干货分享|建筑混凝土结构裂缝怎么预防？如何处理？
在土木建筑工程中，以混凝土结构占主导地位，混凝土结构由于内外因素的作用不可避免地存在裂缝，而裂缝是混凝土结构物承载能力、耐久性及防水性降低的主要原因。
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荷载裂缝又称受力裂缝，是外荷载作用下产生的结构裂缝。这种裂缝规律性极强，一般通过计算分析可以得出确切的结论。典型的简支梁受力裂缝，跨中为正截面受弯裂缝，垂直于梁轴，下大上小；端部为斜截面受剪裂缝，起始于支座，指向梁顶集中荷载。钢混凝土柱在轴心受压荷载下的裂缝，裂缝沿柱轴纵向分布，中间稍密。大偏心受压柱裂缝，裂缝集中在最大弯矩部位，受拉面裂缝为水平走向，外大内小，垂直于柱轴；临近极限状态，受压面混凝土有压碎现象。牛腿受力裂缝，受剪裂缝起始于集中荷载作用点，斜向牛腿外斜面与下柱面交汇点延伸；受弯裂缝起始于牛腿支承面与上柱面交汇点，斜向柱内延伸。框架结构现浇楼盖裂缝，板面裂缝成环状，沿框架梁边分布；板底裂缝成十字或米字，集中于跨中。预应力大型屋面板张拉裂缝，裂缝分布于板面，垂直于长轴，由板面向下延伸；有的纵肋预应力筋端部还存在局压裂缝。转角阳台或挑檐板裂缝所示，位于板面，起始于墙板交界，以角点为中心成米字形向外延伸。
温度收缩裂缝
温度收缩裂缝是建筑物最常见的一种裂缝，主要是由于结构温度变形及材料收缩变形受阻及应力超标所致。据调查，收缩裂缝与原材料品质、施工质量及结构类型较为密切，一般，现浇结构或超静定结构较装配式结构或静定结构收缩裂缝多；平面尺寸大、施工质量差的房屋收缩裂缝相对较多。典型的现浇楼板收缩裂缝主要集中于房屋中部，沿楼层方向没有明显差异，裂缝形态为枣核状，中间粗两端细，绝大部分止于梁、墙边。
温度收缩裂缝
我国《钢铁工业建(构)筑物可靠性鉴定规程》关于钢筋混凝土结构耐久性给定了评估方法，该方法主要建立在混凝土碳化及钢筋锈蚀的基础上，认为混凝土碳化到钢筋部位，钢筋失去了混凝土钝化膜保护，会逐渐生锈，钢筋生锈后体积膨胀，会引起混凝土沿钢筋开裂；混凝土裂缝的开展，反过来又促使钢筋更快锈蚀，尤其是当环境湿度较大，周围存在有害介质时，这种恶性循环速度显著加快。因此，碳化锈蚀裂缝，必须给予高度重视。碳化锈蚀裂缝的特征是，裂缝沿钢筋分布，系由膨胀铁锈向外将混凝土胀开，裂缝周围混凝土发酥，高出原有混凝土表面，并附着有褐色锈渍渗出物。
反复冻融产生的裂缝。研究表明，长期与水接触的混凝土，当温度为-4～-20℃时，表现为“冷胀热缩”。寒冷地区的外露混凝土结构，年复一年地遭受雨雪浸蚀，长期处于干湿交替、反复冻融的状态下，当混凝土密实度较差、空隙率较大时，容易产生冻胀裂缝，造成结构表面混凝土酥松、剥落，引起钢筋锈蚀。
混凝土在硬化过程中，因塑性下沉所产生的裂缝称为沉缩裂缝，或塑性收缩裂缝。沉缩裂缝一般在混凝土浇筑后1～3小时发生，主要出现在结构变截面处、梁板交接处、梁柱交接处及顺钢筋部位。沉缩裂缝形态与收缩裂缝相似，为水平分布，呈两端细中间粗的枣核状。引起混凝土沉缩的主要原因是水灰比及混凝土流动性过大，致使混凝土产生泌水下沉；或水分蒸发过快，使混凝土结硬时下沉加大；或振捣不充分，混凝土未沉实或沉实不均匀。沉缩变形比收缩变形大数十倍。沉缩裂缝一般可通过初凝前的二次抹面-收水压实处理克服。
优先选用低水化热的矿渣水泥拌制混凝土，并适当使用缓凝减水剂；
在保证混凝土设计强度等级的前提下，适当降低水灰比，减少水泥用量；
降低混凝土的入模温度，控制混凝土内外的温差（当无设计要求时，控制在25℃以内）；
及时对混凝土覆盖保温、保湿；
在拌合混凝土时可掺入适量的微膨胀剂或膨胀水泥，使混凝土得到补偿收缩，减少混凝土的温度应力；
设置后浇缝，当大体积混凝土平面尺寸过大时，可以适当设置后浇缝，以减小外应力和温度应力；
大体积混凝土可采用二次抹面工艺，减少表面收缩裂缝。
混凝土裂缝处理，是指采取科学的方法对混凝土裂缝进行修复的技术。混凝土裂缝一般有三种状态：静止裂缝，活动裂缝，正在发展的裂缝。混凝土裂缝处理方法的选择一般要考虑的因素：判断裂缝是活动的还是静止的；修补的主要目的是什么？是减少过多的渗漏、使裂缝处完全水；是否需要加固处理；裂缝产生的主要原因是什么；裂缝未来的变化（数值和方向）如何。
环氧树脂是最常见的裂缝灌注材料。它具有较高的机械强度，并能抵抗混凝土所遇到的大多数化学侵蚀，树脂可以灌入到0.05㎜的裂缝。除某些特殊的环氧树脂之外，当裂缝是活动的、有渗漏的、不能干透的或者裂缝数量极多时，通常不易采用树脂灌注法。北京冶建工程裂缝处理中心开发的具有国际领先水平的工程师自动低压灌浆技术是树脂灌注法的最佳工法之一。
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重力渗入法： 低粘度的液态树脂可用来密封路面、桥面的不小于0.1㎜的裂缝。将树脂涂刷到表面上，或者在水平表面上沿裂缝构筑临时的围堤，使树脂溢于裂缝表面。
真空渗入法： 更适合封闭多重无规则表面裂缝。先将裂缝表面密封，抽去真空，使裂缝中和孔隙中的空气全部排除。再在大气压力下用纯环氧树脂浆料注入裂缝表面中。
钉合法
当必须恢复主裂缝断面的抗拉强度时，使用钉合法比较适宜。特别比较适宜在不会损坏周围结构的场合下用来锁闭活动裂缝。用相对薄而长的金属“缝合U型钉”跨过裂缝嵌入事先开好的槽沟中，用无收缩砂浆或者环氧树脂基粘合剂来固定。
表面封闭法
这是最简单和最普通的裂缝修补方法。用于修补对结构影响不大的静止裂缝，通过密封裂缝来防止水汽、化学物质和二氧化碳的侵入。
普通水泥灌浆：大体积水坝、厚混凝土墙、或者水工结构的岩石基础上的裂缝，有时通过注入硅酸盐水泥砂浆来密闭。
聚合物灌注：基于氨基甲酸乙酯或者丙烯酰胺聚合物的灌浆料，和水反应后形成固态沉淀物或泡沫材料，起到封闭裂缝的作用。可在潮湿环境中使用。
钻孔嵌塞法
这种方法通常用来灌注墙体中的裂缝。如果要求密封防水，孔中应填入柔性沥青来代替砂浆；如果灌注栓塞的作用比较重要，孔中则要灌注环氧树脂。
通常将活动裂缝转变为运动节缝是比较适宜的办法。沿裂缝边缘开一凹槽并填入适当的柔性材料。节缝底部使用隔离层。
当运动不止作用于一个平面时，或者过度的运动已超过一个普通尺寸的凹槽所允许的范围时，或者不可以切割出槽时可使用这个方法。用柔性的密封带盖住裂缝，仅将带的边缘部分粘住。
普通钢筋：首先将裂缝密闭，然后贯穿裂缝平面大约90°的方向钻孔，将环氧树脂注入孔内，再将钢筋插入孔中使之粘合成整体。
外部施加预应力：通过后张法施加应力，来加强结构件的主要部分或者封闭裂缝。
用手工将低水灰比的砂浆连续嵌入裂缝，形成与原有混凝土结构紧密连接的密实砂浆。先在裂缝表面开槽，大约25㎜宽、25㎜深，清理后涂刷界面剂、连续嵌入低水灰比的砂浆。
当结构表面存在大量的裂缝，而且采用其它办法单独处理各个裂缝过于昂贵时，用这个方法来密闭、覆盖（不是修复）裂缝非常有效。对于偶然出现大面积网状裂缝使用该法很有效。
混凝土依靠自身合拢裂缝称为“自闭合”，这是在存在湿气并且没有拉应力作用时发生的一种现象。机理：由于周围空气和水中存在二氧化碳，使水泥浆中的氢氧化钙发生碳化作用，结果碳酸钙和氢氧化钙晶体在裂缝内析出并生长。晶体组合交织产生一种机械粘接作用，又被邻近晶体之间以及晶体和水泥浆及骨料表面间的化学粘接作用所增强，最后混凝土裂缝部位的抗拉强度得到一定的恢复，裂缝也被密闭了。主要用于修补潮湿环境的结构，。整个自闭合时期的水饱和必须连续保持。
修复开裂的混凝土结构可以使用范围很广的表面浸渍密封剂和涂料。如果混凝土开裂已经稳定，则可通过涂料获得成功地修补。但不适合低温区域操作。
表面处理法：表面涂抹和表面贴补法表面涂抹适用范围是浆材难以灌入的细而浅的裂缝，深度未达到钢筋表面的发丝裂缝，不漏水的缝，不伸缩的裂缝以及不再活动的裂缝。表面贴补（土工膜或其它防水片）法适用于大面积漏水（蜂窝麻面等或不易确定具体漏水位置、变形缝）的防渗堵漏
填充法：用修补材料直接填充裂缝，一般用来修补较宽的裂缝，作业简单，费用低。宽度小于0.3mm，深度较浅的裂缝、或是裂缝中有充填物，用灌浆法很难达到效果的裂缝、以及小规模裂缝的简易处理可采取开V型槽，然后作填充处理。
灌浆法：此法应用范围广，从细微裂缝到大裂缝均可适用，处理效果好。利用压送设备（压力0.2~0.4Mpa）将补缝浆液注入砼裂隙，达到闭塞的目的，该方法属传统方法，效果很好。也可利用弹性补缝器将注缝胶注入裂缝，不用电力，十分方便效果也很理想。
结构补强法：因超荷载产生的裂缝、裂缝长时 间不处理导致的混凝土耐久性降低、火灾造成的裂缝等影响结构强度可采取结构补强法。
混凝土置换法：混凝土置换法是处理严重损坏混凝土的一种有效方法，此方法是先将损坏的混凝土剔除，然后再置换入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。
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而有效的三种方法。这种方法的优点是防护方法受环境因素的影响较小，适用钢筋、混凝土的长期防腐，既可用于已裂结构也可用于新建结构。
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。
一 混凝土裂缝产生的原因分析
1 塑性收缩裂缝
塑性裂缝多在新浇注的混凝土构件暴露于空气中的上表面出现，塑性收缩是指混凝土在凝结之前，表面因失水较快而产生的收缩。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，较短的裂缝一般长20～30cm，较长的裂缝可达2～3m，宽1～5mm。
塑性裂缝产生的主要原因为：混凝土在终凝前几乎没有强度或强度很小，或者混凝土刚刚终凝而强度很小时，受高温或较大风力的影响，混凝土表面失水过快，造成毛细管中产生较大的负压而使混凝土体积急剧收缩，而此时混凝土的强度又无法抵抗其本身收缩，因此产生龟裂。影响混凝土塑性收缩开裂的主要因素有水灰比、混凝土的凝结时间，环境温度、风速、相对湿度等等。
2 沉降收缩裂缝
沉陷裂缝的产生是由于结构地基土质不匀、松软或回填土不实或浸水而造成不均匀沉降所致，或者因为模板刚度不足，模板支撑间距过大或支撑底部松动等导致，特别是在冬季，模板支撑在冻土上，冻土化冻后产生不均匀沉降，致使混凝土结构产生裂缝。此类裂缝多为深进或贯穿性裂缝，裂缝呈梭形，其走向与沉陷情况有关，一般沿与地面垂直或呈30～45度角方向发展，较大的沉陷裂缝，往往有一定的错位，裂缝宽度往往与沉降量成正比关系。裂缝宽度宽度0.3～0.4mm，受温度变化的影响较小。地基变形稳定之后，沉陷裂缝也基本趋于稳定。
3 温度裂缝
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，在硬化过程中，水泥水化产生大量的水化热，(当水泥用量在350-550kg/m3，每立方米混凝土将释放出17500-27500kJ的热量，从而使混凝土内部温度升达70℃左右甚至更高)。由于混凝士的体积较大，大量的水化热聚积在混凝土内部而不易散发，导致内部温度急剧上升，而混凝土表面散热较快，这样就形成内外的较大温差，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，混凝士表面就会产生裂缝，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，或者是混凝土受到寒潮的袭击等，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。温度裂缝的走向通常无一定规律，大面积结构裂缝常纵横交错。梁板类长度尺寸较大的结构，裂缝多平行于短边，深入和贯穿性的温度裂缝一般与短边方向平行或接近平行，裂缝沿着长边分段出现，中间较密。裂缝宽度大小不一。受温度变化影啊较为明显，冬季较宽，夏季较窄。高温膨胀引起的混凝土温度裂缝是通常中间粗两端细，而冷缩裂缝的粗细变化不太明显，此种裂缝的出现会引起钢筋的锈蚀，混凝土的碳化。降低混凝土的抗冻融、抗疲劳及抗渗能力等。
混凝土结构成型后，没有及时覆盖，表面水分散失快，体积收缩大，而混凝土内部湿度变化小，收缩也小，因而表面收缩变形受到内部混凝土的约束，出现拉应力，引起混凝土表面的收缩。温度裂缝的走向通常无一定规律，大面积结构裂缝常纵横交错，梁板类长度尺寸较大的结构，裂缝多平行于短边。深入和贯穿性的温度裂缝一般与短边方向平行或接近平行，裂缝沿着长边分段出现，中间较密。裂缝宽度大小不一，受温度变化影响较为明显，冬季较宽，夏季较窄。高温膨胀引起的混凝土温度裂缝是通常中间粗两端细，而冷缩裂缝的粗细变化不太明显。此种裂缝的出现会引起钢筋的锈蚀，混凝土的碳化，降低混凝土的抗冻融、抗疲劳及抗渗能力等。
二 裂缝的防治措施
1 混凝土配合比设计时，在保证混凝土具有良好工作性的情况下，应尽可能的降低混凝土的单位用水量。
2 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。
3 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。
4 在易裂的边缘部位设置暗粱，提高该部位的配筋率。提高混凝土的极限拉伸。
5 在结构设计中应充分考虑施工时的气候特征，合理设置后浇缝，在正常施工条件下．后浇缝间距20-30m。保留时间一般不小于60天。如不能预测施工时的具体条件，也可临时根据具体情况作设计变更。
6 严格控制混凝土原材料的的质量和技术标准，选用低水化热水泥，粗细骨料的含泥量应尽量减少(1～1.5%以下)。
7 控制混凝土的水灰比，减少混凝土的坍落度，合理掺加塑化剂和减水剂。
8 采用综合措施，控制混凝土初始温度、混凝土温度和温度变化。引起温差裂缝浇筑时间尽量安排在夜间，最大限度降低混凝土的初凝温度。白天施工时要求在沙、石堆场搭设简易遮阳装置，或用湿麻袋覆盖，必要时向骨料喷冷水。混凝土泵送时，在水平及垂直泵管上加盖草袋，并喷冷水。
9 根据工程特点，可以利用混凝土后期强度，这样可以减少用水量，减少水化热和收缩。
1、对于宽度小于0.2mm的混凝土表层微细独立裂缝，采用建固JGN环氧树脂结构胶直接密闭。
2、对于宽度大于0.2mm的独立贯通裂缝，采用压力灌注结构胶的方法进行补强，同时沿受拉方向或垂直于裂缝方向粘贴在要补强的结构上，形成一个新的复合体，使增强粘贴材料与原有钢筋混凝土共同受力增大结构的抗裂或抗剪能力，提高结构的强度、刚度、抗裂性和延伸性。 常用于根底修补的工字梁可以抵挡136~181kN的拉力，避免墙体弯曲，而10cm宽的碳纤维条可接受8至10倍这样的压力，其厚度只要3.2mm
用碳纤维修补房屋裂缝有以下优点：
a、重量轻，厚度薄，基本不增加结构自重及截面尺寸。
b、适用面广，灵活性强，可用于各种类型和形状的结构构件加固。
c、施工方便快捷，不需要大型机具，没有湿作业，无需动火，无需其他固定措施，不受原结构形状限制。
d、高耐久性，由于不会生锈，非常适合在高酸、碱、盐及大气腐蚀坏境中使用。
编辑排版：土木在线