混凝土结构裂缝形成原因分析及修复对策.pdf

第4 期 4 7 混凝土结构裂缝形成原因分析及修复对策 刘庆 超，刘 凤，刘庆 宾 ( 大庆石化公司水气厂 ， 黑龙江 大庆 1 6 3 7 1 4 ) 摘要阐述了混凝土结构产生裂缝的原因及裂缝的修复技术和对策，讨论 了该领域今后的发展方向。 【 关键词混凝土结构；裂缝；腐蚀；修复；对策 混凝土在石 油化 工装 置内应用较 为普遍 。混 凝土 结构材料制造过程 中及服 役期间，在周 围环 境和 冻融破坏 的影响下 ，极易在材料 内部产 生微 裂纹，导致局部裂缝和损伤。混凝土 的裂缝是不 可避 免的，其微观裂缝是本身物理力学性质决定 的。但 是，若不及时修复，不仅会影 响材料 的正 常使用 ，而且可能 由此诱发宏观裂缝 ，出现渗漏 和断裂 。 形成混凝土裂缝 的原 因很 多。大量调查研究 表明，混凝土裂缝产生的主要原因有 ： ( 1 )由冻 融循环 引起 的内部温 度和湿 度变 化 ： ( 2 )结构收缩、膨胀 、不均匀沉陷变化； ( 3 )动、静荷载所产生的应力变化 ； ( 4 )结 构 所处 环境 的化冰 盐 变化 、至碳 化 反 应导致钢筋锈蚀； 长期以来 ，混凝土结构产生 的裂缝一直是 国 内外 学术界和工程界研 究的一个重要课题 。本文 概述 了混凝土裂缝形成原因和 国内外近年关于混 凝土裂缝修复的理论成果及其 新技术 的研究进展 情况 ，并在此基础上，探讨 目前在该领域存在的 问题及研究方向。 1混凝土裂缝形成 的原 因 混凝土裂缝 的形成是一个复杂 问题 ，与混凝 土制造 、安装过程中的质量和工作环境有着很大 关系 。下面对几种可能造成混凝土形成裂缝 的原 因加以分析。 1 1 碳化反应导致混凝土内部钢筋锈蚀形成裂缝 。 混凝土引起碳化反应的原因是空气或地下水中 的二氧化碳和酸雨与混凝土中的碱性材料发生化学 反应 ，使混凝土的p H值降低 ，一旦碳化深度到达钢 筋位置，p H 值 降低到8 5 9 时，混凝土对钢筋的保护 作用就会降低甚至消失 ，钢筋开始锈蚀。图1 说 明 了混凝土p H 值和钢筋锈蚀概率之问的关系。 p H值 不锈蚀 钝 化媵失效 开始腐蚀 p H 值 = 1 2 6 氢 土 碳 化反应 土 p H 值= 8碳酸 图1 砼p H 值与钢筋锈蚀概率之间的关 系 由于混凝土 中的钢筋锈蚀 后体积增大 ，对周 围的混凝土产生 张应力 ，最终导致混凝土开裂形 成裂缝和破碎 。图2 说明了这方面的问题 。 氧高 子的避 步藩透 麓 器 嚣 琶 驾 嚣 襞 鳝 图2 砼碳化导致钢筋锈蚀形成裂缝 1 2冻融循环促使温度、湿度变化导致混凝土开裂 和破 碎 。 大庆地处北纬4 7 。线，冬季在 一3 5 左右 ， 昼夜 温差 比较 大 。混凝 土空 隙 内含有 一定 的水 分 ，这样给冻融破坏造成 了条件 ，致使混凝土冻 作者简介：刘庆超 ( 1 9 7 9 一)，男，黑龙江双城人，大学本 科 ，助理 工程师 ，在大 庆石化 公司水气厂从事设备管理工作 。 ，l 。 。 。 。 。 ，_ 。 。 。 。 v ，_ 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 一 技术交流 石 油 与 化 工 设 备 2 0 1 0 年第1 3 卷 融破坏速度加快，这就是东北地区混凝土开裂破 碎最具特点的现象。 图3 砼结构冻融循环破坏机理 当如下条件存在时，冻融破坏就会发生： ( 1 )混凝土结构 内发生冻融温度循环； ( 2 )混凝土疏松多孔，其 中的空洞和毛细孔 中充满水 。 冻融破坏通常发生在经常与水接触的结构水 平表面，对结构立面造成 的破坏多发生在淹没在 水中的结构的水线附近 。当温度下降，结构孔隙 中的水转化成冰时 ，体积逐渐膨胀 ，这种膨胀会 产生一种局部张力，使其周围的水泥基质断裂， 造成结构破损 。这种破损是从外 向里一小片、一 小片的破碎。 冻融破坏的发展速度与如下因素有关： ( 1 )与混凝土的孔隙度成正比； ( 2 )与环境的潮湿度成正 比； ( 3 )与冻融循环次数成正 比； ( 4 )与混凝土中空气的含量成反比； ( 5 )如果水平表面易存水会加速破坏 ； ( 6 )与骨料的孔隙度和吸水性成正 比。 2混凝土裂缝修复对策 渗 透 结晶修 复机 理 ：利用混凝 土 中掺入 活 性外加剂，涂敷一层含有活性J l- l l 剂涂层 ，在一 定 的养护条件下 ，以水为载体通过渗透作用 ，使 活性化学物质在混凝土毛细孔 中传输 ， 填充微孔 及裂缝并促进混凝土 中未完全水化的水泥颗粒继 续发生水化作用，形成不溶性 晶体。混凝土干燥 时，该活性化学物质处于休眠状态 ，当混凝土开 裂有水渗入时，该物质持续水化生成新 的结晶， 对裂缝进行 自动填充实现修复。 我 国于上世 纪8 0 年 代起 引进水泥 基渗透 结 晶型防水材料 ，开始应用于部分省市地铁工程 。 9 0 年代中期国内开始生产 ，鉴于此类材料的优异 性 能，而国内企业标准 中的技术指标又较少 ，且 试 验方法 不一 ，地域局 限性 大 ，极大 地影 响了 这种 新型 防水材料 在全 国范 围 内的推广 使用 。 为 此 ，经 国家质 量检验 检疫 总局批准 ，颁布 了 G B1 8 4 4 5 。 2 0 0 1 水泥基渗透结晶型防水材料国 家标准， 并于2 0 0 2 年3 月1 日起正式实施。 水泥基渗透结晶型 防水材料 的独特性是其渗 透功能，即高盐分的溶液通过混凝土 的毛细管 向 低盐分的溶液渗流。这 一特性使其成为混凝土背 水面防水处理的理想材料。 游离Ca o 和湿气 的存在是水泥基渗透结晶型 防水材料 的二个重要工作要素。鉴于游离C a o 遍布 在混凝土 中，而任何混凝土结构渗漏水 ，就有湿 气 。可见这两个条件容易具备 ，此外，使干燥混 凝土表面的毛细管路畅通，也是启动渗透结晶化 学反应的必须条件。 湿气和游离C a o 这两个要素，如在混凝土的毛 细管中始终存在 ，则防水材料的结晶形成会不间 断地进行。若二者缺 一，则化学反应中止，而活 化了的结晶体则潜伏 在混凝土的毛细管中。一旦 渗漏水再次侵入混凝土 ，则活化 了的结晶体恢复 结晶体增 长的化学反应过程，不断充填混凝土中 的毛细通道 ，从而使混凝土致密 ，并增强其抵抗 渗水能力。 渗透 结 晶型修 复裂缝 的技 术是 一种 主动激 发、 自修复的过程 ，其必要条件是必须有足够 的 水或湿度 ，裂缝修复的效果主要受裂缝的大小、 涂层 中活性成份 的性质 以及混凝土空 隙率结构的 ( 下转5 5 页) 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第4 期 魏友国等双螺杆式压缩机无法自动减载的故障诊断 一 5 5一 图3 润滑油流程图 是油 冷 器 内部 经 过 换 热之 后 存 在 较 大 的压 降 。检 测 油 冷 器 的换 热 性 能 ，拆 卸清 洗 或 更 换 油 冷 器 ， 减 少该 段 的压 降。 ( 2 )检查三通节温器。节温器损坏 ，造成油 温调节失效 ，本应通 向油过滤器 的低温润滑油却 进入油冷器 ，换热后 油温下 降，最终也会导致 液 压 系统压 降过 大 。 通 过 排 查 ，找 到 了油 冷 器 内部 压 降 过大 的 原 因，解 决 了设 备 的故障 。 综 上 所 述 ，在 生 产 活动 中 ，动 设 备 发 生 的 任 何一次故障，需要排查 的因素涉及工艺 、机械、 电气、仪表等方面 ，通过逐一排 除，最终找到根 源并消除故障，这种分析方法可 以提高设备检修 的效 率 。 ： j 2 o 0 3 0善 爱 ( 上接4 8 页) 影响。这类修复技术可 以显著提 高混凝土结构 的 水密性 。但大于0 4 m m 的裂缝修复效果不佳。这主 要表 现 在 强度 的 回复 率 和 混凝 土抗 渗 试 验 中 的二 次抗渗压力两方面。 3结束语 混凝土裂缝 问题 是一项世界性 的难题 ，探索 有效的裂缝控制措施和修复方法 意义重大 。混凝 土裂 缝 的修 复 研 究 是 一 个较 新 的领 域 ，不 同原 理 的修复技术一般仅适用于一定原因形成 的裂缝 ， 并且 需要具 备一 定 的条 件 。 参考文献 1 GB 1 8 4 4 5 2 0 0 1 ，水泥基渗透结晶型防水材料 S 2 上海市政工程设计研 究院 给排水设计手册 M】 北京 ：中 国建筑 工业 出版社 ，2 0 0 4 倒 御协o 3 - 专 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m