超厚墙\板等大体积混凝土裂缝成因及修补技术

摘要：概述了混凝土裂缝的原因种类，介绍了材料型裂缝种类及其产生的原因，针对该原因，阐述了相应的混凝土施工措施及设计预防措施，介绍了针对混凝土裂缝的有效修补方法。

关键词：关键词：超厚墙、板，裂缝，成因，修补

中图分类号：TU37文献标识码： A

混凝土裂缝一直是建设工程中的“常发病”和“多发病”，尤其是超长超厚墙、板等大体积混凝土，裂缝更为普遍。它会影响结构的美观，降低结构混凝土的强度，影响结构的使用性能和寿命。裂缝的成因很多，如果涉及周密、施工措施得当，是可以克服和控制的。

1.超厚墙、板等大体积混凝土裂缝形成的原因分析

混凝土裂缝形成的形式及种类是多种多样的，有设计方面的原因，也有施工过程中的原因。然而大部分是由于施工过程中的各种因素组合而产生的。

产生大体积混凝土裂缝的原因也是多种因素所引起的。各种裂缝产生的主要因素也各有不同。结构型裂缝：由外荷载所引起，包括常规结构结算中的主要应力以及其他的结构次应力所造成的受力裂缝。材料型裂缝：是由非受力变形变化引起的，主要是由温度应力和混凝土收缩两方面因素所引起的。

1.1干缩原因

干缩裂缝多出现在混凝土养护结束后的一段时间或混凝土浇筑完毕后的7d左右。混凝土中水分的蒸发产生干缩，且这种收缩是不可逆的。干缩裂缝的产生主要是由于混凝土内外水分蒸发程度不同而导致变形结果。干缩裂缝多为表面性的平行线状或网状浅细裂缝，宽度多在0.05mm—0.2mm之间，多见于大体积混凝土板表面，混凝土干缩主要和混凝土的水灰比、水泥成分、水泥的用量、外加剂的用量等有关。

1.2温度原因

温度裂缝多发生在大体积混凝土表面或温差变化较大地区的混凝土结构中。混凝土浇筑后的硬化过程中，水泥水化产生大量的水化热（当水泥用量在350kg/m³--550kg/m³之间，每立方米混凝土将释放出17500KJ--27500KJ的热量，从而使混凝土内部温度达到70℃左右甚至更高）。由于混凝土体积方法，大量的水化热聚集在混凝土内部不易散发，导致内部温度急剧上升，而混凝土表面散热较快，这样就形成内外较大的温差，较大的温差造成内部与外部热胀冷缩的程度不同，使混凝土表面产生一定的拉应力。当拉应力超过混凝土的抗拉强度极限时，混凝土表面就会产生裂缝，这种裂缝多发生在混凝土施工中后期。在混凝土的施工中当温差变化较大，会导致混凝土表面温度急剧下降而产生收缩，表面收缩的混凝土受内部混凝土的约束，将产生很大的拉应力而产生裂缝，这种裂缝通常只在混凝土表面较浅的范围内产生。

1.3塑性收缩原因

混凝土塑性裂缝是指混凝土浇筑成型后还未硬化，仍处于可塑状态时产生的裂缝。这种裂缝的形成过程都与混凝土的泌水有关。泌水使混凝土的体积缩小，促成了混凝土塑性裂缝的产生。只有当水泥水化产生的胶结强度足以阻止固体颗粒相对运动或者各种固体颗粒经过迁移已达到紧密堆积状态时，沉积相对停止，泌水才结束。

塑性裂缝的出现不仅会影响混凝土构件的外观质量，更重要的是会造成混凝土防水性能下降、钢筋容易锈蚀等不良后果，影响混凝土结构的使用年限。因此，在设计和施工过程中应予以充分重视。

塑性收缩裂缝一般在干热或大风天气出现，裂缝多呈中间宽、两端细且长短不一、互不连贯状态。常发生在混凝土板或比表面积较大的墙面上，较短的裂缝一般长20 cm--30 cm，较长的裂缝可达2 m--3 m，宽度在1 mm--5 mm之间。

1.4沉降原因

沉陷裂缝的产生主要是由于工程结构地基土质较差，比如土质不均匀或者土质松软，以及在回填土时没有压实，或是施工过程中浸水等原因，而使混凝土结构发生不均匀沉降而产生的。

其次，在模板刚度不足，模板支撑的间距过大或者支撑底部松动的情况下，也会因为产生不均匀沉降而导致混凝土结构产生沉陷裂缝。

1.5钢筋锈蚀原因

研究表明，钢筋锈蚀是从pH=11.8时开始的，此时钢筋的钝化膜已不稳定并逐渐破坏；在氧和水的作用下，使钢筋开始锈蚀，由于锈蚀钢筋的体积膨胀，最终导致混凝土保护层胀裂。由于混凝土碳化后的pH值降低，因而随着碳化深度的增加，钢筋的锈蚀率相应增加。

1.6 施工工艺原因

施工工艺低下是大体积混凝土产生裂缝的最重要原因之一。施工过程中在混凝土拌和、运输、平仓振捣、养护和表面保护等环节上未能重视和严格控制, 造成混凝土质量差、强度不均、暴露时间长等,降低了混凝土的抗裂能力, 在不很大的温度应力下就产生了裂缝。

2防止裂缝产生的措施

2.1优化混凝土各种原材料，优化施工配合比

（1）水泥的选择。既然大体积混凝土产生裂缝的主要原因就是水泥水化过程中释放了大量的热量，那么在大体积混凝土施工中应尽量使用低热或者中热的矿渣硅酸盐水泥、火山灰水泥，并尽量降低混凝土中的水泥用量，以降低混凝土的温度，提高混凝土硬化后的体积稳定性。

（2）骨料的选择。在选择粗骨料时，可根据施工条件，尽量选用粒径较大、质量优良、级配良好的石子。既可以减少用水量，也可以相应减少水泥用量，还可以减小混凝土的收缩和泌水现象。在选择细骨料时，采用平均粒径较大的中粗砂，从而降低混凝土的干缩，减少水化热量，对混凝土的裂缝控制有重要作用。

（3）掺合料和外加剂。掺加适量粉煤灰和矿粉，可减少水泥用量，从而达到降低水化热的目的。掺加合适的缓凝、减水和引气型的复合外加剂，它可有效地降低水泥用量，增加混凝土的流动性，改善拌合物和易性，同时可延缓水化热释放速度，从而可降低水化热。

（4）优化混凝土配合比。在进行进行配合比设计时，在保证混凝土强度及良好工作性能的情况下，应尽可能地降低混凝土的单位用水量，采用低坍落度、低水胶比和高掺合料的施工配合比，生产出高强、高韧性、低热的抗裂性能好的混凝土。

2.2 设计控制措施

1）增配构造筋提高抗裂性能。配筋应采用小直径、小间距，全截面的配筋率应在0.3%--0.5%之间。

2）避免结构突变产生应力集中，在易产生应力集中的薄弱环节采取加强措施。

3）在易裂的边缘部位设置暗梁，提高该部位的配筋率，提高混凝土的极限拉伸。

4）科学设置后浇带。在正常施工作业条件下，后浇带的间距宜为30m左右，浇筑时间应大于2个月。

2.3施工控制措施

1）合理安排混凝土浇筑环境。混凝土浇筑安排在夜间，最大限度地降低混凝土入模温度，加强混凝土的振捣，使用二次振捣技术，利用平板振动器振捣，提高混凝土密实度。

2）振捣方式及频率。加大浇灌振捣频率，以提高混凝土密实度。采用两次振捣技术来改善混凝土强度，提高抗裂性。

3）采用膨胀水泥。对于高强混凝土，应尽量使用中热微膨胀水泥，掺超细矿粉和膨胀剂，使用高效减水剂。通过试验掺入粉煤灰，掺量 15%--50%。

4）做好养护工作。采用蓄水方式进行，并在混凝土上覆盖一层塑料布，一层麻袋片，同时根据温差情况及时对混凝土上表面覆盖厚度进行增减。混凝土内外温差及混凝土表面与大气温差均不得超过25℃当发现内外温差T=25℃时应即刻增加覆盖。

5） 混凝土温度监测。为了测量出混凝土内部温度，在混凝土中预埋测温管，用水银温度计测温，或埋入测温导线利用建筑电子测温仪进行测温。

3裂缝修补方法

3.1表面修补法

表面修补法是最直接也是最简单的修补方法，是对于结构承载能力没有影响的表面裂缝的处理。因其修补工艺的不同，分为部分涂覆法和全部涂覆法两种。对于部分涂覆法，主要是在裂缝表面涂上一层高强度的水泥浆、环氧胶泥等胶凝材料； 对于全部涂覆法，主要是在整个混凝土表面涂刷油漆、沥青等防腐材料。

3.2 压力注浆法

压力注浆法适用于修补宽度为0.2 mm--0.3mm 的混凝土裂缝。修补工艺如下：

首先，清理混凝土表面尤其是裂缝周边的杂物油脂，再将注浆嘴与封闭裂缝粘贴，进行试漏检查，再配置注浆液，然后使用压力机进行一次和二次注浆，注浆完毕，清理混凝土表面。

常用的注浆材料技术性能指标

3.3涂抹封闭法

当裂缝宽度小于0.2 mm 时，即为微细裂缝，也可用于装饰混凝土外表面及其防水处理，并且能够有效防止混凝土保护层的炭化和有害离子对混凝土的腐蚀。其主要操作如下: 首先沿裂缝用凿子和扁铲开一个U形槽，槽深和槽宽均约30—50mm，然后用刷子在槽底和两壁均匀涂刷一层界面处理浆，将拌制好的聚合物水泥砂浆在界面处理浆尚未硬化之前用抹刀压入槽中，并压实抹平。养护时，不得淋雨、日晒或风吹，以覆盖塑料薄膜养护为佳。

灌浆法主要适用于对结构整体性有影响或有防渗要求的混凝土裂缝的修补，它是利用压力设备将胶结材料压入混凝土的裂缝中，胶结材料硬化后与混凝土形成一个整体，从而起到封堵加固的目的。常用的胶结材料有水泥浆、环氧树脂、甲基丙烯酸酯、聚氨酯等化学材料。

3.4开槽填补法

当结构物可以允许在表面开槽或者是混凝土表面裂缝宽度较大且数量不多时，可以采取开槽填补法，其主要工艺是: 先开槽，再涂刷界面处理浆，然后压抹聚合物砂浆，最后养护。

3.5结构加固法

当裂缝影响到混凝土结构的性能时,就要考虑采取加固法对混凝土结构进行处理。结构加固中常用的主要有以下几种方法：加大混凝土结构的截面面积，在构件的角部外包型钢、采用预应力法加固、粘贴钢板加固、增设支点加固以及喷射混凝土补强加固等。

3.6 混凝土置换法

混凝土置换法是处理混凝土严重损坏的一种有效方法，此方法是先将损坏的混凝土剔除，然后再置换新的混凝土或其他材料。常用的置换材料有：普通混凝土或水泥砂浆、聚合物或改性聚合物混凝土或砂浆。

3.7 电化学防护法

电化学防腐是利用施加电场在介质中的电化学作用，改变混凝土或钢筋混凝土所处的环境状态，钝化钢筋，以达到防腐的目的。阴极防护法、氯盐提取法、碱性复原法是化学防护法中常用且有效的三种方法。

3.8 仿生自愈合法

仿生自愈合法是一种新的裂缝处理方法，它模仿生物组织对受创伤部位自动分泌某种物质，而使创伤部位得到愈合的机能，在混凝土的传统组分中加入某些特殊组分如含粘结剂的液芯纤维或胶囊，在混凝土内部形成智能型仿生自愈合神经网络系统，当混凝土出现裂缝时，分泌出部分液芯纤维可使裂缝重新愈合。

4 工程实例

三星污水处理场工程剪力墙结构，地下一层，地上0层，长158.5m，宽98m，高10.1m，总建筑面积15533m2。构筑物外墙厚900mm，内墙厚600mm，顶板厚500mm（局部800mm），混凝土为C40P8。

4.1 原材料选择及施工配合比

1）原材料选择。水泥选用冀东牌P·042.5；砂子选用中砂，碎石选用5—31.5mm卵石，初凝时间为420—480min，终凝时间为720—840min。

2）施工配合比。采用如下表配合比，既能满足强度要求，又有良好的工作性能，坍落度为200mm。

施工配合比表

4.2混凝土主要施工方法及温度监测

1）混凝土浇筑时从短边的一端向另一端逐步推进，采用斜面分层法，分层厚度为200mm—250mm。浇筑时采用插入式振捣器，插点间距控制在450mm左右，且掌握插点间深度，做到快插慢拔，在振捣上一层时应插入下一层中5cm 左右，以消除两层的接缝，同时在振捣上一层时，要在下一层初凝之前进行。浇筑完毕表面用木抹子搓平，压实压光（特别是二次压面），并及时覆盖保温养护，顶面及侧面均用一层塑料布、一层棉被保温。

2）布置测温点，每个测温点均埋入距离结构表面15cm、结构中部及距离结构底面15cm三根测温导线。浇筑完毕12h后开始测温，前3天为每2h测一次，待温度变化缓慢时每4h—6h测一次。根据测温记录，当时混凝土内部最高温度为 58.5℃，温差未超25℃。

3）待混凝土温度与大气温度接近时拆除模板，经业主、监理共同验收，未发现墙、板混凝土结构裂缝，给予很高的评价。

参考文献

[1]张丽.大体积混凝土裂缝控制措施[J].山西建筑,2011(11):105-106

[2]蒋沙沙.大体积混凝土裂缝浅析[J].科技信息,2008:124-125

作者简介：孙镇涛（1988-），本科，毕业于长安大学，交通工程专业，主要从事项目管理工作，任项目总工

蔡康（1984-），本科，毕业于武汉工业学院，土木工程专业，主要从事项目管理工作，任项目经理

龙坤，1984年出生，毕业于湖南城市大学，土木工程，本科学历，主要从事项目管理，现职务：分公司技术经理