浅析混凝土结构的裂缝成因及加固措施

裴燕+郑文英+孙存婧

摘要：混凝土结构是一种脆性材料，其抗压强度较高而抗拉强度很低，其破坏源于材料内部原有的微裂纹，通过微裂纹的产生、扩展、贯通，到宏观裂缝出现并扩展，最终导致混凝土破坏的过程。为了延长结构的使用寿命，设计不同的加固方案，采取补救措施。

关键词：裂缝危害；裂缝成因；加固方法

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2018）02-0062-02

在土木工程中钢筋混凝土结构应用很广泛，优点较多，但缺点也不容忽视。混凝土的破坏是由于自身存在的各种缺陷所引起的，使用材料的多样性，促使其内部存有微裂纹，从萌生、扩展、贯通，直到产生宏观裂纹，最终导致混凝土破坏。

一、裂缝的危害

混凝土结构中裂缝的产生是难以避免的，根据出现裂缝的类型、数量、宽度、稳定性以及产生裂缝的部位，来确定裂缝对建筑结构产生危害的程度。有些裂缝的进一步扩展，则可能会危及结构的安全可靠性，裂缝的出现，也称为先兆。有些裂缝的出现可能造成工程渗漏，使钢筋锈蚀、保护层剥落、降低混凝土强度，影响建筑物的正常使用，抗渗性、抗冻性、耐磨性等均会受到影响，严重损害工程耐久性，缩短工程使用的寿命。

裂缝引起的危害主要表现在混凝土结构的安全可靠性和耐久性两个方面，前者侧重于承重结构的刚度和承载能力，耐久性则包括混凝土结构的使用寿命。同时较大的结构裂缝，也难为人们接受，造成不安全和恐惧的心理压力，影响建筑美观。

二、混凝土结构裂缝的研究现状

有许多国外专门的科研机构从事混凝土裂缝的研究工作，并已取得成熟的科研成果，编制出了相应的规范。而在国内，也有很多的科研院校和研究机构对此也做了大量的试验研究工作，并在此基础上，考虑荷载类型的约束条件，配筋方式，粘结滑移关系等影响裂缝宽度的因素，编制了《混凝土结构设计规范》，及相应的施工操作规范，对工程设计人员起到一定的指导作用。

三、混凝土结构构件裂缝成因

由于混凝土自身材料的因素，在浇筑完成时出现细微裂缝，更确切地说，混凝土在水泥硬结硬化的过程中就有裂缝存在。这是因为混凝土中拌合物，即水泥和骨料在温度变化条件下产生不均匀的体积变形，而它们又粘结在一起，不能自由变形，于是在其内部形成相互之间的约束应力。一旦约束应力超出它们之间的粘结强度，即自身的抗拉强度，于是就产生微裂缝。这种微裂缝肉眼不可见，分布极不规则，并未贯通。此时混凝土微裂缝的出现不会使混凝土丧失抗拉能力，因为微裂缝虽然遍布混凝土内部，但裂缝之间并非贯穿整个构件的内部或表面，所以混凝土的抗拉强度很低，但构件仍可承受拉力。混凝土微裂缝的存在极其容易扩展、串联并贯通的性质，不仅使混凝土对受拉很敏感，其抗拉强度的离散性很大，相当一部分取决于振捣混凝土和养护工作，加之后续因施工、材料、环境因素的影响，都将使微裂缝被拉伸、扩展、贯通，保护层脱落，钢筋锈蚀，裂缝进一步扩展和延伸，影响混凝土结构的可靠性和耐久性。

随着外加荷载的出现，包括静荷载、动荷载及后期正常使用时出现的房间使用功能变化，荷载随之变化，造成混凝土变形受约束所引起的内应力大于材料抗拉强度，随之产生裂缝。由于混凝土的徐变，将会使混凝土内部原来出现的微裂缝进一步扩展和延伸。由于荷载的性质与大小不同（如静荷载、动荷载、冲击荷载等），混凝土构件出现裂缝的宽度、长度和深度也有所不同，对构件或整体结构造成的影响亦不同。

此外，由于变形引起的裂缝也非常常见，如温度影响、收缩（包括塑性收缩、自生收缩、干燥收缩等）、地基不均匀沉降、后期浇筑养护不及时、混凝土徐变等，使构件产生内应力，在释放过程中产生裂缝；拌和混凝土配合比设计、拌和原材料差异性大，（新疆地区的砂石料中含泥量較大），也将会直接影响构件的承载力；南疆地区盐碱地多，氯离子的侵蚀也使钢筋表面的钝化膜产生破坏，引起钢筋的锈蚀，碱骨料反应对混凝土结构也有较大影响。

四、加固方法

为了延长结构的使用寿命、提高建筑物的耐久性能，对旧有建筑的加固已经成为当务之急。对于一些微裂缝，采用结构胶修补即可，而出现一些较为严重的裂缝，则应遵循建筑结构的加固原则，从实际出发，为正常生活消除隐患，在诸多的选择方案中择优选择，同时避免对原结构构件造成新的损害。

1.加大截面加固法。加大截面法是较为传统的加固方法之一，通过增加原构件的受力筋进行补强，同时在外侧重新浇筑混凝土，增大构件的截面尺寸来达到提高构件承载能力的目的，有单侧加厚、双侧加厚、三面外包、四面外包等，适用于梁、板、柱、墙和一般构造物的混凝土加固。但此种加固法却会使得混凝土构件的截面变大，结构自重增加，现场湿工作量较大，养护时间较长，特别是占用的净空较大，对生产和生活有一定的影响。

2.粘贴钢板加固法。此方法与钢筋混凝土设计原理中的纵向受力钢筋和箍筋的设计方法类似。此加固方法施工速度快、现场无湿作业或仅有抹灰等少量湿作业，对周边环境影响较小，适用于承受静力作用的受弯构件或受拉构件。但粘钢加固对钢板的防腐要求很高，增加自重较大，施工操作复杂，并且只有在荷载增加到一定程度，梁体变形达到一定范围时，加固效果才能明显显现，因而加固初期效果不明显。

3.体外预应力加固法。以预应力拉杆分，有水平拉杆、下撑式拉杆和组合式拉杆。以张拉方法分，由人工横向张拉（水平横向张拉和竖直横向张拉）、机械张拉和电热张拉。体外预应力技术须在施工前精确的计算张拉控制量，再根据严格的施工操作步骤实施，此法可大大缩短施工工期，但加固后对原结构外观有一定影响，且不适合混凝土收缩大和徐变较大的结构。体外预应力钢筋易松弛，钢筋失效等现象在加固中较为常见。另外，与其他加固方法相比，对原结构的破坏性较大。

4.粘钢法。通过将型钢贴在被加固构件的表面，从而提高构件性能的加固方法，中间的界面粘接剂可用水泥砂浆、乳胶水泥浆或环氧树脂化学灌浆等。虽然此法对混凝土构件的影响较小，但是，由于粘钢构件抗动力性能和抗疲劳性能方面的试验研究不够充分，因此，应用的并不是非常广泛。

5.喷射混凝土加固法。通过借助喷射机械，利用压缩空气或其他动力，将预先按照一定比例配合的拌和料，通过管道输送，高速喷射到受喷面上凝结硬化而成的一种混凝土。喷射混凝土具有较高的力学性能和良好的耐久性，混凝土早强，不需模板和振捣，施工快速方便，但此加固法对施工器具要求极高。

6.粘贴碳纤维增强塑料（CFRP）加固法。选用CFRP纤维加固法，具有耐腐蚀、耐高温、耐潮湿、维护费用低等优点，加固后对使用空间影响不大，适用于各种受力性质的混凝土结构构件，是一种比较方便而有效的加固方法。另外，碳纤维有自身特点的优势：重量轻，且具有很高的抗拉强度，弹性模量高，尺寸稳定，抗疲劳，阻尼特性好。由于近年的研究和发展，纤维加工生产技术的改进，逐步推行工业化，可大大降低了生产成本，更有利于这种加固方法的推广应用。

7.耗能减震阻尼器。近年来，由于耗能减震技术因其减震效果好、构造简单、造价低廉、适用范围广、维护方便等特点，也受到诸多重视，在土木工程领域中发展较为迅速。利用增设粘滞阻尼器的方法进行抗震加固，对结构整体进行隔震，从而达到整体加固效果，施工较为方便，对原有建筑物干扰较小，尤其是部分楼层已经投入使用的续建建筑，利用阻尼器进行加固更方便更实用。

在进行加固设计时，必须根据工程特点和实际情况，进行承载能力、正常使用功能等方面的验算，并选择合适的施工方法和合理的构造措施。在加固过程中，可按以下程序进行操作：可靠性鉴定（针对加固对象）→经过比较确定加固方案→进行加固设计（计算、构造、施工技术过程、施工图纸）→施工组织设计→现场操作→验收。

五、结语

裂缝对结构产生的危害要根据产生裂缝的原因、类型、数量、宽度、产生的部位综合确定。钢筋混凝土结构中出现裂缝是难以避免的，应从材料、设计、施工等多个方面进行把控，通过工程师的检查、测定、分析和判断，采取及时有效的加固处理措施，延缓结构的损伤进程，达到延长结构使用寿命的目的。endprint