混凝土常见裂缝及治理方法

混凝土常见裂缝及治理方法

谢靖

(冀东油田公司勘探开发工程监督中心河北唐山063200)

中图分类号：TU7文献标识码：h文章编号：1671--7597(2008)1010104--02

一、瀑曩±常见曩奠

混凝土结构的裂缝依其形成可分为以下三类：(一)静止裂缝

系指形态、尺寸和数量均己稳定不再发展的裂缝。修补时，仅需依裂缝粗细选择修补材料和方法，而与其它因素无关。

(二)活动裂缝

系指其宽度不能保持稳定，易随着结构构件的受力、变形或环境温、湿度的变化而时张、时闭的裂缝。修补时，应先消除其成因，并观察一段时间，确认_已稳定后，再依静止裂缝的处理方法修补：若无法完全消除其成因，则应使用具有足够柔韧性的材料进行修补。

(三)尚在发展的裂缝

系指长度、宽度或数量尚在发展，但经历一段时间后将会终止的裂缝。对此类裂缝应待其停止发展后，方可进行修复或加固。

与现浇混凝士结构物相比，修补材料的约束收缩，即通过先浇混凝土基面上的胶结材料产生的约束力是大大增加大多数修补工作复杂性的主要因素。当相对薄的修补段由于修补材料干缩、自身体积变形和温度变化时，修补材料也产生了收缩拉应力。当这些应力超过修补材料的极限抗拉强度时，裂缝发生了。在大面积较厚的修补中，通过在修补的界面或收缩缝上涂抹防粘剂可使约束作用减到最小。在讨论耐久、无裂缝的修补材料时，应该考虑下述的材料的一些性能。

1．收缩。由于大多数修补是在老混凝土结构上进行的，以水泥为主的修补材料失去水分时，它会收缩。而且，这种收缩通常被先浇混凝土的基面胶合力所约束。当收缩引起的应变超过修补材料的极限抗拉强度时便产生裂缝。修补材料的干缩早在的20世纪80年代已开始引起特别注意。例如，Gurjar和Carter(1987)报导了46种通常使用的修补材料中的85％的收缩值超过了常规新浇混凝土的收缩值。使用C类粉煤灰似乎是解决收缩问题的可行方法。在配比中以C类粉煤灰代替50％的水泥在试验期间收缩基本上是稳定的。在随后的试验中，完全不掺水泥，只用少量的石膏与C类粉煤灰，初步试验结果表明最佳的石膏含量大约是7％，这个配比表明28天龄期的收缩值不到万分之一，大约不到硅酸盐水泥砂浆的1／15，大约不到常规混凝土的1／50，抗压强度可与这两种砂浆相比。C类粉煤灰减少于缩的潜力有待进一步研究。

2．热膨胀系数。研究混凝土修复材料的热相容性在温度经常有很大变化的环境中是很重要的，特别是在大面积修补和覆盖中。使用的修补材料如聚合物，有更高的热膨胀系数，在修补中将经常导致裂缝、剥落和分离。根据聚合物的不同类型，未加填料的聚合物的热膨胀系数超过混凝土的6～14倍，在聚合物中增加填料或骨料将使情况有所改善。但是加骨料的聚合物的热膨胀系数仍是混凝士的1．5N5倍。结果是，含有聚合物的修补材料比混凝土基面更易收缩。当修补材料出现膨胀时，先浇混凝土基面上胶结材料产生的约束力引起的应力能使修补材料裂缝或出现翘曲和剥落。

3．抗拉塑性变形。在混凝土结构物修补中，修补材料的塑性变形应该与混凝土基面塑性变形类似，然而在保护性的修补中，更高塑性变形也有其优点。对于后者，通过抗拉塑性变形释放的应力减少了裂缝发生的可能性。弹性模量E就工程而言，结构修补材料的弹性模量应该与混凝土基面的弹性模量相同，使载荷能均匀地穿过修补的地方。

4．拉应力。拉应力是指在没有形成一条连续的裂缝时修补材料所能承受的最大应变能力。达到极限应力90％的拉应变通常被定义为极限应变。所有测量拉应力(弯曲、直接拉伸和内部约束)的常规

法中的应变速

率比在收缩过程中生产的应变速率快很多。一旦超过最大拉应力或者极限应变，混凝土就开裂。

减少裂缝可以通过最大限度地减小干缩引起的应变和最大限度地提高抗拉强度。在实践中，可能很少选择材料或修改配比，这样对所有相关特性都有相当大的影响。比如，在有裂缝倾向的硅酸盐水泥修补砂浆中加入2种不同的聚合物，与对比组相比，乙烯基醋酸盐砂浆有类似的收缩能力并增加抗拉塑性变形60％，预期可能产生较高的抗裂能力。但实际不是这么回事，在模拟修补的材料中，使用乙烯基醋酸盐砂浆产生了裂缝而丙烯酸砂浆不产生裂缝。显然，丙烯砂浆较低的收缩值、较高的抗拉强度和很低的模量足以抵消较低的塑性变形。拥有较高的抗拉强度和较低模量的丙烯酸砂浆有助于达到较高的抗拉强度。

5．渗透性。渗透性即材料渗透液体或气体的能力，在许多修补中是重要的材料性能。然而，不顾具体情况，规定采用低渗透性修补材料的趋势应该避免。同样，注意到下列事实也是重要的，即在修补中的产生的一些贯穿裂缝将大大抵消使用很低渗透性修补材料所带来的好处。因此，在提出耐久性修补时，无裂缝的混凝土修补应该是主要的目标。

6．粘附／胶结。在大多数情况中，在修补材料和先浇混凝土基面之间胶结良好是成功修补的主要要求。准备很好且结实的混凝土基面总能提供足够的胶结强度。表面准备所达到的标准最能体现出胶结的情况。直接的拉伸胶结试验是评估修补材料、表面准备和浇筑过程的最佳技术手段。

7．抗压强度。一般认为修补材料的抗压强度应该与先浇混凝土基面的抗压强度相同。通常，修补材料的抗压强度高于混凝土基面的抗压强度，不一定就有多少好处。事实上，胶结材料的较高强度表明其含有过多的水泥，这有助于产生更高的水化热并增加干缩。另外，与高抗压强度相联系的较高的弹性模量将降低塑性变形。

二、混凝土常见裂缝的治理方法

为达到耐久的修补效果，必须通盘考虑影响设计和选择修补手段的诸多因素，这里只是略提修补材料所要关注的一些特性。

(一)控制干缩裂缝

混凝土的干缩裂缝主要是由于毛细管压力造成的。毛细管孔隙在干燥过程中逐步失水，产生很大的毛细管张力，混凝土体积产生收缩，由于混凝土周围存在约束，内部又有拉应力，当拉应力超过混凝土材料抗拉强度时。便产生了干缩裂缝。

干缩裂缝的控制方法有：

1．降低混凝土单位用水量：用水量的增加势必使剩余水增加，因此，从确保混凝土耐久性出发，应降低混凝土单位用水量。

2．水泥的影响：不同水泥，混凝土收缩也不同，按收缩值大小排序：矿渣水泥>普通水泥>粉煤灰水泥。

3．降低混凝土周围约束：若混凝土周围约束过大，内部拉应力无法释放，拉应力增大而使混凝土干裂，因此，应减少混凝土的分仓长度，以使混凝土内部拉应力能够充分释放。

4．添加膨胀剂：适量添加膨胀剂后可以使混凝土体积膨胀，在混凝土内部产生压应力，部分抵消了混凝土因毛细孔隙干燥而产生的拉应力，从而起到控制干缩裂缝的作用。

本文在控制混凝土干缩裂缝方面采用了上述1～3项方法。其中单位用水量为182kg，采用普通425#水泥，浇筑中掺用粉煤灰，分段浇筑长度在10mZA右。

(二)控制混凝土因自身质量欠缺而形成的裂缝

Z疆

i鬟豢

秘攀

高强混凝土水泥的强度等级和水泥用量相对较高，开裂现象比较普遍，因此，高强混凝土不一定是高性能混凝土，而高性能混凝土因具有较高的体积稳定性，收缩变形较小而使抗裂性能大大提高，同时高强混凝土必须采用高效减水剂和超细活性掺和料作为混凝土的第五和第六部分，来提高混凝土的密实性和抗渗能力。因本工程采用泵送施工工艺，要求的坍落度和水泥用量均较大，必须用掺加外加剂的方法来达到既减水又不使混凝土坍落度损失过大的目的，以及添加超细活性掺和料来达到降低水化热、改善与提高混凝土性能和节约水泥的目的。

综合上述两点，我们采用下表所示的混凝土配合比(单位：kg／m3)。水泥

309

水降温的对比观察，采取对钢模板表面洒水降温的，明显比未对钢模板表面洒水降温的混凝土产生裂缝少的多，因此，混凝土养护应从模板面的洒水降温开始。

(五)控制钢筋锈蚀引起的裂缝

本工程自一开始就注意了钢筋的锈蚀问题，并从以下几个方面对钢筋锈蚀加以控制的。

1．钢筋出厂时，其表面有一层致密的氧化薄膜，可以对钢筋起到一定的保护作用，但该薄膜遇水或受潮后因水的微酸性而脱落，使钢筋酸性氧化而锈蚀。因此，钢筋原材料和加工后的半成品均应作防潮处理。具体的做法是架空放置和上盖防水雨布。

2．钢筋安装前表面清洁处理。钢筋安装前，其表面必须洁净、无污物，对已发生锈蚀的部位，必须用钢丝刷和砂布打磨干净，以保证钢筋与混凝土的有效结合，同时也可防止因电离而发生锈蚀。

3．降低砼水灰比和增加混凝土和易性。

4．加强振捣，提高混凝土致密性，减小混凝土炭化速度，使钢筋有足够长的时间不接触空气。

(六)控制洞室周边围岩的变形

为防止洞室iv类围岩区的围岩变形对洞室衬砌混凝土的影响而使之产生裂缝，在洞室开挖支护阶段就已对iv类围岩区进行了锚杆支护，锚杆布置形式为梅花状，直径20mm，长3m，间排距1．251×1．25m；混凝土衬砌后，对周边围岩进行固结灌浆。为保证锚杆和固结灌浆的施工质量，还要对锚杆进行抗拔力试验，对固结灌浆进行压水和超声波检查试验。

粉煤灰

55

砂

684

小石

446

中石

670

木钙

0．91

水

182

按上表配比，砂率38％、水灰LEO．50、坍落度160～180mm、木钙掺量0．25％、粉煤灰掺量15％。

因混凝土中掺加粉煤灰技术在我省水利行业尚处于探索阶段，固替代量并不很大，只有15％，但根据有关资料，混凝土中单方水泥用量每增减10kg，水化热相应升降l～1．20c，即因本工程中掺用粉煤灰而使混凝土内部温度下降了约5．5～6．50c，从一定程度上控制了裂缝的产生。

(三)控制水化热开裂

水泥水化后放出大量的热量，使混凝土内外形成较大的温差，从而在温度应力的作用下形成裂缝。特别是在夏季施工，中午气温一般在摄氏370c，露天存放的石子表面温度可达摄氏500c，砼出机口温度在摄氏300c左右，混凝土水化后内部温度更高。为控制混凝土水化开裂，施工中采用了以下措施。

1．骨料降温。骨料的温度控制主要通过搭盖凉棚和洒水降温来进行。搭盖凉棚可避免太阳光直射，减少骨料吸热，浇筑前2～3小时再用井水(约170c)对粗骨料进行充分的洒水降温。采取以上方法降温后，浇筑前粗骨料内部温度约为240c，细骨料内部温度约为260c，降温效果比较明显。

2．加冰降温。在混凝土浇筑前购入冰块，砸成粒径约3cm的小块加入砼生料中，充分拌合后量取出机口温度，根据出机口温度来确定加冰量。实际工作中，出机口的控制温度为180c，混凝土单方用冰量在60kg左右。因冰块破碎工作量较大，粒径也很难控制，加入冰块后还需延长拌和时间，降低了混凝土浇筑速度，为克服该问题，实际工作中多采用拌和水降温的方法，即把冰块稍加破碎后放入拌和水池中来降低水温。用此方法，通常能够把拌和用水的温度降至摄氏3～70c左右。

3．夜间浇筑。白天气温较高，即使采用多种降温措施也很难保证混凝土的入仓温度，而夜间浇筑特别是后夜浇筑，气温相对较低，采取温控措施后，比较容易控制砼的入仓温度。因此，工作中多把混凝土浇筑安排在夜间进行。通过以上温控措施，使南岸引水口洞室衬砌工程夏季混凝土出机口温度控制在180c以内，入仓温度控制在280c以下，有效地控制了温度裂缝的产生。

(四)混凝土养护

由于采用普通硅酸盐水泥和泵送旆工工艺，砼早期水化热较大。经量测，一般在浇筑后24h左右，内部温度即达到最大值(约330c)，而此时因规范要求钢模板尚不能拆除，还不能直接进行表面洒水降温，为降低混凝土温度，除尽量降低水灰比外，在浇筑完毕后18h即开始对钢模板表面进行不间断的洒水降温，拆模后对混凝土表面进行全天候养护至14天，此时洞室衬砌后的混凝土内部温度已降至180c。通过拆模前是否对钢模板表面洒

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2007／Sl-

作者简介：

谢靖，女，助理工程师，工学学士，主要从事油田地面建设工作。

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作者简介：

供了舞台。

柳明，女，硕士学历，主修英美语言文学专业。现为河南人民出版社译文编辑处编辑，副编审。经国家教育部委派，作者曾赴西班牙格拉纳达大学进修西班牙语和知识产权法。已经翻译出版过《无限的你，无限的成功》、《一切皆有可能》、《花绽放》等六部译著。2008年曾分别获得国家级译林翻译新人

奖(第三期)竞赛一等奖和河南省科技翻译征文一等奖。

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