混凝土裂缝防治技术_混凝土裂缝防治技术
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混凝土裂缝防治技术
许多钢筋混凝土结构的破坏都是从裂缝开始的，必须十分重视裂缝的成因、预防和处理，尤其是要避免和控制有害贯穿性裂缝的出现，以确保建筑物的安全性、适用性、耐久性，最大程度地保证人们的生命和财产安全。
一、混凝土中产生裂缝有多种原因，主要是温度和湿度的变化、混凝土的脆性和不均匀性以及结构不合理、原材料不合格（如碱骨料反应）、模板变形、基础不均匀沉降等。大致可分为三类：温差过大引起的温度裂缝；荷载过大引起的变形裂缝；混凝土干缩引起的变形裂缝。
（一）、温度裂缝 温度裂缝一般是由于大气温度变化、周围环境温度太高或者大体积混凝土施工时产生的水化热等因素造成。有关研究表明，当混凝土内外温差10℃时，冷缩值为0.01%，如果混凝土内外温差20℃～30℃时，其冷缩值为0.02%～0.03%，而混凝土的极限拉伸值只有0.01%～0.02%，所以当其大于混凝土极限拉伸值时混凝土就开裂。
混凝土硬化期间水泥释放出大量水化热，内部温度不断上升，在表面引起拉应力。后期在降温过程中，由于受到基础或老混凝土的约束，又会在混凝土内部出现拉应力。气温的降低也会在混凝土表面引起很大的拉应力。当这些拉应力超出混凝土的抗裂能力时，即会出现裂缝。掌握温度应力的变化规律对于进行合理的结构设计和施工极为重要。
（二）、荷载裂缝 荷载裂缝是建筑物在荷载作用下变形过大而产生的裂缝。一般多出现在构件的受拉区域、受剪区域或者振动严重等部位。产生的主要原因是结构设计不合理、施工方法错误、承载能力不足、地基沉降不均匀等。
（三）、干缩裂缝 干缩裂缝一般是由于材料缺陷引起的。研究表明，水泥加水后变成水泥硬化体，绝对体积减小，毛细孔缝中水溢出产生毛细压力，使得混凝土产生毛细收缩，由此引起水泥砂浆的干缩值为0.1%～0.2%，混凝土的干缩值为0.04%～0.06%，而混凝土的极限拉伸值只有0.01%～0.02%，所以当其大于混凝土的极限拉伸值由此产生混凝土裂缝。
例1：地下室外墙混凝土裂缝形成的原因及防治
地下室外墙混凝土在施工阶段常常会出现不同程度、不同数量的开裂，裂缝多为竖向裂缝。裂缝的主要原因是混凝土在干燥收缩时受到钢筋、边界约束后拉裂而产生的。
混凝土干燥收缩是指置于饱和空气中的混凝土因水分散失而引起的体积缩小变形。同时影响混凝土干燥的因素还有：水灰比、水化程度、养护温度、含水量、水泥含量、构件厚度、体积和表面积之比、相对温度、干燥速率、干燥时间等。而地下室外墙混凝土拆模后，虽然进行了浇水养护，但由于受到现场条件的限制，不可能做到恒温湿养护，而只能采用浇水养护，因此必然导致外墙混凝土的干燥及收缩，同时由于地下室外墙混凝土体积和表面积之比较小，从而导致干燥速度快，时间短。
地下室混凝土开裂通常发生在浇筑后15天内，裂缝主要集中的墙高12处向上下扩展，根部及顶部几乎没有，沿墙长每2～3m一道。当然，地下室形状、设计构造、外墙长度、配筋及施工条件等都有一定的关系。
二、混凝土裂缝的预防：
（一）、温度裂缝的预防：
①制定合适的允许温差。温度裂缝的主要原因是各种温差太大，为了防止裂缝发生，必须规定各种温差，包括内外温差、内部温差（如果基层是旧混凝土或岩石地基时，应严格控制内部温差，以防产生贯穿裂缝。内部温差允许值一般采用12～⒛℃。）和温度陡降的允许值（温度陡降会大大增加外层混凝土与内部混凝土的温度梯度‘这种温度应力形成较快，徐变的影响较小，所以，温度陡降的允许值应比内外温差小得多ˇ通常采用的温度陡降的允许值是to℃。）在一般的大体积钢筋混凝土结构工程中，如基础的约束不大，内外温差可控制在不超过25℃。
②合理选用原材料。尽量选用低热或中热水泥α日矿渣水泥、粉煤灰水泥）配制混凝土，或在混凝土中掺适量粉煤灰，或利用混凝土的后期强度谶期90～IS（）d）降低水泥用量，以减少水化热。选用级配良好的骨料，并严格控制砂、石的含泥量，采用低水灰比，加强振捣，以提高混凝土的密实性和抗拉强度。采用改善骨料级配，用干硬性的混凝土掺混合料、加引气剂或者塑化剂等措施以减少混凝土中的水泥用量。在混凝土中掺缓凝剂，减缓浇筑速度，以利于散热。在设计允许的情况下，可掺少于混凝土25％体积的毛石＾以吸收热量并节约混凝土。
③避开炎热天气浇筑大体积混凝土。必须在热天浇筑时，可采用冰水或深井凉水拌制混凝土，或设置简易遮阳装置并对骨料进行喷水预冷却，以降低混凝土搅拌和浇筑的温度c气温高拌和混凝土的时候，加水或者用水将集料冷却以降低混凝土的浇灌温度。气温高浇灌混凝土时减少浇灌厚度以及每次的浇灌体积，利用浇灌层面散热。分层浇筑混凝土，每层厚度不大于20cm，以加快热量散发，并使温度分布较均匀，同时也便于振捣密实。在大体积混凝土内，应适当预留一些孔道，埋设水管通冷水或冰气降温。
④大型设备基础，采取分块、分层间隔浇筑（间隔时间为5～7d，分块厚度为110～115cm），以利于水化热散发和减少约束作用，或每隔20～30m留一条15～l10mm宽的临时间断缝，40d后再利用干硬性细石混凝土浇筑，以减少温度收缩应力。
⑤冬季施工应加强养护。在寒冷季节，混凝土表面应采取保温措施，以防寒潮袭击。对薄壁结构，要适当延长拆模时间，使之缓慢降温。拆模时，块体中间和表面的温差不大于⒛℃，以防止急剧冷却造成表面裂缝。基础混凝土拆模，要及时回填土。施工中长期暴露的混凝土浇筑块表面或者薄壁结构，在寒冷季节一定要采取保温措施。蒸汽养护构件时，控制升温速度不大于25℃／h，降温速度不大于⒛℃／h，并缓慢揭盖，及时脱模，避免引起大的温度应力。
⑥在岩石地基或厚大混凝土垫层上，浇筑大体积混凝土，可在岩石地基或混凝土垫层上，浇沥青胶，并撒铺5mm厚的砂子或铺2层沥青油毡纸，以消除或减少约束作用。
⑦规定合理的拆模时间。气温骤降时进行表面保温、以免混凝土表面产生急剧的温度梯度。在混凝土浇筑初期，由于水化热的散发，表面引起相当大的拉应力，此时表面温度亦比气温高，此时拆除模板，表面温度骤降，必然引起温度梯度，从而在表面附加一拉应力，与水化热应力迭加，再加上混凝土干缩，表面的拉应力达到很大的数值，就有导致裂缝的危险⊙但如果在拆除模板后及时在表面覆盖一轻型保温材料，如泡沫、海绵等，对于防止混凝土表面产生过大的拉应力，具有显著的效果。
⑧加筋预防。在温度不太高及应力低于屈服极限的条件下，钢的各项性能是稳定的，而与应力状态、时间及温度无关。钢的线胀系数与混凝土线胀系数相差很小，在温度变化时两者间只发生很小的内应力。由于钢的弹性模量为混凝土弹性模量的7～15倍，当混凝土内应力达到抗拉强度而开裂时，钢筋的应力将不超过100～200kg／cm＇。因此，在混凝土中想要利用钢筋来防止细小裂缝的出现很困难。但加筋后结构内的裂缝一般就变得数目多、间距小、宽度与深度较小了。而且如果钢筋的直径细而间距密时，对提高混凝土抗裂性的效果较好。
（二）、混凝土干缩裂缝的预防： ①混凝土的水泥用量、水灰比、砂率不能过大，应严格控制砂石含量，避免使用过量粉砂。混凝土应振捣密实，并应注意对板面进行抹压，可在混凝土初凝后、终凝前，进行二次抹压，以提高混凝七的抗拉强度，减少收缩量。
②加强混凝土早期养护，并适当延长养护时间。长期露天堆放的预制构件覆盖草帘、草袋，避免曝晒，定期适当洒水⊙薄壁构件应在阴冷地方堆放并覆盖，避免过大湿度变化。
③浇筑混凝土前，将基层和模板浇水湿透。混凝土浇筑后，对裸露表面应及时用潮湿材料覆盖，认真养护。在气温高、湿度低、风速大的气候下施工时，浇注混凝土后，应及早进行喷水养护，使其保持湿润。大面积混凝
④对于预制钢筋混凝土构件，可在裂缝表面涂环氧胶泥或粘贴环氧玻璃布封闭处理。
⑤现浇混凝土时，也可适当加人膨胀剂补偿收缩。
⑥可在混凝土中掺加聚丙烯晴纤维材料。纤维掺入后，对混凝土主要的阻裂作用体现在有效地阻止了混凝土中因塑性变形、干缩等原因引起的原生裂缝的产生和发展。
三、混凝土温度裂缝、收缩裂缝的处理方法
温度裂缝和收缩裂缝对钢筋产生的附加应力一般很小，对结构的承载力影响较小。但当裂缝宽度一旦超过一定限度时，就会造成钢筋锈蚀，影响结构构件的耐久性能。对于表面裂缝的处理，可在裂缝稳定后，采用涂刷2遍环氧胶泥、加贴玻璃纤维布、抹（喷）水泥砂浆等方法，进行表面封闭处理；对有整体性防水、防渗要求的结构，缝宽大于10mm或贯穿的裂缝，应根据裂缝可灌程度，用水泥灌浆或化学注浆等方法进行补缝处理。也可采取灌浆与表面封闭相结合，恢复原有性能。对于宽度大于10mm的裂缝，由于水泥水化后期生成的氢氧化钙、硫铝酸钙等物质，使裂缝自行愈合，一般可不进行处理。
五、混凝土其他类型裂缝的综合预防处理
1、在结构设计时合理布置伸缩缝、沉降缝的位置。
2、在板角增加辐射筋∩
3、加强原材料的控制。
4、对混凝土的施工工艺严加控制。
5、正确使用外加剂也是减少开裂的措施之一。
例：泵送混凝土施工裂缝的成因和防治
泵送混凝土不仅应能改善混凝土的施工性能，对薄壁密筋结构少振捣或不振捣施工，而且应能减少收缩、防止裂缝、提高抗渗性、改善耐久性。但是某些工程表明，泵送混凝土强度不足、凝结异常时有发生，特别是裂缝普遍存在，在一定程度上影响结构的抗渗性和耐久性。
水泥水化过程中产生大量的热量，每克水泥放出50.2J的热量，如果以水泥用量350~550kg/m3来计算，每m3混凝土将放出17500~27500KJ的热量，从而使混凝土内部温度升高，在浇筑温度的基础上，通常升高35℃左右。如果按着我国施工验收规范规定浇筑温度为28℃则可使混凝土内部温度达到65℃左右。减少温差的措施是选用中热硅酸盐水泥或低热矿渣。硅酸盐水泥，在掺加泵送剂或粉煤灰时，也可选用矿渣硅酸盐水泥。再有，可充分利用混凝土后期强度，以减少水泥用量。根椐大量试验研究和工程实践表明，每m3混凝土的水泥用量增减10kg，其水化热将使混凝土的温度相应升高或降低1℃。
混凝土中掺入一定数量优质的粉煤杰后，不但能代替部分水泥，而且由于粉煤灰颗粒呈球状具有滚珠效应，起到润滑作用，可改善混凝土拌合物的流动性、粘聚性和保水性，并且能够补充泵送混凝土中粒径在0.315mm以下的细集料达到占15%的要求，从而改善了可泵性。同时，依照大体积混凝土所具有的强度特点，初期处于较高温度条件下，强度增长较块、较高，但是后期强度增长缓慢。掺加粉煤灰后，其中的活性Al2O3、SiO2与水泥水化析出的CaO作用，形成新的水化产物，填充孔隙、增加密实度，从而改善了混凝土的后期强度。但是应当值得注意的是，掺加粉煤灰混凝土的早期抗拉强度和极限变形略有降低。因此，对早期抗裂要求较高的混凝土，粉煤灰掺量不宜太多，宜在10~15%以内。
掺入粉煤灰的百分数就是温度和水化热降低的百分数，即掺加20%粉煤灰的水泥混凝土，其温升和水化热约为未掺粉粉煤灰的水泥混凝土的80%，可见掺加粉煤灰对降低混凝土的水化热和温升的效果是非常显著的。
掺加具有减水、增塑、缓凝、引气的泵送剂，可以改善混凝土拌合物的流动性、粘聚性和保水性。由于其减水作用和分期作用，在降低用水量和提高强度的同时，还可以降低水化热，推迟放热峰出现的时间，因而减少温度裂缝。
例如，在泵送混产土中，掺入占水泥重量0.25%的木质素磺酸钙减水剂，不仅能使混凝土的泵送性能改善，而且可以减少拌合水和水泥用量，从而降低水化热，延迟了水化热释放速度，推迟放热峰。因此，不但减少了温度应力，而且使初凝和终凝时间延缓3~8h，降低了大体积混凝土施工中出现冷缝的可能性。
选用质量优良的粗细集料，根椐结构最小断面尺寸和泵送管道内径，选择合理的最大粒径，尽可能选用较大的粒径。例如5~40mm粒径可比5~25mm粒径的碎石或卵石混凝土可减少用水量6~8kg/m3，降低水泥用量15kg/m3，因而减少泌水、收缩和水化热；
使用权用级配良好的中砂为宜。实践证明，采用细度模数2.8的中砂比采用细度模数2.3的中砂，可减少用水量20~25kg/m3，可降低水泥用量28~35kg/m3，因而降低了水泥水化热、混凝土温升和收缩。
六、混凝土裂缝的修复
地下室外墙混凝土如发生裂缝应及时修复，修补的材料主要有环氧树脂及改性环氧树脂。修补的方法有表面处理法、灌浆法和填充法。
1、表面处理法是针对缝宽
2、高压灌浆法适用于缝度>0.3mm，深度较深或贯通的裂缝修补。采用空气压缩机将树脂浆液、聚合物水泥浆灌入裂缝深部，达到恢复结构整体性、耐久性及防水性的目的。
3、填充法适用于大裂缝和接缝的修补，先把裂缝凿成V型槽，再用钢丝刷刷净，采用P.O42.5#以上水泥配成1：1水泥砂浆仔细捣实，最后在裂缝两侧各加150mm宽的范围做防水附加层。
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