监控和质量控制措施,包括定期检查、测量和记录混凝土的温度、湿度、收缩等数据,及时发现问题并采取相应的调整措施。

通过合理的设计施工工艺,可以降低混凝土的应力和变形,减少裂缝的产生。建议在混凝土工程施工中咨询和遵循专业人员的建议,以确保施工过程的质量和安全性。

3.3 增加混凝土韧性

增加混凝土的韧性可以增加其抵抗应力和变形的能力,从而减少裂缝的产生和扩展。一是添加适当的掺合料,如矿物掺合料(矿渣粉、飞灰等)和聚合物纤维等,这些掺合料能改善混凝土的水胶比、粘结性能和抗裂性能。二是通过合理的配筋设计,可以在混凝土中引入钢筋,以增加混凝土的延性和抵抗应力的能力。正确布置和锚固钢筋,对于控制裂缝的发展非常重要。三是采用高性能混凝土,如高强度混凝土和高韧性混凝土,提高混凝土的强度和韧性,减少裂缝的产生。四是规范施工过程,减少混凝土的质量问题和施工缺陷,如过早脱模、振捣不当、混凝土养护不良等,这些都会导致混凝土的强度和韧性降低。五是通过细观结构分析和模拟,了解混凝土内部的裂缝发展机制,并在设计和施工中采取相应的措施来控制和阻止裂缝的扩展。

通过综合考虑掺合料选用、配筋设计、施工质量控制和结构分析等方面的因素,可以有效地增加混凝土的韧性,降低裂缝的发生概率和扩展速度。

4 结束语

混凝土裂缝的成因主要是由于混凝土内外部的应力和变形超过其承受能力引起的。常见成因包括混凝土收缩、温度变化、荷载作用和材料性能不均匀等,通过填充剂注入、植筋加固、胶粘剂修补、控制混凝土收缩、合理的设计施工工艺可以减少混凝土应力集中和变形。预防裂缝应综合考虑材料、结构和施工工艺,降低应力、变形和收缩,提高混凝土韧性和抗裂性能。

预防和治理混凝土裂缝需要多方面的措施和综合考虑,从材料选择到施工控制,都需注意细节,确保结构质量和耐久性。对混凝土裂缝治理的探索研究有助于深入了解裂缝的形成机制,并通过预防和治理措施来降低其风险。