惠州大體積混凝土裂縫成因及修補技術

混凝土裂縫一直是建設工程中的“常發病”和“多發病”，尤其是長厚墻、板等大體積混凝土，裂縫較為普遍。它會影響結構的美觀，降低結構混凝土的強度，影響結構的使用性能和壽命。裂縫的成因很多，如果涉及周密、施工措施得當，是可以克服和控制的。

1.厚墻、板等大體積混凝土裂縫形成的原因分析

混凝土裂縫形成的形式及種類是多種多樣的，有設計方面的原因，也有施工過程中的原因。然而大部分是由于施工過程中的各種因素組合而產生的。

產生大體積混凝土裂縫的原因也是多種因素所引起的。各種裂縫產生的主要因素也各有不同。結構型裂縫：由外荷載所引起，包括常規結構結算中的主要應力以及其他的結構次應力所造成的受力裂縫。材料型裂縫：是由非受力變形變化引起的，主要是由溫度應力和混凝土收縮兩方面因素所引起的。

1.1干縮原因

干縮裂縫多出現在混凝土養護結束后的一段時間或混凝土澆筑完畢后的7d左右?；炷林兴值恼舭l產生干縮，且這種收縮是不可逆的。干縮裂縫的產生主要是由于混凝土內外水分蒸發程度不同而導致變形結果。干縮裂縫多為表面性的平行線狀或網狀淺細裂縫，寬度多在0.05mm—0.2mm之間，多見于大體積混凝土板表面，混凝土干縮主要和混凝土的水灰比、水泥成分、水泥的用量、外加劑的用量等有關。

1.2溫度原因

溫度裂縫多發生在大體積混凝土表面或溫差變化較大地區的混凝土結構中。混凝土澆筑后的硬化過程中，水泥水化產生大量的水化熱（當水泥用量在350kg/m3--550kg/m3之間，每立方米混凝土將釋放出17500KJ--27500KJ的熱量，從而使混凝土內部溫度達到70℃左右甚至較高）。由于混凝土體積方法，大量的水化熱聚集在混凝土內部不易散發，導致內部溫度急劇上升，而混凝土表面散熱較快，這樣就形成內外較大的溫差，較大的溫差造成內部與外部熱脹冷縮的程度不同，使混凝土表面產生一定的拉應力。當拉應力過混凝土的抗拉強度時，混凝土表面就會產生裂縫，這種裂縫多發生在混凝土施工中后期。在混凝土的施工中當溫差變化較大，會導致混凝土表面溫度急劇下降而產生收縮，表面收縮的混凝土受內部混凝土的約束，將產生很大的拉應力而產生裂縫，這種裂縫通常只在混凝土表面較淺的范圍內產生。

1.3塑性收縮原因

混凝土塑性裂縫是指混凝土澆筑成型后還未硬化，仍處于可塑狀態時產生的裂縫。這種裂縫的形成過程都與混凝土的泌水有關。泌水使混凝土的體積縮小，促成了混凝土塑性裂縫的產生。只有當水泥水化產生的膠結強度足以阻止固體顆粒相對運動或者各種固體顆粒經過遷移已達到緊密堆積狀態時，沉積相對停止，泌水才結束。

塑性裂縫的出現不僅會影響混凝土構件的外觀質量，較重要的是會造成混凝土防水性能下降、鋼筋容易銹蝕等不良后果，影響混凝土結構的使用年限。因此，在設計和施工過程中應予以充分重視。

塑性收縮裂縫一般在干熱或大風天氣出現，裂縫多呈中間寬、兩端細且長短不一、互不連貫狀態。常發生在混凝土板或比表面積較大的墻面上，較短的裂縫一般長20 cm--30 cm，較長的裂縫可達2 m--3 m，寬度在1 mm--5 mm之間。

1.4沉降原因

沉陷裂縫的產生主要是由于工程結構地基土質較差，比如土質不均勻或者土質松軟，以及在回填土時沒有壓實，或是施工過程中浸水等原因，而使混凝土結構發生不均勻沉降而產生的。

其次，在模板剛度不足，模板支撐的間距過大或者支撐底部松動的情況下，也會因為產生不均勻沉降而導致混凝土結構產生沉陷裂縫。

1.5鋼筋銹蝕原因

研究表明，鋼筋銹蝕是從pH=11.8時開始的，此時鋼筋的鈍化膜已不穩定并逐漸破壞；在氧和水的作用下，使鋼筋開始銹蝕，由于銹蝕鋼筋的體積膨脹，較終導致混凝土保護層脹裂。由于混凝土碳化后的pH值降低，因而隨著碳化深度的增加，鋼筋的銹蝕率相應增加。

1.6 施工工藝原因

施工工藝低下是大體積混凝土產生裂縫的較重要原因之一。施工過程中在混凝土拌和、運輸、平倉振搗、養護和表面保護等環節上未能重視和嚴格控制, 造成混凝土質量差、強度不均、暴露時間長等,降低了混凝土的抗裂能力, 在不很大的溫度應力下就產生了裂縫。

2防止裂縫產生的措施

2.1優化混凝土各種原材料，優化施工配合比

（1）水泥的選擇。既然大體積混凝土產生裂縫的主要原因就是水泥水化過程中釋放了大量的熱量，那么在大體積混凝土施工中應盡量使用低熱或者中熱的礦渣硅酸鹽水泥、火山灰水泥，并盡量降低混凝土中的水泥用量，以降低混凝土的溫度，提高混凝土硬化后的體積穩定性。

（2）骨料的選擇。在選擇粗骨料時，可根據施工條件，盡量選用粒徑較大、質量優良、級配良好的石子。既可以減少用水量，也可以相應減少水泥用量，還可以減小混凝土的收縮和泌水現象。在選擇細骨料時，采用平均粒徑較大的中粗砂，從而降低混凝土的干縮，減少水化熱量，對混凝土的裂縫控制有重要作用。

（3）摻合料和外加劑。摻加適量粉煤灰和礦粉，可減少水泥用量，從而達到降低水化熱的目的。摻加合適的緩凝、減水和引氣型的復合外加劑，它可有效地降低水泥用量，增加混凝土的流動性，改善拌合物和易性，同時可延緩水化熱釋放速度，從而可降低水化熱。

（4）優化混凝土配合比。在進行進行配合比設計時，在保證混凝土強度及良好工作性能的情況下，應盡可能地降低混凝土的單位用水量，采用低坍落度、低水膠比和高摻合料的施工配合比，生產出高強、高韌性、低熱的抗裂性能好的混凝土。

2.2 設計控制措施

1）增配構造筋提高抗裂性能。配筋應采用小直徑、小間距，全截面的配筋率應在0.3%--0.5%之間。

2）避免結構突變產生應力集中，在易產生應力集中的薄弱環節采取加強措施。

3）在易裂的邊緣部位設置暗梁，提高該部位的配筋率，提高混凝土的拉伸。

4）科學設置后澆帶。在正常施工作業條件下，后澆帶的間距宜為30m左右，澆筑時間應大于2個月。

2.3施工控制措施

1）合理安排混凝土澆筑環境?；炷翝仓才旁谝归g，較大限度地降低混凝土入模溫度，加強混凝土的振搗，使用二次振搗技術，利用平板振動器振搗，提高混凝土密實度。

2）振搗方式及頻率。加大澆灌振搗頻率，以提高混凝土密實度。采用兩次振搗技術來改善混凝土強度，提高抗裂性。

3）采用膨脹水泥。對于高強混凝土，應盡量使用中熱微膨脹水泥，摻細礦粉和膨脹劑，使用高效減水劑。通過試驗摻入粉煤灰，摻量 15%--50%。

4）做好養護工作。采用蓄水方式進行，并在混凝土上覆蓋一層塑料布，一層麻袋片，同時根據溫差情況及時對混凝土上表面覆蓋厚度進行增減?；炷羶韧鉁夭罴盎炷帘砻媾c大氣溫差均不得過25℃當發現內外溫差△T=25℃時應即刻增加覆蓋。

5） 混凝土溫度監測。為了測量出混凝土內部溫度，在混凝土中預埋測溫管，用水銀溫度計測溫，或埋入測溫導線利用建筑電子測溫儀進行測溫。

3裂縫修補方法

3.1表面修補法

表面修補法是較直接也是較簡單的修補方法，是對于結構承載能力沒有影響的表面裂縫的處理。因其修補工藝的不同，分為部分涂覆法和全部涂覆法兩種。對于部分涂覆法，主要是在裂縫表面涂上一層高強度的水泥漿、環氧膠泥等膠凝材料； 對于全部涂覆法，主要是在整個混凝土表面涂刷油漆、瀝青等防腐材料。

3.2 壓力注漿法

壓力注漿法適用于修補寬度為0.2 mm--0.3mm 的混凝土裂縫。修補工藝如下：

首先，清理混凝土表面尤其是裂縫周邊的雜物油脂，再將注漿嘴與封閉裂縫粘貼，進行試漏檢查，再配置注漿液，然后使用壓力機進行一次和二次注漿，注漿完畢，清理混凝土表面。

常用的注漿材料技術性能指標

3.3涂抹封閉法

當裂縫寬度小于0.2 mm 時，即為微細裂縫，也可用于裝飾混凝土外表面及其防水處理，并且能夠有效防止混凝土保護層的炭化和有害離子對混凝土的腐蝕。其主要操作如下: 首先沿裂縫用鑿子和扁鏟開一個U形槽，槽深和槽寬均約30—50mm，然后用刷子在槽底和兩壁均勻涂刷一層界面處理漿，將拌制好的聚合物水泥砂漿在界面處理漿尚未硬化之前用抹刀壓入槽中，并壓實抹平。養護時，不得淋雨、日曬或風吹，以覆蓋塑料薄膜養護為佳。

灌漿法主要適用于對結構整體性有影響或有防滲要求的混凝土裂縫的修補，它是利用壓力設備將膠結材料壓入混凝土的裂縫中，膠結材料硬化后與混凝土形成一個整體，從而起到封堵加固的目的。常用的膠結材料有水泥漿、環氧樹脂、甲基丙烯酸酯、聚氨酯等化學材料。

3.4開槽填補法

當結構物可以允許在表面開槽或者是混凝土表面裂縫寬度較大且數量不多時，可以采取開槽填補法，其主要工藝是: 先開槽，再涂刷界面處理漿，然后壓抹聚合物砂漿，最后養護。

3.5結構加固法

當裂縫影響到混凝土結構的性能時,就要考慮采取加固法對混凝土結構進行處理。結構加固中常用的主要有以下幾種方法：加大混凝土結構的截面面積，在構件的角部外包型鋼、采用預應力法加固、粘貼鋼板加固、增設支點加固以及噴射混凝土補強加固等。

3.6 混凝土置換法

混凝土置換法是處理混凝土嚴重損壞的一種有效方法，此方法是先將損壞的混凝土剔除，然后再置換新的混凝土或其他材料。常用的置換材料有：普通混凝土或水泥砂漿、聚合物或改性聚合物混凝土或砂漿。

3.7 電化學防護法

電化學防腐是利用施加電場在介質中的電化學作用，改變混凝土或鋼筋混凝土所處的環境狀態，鈍化鋼筋，以達到防腐的目的。陰極防護法、氯鹽提取法、堿性復原法是化學防護法中常用且有效的三種方法。

3.8 仿生自愈合法

仿生自愈合法是一種新的裂縫處理方法，它模仿生物組織對受創傷部位自動分泌某種物質，而使創傷部位得到愈合的機能，在混凝土的傳統組分中加入某些特殊組分如含粘結劑的液芯纖維或膠囊，在混凝土內部形成智能型仿生自愈合神經網絡系統，當混凝土出現裂縫時，分泌出部分液芯纖維可使裂縫重新愈合。

4 工程實例

三星污水處理場工程剪力墻結構，地下一層，地上0層，長158.5m，寬98m，高10.1m，總建筑面積15533m2。構筑物外墻厚900mm，內墻厚600mm，**板厚500mm（局部800mm），混凝土為C40P8。

4.1 原材料選擇及施工配合比

1）原材料選擇。水泥選用冀東牌P·042.5；砂子選用中砂，碎石選用5—31.5mm卵石，初凝時間為420—480min，終凝時間為720—840min。

2）施工配合比。采用如下表配合比，既能滿足強度要求，又有良好的工作性能，坍落度為200mm。

施工配合比表

4.2混凝土主要施工方法及溫度監測

1）混凝土澆筑時從短邊的一端向另一端逐步推進，采用斜面分層法，分層厚度為200mm—250mm。澆筑時采用插入式振搗器，插點間距控制在450mm左右，且掌握插點間深度，做到快插慢拔，在振搗上一層時應插入下一層中5cm 左右，以消除兩層的接縫，同時在振搗上一層時，要在下一層初凝之前進行。澆筑完畢表面用木抹子搓平，壓實壓光（特別是二次壓面），并及時覆蓋保溫養護，**面及側面均用一層塑料布、一層棉被保溫。

2）布置測溫點，每個測溫點均埋入距離結構表面15cm、結構中部及距離結構底面15cm三根測溫導線。澆筑完畢12h后開始測溫，前3天為每2h測一次，待溫度變化緩慢時每4h—6h測一次。根據測溫記錄，當時混凝土內部較高溫度為 58.5℃，溫差未25℃。

3）待混凝土溫度與大氣溫度接近時拆除模板，經業主、監理共同驗收，未發現墻、板混凝土結構裂縫，給予很高的評價。