浅谈混凝土裂缝的检测及处理方法

边广辉 张喜波

在我国,许多重大混凝土工程在不到十年内破坏所造成的损失十分惊人。从桥梁、路面等交通设施到沿海的海港工程结构,从民用建筑、商业建筑到一些化工、冶金工业建筑,混凝土开裂问题的影响极其广泛。

混凝土建筑和构件通常都是带裂缝工作的,为避免有害裂缝的出现,应加强对混凝土裂缝的检测,并针对不同的裂缝采取相应的修补处理方法,从而确保工程质量的安全。

1 混凝土裂缝的检测方法

1.1 混凝土裂缝的常规检查

对于混凝土表面裂缝的检查,一般应检查裂缝发生的位置、形态、发展长度、宽度及裂缝数量,并观测裂缝的变化发展情况。除了裂缝宽度的检查需借助于检查仪器外,裂缝检查的其他项目一般可目测进行。一般利用带刻度的放大镜、钢尺精确描述裂缝长度、宽度、方向、高度以及数量。

检查裂缝宽度的方法如下:1)在裂缝的起点及终点,用红铅笔或红油漆与裂缝相垂直画细线;也可以用红铅笔在裂缝附近沿裂缝延伸方向画细线,以标明裂缝的形态、发展长度。2)在标明裂缝上,选择目测裂缝宽度较大的位置作为放置放大镜的固定地点,量出裂缝的宽度。3)量出主要裂缝的宽度后,将它与量测的裂缝位置、走向、长度、分布情况及特征,用坐标法绘制裂缝展示图,并记录下来。

1.2 混凝土裂缝的无损检测与监测

1)超声波检测。超声波法用于非破损检测混凝土裂缝的深度,其基本原理是在混凝土材料性质(包括混凝土的成分、配合比和龄期等)相同的条件下,对比声波在有、无裂缝的混凝土中传播时间差异比较来判定裂缝深度。受现场条件的限制,常用平测法进行混凝土裂缝深度检测。2)冲击弹性波法。一般把弹性体内传播的波总称为弹性波,用人工发射弹性波到弹性体内,探测弹性体内的状态,是广义的弹性波探测法。冲击弹性波法与超声波法的原理是一样的,但远比超声波测定的裂缝深度深。冲击弹性波法只能检测扩展方向与表面成直角,没有分支的单纯裂缝。3)声发射检测法。声发射检测法也是利用弹性波进行声学检测的具体检测方法,和其他方法最大的不同是只能检测正在发生的裂缝,不能检测已发生的旧裂缝,对正在发生的裂缝可检测裂缝发生的位置(声发射源定位),裂缝的大小,扩展情况和种类,以及裂缝的深度等。4)摄影检测法。摄影检测法主要用作调查混凝土表面的裂缝摄影法,包括采用普通照相机、录像机、放射线、红外线摄影等进行检测。5)传感仪器监测。利用埋设在混凝土中的仪器进行裂缝监测,常规技术是利用卡尔逊式或弦式测缝计,属点式检测,由于裂缝出现的空间随机性,因此往往漏检,为了及时无遗漏地监测裂缝,必须实施大范围的、连续、分布式监测,即所谓全分布监测。6)光纤传感网络监测。在各国竞相开发的结构监测高科技领域里,光纤传感以其独特优势居于中心地位,它灵巧、精度高、抗电磁干扰,且可靠耐久,易于光纤传输组成自动化遥测系统。

2 混凝土裂缝修补处理方法

2.1 表面处理法

这是一种在微裂缝(一般宽度小于0.2 mm)的表面涂抹填料及防水材料,以提高其防水性和耐久性为目的的方法。它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。这种方法的缺点是修补工作无法深入到裂缝内部,以及对延伸性裂缝难以追踪其变化。因此,对于宽度发生变化的裂缝,要设法使用有伸缩性的材料。表面处理方法所用材料视修补目的及其结构物所处环境不同而异,通常使用弹性涂膜防水材料(如玻璃布)、聚合物水泥膏及水泥填料等。

2.2 注浆法

该方法系在裂缝中注入树脂或水泥类材料,以提高其防水性及耐久性。它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及有碱骨料而开裂的裂缝。

注浆法的主要注浆材料是环氧树脂,以往均采用手动或脚踏式输液泵注入浆液,但存在无法控制注入量的缺陷。对于不贯通的裂缝难以将浆液注入到内部,注入压力太大有可能使裂缝宽度扩大等问题。所以,现在多采用低压低速注入法。此法具有易于控制注入量且可注入到裂缝深部的优点。

当灌浆材料采用环氧树脂时,应该注意到,由于环氧树脂的粘度不同,有时浆液无法充分注入裂缝,但增加溶剂量又会降低粘性而达不到预期的目的。对于延伸性裂缝,环氧树脂的变形跟踪性较差(环氧树脂的变形量约为 2%),所以,对这类裂缝,应该使用可挠性环氧树脂。另外,环氧树脂注入法与钢抓钉并用,可以增强裂缝部位的整体性,是一种防止裂缝继续发展的好办法。

2.3 充填法

这是一种适合于修补较宽裂缝(0.5 mm以上)的方法,具体做法是沿裂缝凿一条深槽,然后在槽内嵌补各种粘结材料,如水泥砂浆、环氧砂浆、膨胀水泥砂浆、环氧树脂混凝土、沥青及各种化学补强剂等。对钢筋混凝土结构而言,这种修补方法视钢筋是否锈蚀而异。当钢筋未锈蚀时,沿裂缝处大约10 mm的宽度将混凝土凿成U形或V形,在开槽处充填密封材料以修补裂缝;当钢筋已经锈蚀时,将混凝土凿除到能够充分处置已经生锈的钢筋部分,先对钢筋除锈,然后在钢筋上涂抹防锈底涂料,再充填密封材料。修补已经锈蚀的钢筋应注意以下事项:

1)原则上应完全除掉钢筋的锈蚀部分;

2)没开裂部分的钢筋往往已经生锈,故修补时也应对其除锈;

3)当裂缝仍在延伸时,裂缝宽度有再度扩大的可能,故应使用可追随变形的修补材料;

4)对由氯化物浸入引起锈蚀的钢筋,应在钢筋表面涂上树脂涂料以减少水及氧气的供给量,减缓钢筋的锈蚀,然后再用上述方法修补裂缝。

2.4 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。

2.5 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,此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、改性聚合物混凝土或砂浆。

2.6 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。电化学防护法的优点是防护方法受环境因素的影响较小,适用于钢筋、混凝土的长期防腐,既可用于已裂结构,也可用于新建结构。

2.7 仿生自愈合法

仿生自愈合法是一种新的裂缝处理方法,它模仿生物组织对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,在混凝土的传统组分中加入某些特殊组分(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。

2.8 粘结钢板封闭法

当钢筋混凝土构件产生主拉应力裂缝时,可对裂缝先进行处理之后,再在裂缝处粘结钢板,并用膨胀螺栓对钢板加压。钢板粘结方向应和裂缝方向垂直。

3 结语

裂缝是混凝土结构中普遍存在的一种现象,它的出现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,因此在实际工作中应加强对混凝土裂缝的检测工作,进行认真研究,并根据实际情况采取合适的修补处理方法,保证混凝土建筑和构件安全、稳定地工作。

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