浅谈混凝土工程中裂缝的防治与加固

２８６管理施工　城市道桥与防洪　２０１２年８月第８期　浅谈混凝土工程中裂缝的防治与加固　陈枝兴　（广东省第二建筑工程公司，广东汕头５１５０４１）　摘　要：混凝土裂缝是工程建设中较为普遍存在的一种质量通病，它的出现轻则会降低建、构筑物的抗渗能力，从而影响建、构筑物　的使用功能；严重时还会引起钢筋的锈蚀，加速混凝土的碳化，从而降低结构强度，影响建、构筑物的承载能力，缩短其使用寿命或者　直接危及其使用安全。该文列举了工程结构施工过程中常见的混凝土裂缝种类，并对裂缝的形成原因一一进行了分析。同时，根据笔　者多年的现场施工经验，认为消除混凝土裂缝贵在预防，并从六个方面提出了事前控制的预防措施，也对已经出现的混凝土裂缝提出　了有针对性的修补与加固方法。　关键词：混凝土；裂缝；防治；修补；加固　中图分类号：ＴＵ５２８．１　文献标识码：Ｂ　文章编号：１００９—７７１６（２０１２）０８－０２８６－０４　０引言　混凝土结构工程施工质量标准中明确规定现浇　结构外观质量不应该有严重缺陷，同时还规定现浇　混凝土表面将产生很大的拉应力使？昆凝土产生裂　缝。这种拉应力的形成分为三个阶段：早期，自浇筑　混凝土开始至水泥放热基本结束，一般约３０　ｄ，这　个阶段有两个特征，一是水泥放出大量的水化热，二　结构的外观质量不宜有一般缺陷。针对混凝土裂缝　这一结构外观缺陷来说，严重缺陷是指构件主要受　力部位有影响结构性能或使用功能的裂缝；一般缺　陷是指其他部位有不影响结构性能或使用功能的裂　缝。对于裂缝的描述，上述标准中仅指明缝隙从混　凝土表面延伸至混凝土内部，至于是哪种裂缝，以及　裂缝裂开到何种程度才算对现浇结构有害，标准条　是混凝土弹性模量的急剧变化。由于弹性模量的变　文解释中没有说明。那么，为了在工程实践中更准　确地判断混凝土裂缝对现浇结构的影响，有必要对　混凝土裂缝的种类和成因进行较为细致的了解。总　体来说，混凝土结构裂缝可分为微观裂缝和宏观裂　缝。微观裂缝在混凝土结构中经常存在，一般肉眼　看不见，对结构来说不是有害裂缝。而宏观裂缝是　微观裂缝发展而来，一般为有害裂缝，需要加以控　制，并使其符合规范要求。由于混凝土材料具有抗压　强度高，受拉强度低，以及材料组成多样性等特点，　因此混凝土结构裂缝的成因也比较复杂，必须在工　程实践中加以区分，以便有针对性地采取质量控制　措施，以达到保证工程质量的目的。　化，这一时期在混凝土内形成残余应力。中期，自水　泥放热作用基本结束时期至混凝土冷却到稳定温度　时止，这个时期中，温度应力主要是由于混凝土的冷　却及外界气温变化所引起，这些应力与早期形成的　残余应力相叠加，在此期间混凝土的弹性模量变化　不大。晚期，为混凝土完全冷却以后的时期，温度应　力主要是外界气温变化所引起，这些应力与前两种　的残余应力相迭加形成对混凝土的拉应力。还有，上　面提到的混凝土内外温差，一般在表面处较大，离开　表面就很快减弱，因此裂缝只在接近表面的范围内　发生，表面层以下结构仍保持完整。不过，结构内外　温差越大而形成拉应力也大，当大体积混凝土浇筑　在约束地基（例如桩基）上时，又没有采取特殊措施　降低、放松或取消约束，或根本无法消除约束，就容　易发生裂缝变宽深进（其宽度最大可达ｌ一３　ｍｍ），　甚至贯穿的情况，会严重影响结构安全。　１．２沉降收缩裂缝　混凝土沉降收缩裂缝在混凝土施工中也是非常　多见的。其产生的情况主要有以下几种：一是混凝土　浇注后振捣不密实，沉实不足；二是混凝土振捣后，　粗骨料下沉，挤出水分与空气，使表层浮浆过多，构　件表面呈现泌水而形成体积缩小沉落，这种沉落又　受到钢筋预埋件、模板、更大的粗骨料、先期凝固混　凝土等的局部约束，以及混凝土本身各部分产生过　１混凝土结构裂缝的种类及成因分析　１．１温度裂缝　温度裂缝对混凝土工程极为不利，这是因为在　混凝土硬化初期，由于水泥的水化作用而放出较多　的热量，混凝土又是热的不良导体，散热速度慢，聚　集在混凝土内部的热量使温度升高，有时可达５Ｏ～　７０℃，会造成内部膨胀和外部收缩互相制约，从而　收稿日期：２０１２—０４—１７　作者简介：陈枝兴（１９６０一），女，广东汕头，工程师，从事建筑　施Ｔ工作。　大的沉降差而形成；三是混凝土保护层厚度不够，混　凝土沉降受到钢筋的阻力，也会沿箍筋方向产生一　道道横向沉降裂缝。　１．３化学收缩及化学反应裂缝　混凝土在硬化过程中，由于水泥水化产物的体　２０１２年８月第８期　城市道桥与防洪　管理施工２８７　积小于反应物（水和水泥）的体积，会引起混凝土产　生收缩，其收缩量是随着混凝土的延长而增加，这种　收缩是不可恢复的，可使混凝土内部产生细微裂缝。　化学反应裂缝常见有两种情况：一是因钢筋锈蚀引　起，由于混凝土浇注后振捣不实或钢筋保护层厚度　不符合规范要求，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，这种　裂缝沿钢筋位置出现，且多为纵向裂缝；二是由于浇　注混凝土采用的骨料呈碱性，混凝土拌和后产生一　些碱性离子，这些碱性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分而体积增大，造成　混凝土疏松甚至膨胀开裂。　１．４塑性收缩裂缝　混凝土在尚未硬化前，自由水分比较少，表面失　水较快，新浇混凝土若表面失水速率超过内部向表　面迁移的速率时，会造成毛细孑Ｌ内产生负压，便产生　了收缩。由于混凝土终凝前几乎没有强度，或混凝　土刚刚终凝而强度很小，并且这种表面强度也具有　不均匀性，加之负压作用在混凝土表面也不可能均　匀，这样，至少在表面强度薄弱的地方无法抵抗负压　作用产生的收缩力，表面局部将产生裂缝。　１．５干性收缩裂缝　于ｌ生收缩产生的主要原因是由于混凝土内外水　分蒸发程度不同而导致变形不同而造成的。外部来　说，当混凝土浇注成型后，没有覆盖养护，受到风吹　日晒，表面水分散失陕而体积收缩大；内部来说，当　混凝土在不饱空气中失去内部毛细孔和胶凝孔的吸　附水时，就会产生干缩裂缝，孔隙比低的混凝土尤为　突出，混凝土的干缩变形是由表及里逐渐进行的，因　而会产生表面收缩大，内部收缩小，混凝土将产生干　缩裂缝。产生这种裂缝的应力同时还会和上面提到　的温度应力相叠加，共同作用导致形成混凝土裂缝　的拉应力加大。　１。６沉陷裂缝　沉陷裂缝的产生是由于结构地基土质不均　匀，或地基松软，或回填土不实，或地基浸水而造　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导致，特别是北方　地区的冬季，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。角的方向发展，　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．地基变性稳定之后，沉陷裂缝也基本趋　于稳定。　２混凝土裂缝的预防措施　根据混凝土裂缝的成因，采取适当措施，予以事　前控制进行预防要比事后补救有效得多。归纳起来，　可以从以下几个方面着手。　２－１设计方面　要注意到那些容易开裂的部位，如深基和浅基、　高低跨处等，应考虑到由于地基的差异沉降或结构　原因而引起的薄弱环节在设计中加以解决。比如，在　构件截面允许配筋率不变而且浇筑方便的条件下，　钢筋直径越细、间距越小对防治开裂越有利。　２．２制定施工方案时要考虑控制混凝土结构裂缝　施工方案主要应确定一定的浇筑量、施工缝间　距、位置及构造，浇筑时间、运输及振捣等。一次浇筑　长度由垂直施工缝分割，最好是设置在变截面或承　受拉、剪、弯应力较小的部位；除控制一次浇筑厚度　外，分层位置即水平施工缝留设位置也应该加以注　意，一般来说，应尽量留在截面处，或远离受拉钢筋　部位而设在混凝土的受压区；浇筑时间上，为了采取　有效的措施预防温度裂缝的产生，在混凝土结构施　工前制定浇注施工方案时，必须进行温度应力计算，　温度应力计算的主要目的是使因温度产生的拉应力　小于同期混凝土抗拉强度的标准值，并有一定的安　全系数。总体来说，确定浇筑时间应避开炎热天气和　昼夜温差大的日子，如果必须在夏季施工，则应采取　材料降温措施来控制混凝土人模温度，以求达到将　因温度原因使混凝土结构产生裂缝的危害降至最低　这一目的。　２．３施工原材料的选择方面　对于水泥选择来说，要尽量选用低水化热水泥，　如矿渣水泥、粉煤灰水泥等，同时严格控制水泥用量　和水灰比，要添加高效减水剂来增加混凝土的塌落　度和易和性；要尽量选用低碱性水泥和低碱或无碱　外加剂；要视工程隋况尽量选用干缩值较小、早期强　度较高的水泥。对于沙、石料的选择，应尽量选用粒　径较大、级别良好的石子，同时控制粗骨料中针、片　状颗粒的含量，其重量应小于１５％，细骨料最好采　用中、粗砂，以减少水及水泥用量，另外，要尽量控制　沙石中的含泥量，因为砂、石含泥量过大，不仅会增　加混凝土的收缩，还会降低抗拉强度，对混凝土抗裂　很不利，砂、石中的含泥量应分别低于２％和ｌ％。对　于模板和支撑的选择，关键是要保证其有足够的强　度和刚度，不能使用有缺陷的模板，对模板接缝处和　墙顶留孔洞应堵严，以免形成薄弱点并产生应力集　中引发裂缝。一般来说，采用钢模板浇注的混凝土比　用复合模板浇注的混凝土开裂的几率小得多，在低　２８８管理施工　城市道桥与防洪　２０１２年８月第８期　温季节，用木模板有自保温效果，在高温季节，用钢　模板散热快，因此要视现场实际情况选用。对于混　凝土外加剂的选择，首先是用量与用法要符合设计、　经批准的专项施工方案，以及相关规范要求，其次是　要保证各种外加剂的本身质量。　２．４施工质量控制方面　或水玻璃耐酸混凝土罩面加以保护；对因地震震坏　的混凝土构件损伤部分要采用抗震验算和抗震构造　措施来预防，已产生的不太严重的地震损伤应采用　参考震损建筑修复加固的办法来解决。　３混凝土裂缝的常见修补加固方法　３．１压力注浆修补法　一由于施工质量原因而产生的混凝土结构裂缝的　发生率占９５％以上。如果在施工阶段控制住了混凝　土裂缝，则在使用阶段开裂的可能性就很小了，因　此，施工阶段是防治混凝土裂缝的主要时机。在施工　是机械动力法，利用压送设备（压力０＿２～　０．４ＭＰａ）将补缝浆液注入混凝土裂缝，以达到闭塞的　目的，该方法属于传统方法，效果很好。二是低压注　阶段要注意以下几个问题：首先，混凝土配合比要合　适，选择适当的混凝土配合比，不仅要满足强度要　求、施工要求，还要从防止产生裂缝的需要出发。选　择好合适的水灰比，在满足强度要求的原则下，尽可　能减少水泥用量。其次，结构混凝土的强度必须符　合设计要求。第三，钢筋的成型和模板安装位置要　准确牢固，以免在施工中变形。钢筋上的杂、污物和　氧化铁皮要清除干净，以免影响粘接力。第四是浇　筑、振捣要合理，特别是振捣操作技术，往往不被大　家所重视。过分振捣对混凝土的均匀性有害，振捣　不足也不能保证混凝土的密实度，因此振捣操作要　做到恰到好处。　２＿５混凝土养护方面　养护的目的是使混凝土正常硬化，强度增强不　受或少受外界影响。施工过程的关键技术是设法使　混凝土温度能慢慢下降到接近外界气温，缩小降温　过程中的温差，以便减少温度应力，从而减少温度裂　缝的产生。常规养护方法是按要求定时浇水，对一　般混凝土结构减少表面收缩，防止龟裂是可行的。　混凝土由于块体内外温度不一致，强度增强不同，常　常是在强度增强慢的表面开裂，其养护就不能只满　足于用常规方法。具体来说，要尽量晚拆模，拆模后　要立即覆盖或及时回填，避开外界气候的影响。另　外，养护期应以混凝土强度增长最快的阶段为准，即　７—２８　ｄ，最好能延长些。　２．６使用和环境条件变化方面　对因使用及环境条件变化而生产的裂缝，要根　据其不同的性质分别采取不同的防治措施。例如：因　使用期间的气候温、湿度变化而形成的混凝土裂缝，　一般不易根除，应对钢筋混凝土构件采取保护措施，　以减少大气温度、湿度变化对混凝土构件产生影响；　因多次冻融而产生的混凝土裂缝，除对已形成缺陷　和损坏部分要给予补强或加固外，宜添加对受冻混　凝土构件的保温措施；对因处于侵蚀性介质中而产　生的大面积缺陷和损坏，除应铲除被腐蚀和损伤的　部分并给予补强和加固外，应使用矿渣水泥混凝土　浆法，利用弹性补缝器将注缝胶注入裂缝，不用电　力，十分方便，效果也很理想。　３．２开槽填补法　沿混凝土裂缝开凿成槽，用聚合物水泥砂浆将　其填补封闭的方法称为开槽填补法。该方法适用于　结构允许开槽而宽度较大但数量不多的裂缝，如路　面混凝土裂缝。　３．３涂模封闭法　在｝昆凝土表面涂刷防水涂模以封闭细微裂缝的　修补方法称为涂模封闭法，该方法适用于宽度小于　０．２　１２１＂１／１的细微裂缝的修补。　３．４结构加固法　当混凝土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。混凝土　结构加固方法中最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等。　３．５其他处理方法　如果梁的裂缝情况影响了梁的承载能力，就应　该慎重研讨，分析比较，采用经济高效的处理方法，　以达到加固目的，可采用的方法有以下几种。　３．５．１钢箍加固法　此法适合于补强梁内特长箍筋及弯起筋不足，　抗剪达不到要求的情况。方法是用扁钢或园钢制成　垂直或斜形的钢箍，两端留有螺纹，套入钢板后用螺　母拧紧也可采用由两个ｕ形钢箍套上后焊接，然后　打人金属楔楔紧，当采用钢箍时需在梁上刻槽防滑。　３＿５．２粘贴加固法　将钢板或型钢用改型环氧树脂粘结剂，粘接到　构件混凝土裂缝部位表面，使钢板（或型钢）与混凝　土连接成整体共同工作。粘接前，钢材表面进行喷砂　处理，混凝土表面要刷净并干燥，粘接层厚度为３　ｍｍ左右。　３．５．３梁的三面或四面加做围套法　在梁的刚度、强度或剪力不足且相差较大的情　２０１２年８月第８期　城市道桥与防洪　管理施工２８９　况下，采用梁的三面或四面加大，做钢筋混凝土围套　加固较为适宜。采用四面围套时壁厚应跟据实际情　况而定，一般两侧大于５０　ｍｍ，上下大于１００　ｍｍ为　宜，纵向钢筋及箍筋通过计算确定。当梁受楼面限　制时，可采用三面围套，此时两侧混凝土厚度宜大于　１００　ｍｍ，纵向钢筋可用　２５与原梁纵筋焊接固定，　施工时在梁两侧板上间隔５００　ｍｍ凿洞以浇钢筋混　凝土，箍筋可用开口箍或穿板封闭箍，并计算确定配　筋数量。　３．５．４梁的单面加大截面法　单面加大截面法分两种，即上面加高或下面加　厚。梁的上面加高适用于梁的支座抗弯强度不足的　加固，所以混凝土靠焊在原梁上上部箍筋上的附加　箍筋与原混凝土结成整体，上部荷载靠附加纵筋承　受。梁的上部加厚，适用于梁跨中抗弯不足加固，当　梁截面强度与要求相差不大时，可将梁下加厚８Ｏ～　１００　ｍｍ，配制新的纵筋与原钢筋焊接，做法同三面　围套。当梁的下面加厚１００　ｍｍ以上时，应按计算配　置纵筋和箍筋。　采用围套及单面加厚法加固时，纵筋与支座连　接有下述方法：梁支座在柱上时，新加纵筋可通过连　接钢板或直接与柱内受力筋焊接在一起；梁支承在　主梁中主筋焊接。对于梁的端支座，可将梁内部分纵　向钢筋按４５。或３０。角曲折成斜筋焊于主梁内原　纵筋上，或另加入浮筋，电焊连接新旧纵筋。　４结语　在注重建筑工程质量的今天，混凝土早期裂缝　已经成为建设工程的质量大忌。无论它是对建、构筑　物外观质量的影响，还是对建、构筑物内在质量的危　害，都会显得施工质量问题严重和突出。尽管混凝土　有着早期凝结硬化收缩变形的特点，在施工过程中　很容易出现裂缝，但是，只要采取相应的预防控制措　施，混凝土裂缝在很大程度上是可以得到控制的。但　愿此文对建筑同行们有些许参考作用。　参考文献　［１】张元成．混凝土温度裂缝分析及其预防措施ｆＪ］．广东市政，２００５，　（５）：ｌ１８一ｌ１９．　［２】刘勇，杨毅．大体积混凝土裂缝产生的原因及质量控制Ｌ¨．广东　土木与建筑，２００５，（７）：３４—３５．　［３】ＺＪＱ００一ＳＧ一０１６—２ｏｏ６，混凝土结构工程施工质量标准［Ｓ］．　【４】建筑工程施工质量验收规范（修订版）［ｓ】．　（上接第２８５页）　常形成错台，产生桥头跳车，使板局部遭致损坏，故　常用图１所示形式连接处理。这种形式可以基本　消除面板因温度应力挠曲变形约束而产生的局部　应力　进而减小板底结构的不均匀沉陷而导致的错　台，满足了板底从半刚性结构向桥台刚性结构过渡　的设计要求，避免因局部薄弱而产生病害。　决。闸北区大宁路桥就是采取这个措施处理桥头　跳车的。　塑塑童垫笪．／　填料　图２桥梁与沥青混凝土路面接头处理示意图　４结语　图１桥梁与水泥混凝土接头处理示意图　预防和治理桥头跳车是一项长期而艰巨的工　作，需要设计、施工、监理和管理等各个单位共同　努力才能完成，只要把工作真正落到实处，桥头跳　车的问题一定会得到有效控制，上海将会以更加　３．５．２桥梁与沥青路面间的接缝　桥梁与沥青路面问的接缝往往由于该处沥青　路面难于碾压密实产生沉陷、错台或沥青路面推　移造成拥包，可采取图２所示的处理措施加以解　美好的形象展示在世人面前，尽显国际大都市的　风采。