混凝土结构的病害分析

摘 要：混凝土构件作为当今建筑结构中最主要的承重构件，在使用中要求保持一定的结构完整性，一旦产生危害整体结构安全的裂缝，对工程而言十分危险，因而要控制其裂缝的产生并及时进行处理。混凝土构件的裂缝成因有很多，首先有由于各类变形引起的裂缝：比如由于温度升降导致的体积收缩和膨胀、由于地基不均匀沉降引起的裂缝、由于地震等外力作用引起的裂缝；除此之外还有外荷载引起的裂缝；以及主体结构构件由于养护条件差或发生了有害化学作用引起的裂缝等。在实际工实践中，针对已出现的构件裂缝进行，应该针对病害的形态认真分析其成因，同时应该根据工程的实际情况采取最合理、经济的处理方案。

关键词：混凝土；构件；病害；裂缝

我们都知道，混凝土作为一种由水泥、水、粗骨料、细骨料和其他外加剂经过均匀搅拌混合制成的建筑材料。混凝土这种建筑材料的抗压强度相对比较高，但是对应的抗拉强度就比较低，因而混凝土的结构构件非常容易开裂。混凝土这种材料在施工的过程中，小孔洞、贯通缝隙形成的气穴和纤维裂缝这些病害会通过构件受到的多余约束或疲劳作用逐渐显露出来。对于安全经过养护期正在使用中的构件极易产生这类情况。产生的细小的纤维裂缝大多数对于构件本身是起不到危害的，也基本影响不到构件在结构中发挥的正常作用。但是，一旦这些纤维裂缝经过长期荷载作用同时频繁升降温作用而发生疲劳破坏，内部纤维裂缝逐渐融汇贯通形成大裂缝，这对结构本身就是一个非常大的威胁。

1 混凝土病害的概述及简要分析

1.1 基本设计理论

混凝土结构构件的两种极限状态受力情况分析，长久以来作为设计工作中的基本考察依据，在进行设计工作中，应该详细分析正常使用极限状态下的构件，同比极限状态下的承力情况，可以在设计在考虑到各类不同的受力情况，保证结构安全可靠。在构件临近破坏时的极限状态可以反映出构件的承载能力，而正常使用极限状态则可以反映出混凝土构件在工作时的受力情况。通过研究这两种受力状态，我们可以通过合理的正常使用极限状态来设计可以控制混凝土的裂缝并且保证其刚度。可以通过裂缝、变形和振动来体现混凝土结构的使用性能，刚度就可以通过变形和振动程度来体现。

1.2 混凝土裂缝的分类

1.2.1 结构裂缝

构件外部许多因素诸如长期处于外部荷载作用、多与约束作用、地基不均匀沉降引起的结构变形或者长期循环温度升降等，引起了结构构件微小裂缝的产生，如果不进行检测处理，久而久之就会对结构产生非常大的影响。

1.2.2 非结构裂缝

非结构裂缝顾名思义就是指材料原因或者施工工艺及方法不当引起的裂缝。我们通常情况下说的塑性裂缝就是指非结构裂缝，它是一种不可恢复的裂缝，这类裂缝的类型包括材料收缩导致的裂缝，地基不均匀沉降引起的变形裂缝，施工过程中不良外力引起的构件裂缝或者材料发生不良化学反应引起的破坏裂缝。

收缩裂缝的形成一般发生在养护阶段的水泥与水结合骨料的凝结硬化反应，这部分裂缝包括水泥与水发生胶结反应的体积收缩裂缝、养护过程中水分蒸发或者但与反应引起的裂缝、养护结束后由于水化热渐渐传递出构件引起的冷缩裂缝。

混凝土腐蚀破坏是混凝土构件腐蚀性介质的作用下，基本的骨料胶结结构破坏，形成的严重病害。这类裂缝主要出现在疲劳破坏或者受外部腐蚀性物质影响较大的混凝土构件中。

钢筋的锈蚀裂缝的成因是混凝土构件表面的微裂缝逐渐扩展和贯通，腐蚀性物质通过贯通的裂缝渗入构件内部最终导致钢筋发生锈蚀和膨胀，最终将保护层顶开而产生的裂缝。

2 工程应用中混凝土结构的常见病害与成缝分析

2.1 成因分析

混凝土裂缝的成因有以下几个方面：

2.1.1 材料方面

首先在材料方面，水泥的安定性较差或者水化反应产生的热量过大引起的温差，混凝土的配合比设计不合理，在拌合过程中由于拌合不利产生的泌水和沉陷等病害，混凝土中添加了不合适的外加剂，砂、石骨料中含有超标的泥或其他有害杂质，混凝土基本配合骨料中发生碱骨料反应或骨料已经风化等这些原因都会引起混凝土的干缩。

2.1.2 施工方面

从施工这方面的因素考虑，产生裂缝的原因主要有混凝土的搅拌时间过长和运输间隔过久导致混凝土在浇筑前发生了部分凝结；在搅拌过程中未能均匀搅拌外加掺合剂导致外加剂在构件内作用不均；在泵送混凝土浇筑构件的过程中水泥与水增用过量；构件混凝土的浇筑顺序错误或速度过快；如果浇筑过程中振捣工作不到位会导致模板端角处出现空穴；钢筋在混凝土初步凝结硬化后受到较大外力作用导致偏移；构件保护层没有得到保证，厚度减小导致箍筋外皮只有水泥浆包裹；施工缝位置不正确、制作处理不当；模板设计不合理，支撑系统不足以抵抗浇筑混凝土产生的力矩从而导致底模下沉，最终使构件形状发生改变；模板拼接部分没做浇筑前勾缝处理，拼接不密实导致漏浆或者漏水；养护时间不足便拆除模板，导致混凝土早期强度不达标；混凝土养护条件差，构件早期过分失水，水泥未能完全发挥胶结作用，或者养护初期受冻还，导致结构松散；另外在构件运输、吊装或存放的过程中处理不当都可能产生裂缝。

2.1.3 设计方面

在设计方面，设计阶段基本构件的构造细节处理不当，设计计算简图不符合实际受力情况，构件局部承载力不足或是在设计过程中没有考虑某些次要应力作用。

2.1.4 环境和使用情况的影响

这部分影响裂缝产生的因素主要有环境中温度与湿度的变化以及环境中危害结构的有害介质含量的大小。如果温度变化幅度较大，很容易导致混凝土的冻融热胀变化，湿度变化过大则非常容易使混凝土在养护过程中失水过快形成干缩缝，而有害介质的存在则会影响混凝土和钢筋这些材料的本身稳定性。

2.1.5 其他各种原因

这部分因素主要指不可抗力作用，比如火灾、地震、燃气爆炸、撞击等。

2.2 常见裂缝的分析及预防措施

混凝土构件在使用中经常出现的裂缝有沉降缝、干缩缝、塑性收缩缝、温度缝和化学缝。

2.2.1 沉降裂缝

结构所处地基土质不均匀、回填土材料选用不当、排水不善都是形成沉降缝的原因，除此之外，前面提到的模板支撑系统失稳也是影响因素之一，比如冬季冻土在气温回升后的软化，会直接导致上部结构下沉。

针对沉陷性的裂缝的主要预防措施如下：在勘测期如果发现地基土质为松软土或填土地基，那么在进行结构施工之前应提前对地基进行夯实和加固；构件的模板支撑体系要保证足够的强度和刚度以及牢固性；严格控制地基周围的水含量，防止在浇灌过程中浸水；拆模工作应按照科学合理的顺序进行，坚决避免混凝土没有足够承载能力的时候就提前拆模。

2.2.2 干缩裂缝

干缩裂缝一般出现在养护初期，产生原因有以下几个方面：养护初期构件内外部失水程度不同，构件与外部环境相对湿度越大越容易产生这类干缩裂缝。这类裂缝常见于体量较大的结构构件、水工结构或者环境气温较高时的的浇筑工作中。混凝土体量过大，内部水分散发过慢导致内外湿度相差较大；水工结构导致外部相对内部湿度过高，内部收缩大于外部收缩；气温较高时，外部失水速度过快。

针对干缩裂缝可以通过改善材料和温度湿度的措施解决：材料方面可以选择低水化热水泥，搅拌过程中应该搅拌均匀并且严格控制水灰比，注意水含量的保证，减水剂也可以作为辅助材料适当添加；冬季养护要十分注意，减小内外温差，延长时间并做防冻处理；通过合理设置收缩缝来减小产生干缩裂缝的可能。

2.2.3 塑性裂缝

凝结硬化的前期快速失水是塑性裂缝的主要成因。失水过快常常由于气温和风速过高引起，高温引起水分大量蒸发，高速流动的空气也会带走大量水分。过快的失水使得混凝土因体积快速收缩使得混凝土承受过大的负压力，而构件本身的承载能力还不足以抵抗收缩产生的应力，因此产生龟裂。

针对塑性缝可采用下列方法预防：材料选用上可以使用早强、干缩程度小的水泥；混凝土搅拌制作时保证水灰比按照设计比进行搅拌；浇筑前，对混凝土接触面的介质进行加湿，养护期注意构件表面保护，定时加水或养护剂；养护期若处于水分易蒸发天气需要考虑周全的保护措施，比如遮盖物和挡风板。

2.2.4 温度裂缝

环境导致构件失水程度过大或本身体量过大的结构容易产生此类病害。大体量混凝土一般尺寸较大，因而内部反应产生的热量无法畅通的散发到构件外部，导致内部温度急剧上升。内外的过大温差导致了两部分线胀系数相同的材料处于差别较大的温度下，必然会产生变形上的差异，内外变形的差异使中间接触部分产生拉应力，当混凝土本身难以抵抗这部分拉应力时产生裂缝，这类温度裂缝一般产生在养护中期或后期。

针对温度裂缝的主要预防措施有：材料的选用上，可以多采用地水化热水泥，尽可能的通过设计减小水泥用量，以降低水化热；在混凝土搅拌工艺上要进行改善，在保证骨料合理级配的条件下保证搅拌均匀，可以适当添加外加剂以起到减水、增塑、缓凝等作用；高温天气进行浇筑工作时尽可能采取有效措施避免构建内外部温差过大，比如表面保温减缓散热，避免阳光直射导致温度再次升高等方法；大体量混凝土结构可以通过设计合理的施工浇筑顺序避免散热不畅，比如合理的整体分层或区域分层的浇筑方案，同时可以内部设置管道循环冷水的方法来进行混凝土内部的降温工作以减小混凝土内外温差；保证养护期间温度的控制工作，出现预期外的温度变化及时设计降温、保温方案，及时进行覆盖保湿工作，并适当延长养护时间。

2.2.5 化学反应裂缝

这类裂缝主要由混凝土材料的碱骨料反应和刚进材料的锈蚀反应引起。碱骨料反应主要是混凝土材料上的问题，拌和后产生的碱性离子与混凝土内部某些活性骨料共同吸收水分发生反应导致体积增大，最终反应使得混凝土酥松、膨胀开裂。碱骨料反应引起的混凝土的失效以及钢筋的锈胀引起的结构开裂修补十分困难，因而要严格控制构件工作环境中的有害介质含量，避免这类病害的发生。

针对化学反应裂缝有以下处理措施有：材料选择方面注意骨料部分和外加剂部分的碱性物质含量，进料前应该进行实验检测以保证安全；也通过合适的外掺料选用来抑制碱骨料反应；浇筑过程中注意工艺细节，比如搅拌过程中的级配、浇筑过程中的振捣、保护层厚度的严格限制；另外针对钢筋锈胀反应，可以采用涂刷防腐涂料的方法来进行有效的抑制。

3 表层破损病害与裂缝的实用处理方法

针对已经出现的混凝土结构表面病害及裂缝，可以采用如下措施进行合理的修补，以保证结构的继续使用。

（1）抹面层：可采用抹素水泥浆方法简单处理小范围的蜂窝、麻面或表面浮皮现象。抹浆前使用钢丝刷去除表面浮渣，再使用压力水将掉皮处冲洗干净。抹浆修补后期的养护要保证湿润。

（2）填缝法：针对相对宽度较大但是数量不多的裂缝，或因锈胀反应产生顺筋剥落混凝土的裂缝可以采用填缝法进行处理。填缝优先选用环氧树脂、环氧砂浆、聚合物水泥砂浆、水泥砂浆等材料。填缝前对裂缝进行如下处理：将裂缝凿成槽状，对于有较高防渗漏要求的结构加涂一层防水油膏，另外表面也可以图环氧树脂浆液来提高粘结力，对于锈胀缝凿到暴露钢筋的程度，在露出的钢筋上加涂防锈涂料。

（3）压力注浆法：也是通常说的灌浆法，处理方法是高压将高粘结性浆液挤入裂缝深部，来填补缝隙、使结构重新成为整体并完善构件防水性能。这类方法适用于缝宽较窄小，在0.3mm左右且较深的裂缝。在使用上注意保证灌注液粘结力强、可灌性好。

（4）其他处理方法：针对混凝土表面的大孔洞缺陷，通常情况可以采用豆石混凝土进行填实。如果出现表面大面积破损，则可以通过喷射混凝土的方法来进行修补。