混凝土裂縫成因和防治措施問題的研究探討

  引言
混凝土是目前用量最大的一種建筑材料，廣泛應(yīng)用于工業(yè)與民用建筑、農(nóng)林與城市建設(shè)、水利與海港工程。然而，許多混凝土結(jié)構(gòu)在建設(shè)與使用過程中出現(xiàn)了不同程度、不同形式的裂縫。這不僅影響建筑物的外觀，更危及建筑物的正常使用和結(jié)構(gòu)的耐久性。因此，裂縫問題倍受人們關(guān)注。
1 混凝土裂縫的分類
1.1按裂縫的成因劃分
根據(jù)混凝土裂縫產(chǎn)生的原因，可分為結(jié)構(gòu)性裂縫與非結(jié)構(gòu)性裂縫兩大類。
（1）結(jié)構(gòu)性裂縫。由各種外荷載引起的裂縫，也稱荷載裂縫。它包括由外荷載的直接應(yīng)力引起的裂縫和在外荷載作用下結(jié)構(gòu)次應(yīng)力引起的裂縫。
（2）非結(jié)構(gòu)性裂縫。由各種變形變化引起的裂縫。它包括溫差，干縮濕脹和不均勻沉降等因素引起的裂縫。這類裂縫是在結(jié)構(gòu)的變形受到限制時引起的內(nèi)應(yīng)力造成的。從國內(nèi)外的研究資料以及大量的工程實踐看，非結(jié)構(gòu)性裂縫在工程中占了絕大多數(shù)，約為80%，其中以收縮裂縫為主導(dǎo)。
1.2按裂縫產(chǎn)生的時間劃分
（1）施工期間出現(xiàn)的裂縫。包括塑性收縮裂縫、沉降收縮裂縫、干燥收縮裂縫、自身收縮裂縫、溫度裂縫、施工操作不當(dāng)出現(xiàn)的裂縫、早期凍脹作用引起的裂縫以及一些不規(guī)則裂縫。
（2）使用期間出現(xiàn)的裂縫。包括鋼筋銹蝕膨脹產(chǎn)生的裂縫、鹽堿類介質(zhì)及酸性侵蝕氣液引起的裂縫、凍融循環(huán)造成的裂縫、堿骨料反應(yīng)引起的裂縫以及循環(huán)動荷載作用下?lián)p傷累積引起的裂縫等。
1.3按裂縫的形狀劃分裂縫按形狀可分為
（1）縱向裂縫，平行于構(gòu)件底面，順筋分布，主要由鋼筋銹蝕作用引起；
（2）橫向裂縫，垂直于構(gòu)件底面，主要由荷載作用、溫差作用引起；
（3）剪切裂縫，由于豎向荷載或震動位移引起；
（4）斜向裂縫、八字形或倒八字形裂縫，常見于墻體混凝土梁，主要因地基的不均勻沉降以及溫差作用引起；
（5）X形裂縫，常見于框架梁、柱的端頭以及墻面上，由于瞬間的撞擊作用或者地震荷載作用引起；
（6）各種不規(guī)則裂縫，如反復(fù)凍融或火災(zāi)等引起的裂縫。此外，還有因混凝土拌和或運輸時間過長引起的網(wǎng)狀裂縫，現(xiàn)澆樓板四角出現(xiàn)的放射狀裂縫或板面出現(xiàn)的十字形裂縫等等。
1.4按裂縫的發(fā)展?fàn)顟B(tài)劃分
根據(jù)裂縫所處的運動狀態(tài)及其發(fā)展趨勢，可分為以下兩類:
（1）穩(wěn)定裂縫。這種裂縫不影響持久應(yīng)用，包括兩類。
一類是在運動過程中可以自愈合的裂縫，常見于一些新建的防水工程中，這是由于裂縫處水泥顆粒在滲漏過程中與水進一步化合，析出Ca（OH）2晶體且部分Ca（OH）2又與溶解在水中的CO2發(fā)生碳化反應(yīng)形成CaCO3結(jié)晶，兩者形成的凝膠物質(zhì)將膠合裂縫封閉，從而滲漏停止，裂縫達到自愈。另一類是處于穩(wěn)定運動中的裂縫，如在周期性荷載作用下產(chǎn)生的周期性擴展和閉合的裂縫。
（2）不穩(wěn)定裂縫。這種裂縫將產(chǎn)生不穩(wěn)定性的擴展，影響結(jié)構(gòu)物的持久使用，應(yīng)視其擴展部位，采取相應(yīng)的措施。
2　混凝土常見裂縫的成因與控制措施
收縮裂縫是由濕度變化引起的，它占混凝土非結(jié)構(gòu)性裂縫中的主要部分。混凝土是以水泥為主要膠結(jié)材料，以天然砂、石為骨料加水拌合，經(jīng)過澆筑成型、凝結(jié)硬化形成的人工石材。在施工中，為保證其和易性，往往加入比水泥水化作用所需的水分多4~5倍的水。多出的這些水分以游離態(tài)形式存在，并在硬化過程中逐步蒸發(fā)，從而在混凝土內(nèi)部形成大量毛細孔、空隙甚至孔洞，造成混凝土體積收縮。此外，混凝土硬化過程中水化作用和碳化作用也會引起混凝土體積收縮。根據(jù)有關(guān)試驗測定，混凝土最終收縮量約為0.04%~0.06%。可見，收縮是混凝土固有的物理特性，一般來說，水灰比越大、水泥強度越高、骨料越少、環(huán)境溫度越高、表面失水越大，則其收縮值越大，也越易產(chǎn)生收縮裂縫。根據(jù)收縮裂縫的形成機理與形成時間，工程中常見的收縮裂縫主要有塑性收縮裂縫、沉降收縮裂縫和干燥收縮裂縫三類，此外，還有自身收縮（化學(xué)減縮）裂縫和碳化收縮裂縫。措施：
（1）摻加高效減水劑、泵送劑以盡量降低用水量；施工時，下料不宜過快，并振搗密實。
（2）對于早期收縮裂縫的防治，除加強早期養(yǎng)護外，宜在混凝土終凝前進行二次抹壓，在材料上可摻加促凝劑，且宜采用早期強度高、保水性好的普通硅酸鹽水泥；對于干縮裂縫的防治，可以適當(dāng)延長養(yǎng)護時間，材料上宜選用粉煤灰水泥或中低熱水泥等干縮率小的品種。
（3）盡可能降低水泥用量，增大粗骨料的含量，且宜選用石灰?guī)r作為粗骨料，因為它對收縮的抗裂性優(yōu)于安山巖和砂巖；應(yīng)嚴格控制骨料的含泥量，砂率不宜過大，骨料應(yīng)具有良好的級配。
3　裂縫的處理
混凝土結(jié)構(gòu)一旦開裂應(yīng)立即在鑒定的基礎(chǔ)上采取相應(yīng)的措施。目前，常用的修補方法有表面封閉法、壓力灌漿法及填堵法。
3.1表面封閉法
針對寬度小于0.2mm 的微裂縫，可將聚合物水泥膏、彈性密封膠或滲透性防水劑涂刷于裂縫表面，以恢復(fù)其防水性和耐久性。該法施工簡單，但僅適用于淺裂縫。
（1）工藝流程:表面刷毛并沖洗→嵌補表面缺損（可用環(huán)氧膠泥或乳膠水泥）→選材涂復(fù)。
（2）施工要點：a.由于涂層較薄，應(yīng)選用粘結(jié)力強且不宜老化的材料；b.對活動裂縫，應(yīng)采用延伸率較大的彈性材料；c.涂復(fù)均勻，不得有氣泡。
3.2壓力灌漿法
針對寬度大于0.3mm且深度較大的裂縫，可將化學(xué)灌漿材料（如聚氨酯、環(huán)氧樹脂或水泥漿液）通過壓力灌漿設(shè)備注入到裂縫深處，以恢復(fù)結(jié)構(gòu)整體性、防水性及耐久性。
（1）工藝流程:鑿槽→埋設(shè)漿嘴→封縫→密封檢查→配制漿液→灌漿→封孔→灌漿質(zhì)量檢查。
（2）施工要點：
a.灌漿材料宜選用粘結(jié)力強、可灌性好的樹脂類材料，通常選用環(huán)氧樹脂；b.對于寬度大于2mm的特大裂縫可采用水泥類材料，對于活動性裂縫宜采用經(jīng)稀釋的環(huán)氧樹脂或聚氨酯； c.化學(xué)灌漿壓力控制在0.2~0.4MPa，水泥漿灌漿壓力控制在0.4~0.8MPa，增大壓力并不提高灌漿速度，也不利于灌漿效果；d.灌漿后，待漿液初凝而不外滲時，方可拆下灌漿嘴（盒、管）。
小結(jié)
混凝土裂縫問題是項技術(shù)難題，長期困擾工程界。近年來，隨著高早強型水泥的大量使用、商品混凝土泵送施工的大力推廣、混凝土強度等級的提高、大體積混凝土的涌現(xiàn)，在取得成效的同時也使裂縫問題更為突出，甚至成為混凝土質(zhì)量問題的焦點。而目前混凝土裂縫主要是收縮變形和溫度變形所致，控制這些裂縫除了廣大工程建設(shè)人員在設(shè)計與施工方面采取相應(yīng)措施外，也需要科研人員盡快地研制出能減少水泥收縮和水化熱的高效材料，從而將裂縫問題降低到最小限度。