混凝土裂缝成因和防治措施问题的研究探讨

混凝土裂缝成因和防治措施问题的研究探讨

李爽张杨

李爽张杨（哈尔滨学院土木工程系，黑龙江哈尔滨150000）

摘要：目前混凝土裂缝问题倍受关注，在对混凝土裂缝进行分类的基础上，分析了不同裂缝的形成原因，并提出了裂缝防治的措施及处理方法。

关键词：混凝土裂缝；形成原因；防治措施

引言

混凝土是目前用量最大的一种建筑材料，广泛应用于工业与民用建筑、农林与城市建设、水利与海港工程。然而，许多混凝土结构在建设与使用过程中出现了不同程度、不同形式的裂缝。这不仅影响建筑物的外观，更危及建筑物的正常使用和结构的耐久性。因此，裂缝问题倍受人们关注。

1混凝土裂缝的分类

1.1按裂缝的成因划分

根据混凝土裂缝产生的原因，可分为结构性裂缝与非结构性裂缝两大类。

（1）结构性裂缝。由各种外荷载引起的裂缝，也称荷载裂缝。它包括由外荷载的直接应力引起的裂缝和在外荷载作用下结构次应力引起的裂缝。

（2）非结构性裂缝。由各种变形变化引起的裂缝。它包括温差，干缩湿胀和不均匀沉降等因素引起的裂缝。这类裂缝是在结构的变形受到限制时引起的内应力造成的。从国内外的研究资料以及大量的工程实践看，非结构性裂缝在工程中占了绝大多数，约为80%，其中以收缩裂缝为主导。

1.2按裂缝产生的时间划分

（1）施工期间出现的裂缝。包括塑性收缩裂缝、沉降收缩裂缝、干燥收缩裂缝、自身收缩裂缝、温度裂缝、施工操作不当出现的裂缝、早期冻胀作用引起的裂缝以及一些不规则裂缝。

（2）使用期间出现的裂缝。包括钢筋锈蚀膨胀产生的裂缝、盐碱类介质及酸性侵蚀气液引起的裂缝、冻融循环造成的裂缝、碱骨料反应引起的裂缝以及循环动荷载作用下损伤累积引起的裂缝等。

1.3按裂缝的形状划分裂缝按形状可分为

（1）纵向裂缝，平行于构件底面，顺筋分布，主要由钢筋锈蚀作用引起；

（2）横向裂缝，垂直于构件底面，主要由荷载作用、温差作用引起；

（3）剪切裂缝，由于竖向荷载或震动位移引起；

（4）斜向裂缝、八字形或倒八字形裂缝，常见于墙体混凝土梁，主要因地基的不均匀沉降以及温差作用引起；

（5）X形裂缝，常见于框架梁、柱的端头以及墙面上，由于瞬间的撞击作用或者地震荷载作用引起；

（6）各种不规则裂缝，如反复冻融或火灾等引起的裂缝。此外，还有因混凝土拌和或运输时间过长引起的网状裂缝，现浇楼板四角出现的放射状裂缝或板面出现的十字形裂缝等等。

1.4按裂缝的发展状态划分

根据裂缝所处的运动状态及其发展趋势，可分为以下两类:

（1）稳定裂缝。这种裂缝不影响持久应用，包括两类。

一类是在运动过程中可以自愈合的裂缝，常见于一些新建的防水工程中，这是由于裂缝处水泥颗粒在渗漏过程中与水进一步化合，析出Ca（OH）2晶体且部分Ca（OH）2又与溶解在水中的CO2发生碳化反应形成CaCO3结晶，两者形成的凝胶物质将胶合裂缝封闭，从而渗漏停止，裂缝达到自愈。另一类是处于稳定运动中的裂缝，如在周期性荷载作用下产生的周期性扩展和闭合的裂缝。

（2）不稳定裂缝。这种裂缝将产生不稳定性的扩展，影响结构物的持久使用，应视其扩展部位，采取相应的措施。

2混凝土常见裂缝的成因与控制措施

收缩裂缝是由湿度变化引起的，它占混凝土非结构性裂缝中的主要部分。混凝土是以水泥为主要胶结材料，以天然砂、石为骨料加水拌合，经过浇筑成型、凝结硬化形成的人工石材。在施工中，为保证其和易性，往往加入比水泥水化作用所需的水分多4~5倍的水。多出的这些水分以游离态形式存在，并在硬化过程中逐步蒸发，从而在混凝土内部形成大量毛细孔、空隙甚至孔洞，造成混凝土体积收缩。此外，混凝土硬化过程中水化作用和碳化作用也会引起混凝土体积收缩。根据有关试验测定，混凝土最终收缩量约为0.04%~0.06%。可见，收缩是混凝土固有的物理特性，一般来说，水灰比越大、水泥强度越高、骨料越少、环境温度越高、表面失水越大，则其收缩值越大，也越易产生收缩裂缝。根据收缩裂缝的形成机理与形成时间，工程中常见的收缩裂缝主要有塑性收缩裂缝、沉降收缩裂缝和干燥收缩裂缝三类，此外，还有自身收缩（化学减缩）裂缝和碳化收缩裂缝。措施：

（1）掺加高效减水剂、泵送剂以尽量降低用水量；施工时，下料不宜过快，并振捣密实。

（2）对于早期收缩裂缝的防治，除加强早期养护外，宜在混凝土终凝前进行二次抹压，在材料上可掺加促凝剂，且宜采用早期强度高、保水性好的普通硅酸盐水泥；对于干缩裂缝的防治，可以适当延长养护时间，材料上宜选用粉煤灰水泥或中低热水泥等干缩率小的品种。

（3）尽可能降低水泥用量，增大粗骨料的含量，且宜选用石灰岩作为粗骨料，因为它对收缩的抗裂性优于安山岩和砂岩；应严格控制骨料的含泥量，砂率不宜过大，骨料应具有良好的级配。

3裂缝的处理

混凝土结构一旦开裂应立即在鉴定的基础上采取相应的措施。目前，常用的修补方法有表面封闭法、压力灌浆法及填堵法。

3.1表面封闭法

针对宽度小于0.2mm的微裂缝，可将聚合物水泥膏、弹性密封胶或渗透性防水剂涂刷于裂缝表面，以恢复其防水性和耐久性。该法施工简单，但仅适用于浅裂缝。

（1）工艺流程:表面刷毛并冲洗→嵌补表面缺损（可用环氧胶泥或乳胶水泥）→选材涂复。

（2）施工要点：a.由于涂层较薄，应选用粘结力强且不宜老化的材料；b.对活动裂缝，应采用延伸率较大的弹性材料；c.涂复均匀，不得有气泡。

3.2压力灌浆法

针对宽度大于0.3mm且深度较大的裂缝，可将化学灌浆材料（如聚氨酯、环氧树脂或水泥浆液）通过压力灌浆设备注入到裂缝深处，以恢复结构整体性、防水性及耐久性。

（1）工艺流程:凿槽→埋设浆嘴→封缝→密封检查→配制浆液→灌浆→封孔→灌浆质量检查。

（2）施工要点：

a.灌浆材料宜选用粘结力强、可灌性好的树脂类材料，通常选用环氧树脂；b.对于宽度大于2mm的特大裂缝可采用水泥类材料，对于活动性裂缝宜采用经稀释的环氧树脂或聚氨酯；c.化学灌浆压力控制在0.2~0.4MPa，水泥浆灌浆压力控制在0.4~0.8MPa，增大压力并不提高灌浆速度，也不利于灌浆效果；d.灌浆后，待浆液初凝而不外渗时，方可拆下灌浆嘴（盒、管）。

小结

混凝土裂缝问题是项技术难题，长期困扰工程界。近年来，随着高早强型水泥的大量使用、商品混凝土泵送施工的大力推广、混凝土强度等级的提高、大体积混凝土的涌现，在取得成效的同时也使裂缝问题更为突出，甚至成为混凝土质量问题的焦点。而目前混凝土裂缝主要是收缩变形和温度变形所致，控制这些裂缝除了广大工程建设人员在设计与施工方面采取相应措施外，也需要科研人员尽快地研制出能减少水泥收缩和水化热的高效材料，从而将裂缝问题降低到最小限度。