裂缝对混凝土结构的影响及防治

刘一宁 张世航

摘要：分析了混凝土裂缝的危害，阐述了混凝土裂缝产生的原因对混凝土裂缝进行了分类，详细介绍了混凝土裂缝的控制和处理措施，以解决混凝土裂缝问题。

关键词：混凝土；裂缝；影响；防治

1.引言

混凝土是一种由砂石骨料、水泥、水及其他外加材料混合而形成的非均质脆性材料。由于混凝土施工和自身变形、约束等一系列问题，硬化成型的混凝土中存在着众多的微孔隙、气穴和微裂缝。正是由于这些初始缺陷的存在导致混凝土呈现出一些非均质的特性。微裂缝通常是一种无害裂缝，对混凝土的承重、防渗及其他一些使用功能不产生危害，但是在混凝土受到荷载、温差等作用之后，微裂缝就会不断的扩展和连通，最终形成我们肉眼可见的宏观裂缝，也就是混凝土工程中常说的裂缝。混凝土裂缝产生的原因很多，有变形引起的裂缝。如：温度变化收缩、膨胀、不均匀沉陷等原因引起的裂缝；有外载作用引起的裂缝；有养护环境不当和化学作用引起的裂缝等。在实际工程中要区别对待，根据实际情况进行预防和处理。

2.裂缝的产生及危害

2.1混凝土裂缝的产生原因

裂缝产生的原因主要是变形作用，如收缩变形、温度变形、基础不均匀沉降变形等多因素，此类裂缝几乎占全部裂缝的80%以上。混凝土在空气中硬化时，其体积将在较长时间内不断缩小，这种收缩由混凝土在凝结硬化过程中的化学反应产生的“凝缩”和混凝土自由水分的蒸发所产生的“干缩”两部分组成，混凝土的收缩早期发展较快，以后逐渐变慢，一般在最初半年内收缩最大，可以完成全部收缩量的80～95%。

混凝土具有热胀冷缩的性质，其温度线膨胀系数一般为αс=1×10-5/℃，由温度变化引起混凝土产生温差变形，包括混凝土内外温差、昼夜温差、日照下混凝土阴阳面的温差、拆模过早及气候突变等因素引起的温差。

（1）内外温差变形

除大体积混凝土外，早期水泥水化温升问题并未普遍引起重视，实际上混凝土地下室墙体也存在早期水泥水化温升，其温升一般为15℃至25℃，对于气温较高的南方地区，温升可达25℃以上。当墙体模板拆除后，混凝土迅速降温，尤其是表面降温最大，混凝土发生了收缩，并产生了内外温差应力，由于混凝土早期强度低，当内外温差应力大于混凝土的抗拉强度时，混凝土墙体表面出现裂缝。

（2）昼夜温差和墙体阴阳面温差变形

由于昼夜温度的差异以及墙体阴（背光面）阳（朝光面）面温度的不同，引起墙体产生随温度变化的胀缩变形，特别是墙体阳面夜间降温幅度较大，相应地收缩变形也较大。

（3）气候突变引起的温度变形

炎热的夏季，暴雨频繁，高温下的混凝土墙体受雨淋后温度骤降，在较短的时间内形成较大的温度应力，结构物没有足够的时间调整应力分布，极易形成广泛性裂缝。

强度高的混凝土与强度低的混凝土比较，其化学收缩和干燥收缩小些，但塑性收缩大些，而温度收缩和自生收缩更大些，若混凝土变形受到约束，更容易产生裂缝。由于流动性及和易性的要求，预拌泵送混凝土与现场搅拌的混凝土相比，坍落度大，水泥用量多，水灰比大，砂率增多，骨料粒径减小，混凝土收缩率较大，容易开裂。混凝土原材料质量不良、使用过期的膨胀剂，施工配合比不当、坍落度控制不好、施工过程中任意加水、混凝土震捣不密实、混凝土养护不良等因素，均会造成混凝土收缩加大而产生裂缝。

2.2 混凝土裂缝的危害

混凝土裂缝是混凝土结构的严重病害。混凝土早期表面裂缝在以后气温骤降形成的温度应力和外力作用下表面裂缝可发展成具有破坏性的贯穿裂缝和深层裂缝。贯穿裂缝和深层裂缝会破坏结构的整体性，改变混凝土的受力条件，从而有使局部甚至整体结构发生破坏的可能，严重影响建筑物的质量和运行安全性。

3.裂缝处理

裂缝的出现不但会影响结构的整体性和刚度，还会引起钢筋的锈蚀、加速混凝土的碳化、降低混凝土的耐久性和抗疲劳、抗渗能力。因此，根据裂缝的性质和具体情况要区别对待、及时处理，以保证建筑物的安全使用。混凝土裂缝的修补措施主要有非结构性裂缝、结构受力性裂缝、结构加固法、混凝土置换法等方法。

3.1非结构性裂缝

虽然非结构性裂缝对结构物的安全不会带来直接影响，但将降低其耐久性及使用年限，可用环氧树脂等凝胶做封闭处理，必要时也可采取表面涂抹法、填充法、灌浆法。表面涂抹适用范围是浆材难以灌入的细而浅的裂缝，深度未达到钢筋表面的发丝裂缝，不漏水的裂缝，不伸缩的裂缝以及不再活动的裂缝，这种方法叫表面贴补法，适用于大面积裂缝的处理。填充法是用修补材料以直接填充裂缝，作业简单，费用低。宽度小于0.3mm，深度较浅的裂缝或者是裂缝中有充填物，用灌浆法很难达到效果的裂缝以及小规模裂缝的简易处理可采取开V形槽，然后作填充处理。灌浆法利用压送设备（压力0.2MPa～0.4MPa）将补缝浆液注入混凝土裂隙，达到闭塞的目的，也可利用弹性补缝器将注缝胶注入裂缝，从细微裂缝到大裂缝均可适用，处理效果好，不用电力，十分方便。

3.2结构受力性裂缝

对于结构受力性裂缝，需具体分析裂缝对结构的安全性产生的影响。若不危害结构的正常使用，可根据实际情况采取必要的补强措施，以增加结构物的稳定性。结构补强法包括断面补强法、锚固补强法、预应力法等。

因拆模不当产生的裂缝、超荷载产生的裂缝、裂缝长时间不处理导致的混凝土耐久性降低、火灾造成的裂缝，影响结构强度的便可以采取结构补强法。例如：因地基沉降引起裂缝，可采取加粉喷桩、注浆等措施加固地基；因集中应力引起压裂破坏，可采用加垫大面积钢板分散應力；因为受拉、受弯、抗剪引起裂缝，可采用锚定挂钢筋网、喷锚等措施加强。混凝土裂缝处理效果的检查包括钻芯取样试验、压水试验、修补材料试验、压气试验等。

3.3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。

3.4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、聚合物或改性聚合物混凝土或砂浆。

3.5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。这种方法的优点是防护方法受环境因素的影响较小，适用钢筋、混凝土的长期防腐，既可用于已裂结构也可用于新建结构。

3.6 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。

4.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，要对混凝土裂缝进行认真研究、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。

参考文献：

[1]尚志远，汪灯.高抗折强度路面混凝土疲劳性能研究.筑路机械与施工机械化.2008

[2]鞠丽艳，张雄.混凝土裂缝防治的两种新方法.施工技术.2012

[3]朱耀台，詹树林.混凝土裂缝成因与防治措施研究.材料科学与工程学报.2003