混凝土结构裂缝产生原因及修补技术评述.pdf

文章 编 号 ：1 0 0 7 - 0 4 6 X( 2 0 l 1 ) 0 6 0 0 3 2 0 3 生态建材 、 混凝土结构裂缝产生原因及修补技术评述 Ca u s e s o n Cr a c k s i n Co n c r e t e S t r u c t u r e s a n d Re p a i r T e c h n i q u e s Co mme n t s 何凡，李益进 ( 中南大学土木建筑学院，湖南长沙4 1 0 0 0 5 ) 摘要： 在大量文献资料的基础上，对混凝土结构荷载、非荷载以及其他原因引起 的裂缝产生进行了深入分析，对各种不同的 混凝土裂缝，提出了表面处理 、填充灌浆、结构加 固、混凝土置换、自修复方法的裂缝修补措施。 关键词 ： 混凝 土 ；裂缝 ；修补技 术 中 图分 类 号 ：TU5 2 2 1 文 献 标 识码 ：A Abs t r a c t ： I n t h i s p a p e r ，we c o n d u c t a n i n - d e p t h a n a l y s i s o n t h e c a u s e s o f c r a c k s i n c o n c r e t e s t r u c t u r e o n t h e b a s i s o fa l a r g e n u mb e r o fl i t e r a t u r e a n d p r o po s e a v a r i e t y o f r e me d i a l me a s u r e s f o r v a r i o u s t y p e s o f c o n c r e t e c r a c k s 。 Ke y wo r ds ：Co n c r e t e； Cr a c k s ；Ca u s e s ；Re p a i r t e c h n o l o g y 0前 言 混凝土因取材广泛、价格低廉、抗压强度高、易浇 筑成型、耐火性好、不易风化等特点已成为当今用量 最大的一种建筑材料，广泛用于工业与民用建筑和水利、 交通、城市建设等工程。但大量的工程实践表明，混凝土 构件基本上都是带裂缝工作的，因而对混凝土裂缝问题的 研究、预防、处理是一个长期的课题。对混凝土裂缝的 成因进行分析、探讨，采取有效措施去抑制混凝土裂缝向 有害方向发展是必要的，同时对已形成的裂缝应及时调查 分析找出其产生的原因，确定裂缝类型，并研究采用合适 的材料及技术加以修补，以确保混凝土结构的长期耐久性 能，避免危害结构安全 。 1混凝土结构裂缝产生原因 混凝土结构裂缝产生原因以及裂缝产生的形式和种类 繁多复杂，要从根本上解决混凝土的裂缝问题，必须从源 头人手，正确判断和分析混凝土裂缝的成因，才能够有效 地控制和减少混凝土裂缝产生。在这一基础上，才能够大 大减少后续的修补工作。 混凝土结构裂缝产生的原因可分为两类：一是结构型 裂缝，由外荷载引起的，包括常规结构计算中的主要应 力以及其他的结构次应力造成的受力裂缝；二是材料型裂 缝，由非受力变形变化引起，主要是由温度应力和混凝土 的收缩引起的。根据大量裂缝观测分析，混凝土裂缝主要 3 2 COAL AsH 6 2 01 1 是由非荷载作用引起的。 1 1荷载引起的裂缝 由于混凝土材料自身抗拉强度低的特殊性，所以会在 硬化成型后出现微裂缝。在使用荷载和结构 自 重的共同作 用下，混凝土结构的拉应力逐渐增大，使得微裂缝慢慢地 发展成为宏观裂缝。有时是在混凝土结构还未达到设计要 求的强度时，就施加荷载而产生裂缝。一般情况下，即使 混凝土建筑物在设计荷载下，也能够产生裂缝，且混凝土 的蠕变或偶然超载，裂缝还会进一步扩展或变化。 1 2非荷栽作用引起 的裂缝 ( 1 ) 塑性收缩裂缝。混凝土在浇注数小时内，受高 温或较大风力的影响，混凝土表面失水大于混凝土的泌水 速度，造成毛细管中产生较大的负压而使混凝土体积急剧 收缩 ，此时混凝土处于塑性状态 ，强度较小而无法抵抗本 身的收缩，因此产生龟裂。影响塑性收缩的主要因素有水 灰比、混凝土凝结时间、环境温度、风速、相对湿度等。 ( 2 ) 干缩裂缝。混凝土在浇筑完毕后约一周 ，水泥 浆中水分的蒸发会产生干缩。由于混凝土内外水分蒸发程 度不同，故会导致变形不同而形成千缩裂缝。干缩裂缝宽 度有时很大，甚至会贯穿整个构件。这种裂缝通常会严重 影响混凝土的抗渗性，导致钢筋锈蚀，降低混凝土的耐久 性和承载力等。 ( 3 ) 温度裂缝。混凝土浇筑后，在硬化过程中，水泥 水化产生大量的水化热。由于混凝土体积较大，大量的水 化热聚积在混凝土内部，不易散发，导致内部温度急剧上 升，而混凝土表面散热较快，因此混凝土内外形成温度梯 度，产生温度应力，致使混凝土表面出现温度裂缝。 ( 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集料产生化学反应并吸收 周围环境中的水而体积增大，导致混凝土膨胀开裂。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。另外在混凝土浇 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。 ( 5) 结构基础不均匀沉陷引起的裂缝。由于结构地 基土质松软，不匀，回填土未压实或浸水等而造成基础不 均匀沉降时，结构构件受到强迫变形，故使结构构件开裂。 随着不均匀沉陷的进一步发展，裂缝会进一步扩大。 1 3其他原因 ( 1 ) 设计方面：设计结构中的断面突变而产生的应力； 设计中对构件施加预应力不当；设计中构造钢筋配置过少 或过粗； 设计中未充分考虑混凝土构件的收缩变形等。 ( 2) 材料方面：水泥凝结时间不正常 ，水泥水化热过 大，水泥膨胀量过大，使用活性集料，集料风化或含泥量 大，混凝土干燥收缩，混凝土沉降收缩或滤水过多。 ( 3 ) 施工方面：拌合不均匀，搅拌时间过长，浇灌速 度过快，振捣不充分，接缝处理不当，保护层厚度不够或 钢筋被扰动，模板漏浆，支撑下沉，拆模过早，初期受冻， 初期养护不够，硬化前受振动或加荷，预应力混凝土过早 张拉或超张拉，养护混凝土时内外温差过大。 ( 4 ) 使用环境方面：环境温差与湿度变化过大，钢筋 锈蚀、环境水的侵蚀作用，火灾或表面过热，冻胀或反复 冻融作用，混凝土表面炭化等。 据上可知 ，混凝土裂缝产生的原因比较繁多复杂，有 些裂缝是在多种条件下共同作用形成的，有的裂缝产生会 导致另外裂缝的形成，由于篇幅有限，不能对所有裂缝的 成因进行一一分析，而大多数裂缝均由非荷载作用引起， 因此重点对非荷载作用引起的裂缝进行了分析。以下是根 据混凝土裂缝形成原因，裂缝宽度大小不同，提出不同的 修补措施。 2混凝土结构裂缝修补方法 为了使混凝土结构因开裂而降低的安全性、耐久性、 不透水性及美观等功能得以恢复，根据裂缝产生的原因分 析和掌握的裂缝现状，选择适当的修补方法对裂缝进行必 要的修补，使其能恢复到或接近于开裂前的状态 。 2 1表面处理法 表面处理法是一种简单，常见的修补方法。它主要适 用于对承载力没有影响或者影响很小的表面裂缝及深进裂 缝处理，还适用于大面积细裂缝防渗防漏的处理。常用的 有表面涂抹水泥砂浆法和表面涂抹环氧胶泥法。处理表面 细微裂缝( 一般宽度 0 2 m m ) 时，多采用聚合物水泥和防水 涂料进行表面涂膜处理，以达到封闭裂缝及提高防水作用 及耐久性。 表面处理法主要适用于塑性收缩裂缝、 沉降收缩裂缝、 缝宽 0 1 m m的温度裂缝、表面干缩裂缝、凝缩裂缝等的 修补。这种方法施工简单，既可涂敷，也可喷涂，但是其 修补工作无法深入到裂缝内部，对活动型裂缝也难于追踪 其变化2 J ，因此在防护的同时应当采取措施防止混凝土在 各种作用下继续开裂，例如在裂缝的表面粘贴玻璃纤维布 等。 2 2填充法 填充法是直接用修补材料填充裂缝。该方法作业简单， 费用低，一般用来修补宽度 0 5 m i t t 的裂缝，可采用水泥灌浆；对于宽度 0 3 m m时，宜用环氧树脂浆液灌注；当裂缝宽 度 1 m m时，若裂缝黏结强度高，用环氧树脂浆液灌注， 若要求强度较低，可用聚合物水泥浆灌注。大量实践证明， 灌浆法是目前最有效的修补处理方法。 2 4 结构加固法 结构加固法适用于结构的承载能力、整体性、耐久性 有较大影响的不均匀沉陷裂缝和较为严重的张拉裂缝的处 理及表面损坏严重的，表面、深进及贯穿性裂缝的加固处 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。加固方法的选择应根据可靠性鉴定结果、 结构功能 降低及加固原因，结合结构特点、当地具体条件、新的功 能要求等因素，并按加固效果可靠、施工简便、经济合理 等原则综合分析确定。 2 5 混凝 土置换 法 混凝土置换法是先将损坏的混凝土剔除，然后置换入 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、环氧树脂砂浆或混凝土。新置换材料应采用高 一 级标号的混凝土浇筑。此法适用于裂缝比较严重的地方。 2 6 自 修复法 混凝土裂缝自修复是指在混凝土中加入了具有检测裂 缝功能的材料和能修补裂缝的修补剂， 在外部或内部条件 3 4 COAL ASH 6 2 01 1 的作用下 ，释放或生成新的物质 自行封闭、愈合裂缝。 如在砂浆中加入不含固化剂的环氧树脂，树脂表面固化后， 自身即形成膜封，被封闭的环氧树脂在裂缝发生时即流出， 并充满裂缝，与水泥水化物反应而固化，从而修复混凝土 中的裂缝。方法包括：结晶沉淀自 修复、渗透结晶自修复、 聚合物固化仿生自修复、电解沉积自修复等。目前这种技 术的研究还处于起步阶段，尚有许多关键技术性问题亟待 解决，在实际工程中的应用实例还很少。 以上裂缝治理方法是针对不允许出现裂缝的工程；对 允许有裂缝的结构构件，如果裂缝超过规范规定的限值， 严重影响结构承载力或稳定时，则必须采用外包型钢、粘 贴钢板、增设构件、 改变传力途径等妥善加固措施处理嘲 。 3结 论 在混凝土结构设计和施工中，应尽可能采用有效的技 术措施控制混凝土裂缝的产生，以防为主，使混凝土结构 中尽量不出现裂缝，或尽量减少裂缝的数量和宽度，特别 要避免有害裂缝的出现，以确保工程质量；一旦出现裂缝， 要根据不同受力情况和使用要求等，实事求是地认真分析 裂缝产生的原因，采取合适的修补治理方法，避免大动大 补，并尽可能保持原建筑结构的外观形貌。在安全可靠， 即技术上可行又符合经济的原则下，应力求施工简单易行， 避免处理后再出现新的裂缝。 随着对混凝土耐久性研究的不断深入，材料科学的不 断发展，建筑技术水平的不断提高，相信混凝土裂缝的问 题将会逐渐圆满地得以解决【4 1 。 参考文献 1 1周六光 水泥混凝土路面裂缝缺陷修补应用技术研究【 D】 重庆 ： 重庆 大学， 2 0 0 5 【 2 】陈辉 混凝土裂缝修补技术探讨【 J 】 _ 工程建设 ，2 0 0 8 ( 2 ) ： 3 - 4 0 【 3 】刘曰飞， 陈建国 钢筋混凝土裂缝研究综述【 J 】 。西部探矿工程 ，2 0 0 5 ( 6 ) ： 5 0 5 3 4 1褚剑鸣 混凝土裂缝产生原因、修补方法及控制措施【 J 】 福建建材， 2 0 0 8 ( 5 ) ： 9 1 9 3 收稿日期： 2 0 1 1年 5月 5日