韓德豐， 朱明華， 李 梅

1安陽(yáng)市建筑工程質(zhì)量檢測(cè)中心站（455000） 2安陽(yáng)市財(cái)政投資評(píng)審中心（455000）

0 概述

我國(guó)城市建設(shè)發(fā)展迅猛，混凝土用量日益增多，但混凝土結(jié)構(gòu)的質(zhì)量通病——裂縫，卻一直沒(méi)能徹底解決。在工程建設(shè)過(guò)程以及交付使用階段,都存在著程度不同的裂縫現(xiàn)象，不僅引發(fā)施工企業(yè)與業(yè)主間的糾紛,還給工程質(zhì)量留下了缺陷和隱患。

裂縫是混凝土建筑物最常見(jiàn)的病害之一,嚴(yán)重的裂縫不僅危害建筑物的整體性和穩(wěn)定性,而且還會(huì)產(chǎn)生大量的漏水，影響建筑物的正常使用。裂縫還會(huì)引起其他病害的發(fā)生與發(fā)展，如滲漏溶蝕、環(huán)境水侵蝕、凍融破壞、鋼筋銹蝕等。這些病害與裂縫形成惡性循環(huán),對(duì)混凝土建筑物的耐久性造成危害。

混凝土是多相復(fù)合材料，性能十分復(fù)雜，往往在硬化或使用過(guò)程中出現(xiàn)裂縫。裂縫由多種原因作用而引起，在裂縫對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)安全進(jìn)行可靠性評(píng)價(jià)時(shí)，應(yīng)以科學(xué)的態(tài)度，針對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)及裂縫產(chǎn)生機(jī)理、裂縫的形態(tài)進(jìn)行分析，區(qū)分裂縫類(lèi)型，正確判定其實(shí)際危害程度。只有通過(guò)深入的探索和研究，不斷總結(jié)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，全面了解和掌握形成混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的內(nèi)在規(guī)律，才能從設(shè)計(jì)、施工以及使用階段采取措施進(jìn)行預(yù)防，尋找解決和逐步消除裂縫的有效途徑。

1 混凝土結(jié)構(gòu)裂縫淺析

宏觀(guān)上,混凝土是由骨科和硬化水泥漿體兩種主要材料構(gòu)成的不規(guī)則的三維實(shí)體結(jié)構(gòu)，并且具有非均質(zhì)、非線(xiàn)性和不連續(xù)性質(zhì)；微觀(guān)上，由于上述性質(zhì)的原因，決定了混凝土結(jié)構(gòu)難以保持穩(wěn)定。同時(shí)環(huán)境溫度和濕度、固化時(shí)間等因素也影響其穩(wěn)定性。因此，混凝土在承受荷載前，就已經(jīng)存在復(fù)雜的微觀(guān)應(yīng)力、應(yīng)變和裂縫；受荷后微觀(guān)裂縫將會(huì)發(fā)生更加劇烈的變化和擴(kuò)展。

混凝土凝固過(guò)程中，由于水泥的水化作用，水泥漿逐漸變稠、硬化，并與粗骨料粘結(jié)成一體。在此過(guò)程，水泥漿失水后收縮變形遠(yuǎn)大于骨料的收縮變形。因此，兩者之間形成的收縮差使粗骨料受壓、水泥漿受拉，從而產(chǎn)生應(yīng)力場(chǎng)，這些應(yīng)力場(chǎng)在截面上的合力為零，但局部應(yīng)力可能很大，以致在骨料表面產(chǎn)生微觀(guān)裂縫。隨著收縮變形差值不斷增大，導(dǎo)致混凝土內(nèi)部的微觀(guān)裂縫逐漸延伸和擴(kuò)展,并互相連通成宏觀(guān)裂縫。

混凝土同樣具有熱脹冷縮的性質(zhì),其線(xiàn)膨脹系數(shù)一般為1.0×10-5/℃。當(dāng)環(huán)境溫度發(fā)生變化，或是水泥水化熱使混凝土溫度發(fā)生變化時(shí)，混凝土結(jié)構(gòu)就會(huì)產(chǎn)生溫度變形。當(dāng)這種變形和約束共同作用產(chǎn)生的應(yīng)力超過(guò)混凝土的極限抗拉強(qiáng)度時(shí)，裂縫也會(huì)隨之出現(xiàn)。

顯而易見(jiàn)，收縮(溫度)變形和約束是混凝土形成收縮裂縫的內(nèi)在條件。當(dāng)拉應(yīng)力大于抗拉強(qiáng)度，或拉伸變形大于極限拉伸變形時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生較大的裂縫。裂縫按深度不同，可分為表層裂縫、深層裂縫和貫穿裂縫；按裂縫開(kāi)度變化可分為死縫（寬度和長(zhǎng)度不再變化）、活縫（寬度隨外界環(huán)境和荷載條件變化而變化，長(zhǎng)度不變或變化不大）和增長(zhǎng)縫（寬度或長(zhǎng)度隨時(shí)間而增長(zhǎng)）；按產(chǎn)生原因可分為溫度裂縫、干縮裂縫、鋼筋銹蝕裂縫、超載裂縫、堿骨料反應(yīng)裂縫、地基不均勻沉降裂縫等。

2 幾種典型裂縫的預(yù)防和控制

2.1 塑性裂縫

塑性裂縫出現(xiàn)在混凝土結(jié)構(gòu)表面，裂縫較淺、互不貫通且形狀不規(guī)則。多發(fā)生于混凝土初凝前，常因水分蒸發(fā)而產(chǎn)生，屬于普通的干縮裂縫。

1）成因分析

①水泥的收縮率較大或水泥用量過(guò)多。

②混凝土澆筑后，表面沒(méi)有及時(shí)覆蓋，表面游離水分蒸發(fā)過(guò)快，體積急劇收縮。

③采用過(guò)量的細(xì)砂且混凝土的水灰比過(guò)大。

2）預(yù)防措施

①配制混凝土?xí)r，合理選用水泥，嚴(yán)格控制水灰比和水泥用量，石子粒徑應(yīng)選用連續(xù)粒級(jí)，采用中粗砂。

②澆筑混凝土?xí)r應(yīng)振搗密實(shí)，以減少混凝土的空隙率和收縮量。

③澆筑混凝土后，加強(qiáng)混凝土的保溫、保濕、養(yǎng)護(hù)，并及時(shí)對(duì)混凝土表面進(jìn)行覆蓋。

④及時(shí)檢查，發(fā)現(xiàn)混凝土表面有細(xì)微裂縫，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行抹壓封閉。

3）處理方案

由于此類(lèi)裂縫僅出現(xiàn)于混凝土表面,對(duì)結(jié)構(gòu)影響不大,故一般可用薄砂漿進(jìn)行封閉處理。

2.2 干縮裂縫

置于未飽和空氣中的混凝土因水分散失而引起的體積縮小變形，稱(chēng)為干縮。主要是水分在混凝土硬化后較長(zhǎng)時(shí)間產(chǎn)生蒸發(fā)所致。干縮裂縫處在混凝土結(jié)構(gòu)的表面，縫寬多在0.05mm～0.2mm之間，其走向縱橫交錯(cuò)，沒(méi)有規(guī)律性。較薄的梁板構(gòu)件裂縫多沿短邊方向分布;整體板塊則多發(fā)于截面變化處;大體積混凝土在平面位最為多見(jiàn)，有時(shí)側(cè)面也出現(xiàn)。由于溫度的擴(kuò)散速度比干縮的擴(kuò)散速度要快1000倍，所以在大體積混凝土內(nèi)部基本上沒(méi)有干縮問(wèn)題,預(yù)制構(gòu)件常出現(xiàn)在箍筋位置。此類(lèi)裂縫通常在混凝土露天養(yǎng)護(hù)完畢一段時(shí)間后，在表面或側(cè)面出現(xiàn)，并隨溫度、濕度變化而發(fā)展。

1）成因分析

①干縮擴(kuò)散速度小，混凝土表面已干縮，而其內(nèi)部不縮或收縮極小，此時(shí)表面的收縮變形，受到內(nèi)部混凝土的約束而產(chǎn)生拉應(yīng)力，致使表面裂縫。

②使用了收縮較大的水泥配制混凝土,同時(shí)采用了含泥量超標(biāo)的細(xì)砂。

③混凝土過(guò)度振搗，造成石子沉積，表面形成水泥含量較多的浮漿層。④外加劑品種的影響,如氯鹽類(lèi)外加劑常常會(huì)加大干縮。⑤施工過(guò)程中對(duì)混凝土表面的養(yǎng)護(hù)不當(dāng),加速了水分蒸發(fā)。

2）預(yù)防措施

①選用適宜的水泥，嚴(yán)格控制砂石含泥量。

②混凝土應(yīng)適度振搗,并適時(shí)對(duì)混凝土表面進(jìn)行抹壓處理，必要時(shí)在混凝土初凝前進(jìn)行二次抹壓處理。

③加強(qiáng)早期養(yǎng)護(hù)，如噴灑養(yǎng)護(hù)液、覆蓋塑料薄膜以及蓄水養(yǎng)生等，并適當(dāng)延長(zhǎng)養(yǎng)護(hù)時(shí)間。

3）處理方案

①干縮裂縫多發(fā)生在表面，對(duì)結(jié)構(gòu)影響不大，但會(huì)使鋼筋銹蝕，同時(shí)有損觀(guān)感?？捎娩摻z刷或其他工具對(duì)裂縫處進(jìn)行毛化處理，并沖洗干凈，用1:1水泥砂漿壓實(shí)抹光并養(yǎng)護(hù)即可。

②正在施工的混凝土結(jié)構(gòu)表面，可分兩次壓實(shí)抹平，并及時(shí)覆蓋塑料薄膜進(jìn)行持續(xù)養(yǎng)護(hù)。

2.3 溫度裂縫

溫度裂縫是混凝土澆筑后因溫差作用而引起。尤其是大體積混凝土,澆筑后水泥水化熱使內(nèi)部混凝土溫度快速增長(zhǎng)，當(dāng)內(nèi)外溫差大于25℃，極易產(chǎn)生收縮裂縫。還有一種溫度裂縫是由于環(huán)境溫差引起的,如混凝土突受寒潮侵襲或夏天混凝土經(jīng)陽(yáng)光曝曬后突然下雨,都會(huì)使混凝土內(nèi)部與表層產(chǎn)生很大溫差，使內(nèi)部混凝土對(duì)表層混凝土起約束作用，導(dǎo)致溫度裂縫。此類(lèi)裂縫常出現(xiàn)于梁、板結(jié)構(gòu)且平行于短邊；超長(zhǎng)構(gòu)件裂縫分段出現(xiàn)，中部較密，端部則呈傾斜走向，其形狀多為兩端細(xì)、中間寬且大小不一，縫長(zhǎng)隨時(shí)間發(fā)展逐步擴(kuò)展。早期出現(xiàn)于混凝土終凝前,硬化后的裂縫則受構(gòu)件尺寸、構(gòu)造、約束、環(huán)境因素影響。

1）成因分析

①泵送混凝土，水灰比大且水泥含量高，在未分層且快速澆筑的情況下,混凝土內(nèi)會(huì)聚集較高的水化熱和膨脹應(yīng)力。

②整體澆筑的大體積混凝土，其中心水化熱高，外表面散熱快，受環(huán)境溫濕度下降影響，極易產(chǎn)生冷縮或約束型貫穿裂縫。

③強(qiáng)度等級(jí)較高的混凝土,常選用高強(qiáng)度等級(jí)水泥配制并摻加復(fù)合型外加劑（能大幅度提高混凝土的抗壓強(qiáng)度，但對(duì)抗拉強(qiáng)度效果并不明顯），在混凝土早期強(qiáng)度快速增長(zhǎng)過(guò)程，遇外表溫度急劇下降且未能及時(shí)采取保溫措施時(shí)，將會(huì)導(dǎo)致冷縮裂縫產(chǎn)生。

④長(zhǎng)期處在露天未進(jìn)行封閉或防護(hù)的混凝土梁板結(jié)構(gòu)，受陽(yáng)光曝曬和低溫凍融浸害，大幅度溫差周期性交替作用，勢(shì)必加劇裂縫擴(kuò)展和漫延。

2）預(yù)防措施

①優(yōu)化配合比設(shè)計(jì),采用高效減水劑并摻加一定量活性摻合料(高性能粉煤灰、優(yōu)質(zhì)礦粉等)。

②選用低水化熱水泥。

③采用級(jí)配良好、熱膨脹系數(shù)小的骨料，嚴(yán)格控制含泥量，如石灰?guī)r骨料混凝土熱膨脹系數(shù)為（5～6）×10-6/℃，而砂巖骨料混凝土熱膨脹系數(shù)為（10～12）×10-6/℃，同樣溫度降低1℃，砂巖骨料混凝土溫度變形比石灰?guī)r骨料混凝土的溫度變形大1倍。

④根據(jù)不同施工季節(jié)，嚴(yán)格控制混凝土的入模溫度、適度振搗并及時(shí)進(jìn)行有效養(yǎng)護(hù),豎向構(gòu)件脫模后應(yīng)及時(shí)涂刷養(yǎng)生液，冬季施工采用蓄熱養(yǎng)護(hù)法，嚴(yán)格控制構(gòu)件內(nèi)外溫差。

⑤大體積混凝土，盡可能設(shè)置脹縮縫(后澆、膨脹帶)，實(shí)施分段澆筑,并對(duì)其截面尺寸突變、應(yīng)力集中部位進(jìn)行處理。

3）處理方案

①對(duì)0.05～0.3mm之間的無(wú)害裂縫，可涂?jī)杀榄h(huán)氧類(lèi)漿材或環(huán)氧玻璃絲布（玻璃鋼）。

②對(duì)0.3～0.5mm之間已穩(wěn)定的裂縫,采用化學(xué)類(lèi)漿液（環(huán)氧類(lèi)、丙凝、甲基丙烯酸酯類(lèi)等）或水泥壓力灌漿法，進(jìn)行灌漿補(bǔ)縫；條件允許時(shí)，也可涂涮“水泥基滲透結(jié)晶型防水材料”，進(jìn)行裂縫自愈合處理。

③當(dāng)縫寬超過(guò)0.5mm且被確認(rèn)為有害裂縫時(shí)，必須通過(guò)設(shè)計(jì)部門(mén)進(jìn)行結(jié)構(gòu)驗(yàn)算，以確定是否進(jìn)行結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)。

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[2] 陳本沛.混凝土結(jié)構(gòu)理論和應(yīng)用研究的理論與發(fā)展[M].大連理工大學(xué)出版社,1994

[3] 黃國(guó)興.混凝土建筑物修補(bǔ)材料及應(yīng)用[M].中國(guó)電力出版社,2009