羅獻(xiàn)金，趙計(jì)奎，卓先羽，趙維康 （徐州市新盛投資控股集團(tuán)有限公司，江蘇 徐州 221000）

0 前言

在城市化背景下，建筑工程的質(zhì)量問(wèn)題受到越來(lái)越多的重視，其中現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)裂縫已演變成常見(jiàn)的質(zhì)量通病，混凝土裂縫對(duì)現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)的防水及混凝土自身耐久性都具有較大影響。綜上所述，混凝土裂縫控制成為建筑行業(yè)亟需解決的重點(diǎn)工作之一。在此背景下，本文通過(guò)對(duì)常見(jiàn)裂縫分類進(jìn)行總結(jié)，分析其產(chǎn)生原因，并通過(guò)對(duì)混凝土減縮劑進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)，為后續(xù)裂縫發(fā)展得到有效控制提供思路。

1 混凝土出現(xiàn)裂縫分類

1.1 按產(chǎn)生原因劃分

①結(jié)構(gòu)性裂縫

結(jié)構(gòu)性裂縫對(duì)工程主體的影響較大，通常由工程主體的不均勻沉降、外部荷載線性增加及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理造成，總結(jié)來(lái)說(shuō)，是由于外力作用使結(jié)構(gòu)實(shí)際受力形式與原設(shè)計(jì)發(fā)生較大改變?cè)斐傻牧芽p。裂縫呈現(xiàn)一定規(guī)律性，裂縫較深較寬，對(duì)結(jié)構(gòu)安全具有一定威脅性。

②非結(jié)構(gòu)性裂縫

非結(jié)構(gòu)性裂縫對(duì)工程主體較結(jié)構(gòu)性裂縫影響較小，通常與混凝土所處環(huán)境具有一定關(guān)系，如結(jié)構(gòu)面溫差過(guò)大、表面未及時(shí)養(yǎng)護(hù)及混凝土內(nèi)部干縮變形引起。非結(jié)構(gòu)性裂縫通常由于結(jié)構(gòu)表面或內(nèi)部材料自身內(nèi)應(yīng)力發(fā)生改變，導(dǎo)致裂縫，裂縫無(wú)明顯規(guī)律，裂縫較淺較窄，對(duì)結(jié)構(gòu)安全影響較小，通過(guò)采取防范措施可避免此類裂縫。

1.2 按產(chǎn)生時(shí)間劃分

①早期裂縫：指從混凝土澆筑到混凝土終凝養(yǎng)護(hù)期間因材料或施工方法不合理產(chǎn)生的裂縫。

②后期裂縫：指在建筑物使用過(guò)程中，此時(shí)距混凝土終凝成型已具有較長(zhǎng)時(shí)間，出現(xiàn)的新裂縫或在原有早期裂縫基礎(chǔ)上，裂縫的延長(zhǎng)或者加深。

1.3 按裂縫深度劃分

以裂縫深度h與混凝土結(jié)構(gòu)面板厚H之間比例劃分如下：

①當(dāng)h≤0.1H為表面裂縫；

②0.1H＜h＜0.4H為淺層裂縫；

③0.4H≤h＜1.0H為縱深裂縫；

④h=H為貫穿裂縫，應(yīng)當(dāng)盡量避免縱深及貫穿性裂縫。

2 混凝土裂縫成因分析

混凝土產(chǎn)生裂縫原因經(jīng)實(shí)踐檢驗(yàn)總結(jié)，原因較多，除混凝土自身材料影響，如細(xì)骨料的種類及減縮劑添加量影響外，施工不規(guī)范及設(shè)計(jì)不合理亦會(huì)產(chǎn)生混凝土裂縫，總結(jié)如下。

2.1 外部荷載作用造成裂縫

混凝土具有良好抗壓強(qiáng)度，但其抗拉性能卻很差，縱向裂縫是由于內(nèi)部拉應(yīng)力超出其抗拉強(qiáng)度，斜向裂縫是由于內(nèi)部剪應(yīng)力超出其設(shè)計(jì)抗剪強(qiáng)度。

2.2 溫度應(yīng)力造成裂縫

產(chǎn)生溫度裂縫的原因通常有兩種：第一，由于混凝土在設(shè)計(jì)環(huán)境內(nèi)，通常以多種構(gòu)件形式組合，如梁、板、柱等，其在多種約束條件下，不能實(shí)現(xiàn)其自身的熱脹冷縮特性，約束條件使混凝土表面及內(nèi)部無(wú)法實(shí)現(xiàn)自由伸縮，進(jìn)而產(chǎn)生溫度裂縫；第二，混凝土在初凝至終凝時(shí)間里，及在成型后一周內(nèi)，由于水泥水化作用，混凝土內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生較大的水化熱，而對(duì)應(yīng)的快硬早強(qiáng)型水泥，其釋放的水化熱溫度更高，如CA及PC42.5R等，處理不好更容易產(chǎn)生此類裂縫。

2.3 主體及基礎(chǔ)不均勻沉降造成裂縫

通常情況下，設(shè)計(jì)要求建筑物主體下方基礎(chǔ)需具備同等能力的承載力，而在現(xiàn)實(shí)條件下，由于基礎(chǔ)的土質(zhì)條件不同，壓實(shí)系數(shù)不同，甚至土體下方的巖層分布不同，不同部位對(duì)地下水的滲透性能呈現(xiàn)各向異性，因此主體在沉降過(guò)程中，由于筏板不同部位受力不同，引起建筑物沉降不均，產(chǎn)生斜向裂縫，多均布于外墻及樓板，呈現(xiàn)明顯規(guī)律性。

2.4 混凝土塑性收縮造成裂縫

混凝土塑性收縮裂縫通常與混凝土自身配合比、坍落度、所處環(huán)境溫度、風(fēng)速等有較大關(guān)系。當(dāng)混凝土中含水率降低或表面失水，會(huì)增大混凝土表面產(chǎn)生塑性收縮裂縫的可能性。

2.5 混凝土碳化收縮造成裂縫[2]

當(dāng)混凝土表面游離態(tài)水與空氣中CO反應(yīng)，一方面使混凝土表面水缺失，另一方面使混凝土表面產(chǎn)生CaCO、鋁膠、硅膠等物質(zhì)，且CaCO等表面產(chǎn)物對(duì)混凝土具有一定腐蝕作用，因此當(dāng)空氣中CO濃度過(guò)高時(shí)，呈堿性的混凝土與表面碳酸產(chǎn)物反應(yīng)，使表面混凝土體積產(chǎn)生碳化收縮，此種裂縫尤其在干濕交替環(huán)境下更容易產(chǎn)生。

2.6 混凝土內(nèi)部堿-骨料反應(yīng)造成裂縫

混凝土原材水泥中含有大量堿性物質(zhì)，當(dāng)其與粗細(xì)骨料中SiO發(fā)生反應(yīng)時(shí)，形成白色膠體沉淀，使混凝土內(nèi)部形成裂縫。

3 混凝土裂縫預(yù)防措施

混凝土產(chǎn)生裂縫的原因較多，通常從設(shè)計(jì)、材料及施工三個(gè)方面進(jìn)行預(yù)防。

3.1 設(shè)計(jì)方面避免裂縫措施

①合理設(shè)置后澆帶

后澆帶的設(shè)置為混凝土自身的熱脹冷縮提供了一定條件，滿足了混凝土伸縮需求；且后澆帶強(qiáng)度通常高于兩測(cè)混凝土強(qiáng)度等級(jí)，摻入微膨纖維等，可有效減少裂縫產(chǎn)生。

②設(shè)置溫度鋼筋

由于混凝土自身抗拉強(qiáng)度較差，在集中應(yīng)力部位增加補(bǔ)強(qiáng)鋼筋，可以彌補(bǔ)混凝土自身受拉應(yīng)力影響，進(jìn)而減少裂縫產(chǎn)生。

③摻入膨脹劑

膨脹劑可以減少混凝土干縮應(yīng)變，其產(chǎn)生的氣泡可以增加拌合水與骨料間粘結(jié)性，減少塑性收縮裂縫。

④摻入抗裂纖維

抗裂纖維的使用可以增加混凝土自身韌性，在拌合過(guò)程中加入有效的抗裂纖維，可以有效減少裂縫產(chǎn)生。

3.2 材料方面避免裂縫措施

①合理選用細(xì)骨料

現(xiàn)階段由于河砂開(kāi)采受限，多采用機(jī)制砂替代河砂，河砂與機(jī)制砂在材料性能方面存在一定差異性，同時(shí)與粗骨料、水泥砂漿之間的結(jié)合性能存在一定差異，故在細(xì)骨料的選用上應(yīng)適當(dāng)選擇，避免產(chǎn)生混凝土裂縫。

②采用抗拉性能較好水泥

混凝土拌合時(shí)應(yīng)對(duì)水泥用量、單位體積用水量嚴(yán)格控制，減小混凝土的坍落度，以防止因水分不足產(chǎn)生的干縮裂縫。

3.3 施工方面避免裂縫措施

①分段施工

跳倉(cāng)法施工可以有效使混凝土自身伸縮變形得到釋放，避免大體積混凝土澆筑，可以有效減少裂縫產(chǎn)生。

②分層澆筑

對(duì)于大體積混凝土或板厚過(guò)高結(jié)構(gòu)應(yīng)采用分層澆筑，使混凝土內(nèi)部水化熱可以釋放，減少裂縫產(chǎn)生。

4 混凝土裂縫的治理措施

若混凝土裂縫已經(jīng)產(chǎn)生，應(yīng)組織建設(shè)單位、勘察單位、設(shè)計(jì)單位、監(jiān)理單位及施工單位進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行裂縫性質(zhì)的鑒定，并分析裂縫產(chǎn)生原因，根據(jù)裂縫產(chǎn)生的原因，制定合理有效處理措施。常用的處理措施如下。

4.1 表面處理法

針對(duì)裂縫寬度較細(xì)小的表層裂縫，使用乳液型或溶劑型聚合物涂覆材料進(jìn)行修補(bǔ)，此方法適用于裂縫寬度小于0.2mm的細(xì)微裂縫，在施工前，應(yīng)將裂縫處基層清理到位，無(wú)明顯雜質(zhì)，使用毛刷進(jìn)行反復(fù)清理，使用拌合完成的滲透性防水劑或者聚合物水泥膏進(jìn)行表面涂刷，裂縫的端部尤其需要反復(fù)涂抹，保證處理效果。該種方法處理裂縫成本較低，應(yīng)避免在低溫環(huán)境下（10℃以下）施工，滲透性防水劑或者聚合物水泥砂漿耐水性能較好，無(wú)毒且不燃，粘結(jié)力較好，缺點(diǎn)是該法從表面進(jìn)行修補(bǔ)，對(duì)裂縫內(nèi)部的空隙未作處理，不能有效抵抗裂縫發(fā)展。

4.2 壓力注漿法

壓力注漿采用化學(xué)灌漿材料，如環(huán)氧樹(shù)脂、甲基丙烯酸酯、聚氨酯等，將上述材料注入混凝土裂縫內(nèi)部，灌漿材料凝結(jié)后與混凝土膠結(jié)并形成整體，共同受力抵抗荷載，并起到明顯防水效果。

4.3 嵌縫填堵法

此法適用于裂縫寬度＞0.5mm裂縫，通常沿裂縫縱向方向切槽，將裂縫處處理呈“V”型凹槽，并將聚氯乙烯膠泥、環(huán)氧樹(shù)脂或聚合物水泥膏填縫處理，補(bǔ)強(qiáng)裂縫處混凝土耐水性及防滲性能。

4.4 碳纖維補(bǔ)強(qiáng)法

適用于混凝土裂縫寬度＞0.5mm裂縫。此法使用結(jié)構(gòu)膠或其他膠合材料將碳纖維粘貼在裂縫處進(jìn)行處理，因碳纖維的抗拉強(qiáng)度較高，涂覆在混凝土裂縫表面與混凝土自身共同受力時(shí)，不易被撕裂或破壞。因碳纖維補(bǔ)強(qiáng)法只是對(duì)混凝土表面進(jìn)行修復(fù)，未從裂縫內(nèi)部進(jìn)行處理，故此法通常與壓力注漿法結(jié)合使用，進(jìn)一步增強(qiáng)對(duì)裂縫的修補(bǔ)，增加混凝土結(jié)構(gòu)面的抗?jié)B性能。

5 混凝土外加劑對(duì)性能影響試驗(yàn)

混凝土減縮劑的發(fā)展，從單一組分的減縮劑到多組分的減縮劑，從單一減縮效果到多功能多效用的減縮劑，混凝土減縮劑的發(fā)展從單一減縮作用，到具有保水阻銹等功能，減縮劑的發(fā)展一直處于研究之中。本試驗(yàn)采用幾種制備常用減縮劑的組分進(jìn)行試驗(yàn)，欲制備一種具有多功能多官能團(tuán)減縮劑。

試驗(yàn)所用材料為P·O42.5級(jí)水泥、混凝土配制標(biāo)準(zhǔn)砂、聚亞烷基二醇單烷基醚、多元醇、聚丙烯酰胺、膨潤(rùn)土、聚丙烯、馬來(lái)酸酐雙酯及水溶性有機(jī)高分子阻銹劑，控制水灰比為1：3，利用上述材料制備三種具有減縮作用的減縮劑，命名依次為SRAⅠ型、SRAⅡ型及SRAⅢ型，其中SRAⅠ型為聚亞烷基二醇單烷基醚、多元醇混合制備，SRAⅡ型為聚丙烯酰胺、膨潤(rùn)土混合制備，SRAⅢ型為聚丙烯、馬來(lái)酸酐雙酯及水溶性有機(jī)高分子阻銹劑混合制備。

減縮劑的組分多為表面活性物質(zhì)，具有引氣、減水、減少混凝土干縮及阻銹等功能，其中部分減縮劑組分可能會(huì)對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度產(chǎn)生影響，本試驗(yàn)三種減縮劑摻量均為水泥用量1.7%，并進(jìn)行三組試塊的干縮應(yīng)變?cè)囼?yàn)、減水率測(cè)定試驗(yàn)、抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。

按照上述要求制備四組立方體砂漿試塊，每組3塊，規(guī)格均為混凝土試塊標(biāo)準(zhǔn)尺寸（150mm×150mm×150mm）。其中三組中摻入SRAⅠ型、SRAⅡ型及SRAⅢ型減縮劑，其中一組為對(duì)照組。四組試塊經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)（溫度20±2℃，相對(duì)濕度95%以上）后24h后拆模，測(cè)定其干縮應(yīng)變及強(qiáng)度值。

圖1 干縮應(yīng)變及強(qiáng)度隨時(shí)間變化

圖2 干縮應(yīng)變測(cè)定過(guò)程

試驗(yàn)結(jié)果表明，SRAⅠ型、SRAⅡ型及SRAⅢ型減縮劑對(duì)混凝土具有一定的減縮效果，同時(shí)又對(duì)混凝土的抗壓強(qiáng)度及抗折強(qiáng)度具有一定影響，其中，SRAⅠ型對(duì)混凝土強(qiáng)度影響較大，3d抗壓強(qiáng)度僅達(dá)到 10.5Mpa，28d抗壓強(qiáng)度達(dá)到39.1Mpa；SRAⅡ型對(duì)混凝土強(qiáng)度影響較小，對(duì)比對(duì)照組，3d抗壓強(qiáng)度為17.7Mpa，28d抗壓強(qiáng)度達(dá)到35.9Mpa；在混凝土減縮程度上，SRAⅢ型3d減縮率為 50.3%，SRAⅡ型 3d減縮率為44.3%，SRAⅠ型3d減縮率為28.6%，其中SRAⅢ型對(duì)混凝土減縮效果較好，同時(shí)保證了混凝土的強(qiáng)度增長(zhǎng)。SRAⅢ型首先在強(qiáng)堿性的環(huán)境中，其含有的聚丙烯組分大幅降低砂漿中水的表面張力，從而減小混凝土中毛細(xì)孔失水時(shí)產(chǎn)生的收縮應(yīng)力；其次是馬來(lái)酸酐雙酯提高了混凝土孔隙水黏度，增強(qiáng)了水在凝聚體中的吸附作用，減小混凝土收縮值；再者水溶性有機(jī)高分子阻銹劑可以有效提高混凝土的耐久性及其適用性。

6 結(jié)語(yǔ)

綜上，針對(duì)現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的混凝土裂縫，應(yīng)遵循以下處理步驟。第一，施工之前，應(yīng)做好混凝土裂縫預(yù)防措施，采取有效合理的施工方法，提高混凝土工程施工質(zhì)量，亦可通過(guò)對(duì)混凝土原料中加入抗裂纖維、膨脹劑等減少裂縫發(fā)展趨勢(shì)。第二，當(dāng)出現(xiàn)裂縫，應(yīng)對(duì)混凝土裂縫做好定性分析，做好現(xiàn)場(chǎng)統(tǒng)計(jì)工作。第三，對(duì)已出現(xiàn)混凝土裂縫，應(yīng)采取合理有效的處理措施，如壓力注漿、碳纖維補(bǔ)強(qiáng)及嵌縫填堵，或是綜合方法處理，避免裂縫進(jìn)一步發(fā)展，對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利影響。第四，現(xiàn)階段，混凝土原材由于材料開(kāi)采受限，可通過(guò)改善外加劑種類及其配比減少混凝土自身干縮應(yīng)變，通過(guò)利用聚丙烯、馬來(lái)酸酐雙酯及水溶性有機(jī)高分子阻銹劑混合制備的SRAⅢ型減縮劑對(duì)混凝土減縮具有良好效果。