混凝土裂縫成因分析及相應(yīng)的防治方法

盧先鋒

(福建省水利水電工程局有限公司,泉州 362000)

近年來，中國各個(gè)城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)及房地產(chǎn)開發(fā)的規(guī)模逐步增長，使用了大量的混凝土材料。混凝土質(zhì)量問題得到了專家和學(xué)者的重視和研究，混凝土裂縫問題是其中一個(gè)重要的研究方向。混凝土開裂可以說是“常發(fā)病”和“多發(fā)病”，經(jīng)常困擾著工程技術(shù)人員[1]。混凝土受拉構(gòu)件中，一般處于裂縫工作狀態(tài)，因?yàn)榛炷恋目估芰苋酰菀桩a(chǎn)生裂縫，但細(xì)微的裂縫并不會影響受拉構(gòu)件的使用安全，然而在受壓構(gòu)件中，混凝土裂縫的出現(xiàn)則意味著該構(gòu)件存在安全問題，尤其是在防水要求高的結(jié)構(gòu)中，混凝土裂縫寬度是受到嚴(yán)格控制的，比如地下室、地下交通軌道、隧道等。混凝土裂縫的產(chǎn)生會導(dǎo)致被保護(hù)的鋼筋接觸到空氣，使暴露在空氣中的鋼筋因銹蝕較快而截面面積變小，極限抗拉應(yīng)力下降，并且在周圍含水的地方水會順著裂縫滲進(jìn)結(jié)構(gòu)體內(nèi)部，對使用及安全造成問題[2]。裂縫不僅會影響建筑外觀，更會減少其使用年限[3]。

影響混凝土裂縫產(chǎn)生的因素有很多，而且包括了許多方面，包括材料特性、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、環(huán)境影響等，為防止裂縫的產(chǎn)生，應(yīng)對諸多因素加以優(yōu)化。對于裂縫控制而言，影響因素較多，在出現(xiàn)的原因上也比較多樣化[4]。在檢測到結(jié)構(gòu)存在具有安全隱患的混凝土裂縫時(shí)，應(yīng)對構(gòu)件進(jìn)行加固。該文研究了混凝土裂縫產(chǎn)生的原因及防治方法。

1 混凝土裂縫產(chǎn)生的原因及預(yù)防措施

1.1 收縮裂縫

塑性收縮是在混凝土未凝結(jié)硬化之前，還處于塑性狀態(tài)的時(shí)候發(fā)生的收縮。

塑性收縮裂縫產(chǎn)生的原因，一方面在混凝土澆搗后還處于流態(tài)期間，由于原材料存在密度、幾何形狀等差異導(dǎo)致沉降和泌水一起進(jìn)行，粗、重骨料向下沉淀和輕質(zhì)的水泥漿向上浮動，使得混凝土骨料和水泥漿互相分離，上層水分揮發(fā)后混凝土的體積較剛剛澆筑完時(shí)減少了；另一方面，混凝土表面水分流失，內(nèi)部形成負(fù)壓力，而未硬化導(dǎo)致彈性模量很低，出現(xiàn)塑性收縮。當(dāng)混凝土表面抗拉強(qiáng)度小于限制收縮產(chǎn)生的拉應(yīng)力時(shí)，會出現(xiàn)塑性收縮裂縫。

這種裂縫一般在溫差較大的天氣出現(xiàn)，中間寬，兩邊細(xì)，有長有短，不連貫，在惡劣條件下還可能會出現(xiàn)通縫。塑性收縮裂縫危害性較大，可能會影響到結(jié)構(gòu)整體的安全性。

1.1.2 縮水收縮(干縮)裂縫

混凝土干縮的定義是混凝土水分蒸發(fā)(失水干燥)，引起混凝土體積收縮的現(xiàn)象。裂縫的出現(xiàn)與水分的內(nèi)部遷移及混凝土孔隙特征有關(guān)，這種裂縫通常在澆筑后三個(gè)月內(nèi)完成大部分。這種裂縫形式分為兩種。其中一種廣泛分布在墻面上，數(shù)量多；另一種在墻體中間位置，較粗而上下連貫。主要是因?yàn)榛炷琉B(yǎng)護(hù)條件差，長時(shí)間受到風(fēng)吹和日光直射，導(dǎo)致表面水分流失，混凝土內(nèi)部水分補(bǔ)充到表面，內(nèi)外變形差異產(chǎn)生較大應(yīng)力后引起的；水泥在水化過程中產(chǎn)生大量的熱量不能快速散到外面，混凝土的溫度上升，導(dǎo)致混凝土發(fā)生膨脹現(xiàn)象[5]。影響因素有水灰比和骨料含量、不同的骨料種類、相對濕度。

1.1.3 收縮裂縫的預(yù)防措施

混凝土配合比設(shè)計(jì)合理，對水泥品種、砂率級配、摻合料摻量等幾個(gè)方面進(jìn)行設(shè)計(jì)；提前對模板和墊層進(jìn)行濕潤或刷油處理；澆筑完成后即采用密封保水方法對混凝土進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，如遇高溫或大風(fēng)天氣，澆筑完成后立即進(jìn)行覆膜覆蓋、灑水養(yǎng)護(hù)，并適當(dāng)延長對混凝土的養(yǎng)護(hù)時(shí)間；及時(shí)對混凝土表面進(jìn)行抹壓，使得表面光滑，減少空隙從而減少水分流失，但應(yīng)注意避免抹壓過度，使結(jié)構(gòu)形狀改變；預(yù)制的預(yù)應(yīng)力構(gòu)件嚴(yán)格控制張拉時(shí)間與張拉應(yīng)力；預(yù)制構(gòu)件在堆放時(shí)間內(nèi)，應(yīng)保濕養(yǎng)護(hù)較長時(shí)間，特別是對于薄壁構(gòu)件，應(yīng)避免日光直曬與受到風(fēng)的吹拂。

因農(nóng)村形成的養(yǎng)殖畜禽模式依舊存在，影響了動物防疫工作的實(shí)施。目前許多農(nóng)戶依舊未認(rèn)識到動物防疫工作的重要，防疫理念有所欠缺，從而限制動物防疫工作順利實(shí)施，甚至嚴(yán)重者毆打防疫人員。基層動物的防疫團(tuán)隊(duì)未健全，人員素質(zhì)有限，設(shè)施落后，法律法規(guī)未完善，操作性弱，某些生物制品欠缺保護(hù)率，農(nóng)村級別防疫人員薪資低，等均影響了動物防疫水平。

1.2 沉降裂縫

沉降裂縫主要是在墻面上沿水平鋼筋布置方向出現(xiàn)，分布比較廣。裂縫方向?yàn)樨灤┗蛘哌M(jìn)深，與沉陷方向相同。沉陷較大時(shí)通常會出現(xiàn)錯(cuò)位。沉陷量越大，裂縫寬度越大。裂縫產(chǎn)生的原因是地基土質(zhì)不均，在荷載作用下結(jié)構(gòu)出現(xiàn)不均勻沉降，從而產(chǎn)生裂縫。或者是相鄰部分結(jié)構(gòu)荷載差異較大，不均勻沉降導(dǎo)致二者中間產(chǎn)生裂縫。這種裂縫往往比較大，會嚴(yán)重影響使用。

預(yù)防措施：其一，澆筑前在模板施工中盡量減少下料口；在振搗混凝土的同時(shí)振動上層鋼筋網(wǎng)架，將粘在鋼筋上的水泥漿抖落；最外層鋼筋的保護(hù)層厚度嚴(yán)格控制，可增加混凝土墊片數(shù)量；嚴(yán)格控制振搗時(shí)間，一律采用機(jī)械式振搗；若分層澆筑，則分層間隔不得大于混凝土初凝時(shí)間。

其二，詳細(xì)對地基土層進(jìn)行勘察，如平面上壓縮模量差值較大，應(yīng)進(jìn)行換填處理或其他地基處理方式，將各區(qū)域壓縮模量控制在一定范圍內(nèi)；預(yù)制構(gòu)件時(shí)在堅(jiān)硬土層上進(jìn)行，如有條件先在場地上制作混凝土墊板，在墊板上進(jìn)行施工操作；支撐體系在地基土上的支點(diǎn)有足夠的強(qiáng)度和剛度，且應(yīng)隨時(shí)保持表層一定厚度的地基土干燥。

1.3 溫度裂縫

這種裂縫往往發(fā)生于大體積混凝土構(gòu)件的表面或者溫差較大的地區(qū)的混凝土結(jié)構(gòu)，主要是因?yàn)榛炷羶?nèi)外溫差過大，混凝土構(gòu)件內(nèi)部產(chǎn)生拉應(yīng)力造成的。

預(yù)防措施：可從材料選擇及攪拌工藝上控制攪拌溫度以及混凝土的水化升溫，如選用低水化熱的水泥品種，或摻加各種摻合料來降低水泥的用量，或降低攪拌所用的水的溫度；對采用加熱養(yǎng)護(hù)的混凝土構(gòu)件，對于升降溫速度需要進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，應(yīng)不大于10 ℃/h，且揭蓋脫模時(shí)避免操作過快導(dǎo)致混凝土表面急劇冷卻，表面應(yīng)力過大產(chǎn)生裂縫；對大體積混凝土構(gòu)件，養(yǎng)護(hù)時(shí)間段內(nèi)溫差較大時(shí)采用保溫養(yǎng)護(hù)；養(yǎng)護(hù)時(shí)間應(yīng)適當(dāng)延長，充分利用混凝土的“應(yīng)力松弛效應(yīng)”，養(yǎng)護(hù)期間溫差應(yīng)控制在20 ℃以內(nèi)；對于超大混凝土結(jié)構(gòu)，可在構(gòu)件內(nèi)預(yù)埋冷卻管，通過循環(huán)冷水冷卻混凝土，將水化產(chǎn)生的熱量導(dǎo)出；對于較厚較寬且少筋的大體積混凝土結(jié)構(gòu)，摻不超過20%塊石用于吸熱，此舉還可以節(jié)省混凝土；避開炎熱天氣和夜間等溫差較大的時(shí)間段澆筑混凝土，夏季炎熱天氣可使用簡易的遮陽裝置；采用分層薄層澆筑混凝土，每層厚度小于200 mm，使熱量分布均勻并加速降溫；采取溫度監(jiān)測舉措，及時(shí)分析數(shù)據(jù)并調(diào)整保溫和養(yǎng)護(hù)措施；地下室或基礎(chǔ)等地下結(jié)構(gòu)混凝土構(gòu)件拆模后及時(shí)回填，減小結(jié)構(gòu)側(cè)面暴露時(shí)間；設(shè)置施工縫、后澆帶，分塊散熱速度較快；在有接縫的部位，增加配筋，弱化邊緣效應(yīng)，局部提高構(gòu)件抗拉強(qiáng)度。

1.4 施工裂縫

混凝土的施工是決定工程施工質(zhì)量高低的一個(gè)重要環(huán)節(jié)[6]。混凝土在攪拌、澆筑、拆模、堆放、運(yùn)輸、吊裝等施工過程中，工人施工操作不符合規(guī)范、設(shè)計(jì)的施工工藝不合理等因素，都可能會令混凝土產(chǎn)生施工裂縫。

常見的情況有為趕進(jìn)度樓板混凝土強(qiáng)度未達(dá)到要求而使施工材料增加荷載，導(dǎo)致開裂；在混凝土初凝前就將模板拆除；在對預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件加載卸載時(shí)荷載速率變化不均勻，加載過大；鋼筋綁扎不牢固，澆筑時(shí)發(fā)生彎曲；澆搗不密實(shí)；模板約束與支撐不牢固，澆筑混凝土后發(fā)生較大形變等。

預(yù)防措施：使用木模板提前澆水濕透，防止模板膨脹將混凝土拉裂，脫模時(shí)應(yīng)平穩(wěn)，盡量減少劇烈的沖擊和振動；預(yù)應(yīng)力構(gòu)件澆筑時(shí)預(yù)留孔管芯通體直線，減少彎曲，澆筑后定時(shí)轉(zhuǎn)動鋼管管芯，待混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)允許值才可抽出管芯，操作過程應(yīng)平穩(wěn)緩慢，以防混凝土表面拉裂；構(gòu)件的堆放需要按支承點(diǎn)受力狀態(tài)設(shè)置墊木，技術(shù)交底應(yīng)作詳細(xì)說明，如支點(diǎn)位置、堆放層數(shù)等；構(gòu)件疊層堆放時(shí)，各支點(diǎn)保持在同一條水平直線上，堆放方向要正確；構(gòu)件在運(yùn)輸過程中，構(gòu)件與構(gòu)件之間安放墊木并分析穩(wěn)定性，防止因晃動、碰撞等因素導(dǎo)致垮塌；冬季寒冷時(shí)期混凝土澆筑摻加含氯鹽早強(qiáng)劑的同時(shí)，應(yīng)摻加阻銹劑以減少氯的腐蝕作用；夏季施工時(shí)應(yīng)測試澆搗時(shí)的溫度，溫度過高則需采取低溫養(yǎng)護(hù)措施，如有必要可使用冰塊對混凝土加以冷卻；在某些結(jié)構(gòu)的基底鋪設(shè)可滑移層以減免接面約束[7]。

1.5 徐變裂縫

徐變裂縫是混凝土在長期使用過程中而產(chǎn)生的裂縫，包括在外荷載作用下產(chǎn)生的徐變裂縫和無外荷載作用下的徐變(如因長期固結(jié)產(chǎn)生的徐變、自重應(yīng)力作用下產(chǎn)生的徐變)裂縫。裂縫產(chǎn)生的原因有混凝土在受到荷載時(shí)，內(nèi)部顆粒之間的相對滑動會延續(xù)較長時(shí)間；混凝土骨料與水泥水化產(chǎn)物的結(jié)合面持續(xù)發(fā)展；混凝土在自身的重力作用下產(chǎn)生類似于土體固結(jié)的塑性變形。混凝土徐變可能會增大受彎構(gòu)件的撓度、受壓構(gòu)件的偏心距和導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力損失。

預(yù)防措施：在構(gòu)件端頭處適當(dāng)加大截面高度，額外設(shè)置鋼筋來承受水平力，也可以做放射式配筋或彎起構(gòu)造筋，彎起構(gòu)造筋的彎起方向平行于主拉應(yīng)力方向；結(jié)構(gòu)支撐節(jié)點(diǎn)采用可以允許輕微位移的連接節(jié)點(diǎn)，如連接件連接、螺栓連接、柔性連接、鉚接、預(yù)留孔安裝橡膠墊圈等；在混凝土構(gòu)件之間設(shè)置伸縮縫，為徐變預(yù)留空間；混凝土中添加纖維，可減少徐變和提高強(qiáng)度；控制預(yù)應(yīng)力筋的彎起角度，盡可能減少非預(yù)壓區(qū)域；預(yù)制構(gòu)件在吊裝前應(yīng)該放置較長的時(shí)間，盡可能晚地固定吊車梁，以讓混凝土徐變完成大部分，減小到一個(gè)穩(wěn)定值，因?yàn)榛炷列熳內(nèi)齻€(gè)月后可以達(dá)到60%，四到五個(gè)月混凝土徐變已基本穩(wěn)定，此時(shí)混凝土構(gòu)件將具有較長齡期，也有較高的強(qiáng)度；預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件卸載預(yù)應(yīng)力不應(yīng)過早，以減少混凝土收縮增加徐變變形量，還能提高混凝土的抗裂能力；設(shè)置構(gòu)件端頭支承墊板，使應(yīng)力集中分布。

1.6 應(yīng)力裂縫

應(yīng)力裂縫指混凝土結(jié)構(gòu)在正常使用階段外荷載作用下產(chǎn)生的裂縫。外荷載直接作用產(chǎn)生的裂縫為直接應(yīng)力裂縫，外荷載間接作用產(chǎn)生的裂縫為次應(yīng)力裂縫。外荷載的作用下會增加混凝土局部承受的應(yīng)力(拉應(yīng)力或壓應(yīng)力)，當(dāng)內(nèi)應(yīng)力增長超過極限值后混凝土將產(chǎn)生裂縫。

預(yù)防措施：現(xiàn)場技術(shù)人員加強(qiáng)對工人在施工過程中鋼筋、模板、振搗、收面等的質(zhì)量控制檢查，確保鋼筋綁扎焊接位置、鋼筋間距、支撐鋼筋位置、模板固定等要點(diǎn)符合規(guī)范要求，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求使用相符合的混凝土等級；拆模時(shí)間不能過早，至少需要等混凝土初凝后才能拆除模板；合理安排施工臨時(shí)堆載，混凝土強(qiáng)度未達(dá)設(shè)計(jì)值時(shí)禁止對構(gòu)件施加大荷載；堆放、運(yùn)輸、吊裝時(shí)支承點(diǎn)和吊點(diǎn)位置正確無偏移，轉(zhuǎn)移過程中避免振動、碰撞；模板施工時(shí)在胎模端部安放并固定具有一定彈性的木質(zhì)或橡膠墊片，模板轉(zhuǎn)角不宜過大，防止構(gòu)件收縮時(shí)轉(zhuǎn)角卡住構(gòu)件使構(gòu)件拉裂；在構(gòu)件的各個(gè)節(jié)點(diǎn)處加大箍筋配筋率或安放鋼筋網(wǎng)片，以提高劈裂應(yīng)力區(qū)的強(qiáng)度，且應(yīng)保證鋼筋外圍有一定厚度的混凝土保護(hù)層；混凝土面多次抹平壓光，提高板面質(zhì)量。

2 混凝土裂縫的處理方法及適用范圍

混凝土裂縫出現(xiàn)后，其寬窄、發(fā)展、深淺、形狀可能隨時(shí)間變化而變化，處于運(yùn)動狀態(tài)，我們稱之為“不穩(wěn)定裂縫”，其中有部分裂縫呈可逆狀態(tài)，一般隨熱脹冷縮、荷載大小不斷變化[2]。混凝土裂縫出現(xiàn)后，應(yīng)及時(shí)根據(jù)結(jié)構(gòu)安全等級及裂縫危害程度制定修補(bǔ)方案，防止裂縫進(jìn)一步擴(kuò)大，造成不必要的安全問題。根據(jù)以往對混凝土裂縫處理的經(jīng)驗(yàn)，編制針對性的技術(shù)措施，能快速有效地處理問題。

1)表面涂抹法：該方法適用于混凝土表面深度很淺的細(xì)條狀裂縫、沒貫穿結(jié)構(gòu)層的裂縫、不再伸縮的裂縫等已經(jīng)穩(wěn)定了的細(xì)小裂縫(裂縫寬度小于0.05 mm，長度宜小于20 mm)，或是因混凝土結(jié)構(gòu)變形引起的、對承載力無影響的細(xì)小裂縫，比如溫度裂縫、收縮裂縫、徐變裂縫等。該方法是使用涂刷材料對裂縫產(chǎn)生范圍進(jìn)行涂刷，以掩蓋裂縫。

2)表面貼補(bǔ)法：使用合成膜或其它防水片、卷材粘貼在裂縫出現(xiàn)的區(qū)域上，既可掩蓋裂縫，又可美化混凝土結(jié)構(gòu)。表面涂抹法的適用范圍也適用于表面貼補(bǔ)法，另外，表面貼補(bǔ)法還適用于蜂窩麻面的平整，漏水位置不明確的大面積漏水裂縫的防滲堵漏。表面涂抹法和表面貼補(bǔ)法不適用于較大的裂縫。

3)裂縫填充法：在裂縫中填入修補(bǔ)材料，排出水分和空氣，表面抹平涂刷處理。處理寬度較大的裂縫效果較好。該方法具有技術(shù)門檻低、操作簡單、費(fèi)用低、持續(xù)效果好等優(yōu)點(diǎn)。但是對于寬度較小、深度較淺的裂縫，或裂縫中填充有不規(guī)則固體雜物并難以清理的情況下，使用填充法的效果不理想。對于小規(guī)模裂縫，可以先將裂縫處理成比較規(guī)則的形狀，清理干凈后再填充修補(bǔ)材料。

4)灌漿法：該方法適用范圍較廣，處理效果好，適用于各種情況產(chǎn)生的裂縫。但具有對于細(xì)小裂縫經(jīng)濟(jì)性差、操作復(fù)雜、需要特殊的設(shè)備等缺點(diǎn)。在施工時(shí)根據(jù)結(jié)構(gòu)的重要程度使用漿液。如對于不承受荷載的分隔墻等一般結(jié)構(gòu)使用費(fèi)用較低的水泥漿，而對于承受較大載荷的結(jié)構(gòu)，如梁、板、柱承重墻等重要構(gòu)件，應(yīng)使用添加膨脹劑的水泥漿，以減少硬化收縮。

5)結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)法：該方法適用于處理因承載超過承載能力范圍內(nèi)的荷載而產(chǎn)生的裂縫，裂縫形成且穩(wěn)定后沒有對裂縫加以處理導(dǎo)致結(jié)構(gòu)耐久性降低的裂縫，受火災(zāi)等高溫烘烤的承載結(jié)構(gòu)，或其他結(jié)構(gòu)強(qiáng)度受到影響產(chǎn)生的裂縫。包括斷面補(bǔ)強(qiáng)法、預(yù)應(yīng)力法、錨固補(bǔ)強(qiáng)法等加強(qiáng)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的方法。

上述各種處理方法可以結(jié)合使用。灌漿法一般采用環(huán)氧樹脂或水泥漿，也有使用雙液漿(水泥漿和水玻璃)。填充法使用細(xì)石混凝土填充搗實(shí)，還可以添加鋼絲網(wǎng)或者纖維等用于加固。

3 結(jié) 語

混凝土裂縫的控制是綜合性的問題，涉及范圍廣，包括混凝土生產(chǎn)質(zhì)量、施工質(zhì)量、技術(shù)設(shè)備、氣候環(huán)境等諸多因素。為了預(yù)防混凝土構(gòu)件裂縫的產(chǎn)生，除了發(fā)展先進(jìn)的施工技術(shù)和專業(yè)的施工設(shè)備外，還需要嚴(yán)格遵守施工程序，規(guī)范施工，嚴(yán)格控制混凝土澆筑及養(yǎng)護(hù)期間的溫度和水分含量，優(yōu)化設(shè)計(jì)混凝土的配方如骨料級配、水泥參數(shù)、外加劑品種及摻量，地基處理得當(dāng)減少不均勻沉降，采用機(jī)械振搗禁止人工振搗等。在混凝土裂縫出現(xiàn)后應(yīng)及時(shí)處理，避免裂縫進(jìn)一步擴(kuò)大，可根據(jù)現(xiàn)場情況，合理采用表面涂抹法、表面貼補(bǔ)法、裂縫填充法、灌漿法、結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)法等實(shí)用方法進(jìn)行修補(bǔ)或加固處理。

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