论混凝土裂缝防治技术在土木工程中的重要性

李亚亚

【摘 要】凝土以其物美价廉、施工方便、可塑性强、载荷能力大等优点，使其在建设工程当中的应用越来越广泛。而在施工过程中往往存在混凝土开裂的现象，进而影响建筑美观及其耐久性，本文对混凝土裂缝的形成因素进行了分析，并结合实际工程实践，提出了混凝土裂缝开裂防治措施及处理的相关办法。

【关键词】混凝土；裂缝；防治

0 引言

随着我国经济的迅速发展，钢筋混凝土结构已经普遍应用于工民建行业中。混凝土具有价格低廉，原材料丰富，生产工艺成熟等特点，因而其使用量越来越大；同时其还具备强度等级高，抗压强度高，耐久性能好等优点，使其在土木工程，地热工程，造船业，机械工业，等领域中应用的越来越广泛[1]。然而，混凝土结构往往由于技术条件的限制，设计考虑不周全及施工质量控制不合格等因素会产生裂缝，裂缝是混凝土结构中出现的最为普遍的现象。裂缝的存在会影响建筑物的整体美观，甚至降低混凝土的抗压强度及耐久性，从而影响建筑物的正常使用，裂缝的进一步开裂甚至将导致整体坍塌的重大事故。因此，本文对混凝土裂缝的形成机理进行了分析，并结合实际工程实践，提出了混凝土裂缝开裂防治措施及相关处理办法，对有效控制混凝土开裂具有重要的现实指导意义。

1 混凝土裂缝的分类

在大量的工程建设实践以及近代科学关于混凝土强度的细观研究成果都表明混凝土裂缝的产生是不可避免的，它是材料的一种特性，但其有害程度是可控制的。因此，科学的对待裂缝问题是建立在对裂缝分类、研究的基础之上[2]，从而采取有效措施，将损害程度控制在允许范围之内。

根据混凝土裂缝产生的原因非常复杂，大致可分为结构性裂缝和分结构性裂缝。

1.结构性裂缝

结构性裂缝多是由于结构应力达到极限，造成承载力不足引起的，是结构破坏开始的特征，或是结构强度不足的征兆，其裂缝形式多种多样，主要原因如下[3]：

（一）设计原因引起的裂缝

1）楼板刚度不足：设计按多跨连续板进行配筋计算，侧重于满足结构安全，较少考虑混凝土收缩特性和温度变形等多种因素，楼板高跨比仅为L/33.6-L/35，其刚度较小对裂缝控制很不利。

2）楼板构造配筋设计不周：设计在支座处按常规配设负筋，在中部板面不配钢筋，当板面出现温度变形和混凝土收缩，因无构造钢筋约束，板面即出现裂缝。

3）楼板内布线不合理：由于水电施工图由各专业设计，实际施工中出现水电管交叉叠放，或由于设计考虑管内容线面积，部分预埋管径≥D25；且设计管线位置在楼板跨中，即在单层双向配筋处，楼板有效截面受到很大程度（15%-40%）削弱，成为楼板最易开裂的部位；当楼板收缩应力大于混凝土极限抗拉强度时，即出现沿管线表面呈直线状的裂缝。

4）从房屋的空间结构来看，剪力墙刚度大，约束了剪力墙间梁板的水平向自由变形，而梁刚度又较板刚度大，因各类因素引起的水平向收缩变形均集中到剪力墙间刚度最小的板上，造成这块板开裂。

5）膨胀剂的选用与掺量：设计未明确混凝土的限制膨胀率，只提出膨胀剂的品种和掺量范围，施工时按设计提供掺量进行配比施工，使混凝土的实际限制膨胀率不能达到最佳限制膨胀率。

（二）施工原因引起的裂缝

1）水电预埋管施工时在板内位置欠合理：管线位置过高时，极易在板面出现由混凝土硬化收缩产生的裂缝，也将在维修裂缝或室内装修时损坏管线；两根管线并行布置时，管线间距过小甚至并拢，更易因管线集中而产生裂缝。

2）空载养护期不足：从楼面混凝土浇完、收光到工程材料堆放，平均空载养护期仅为一天半，人为因素过早地震动、荷载造成楼板幼龄混凝土内部受损开裂。且施工中用塔吊吊运的钢管、钢筋等周转材料因受剪力墙钢筋影响多堆放在预埋管线部位。

（三）使用原因引起的裂缝

1）改变建筑物的使用条件引起的裂缝。

2）火灾等事故引起的裂缝。

3）由地震等偶然荷载引起的结构开裂。

2.非结构性裂缝

研究资料以及工程实践显示，在混凝土结构裂缝中非结构性裂缝占了绝大多数，约为80%，其形成原因比较复杂[4-5]，以收缩裂缝为主导，工程中四种较常见的非结构性裂缝有收缩裂缝、温度裂缝、沉降裂缝和化学反应引起的裂缝。

（1）收缩裂缝

收缩裂缝是由湿度变化引起的，它占混凝土非结构性裂缝中的主要部分。混凝土是以水泥为主要胶结材料，以天然砂、石为骨料加水拌合，经过浇筑成型、凝结硬化形成的人工石材。在施工中，为保证其和易性，往往加入比水泥水化作用所需的水分多4-5倍的水。多出的这些水分以游离态形式存在，并在硬化过程中逐步蒸发，从而在混凝土内部形成大量毛细孔、空隙甚至孔洞，造成混凝土体积收缩。此外，混凝土硬化过程中水化作用和碳化作用也会引起混凝土体积收缩[4]。

根据有关试验测定，混凝土最终收缩量约为0.04%～0.06%。可见，收缩是混凝土固有的物理特性，一般来说，水灰比越大、水泥强度越高、骨料越少、环境温度越高、表面失水越大，则其收缩值越大，也越易产生收缩裂缝。

（2）沉陷裂缝

沉陷裂缝的产生是由于结构地基上质不匀、松软，或回填上不实或浸水而造成不均匀沉降所致；或者因为模板刚度不足，模板支撑间距过大或支撑底部松动等所致，特别是在冬季，模板支撑在冻土上，冻土化冻后产生不均匀沉降，致使混凝土结构产生裂缝。此类裂缝多为深进或贯穿性裂缝，其走向与沉陷情况有关，一般沿与地面垂直或呈30°-45°角方向发展，较大的沉陷裂缝，往往有一定的错位，裂缝宽度往往与沉降量成正比关系，裂缝宽度受温度变化的影响较小。地基变形稳定之后，沉陷裂缝也基本趋于稳定。

（3）温度裂缝

温度裂缝多发生在大体积混凝土表面或温差变化较大地区的混凝土结构中。温度裂缝的走向通常无定规律，大面积结构裂缝常纵横交错：梁板类长度尺寸较大的结构，裂缝多平行于短边；深入和贯穿性的温度裂缝一般与短边方向平行或接近平行，裂缝沿着长边方向出现，中间较密。裂缝宽度大小不一，受温度变化影响较为明显，冬季较宽，夏季较窄。高温膨胀引起的混凝土温度裂缝是通常中间粗两端细，而冷缩裂缝的粗细变化不太明显。这类裂缝的出现会引起钢筋的锈蚀，混凝土的碳化，降低混凝土的抗冻融、抗疲劳及抗渗能力等。

（4）化学反应引起的裂缝

混凝土拌和后会产生一些碱性离子，这些离子与某些活性骨料产生化学反应并吸收周围环境中的水而体积增大，造成混凝土酥松、膨胀开裂。这种裂缝一般出现在混凝土结构使用期间，一旦出现很难补救，因此应在施工中采取有效措施进行预防。

2 裂缝的预防措施

2.1 收缩裂缝的预防

1）选用收缩量较小的水泥，低水化热的硅酸盐、普通硅酸盐水泥和粉煤灰水泥，降低水泥的用量，降低水化热，减小混凝土体的内外温差。

2）混凝土的干缩受水灰比的影响较大，水灰比越大，干缩越大，因此在混凝土配合比设计中应尽量控制好水灰比的选用，同时掺加合适的减水剂。

3）严格控制混凝土搅拌和施工中的配合比，混凝土的用水量绝对不能小于配合比设计所给定的用水量。

4）加强混凝土的早期养护，并适当延长混凝土的养护时间。冬季施工时要适当延长混凝土保温覆盖时间，并涂刷养护剂养护。

5）在混凝土结构中设置合适的收缩缝。

2.2 沉陷裂缝的预防

1）对松软土、填土地基在上部结构施工前应进行必要的夯实和加固。

2）保证模板有足够的强度和刚度，且支撑牢固，并使地基受力均匀。

3）防止混凝土浇灌过程中地基被水浸泡。

4）模板拆除的时间不能太早，且要注意拆模的先后次序。

5）在冻土上搭设模板时要注意采取一定的预防措施。

2.3 温度裂缝的预防

对于温度引起的裂缝，增配构造钢筋可明显提高混凝土的抗裂性，尤其是薄壁结构。构造上配筋宜优先采用小直径钢筋、小间距布置，全截面构造配筋率不宜低于6.3%，一般可采用0.3%～0.5%。

1）尽量选用低热或中热水泥，如矿渣水泥、粉煤灰水泥等。

2）减少水泥用量，将水泥用量尽量控制在450kg1m3以下。

3）降低水灰比，一般混凝土的水灰比控制在0.6以下。

4）改善骨料级配，掺加粉煤灰或高效减水剂等来减少水泥用量，降低水化热。

5）改善混凝土的搅拌加工工艺，降低混凝土的浇筑温度。

6）在混凝土中掺加一定量的具有减水、增塑、缓凝等作用的外加剂，改善混凝土拌合物的流动性、保水性，降低水化热，推迟热高峰的出现时间。

7）高温季节浇筑时可以采用搭设遮阳板等辅助措施控制混凝土的温升，降低浇筑混凝土的温度。

2.4 化学反应引起的裂缝

由于混凝土浇筑、振捣不良或者是钢筋保护层较薄，有害物质进入混凝土使钢筋产生锈蚀，锈蚀的钢筋体积膨胀，导致混凝土胀裂，此种类型的裂缝多为纵向裂缝，沿钢筋的位置出现。通常的预防措施有：

1）保证钢筋保护层的厚度；

2）混凝土级配要良好；

3）混凝土浇注要振捣密实；

4）钢筋表层涂刷防腐涂料。

3 裂缝处理

3.1 表面修补法

表面修补法是一种简单、常见的修补方法，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。通常的处理措施是在裂缝的表面涂抹水泥浆、环氧胶泥或在混凝土表面涂刷油漆、沥青等防腐材料，在防护的同时为了防止混凝土受各种作用的影响继续开裂，通常可以采用在裂缝的表面粘贴玻璃纤维布等措施[6-7]。

3.2 灌浆、嵌缝封堵法

灌浆法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的修补，它是利用压力设备将胶结材料压入混凝土的裂缝中，胶结材料硬化后与混凝土形成一个整体，从而起到封堵加固的目的。常用的胶结材料有水泥浆、环氧树脂等化学材料。

嵌缝法是裂缝封堵中最常用的一种方法，它通常是沿裂缝凿槽，在槽中嵌填塑性或刚性止水材料，以达到封闭裂缝的目的。常用的塑性材料有聚氯乙烯胶泥、塑料油膏、丁基橡胶等等：常用的刚性止水材料为聚合物水泥砂浆。

3.3 填充法

用修补材料直接填充裂缝，一般用来修补较宽的裂缝（>0.3mm），作业简单，费用低。宽度小于0. 3mm，深度较浅的裂缝、或是裂缝中有填充物，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型槽，然后做填充处理。

3.4 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。

3.5 混凝土置换法

混凝土置换法是处理混凝土严重损坏的一种有效方法，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。

3.6 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。

3.7 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。

4 结语

裂缝是混凝土建筑物中最普遍、最常见的一种现象，裂缝产生原因非常复杂，其对混凝土建筑物的危害程度不一，严重的裂缝会危害建筑物的整体性和稳定性，甚至将会导致建筑物的整体坍塌。施工中应尽可能采取有效的技术措施控制裂缝，使结构尽量不出现裂缝，或尽量减少裂缝的数量和宽度，特别是避免有害裂缝的出现，以确保工程质量。在施工过程中，对其进行认真研究、采用合理的方法进行处理，并在混凝土形成过程中的一系列阶段进行监控，从原材料、配合比、混凝土的拌制和运输，入模振捣、施工缝及后浇带的处理、养护等严格控制，保证建筑物和构件安全、稳定的工作。具体施工中要靠我们多观察、多比较，出现问题后多分析、多总结，结合多种预防处理措施混凝土的裂缝产生的不良影响是完全可以控制的。

【参考文献】

[1]GB50010-2002 钢筋混凝土结构设计规范[S].

[2]陈志源.土木工程材料[M].2版.武汉：武汉理工大学出版社，2006.

[3]鞠丽艳，张雄.混凝土裂缝防治的两种新方法[J].施工技术，2002，7.

[4]张海峰.浅析混凝土裂缝产生原因及预防措施[J].今日科苑，2008（04）：20-24.

[5]曾力军.浅析混凝土裂缝的原因、预防和处理[J].江西建材，2007（03）：33-35.

[6]钢筋混凝土裂缝机理与控制措施[J].工程力学，1/1/， 23（z1）.

[7]郭仕，肖欣，赵和平.混凝土施工中的裂缝控制[J].山西水利科技，2000，11.

[责任编辑：杨玉洁]