混凝土裂缝原因分析及修补方法研究.pdf

第 3 7卷 第 5期 2 0 1 0年 5月 建筑技术开发 Bui l di n g Te c h n i q ue De v e l o p me n t Vo 1 3 7， No 5 M a v 2 01 0 混凝 土裂 缝原 因分 析及修 补 方 法研 究 黄红友 许世涛 滕海文 ( 1 中国航 空技 术 国际_ T - 程 有限公 司 ， 2 北京 工业 大学建筑 工程 学院 ， 北京 1 0 0 1 2 4 ) 摘 要 混凝土作为一种多相非均匀复合材料 ， 很多 因素都 可以弓 l 发裂缝 的产 生。分 析了引起混凝 土裂缝的主要 原 因 ， 提 出了各类裂缝 的修补处理方法 。 关键词 混凝土 ； 裂缝 ； 修补 【 中圈分类号 T U 7 4 6 3 【 文献标 志码 】 A 【 文章编号 】 1 0 0 1 5 2 3 X( 2 0 1 0 ) 0 5 - 0 0 4 5 - 0 3 CoNCRETE CRACKS REAS oN ANALYS I S AND REPAI R M ETHoDS A b s t r a c t Ke y w o r d s Hu a n g Ho n g y o u Xu S h i - t a o Te n g Ha i we n As a muhi p h a s e n o n u ni f o r m c o mpo s i t e ma t e r i a l ， ma n y f a c t o r s c a n c a u s e c o n c r e t e c r a c k i n g c a us e d c o n c r e t e c r a ck s a r e a n a l y z e d a n d t he t r e a t me n t me t h o d o f r e p a i r i s pu t f o r wa r d c o n c r e t e； c r a c k； r e p a i r 。 混凝土材料以其抗压强度高、 耐火性好 、 使用灵活 、 施 工 方便等优点成 为 当今 世界 用途 最广 泛、 用 量最 大 的建筑 材 料 ， 在建设事业中发挥着 巨大 的作用 。但是 由于混凝 土是一 种多相非均 质的脆 性材 料， 其 抗拉 强度 低 ， 韧 性 差 ， 在外 荷 载、 结构次应力 、 温度 、 收缩 、 不 均匀沉陷 ) 等作用 下很 容易产 生裂缝 。混凝土结构 出现 裂缝后 ， 不但有损外 观 ， 给人 以不 安全感 ， 而且有 的裂缝 降低 了结 构的整体 刚度和 耐久性 ， 影 响了使用功能 ， 并且有时裂缝是破坏 的前兆 ， 裂缝宽度 、 长度 和数 量 发 展 到一 定程 度 ， 将 导 致 严 重 的后 果 。研 究混 凝 土 裂 缝产生的原 因， 采用有 效的修 补材料 和修补措施 ， 对恢 复或 增强因开裂而导致 的结构承载能力 降低 ， 恢复混凝 土的防水 性及耐 久性 ， 具有重要意义。 I 混 凝 土 结构 裂 缝 原 因 分 析 由于混凝土的组 成材 料、 结构 体系 、 结 构构造 和受力 状 态的不同 。 约束条件 和所受外 界影响 的差 异 ， 导致混凝 土产 生裂缝 的原 因非常复 杂， 但 主要 可归结 为荷载作用 、 温度作 用 、 混凝土的收缩 、 地基沉降作用和混凝土耐久性不 良等。 1 1 荷 栽作 用 混凝土结构在各种荷载作用下 ， 当应 力和应变达到一定 程度时就会在混凝土中产生裂缝 。受 弯 、 剪、 扭 、 压 、 拉等荷载 弓 I 起的裂缝形态各不 相同， 正截 面构件受拉 区裂缝与轴线垂 直 ， 一端宽 ， 另一端细 ； 受拉构件 中， 裂缝 与构件轴 线垂直 ， 同 收稿 日期 ： 2 0 1 0 0 2一l 5 作者简 介： 黄红 友 ( 1 9 6 8 ) ， 男 ， 学 士， 中航 技国 际工程坦 桑公 司总 经 理 。 通讯作者 ： 朦海文( 1 9 7 4 ) ， 女 ， 硕 士生导i雁， 北京工业大学 副教授。 一 条裂缝宽度变化不大 ； 支座 附近 的剪切裂缝， 一般沿 4 5 。 方 向朝跨中上方发展 ； 受压而产生的裂缝 ， 一般与压应力方 向平 行 ， 裂缝形状多数为两端较细 ， 中间较宽扭 曲裂缝呈斜向螺旋 状 ， 裂缝变化不大 ； 冲切裂缝 常与冲切力成 4 5 。 斜向开裂。 1 2 温度 作 用 水泥水化热积聚、 环境温差作用等都会使混凝 土内部产 生温度应力 ， 当温 度应 力超过 混凝 土 的抗拉强 度 时便会 开 裂 ， 这种 裂缝 即温 度裂缝 。水泥水 化过程 中放出大量 的热 ， 可以使混凝土内部温度升 高到 5 O 一8 0 C左右。由于混 凝 土内部和表面的散热条件 不 同， 所 以混凝 土 中心 温度高 ， 形 成 温度梯度 ， 造成温度变形和温度应力 。当温度 应力超过混 凝 土的内外约束应力 及混凝 土抗拉 强度时 ， 就会 产生裂缝 ， 这种现象在大体积混凝土 中更为严重 ， 主要 表现为混凝土的 表 面龟裂或结构形状 突变处 的裂缝。如果混凝 土结构 部分 边界受到外界约束 ， 当环境 温度发生 变化时 ， 构件 的温度变 形 受到约束而产生约束 应力 ， 也会导 致温度裂缝 的产生 ， 如 集中在屋顶和山墙等部位 的裂缝。 1 3 混 凝 土 的收 缩 作 用 混凝土 的收缩分为 自生收缩 、 塑性收缩 、 碳化收缩 、 干燥 收 缩 。 自生收缩是混凝 土中的水 泥水化作 用引起 的收缩 。在 已硬化的水泥浆体中 ， 未水化的水 泥继续水 化是产生 自生收 缩的主要原 因。塑性 收缩又分 为塑性沉降 收缩和塑 性干燥 收缩。塑性沉降收缩 是混凝土 在初凝前 由于拌合 物中 的骨 料在 自重作用下沉 降， 造成 泌水 引发混凝土 收缩 ， 沿 钢筋表 面产生顺筋 裂缝 。塑 性干燥 收缩 是在初凝 过程 中发生 的收 缩 ， 混凝土浇筑后还处于塑性状态时 ， 水 泥水 化反应激烈 ， 混 4 5 第 5期 黄红友 ， 等 ： 混凝 土裂缝原 因分析及修补 方法研 究 第 3 7卷 凝土内部水 分 向表 面迁 移蒸 发 ， 引起 混凝 土在 塑性 阶段 失 水 ， 造成体积 收缩 ， 产 生裂缝 。碳化 收缩 即大气 中的二氧化 碳 与水 泥的水化物发 生化学反 应引起 的收缩 变形。 由于各 种水化物不 同的碱度 ， 结 晶水及水分 子数量不 等 ， 碳 化 收缩 量也不大相 同。干燥 收缩是水泥基混凝 土的固有特性 ， 一般 多在混凝土硬化过程 中 ， 由于混凝 土失水干燥 ， 引起体积 收 缩变形， 在约束条件下收缩变形量导致的收缩应力 大于混凝 土的抗 拉强度时 ， 混凝土会 出现 由表及里的干燥收缩裂缝 。 1 4地 基 沉 降作 用 建筑物建成 以后 ， 由于地基 本身 的土层分 布不匀 、 土 质 差别较大、 建筑物上部质量 、 刚度分布不 均、 外荷载差异 较大 及相邻建筑物的影响等原 因导致 地基 的沉 降变 形也是不 均 匀的。一般情况下 ， 上部结构具有一定刚度受到荷 载后 与地 基共同作用 ， 地基 的不均匀沉降受到上部结构抗弯 刚度 的限 制而有所调整 ， 但在调整 的过程 中会引起上部结构 或构件产 生一定的附加应力 ， 当 附加 应力 过大时 ， 就造成 混凝土 的开 裂 。地基不均匀沉降裂缝 一般规律 性较强 ， 多发生 在楼板角 部 、 门窗洞 口、 平面转折、 高差荷载变化较大及分批 建造的房 屋交接处 ， 裂缝呈八字形裂缝或斜裂缝。 1 5耐 久性 不 良 我国传统的混凝土结 构设计很 少考 虑耐久性 问题 ， 随着 时间的推移 ， 建筑结构耐久性问题逐渐暴露 出来。混凝 土耐 久性不 良造成 的裂缝 主要 包括 钢筋 的锈胀裂缝 混凝土 冻胀 裂缝和碱骨料反应裂缝。 锈胀裂缝是钢 筋混凝土 的保护层碳 化和氯离 子的侵人 造成钢筋锈蚀膨胀 的结果 。锈 胀裂缝 影响钢 筋与混凝 土 的 粘结锚 固， 削弱 了钢筋的有效承载面积和力 学性能。冻胀裂 缝 多发生在严寒和寒冷地 区 ， 当外界环境 中渗入混凝 土的水 经过多次冻融循环 ， 就会形成明显 的冻胀 裂缝 。碱 骨料反应 裂缝是由于混凝土原 材料 中的水 泥、 外加 剂 、 混 合材料 及外 界环境中的碱性物质 与混凝 土骨料 中的碱活性 物质发 生化 学反应造成体积 膨胀 的结 果。混凝 土内部 的碱骨料反 应膨 胀会引起网状的龟裂裂缝 ， 并加速冻胀或钢筋锈蚀。 2 修补方法 2 1 表 面处 理 法 表面处理法是一 种简单 、 常见 的修补方 法 ， 它主要 适用 于对承载能力没有影 响或者 影响很小 的表 面裂缝及深 进裂 缝的处理 ， 还适用 于大 面积细裂缝 防渗防漏的处理 。常用 的 有表面涂抹水泥 砂浆法 和表 面涂 抹环 氧胶泥法 。处 理表面 的细微裂缝时， 多采用 聚合 物水泥和 防水涂料 进行表面涂膜 处理 ， 达到封闭裂缝和防水 的作用 。在 防护的同时应 当采取 措施防止混凝土在各种作用下继续开裂 ， 例如在裂缝 的表 面 粘贴玻璃纤维布等 2 2 填 充 法 用修补材料直 接填充裂 缝 ， 作业简 单、 费用低 。一 般用 来修补宽度 0 5 m m 的裂缝 。 可采用水 泥灌浆 ； 宽度 0 5 m m的裂缝 ， 宜采 用化 学灌浆 。水泥灌浆具有强度高 、 材料来源广 、 价格低 等优 点 ， 一 般用于大体积混凝土结构的修补。化学灌浆则可 以止水、 防止钢筋锈蚀 、 且 具有一 定的粘结 强度 ， 有利 于 已经 开裂 的 钢筋混凝土结构共 同作用 ， 故其恢 复结 构整体性 效果较 好 ， 适用 于各种情况下 的裂缝修补、 堵漏及防渗处理。 混凝土结构修补用 的化学 材料 ， 应满 足浆液 的黏度 小、 可灌性好 ， 浆 液固化后 收缩性小 、 抗 渗性好 ， 浆 液固化后 的抗 压、 抗拉强度 高 ， 有较高 的黏结 强度且 要求浆 液应 为无毒或 低毒 材料 。 2 4结 构加 固 法 危及结构安全 的混凝 土裂缝都 需作结 构补 强。结 构加 固法 适用 于整体性 、 承 载能力有 较大影 响 的， 表面 损坏严重 的 。 表面 、 深进及贯穿性裂缝的加固处理。 混凝土结构的加 固 ， 应 在结构 评定 的基础上 进行 ， 以达 到结 构强 度 加 固、 稳定 性 加 固、 刚 度加 固 或抗 裂 性 加 固 的 目的 。 结构加 固中常 用 的主要有 ： 加大 混凝 土 结构 的截 面 面 积、 在构 件的角部外 包型钢 、 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。 2 5裂缝 自动修补 智能混凝 土 这种新 型混凝土 中加入了具有 检测裂缝 功能 的材料 和 能修补裂缝 的修 补剂 。如 在砂浆 中加入 不含 固化 剂 的环 氧 树脂 ， 树脂表面固化后 ， 自身即形成膜封 ， 被封闭的环氧树脂 在裂缝发 生时即流 出 ， 并充满 裂缝 ， 与水 泥水化物 反应而 固 化 ， 从而修复混凝土中的裂缝。 3小 结 尽管混凝 土结 构裂缝 不可避 免 ， 一 旦 出现裂缝 ， 则不 仅 有损外观 ， 最重要 的是给 人不安全 感。所 以， 对一 项建设 工 程 ， 如何能更好地做 到结构安 全与经 济 的统 一 ， 这就要求 结 构工程师精心设计 ， 准确把握好 控制 的尺度 。要把 混凝 土裂 缝的成因影响因素 与结 构设 计联系起 来综合 考虑 。在 考虑 结构方案时 ， 对应力集中处 、 相邻刚度悬殊处 、 疲劳作用 显著 处应加强构造措施 ， 以柔克 刚， 以达到结 构安全 与经济 的统 一 。另外还要求施工方能够严格按照设计和规范的要求 ， 严 ( 下转第 6 3页) 第 3 7卷 潘健英 ： 如何加 强城 市排水管 网检 测与维护 齐护 第5期 大 大 减 小 l ： 程 量 。 此外 ， 还有红外线温度记录分析技术 、 潜望镜 ， 透地雷达 等先进 检测仪器和技术 。 4排水管道的养护维修 排水管道的养护维修工作包括对堵 塞管道的清掏疏通 ， 对破损管 网的修复或更换等 4 1 人 工 清掏 清掏 雨 水 口在 管道 养 护 中一 直 是 一项 重 要 工 作 ， 清 掏 作 业的工作 量很 大， 通 常 要 占整个 养 护： j ： 作 的 6 0 7 0 。 我国清掏检查井和雨水 口的技术 ， 大部分城市还在沿用 大铁 勺 、 铁铲等手工具 ， 此 方法劳动强度大 ， 工作效 率低 。 4 2真 空吸 泥 车 真空吸泥车可分为风机式和真空泵式二种 ， 它是利用 高 速气流产生真空 ， 从而利用负压将污泥吸起。 目前发达 国家 城市排 水 管 的 清 掏 大 多 采 用 真 空 吸 泥 车 ， 我 国 也 有 一 些 应 用 。 4 3非 开挖 管 道 修 复 当管道损坏严莺 不能输 水 时， 需 要对 受损 管道进 行修 复。目前较先进 的排水 管道非开挖修 复技术主要 分为二大 类 ： 一 种 是 硬 穿 插 法 ， 又 叫 P E穿 插 法 ， 另 一 种 是 软 衬 法 ， 又 叫 树 脂软 衬 法 。 1 ) U型 P E穿 插 法 ： 此 一 1 二 艺首 先 将 P E压 成 u型 ， 再 用 胶 带缠绕定 型， 然后用牵引 机拉 进已清洗 干净 的被修 管道 中， 再通过打压涨断胶带 ， 并使其与管段法兰相连接。此工艺优 点是使穿插过程中摩 擦阻力小 ， 一次性穿插距 离 长， 可 以减 少路 面作业坑的数量。 2) 软 衬 法 ： 此 发 也 被 称 为 原 始 周 化 法 。 它 是 在 现 有 的 旧管内壁上衬一 层液 态的热 固性树脂 ， 并通 过加 热使 其 固 化 ， 形 成一 层 薄 层 管 ， 它 能 减 小 管道 的过 流 断 面 水 头 损 失 ， 从 而大大改善管道的水力性能 它又可 分为翻转法 和牵引法 两种。翻转法是使用浸透热 固性树脂 的变质软管作 衬里材 料 ， 将浸有树脂的软管一端翻转 进入被修管道 内 ， 使树 脂面 紧紧贴在已清洗干净的被修复管道 内， 软 管经过 以段时间便 会固化成刚性内衬管 ， 从 而达到修复 目的。牵弓 I 法施工是将 一 钢丝绳穿过清洗过的旧管l 土 j ， 将浸有 树脂 的衬管连接在钢 丝绳的一端 ， 拉动另一端将其拉人 待修复 的旧管道 内， 最后 堵塞两端 ， 利用 热水或蒸 汽使衬 管膨 胀与 旧管 道紧 密结 合 ， 使树脂固化形成刚性 内衬管 ， 从而达到修复 目的。 3 ) 其他法 ： 如局 部注浆 ， 涂层 等方法 。具 体选 择修复工 艺可通过内窥检测 的结 果进行综合 分析 ， 从经 济上 、 技术 上 制定最合理 的修复方案。 目前国外大多数将管道非 开挖修复运 用于管 道出现 问 题的初期 ， 非开挖修复又成为 预防性修复。此类修复的难度 和成本相对 比较 低， 但排水管 网的生命力 却被增强 。因此 ， 将非开挖修 复作为排水管网初期 出现问题的解决方 法 ， 相信 不管从经济效益还是从社 会效益的角度 分析都是值 得推荐 的好方法。因此 ， 在现代 化城市排水 管网改造 过程 中， 管道 非开挖修复可以作为很好的手段被借鉴 。 5结 束 语 随 着 我 国 的 下 水 道 普 及 率 及 城 市 化 进 程 的 提 高 ， 管 道 老化 和 破损 的 现 象 也 会 越 来 越 多 ， 为 了避 免 管 道 损 坏 给人 们带 来 的 各 种 损 失 和 不 便 ， 需 要 有 计 划 地 对 管 道进 行 养 护 ， 定 期检 查 和维 修 。其 中最 重 要 的是 加 强新 技 术 的推 广 和 应 用 ， 改 变 原 有 的 排 水 管 网 的管 理 和 养 护 理念 ， 让养 护 维 修 和 管理 手段 逐 步 向 机 械 化 过 渡 ， 不 断 采用 新 工 艺 和 新 技 术 ， 有 效 提 高 排 水 管 网 的 【作 效 率 ， 创造 更 大 的 社 会 、 环 境 和 经 济效 益 ， 这 也 是 整 个 排 水 行业 发 展 的必 然趋 势 。 参 考文 献 ( 1 李 田 排水管道检测技术的发展现状 J 中 国给水排 水， 2 0 0 6 ， (1 2) 2 朱保罗 国 内外排水 管道养 护技 术比较 J 给 水排 水2 0 0 7 ( 3 3) 3 苑嫒 排水管 网维护 中的新技 术应 用 J 。水 工业 市场 ， 2 0 0 8 ， ( 4) 6 上海市公共排水管道 电l规和声纳检测评估技 术规程 上 海市排 水 管 理 处 ， 2 0 0 5 ( 上接 第 4 6页 ) 格按规定要求施 ： 【 ， 严把质量关 ， 尽可 能地 降低混凝 土裂缝 的出现 。如果出现裂缝 ， 就应先分 析裂缝产生 的原 因， 对症 下药 ， 采用经济合理的修补方 案， 并采取相 应的预 防和后期 处理保证建筑物的安全和正常使用 。 参考文献 1 李启棣 混凝土裂缝修补新技术 混凝土， 1 9 9 7 ， ( 1 ) ： 4 2 4 9 2 连玉超 混凝 士结构裂 缝形 成及 预 防 交通 世 界， 2 0 0 9 ， ( 1 2) ： l 9 21 9 4 3 赵鸿宪 大体 积混凝裂 缝成 因及防 治措施 ， 河南 建材 2 0 0 9 ， ( 4)： 6 66 8 4 肖小铃 桥梁结构 中混凝 土裂缝的特性及 成因分析 四川建筑 ， 2 0 0 9， ( 4)： l 7 21 7 4 5 江树生 钢筋混凝土裂缝 的变形差分析 与裂缝防治 交通世界 ， 2 0 0 9， ( 1 1 )： 2 1 42 l 5 63