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摘要:混凝土结构裂缝的存在不但影响了结构的美观，而且削弱了结构的刚度，严重的还会引发安全事故，因此必须重视对混凝土结构裂缝的治理。本文通过对裂缝的调查和检测，分析了混凝土裂缝的主要成因，并有针对性的提出了不同裂缝的治理措施。
关键词：混凝土；结构裂缝；检测；治理
Abstract: the existence of cracks in concrete structures not only influence the structure of aesthetics, and weaken the stiffness of structure, serious still can cause safety accidents, so must pay attention to governance of concrete structure crack. This article through to the investigation and detection of crack and the causes of concrete cracks are analyzed, and puts forward different targeted crack control measures.
Key words: reinforced concrete; Structural cracks; Detection; governance
中图分类号：TU37文献标识码：A文章编号：2095-2104(2013)
1．裂缝的调查、检测及成因分析
裂缝现场调查检测的目的是为下一步裂缝成因推断及判别是否需要修补加固提供依据。一般裂缝调查又分为初步调查和补充调查。当初步调查无法推断开裂原因、无法判断是否需要修补及补强加固、不能选择修补及补强加固方法时，再实施补充调查。整个调查、分析判断及修补加固流程可由图1框图表示。
图1裂缝调查及修补加固流程图
1.1裂缝检测及成因分析
一、裂缝检测
（1）裂缝宽度。测定裂缝宽度可使用裂缝刻度尺，刻度放大镜或读数显微镜等。为测定裂缝宽度的变化情况，也可使用电测法（钳式应变仪或电动千分尺），还可使用接触式应变计测定两点间距离。
（2）裂缝深度。测定裂缝深度可使用非金属超声波探测仪进行检测。现场检测时可根据构件的大小、是否具有相平行的两个表面或是现场条件的异同，选择使用平测法、对测法或钻孔检测法。具体的使用范围和用法可参阅文献[5]。
二、 混凝土裂缝成因分析
造成混凝土裂缝开裂的原因可能是多方面的，既有主要原因，也有次要原因，这就需要调查分析人员能够根据实际情况综合分析，找出其主要原因和次要原因。引起混凝土裂缝的原因主要有使用材料（骨料、水泥、钢筋、水）、施工、运行环境、荷载及计算等方面的因素，具体概括整理如表1[4]所示
表1 混凝土发生裂缝的主要原因
根据初步调查分析开裂原因的步骤如下：
a．按开裂原因的初步估计分为：与材料性质有关的、与施工有关的、与使用环境条件有关的、与结构及外力有关的，见表2[4]。
b．按裂缝型式分类（表2）。
c．按设计图、计算书分类，同时参照设计图及施工记录等有关资料，见表3、表4、表5[4]。
当由a～c的各种分类中已分析出共同的开裂原因时，则可断定该原因是开裂的主要原因。当根据初步调查结果难以分析出裂缝的主要原因时，需根据裂缝的补充调查结果进行成因分析。
基于补充调查的原因推断。
由于初步调查已在某种程度上缩小了开裂原因的可能范围，所以，在补充调查中推断原因所应研究的项目范围也相应缩小了。预测开裂原因及与此相对应的研究项目如表6所示。
事实上，准确地推断结构物开裂的原因是一件非常困难的工作，单凭上述初步调查和补充调查的结果，有时很难推断开裂原因，这时就不得不请专业技术人员来判断。
表2 根据配合比区分裂缝
表2 按裂缝类型进行分类
表3根据设计图、计算书等区分裂缝
表4根据浇筑混凝土时气象条件分类
表5推断原因时应研究的项目
3．裂缝处理措施的选择
根据第3节所述，通过对裂缝调查结果的分析判断，可以决定是否对结构物进行修补或补强加固。对于需要修补或补强加固的结构又因修补或补强加固的不同而有不同的处理方法。
3．1 裂缝修补方法
裂缝修补的目的在于使混凝土结构物因开裂而降低的机能和耐久性得以恢复。除了主要以恢复防水性和耐久性为目的外，也有从维护人身安全和美观角度进行修复的。在满足修复目的的前提下，必须考虑经济性来决定修补的范围及规模。值得注意的是，在制定修复方案选择修复材料时，必须考虑裂缝到底属于死缝（裂缝宽度和长度不再变化）、活缝（裂缝宽度随外界温度及荷载的变化而变化，長度不变或变化不大）、增长缝（不稳定裂缝，其长度继续增长）中的哪一种，应根据不同的裂缝选用不同的方案和材料。
就目前常用的修补方法来说，可概括为三点：
3．1．1 表面封缝法
当裂缝较小（文献[4]要求小于0.2mm）时，而且裂缝线细、条纹多时，可在裂缝表面上涂防护膜（分部分涂复和全部涂复两种方法），以提高其防水性及耐久性。通常使用弹性防水材料环氧树脂浆液或水泥浆液进行封闭。当裂缝细而深时，宜用甲基丙稀酸脂或低粘度环氧浆液灌注。
施工时先用钢丝刷将混凝土表面打毛，清除表面污物及附着物，用水冲洗后令其充分干燥。之后，用塑状树脂或环氧胶泥充填混凝土表面气孔，再用适当修补材料涂复裂缝部分。这里环氧胶泥的参考配合比如表11所示。
表11 环氧胶泥配合比
注：括号内水泥用量为封缝用。
3．1．2 凿槽充填
这是一种适合于修补较宽裂缝（0.5mm以上）的方法。具体做法是沿裂缝处凿开混凝土，并在该处充填修补材料。具体实施时又因钢筋是否腐蚀而不同。
当钢筋未腐蚀时，沿裂缝处以大约10mm的宽度将混凝土凿成U型或V型槽，在开槽部位充填密闭材料（图4），充填密闭材料可使用水泥砂浆、环氧砂浆等。
图4裂缝充填修补法
如果裂缝下的钢筋已经锈蚀，则开槽时务必开到钢筋锈蚀位置，然后对钢筋锈蚀部位除锈，之后，再清洗干净并干燥，最后用充填材料充填，见图5。对锈蚀钢筋的除锈工作一定要做到细致彻底，否则，修补失效，钢筋锈蚀加剧。
图5钢筋锈蚀时充填修补法
3．1．3灌浆
这种方法是在裂缝中注入环氧树脂浆液、甲基丙稀酸浆液或水泥浆，旨在提高结构物的防水性和耐久性。适用于修补混凝土结构出现的裂缝，对于承载力不足引起的裂缝除采用本方法外，还采取补强加固措施。
对于使用的灌浆材料要求符合下列要求：
a．浆液粘度小，可灌性好。
b．浆液固化后收缩性小，抗渗性好。
c．浆液固化后的抗压、拉强度高，有较高的粘结强度。
d．浆液固化时间可根据现场条件（温度、湿度）调节，灌浆工艺简单。
e．浆液应为无毒或低毒材料。
通常使用的浆液分为化学浆液和水泥浆液。化学浆液主要有环氧类和甲基丙稀酸类。在具体使用中，要根据不同工地情况在使用前进行试配，以保证可灌性，满足设计、施工要求。浆液配方参照表12、表13[6]进行。水泥浆和水泥砂浆也应在使用前进行试配，并检查其抗拉、压、弯强度。
化学浆料适用于裂缝宽度大于或等于0.3mm的裂缝，当裂缝宽度大于1.0mm时，可用微膨胀水泥浆液修补。对于大面积缺损、蜂窝、孔洞等，宜采用1：2水泥砂浆或不低于C20的细石混凝土进行修补。
3．1．4修补效果的检查
修补工程结束后，对以防水为目的的修补，则可通过检验已修补的裂缝是否存在漏水现象来确认；而对于恢复耐久性为目的的修补，就不易确认修补效果。对于具体的工程，可使用压入气体检漏法或在不影响使用性前提下，在灌浆部位进行小直径取芯样检查法。
4．2 补强加固法
裂缝的补强加固旨在恢复因开裂或开裂后钢筋锈蚀截面积减小而降低的混凝土结构物的承载力。值得一提的是在做有关补强加固施工以前应对结构裂缝进行仔细的调查和原因分析，并在此基础上制定补强加固的方案和设计。补强加固后的结构通常应满足结构物在抗弯、抗剪、抗拉、抗压及抗扭方面的承载力要求。
就目前而言，国内外常用的补强加固方法除上述灌浆加固外，还有加大截面加固法、外包钢加固法、预应力加固法和增设杆件加固法四大类。
4．2．1 加大截面加固法
这种方法是在已有构件基础上，补浇混凝土，以增强构件的承载力。在施工过程中，关键要处理好新、老混凝土接触面的粘接，以确保二者协调工作，保持一体。
4．2．2 外包钢加固法
這是一种将钢板粘贴在混凝土表面，特别是受拉侧表面，使之与原结构一体化，提高结构承载力的一种方法。外包钢加固法根据施工工艺和钢板与混凝土间粘连牢固度的不同又分为湿式外包钢加固和干式外包钢加固。
湿式外包钢加固是在钢板与混凝土梁柱粘贴时用乳胶水泥或环氧树脂化学灌浆法粘贴。
当钢筋混凝土柱采用外包型钢加固，在型钢与混凝土柱间无任何连结，或者虽填塞有水泥砂浆，但仍不能确保结合面剪力有效传递时，称为干式外包钢加固。
外包钢加固效果关键在于粘结剂的使用，因此要选择可靠的粘结强度和抗拉、压强度高、耐老化性好的粘结剂（如JGN结构胶等）。
4．2．3 预应力加固法
这是借助于外加预应力减少构件中产生的拉应力的一种加固方法。它不但可以使裂缝闭合，还可以对给结构施加压应力，以增加结构物的承载力及刚度，减小裂缝宽度。
4．2．4 增设杆件加固法
这是在已有的梁、柱、板等处增设杆件来增强结构承载力或改变结构物的传力路径以增强其承载力的一种方法。在具体应用中应按被加固梁板在增设支点加固时是否有预加支承力的两种情况考虑，对于有预加力时，支承预加力可视作外力计算。
5．结语
裂缝的治理不外乎修复和补强加固，而修复和补强加固工作进行的好坏或方案是否合理，关键在于前期进行的裂缝调查和原因分析，也可以说整个裂缝治理工作的成效也在于此。因此，在实际工作中一定要针对不同的工程采用必要的手段对裂缝进行详细调查和开裂原因的分析，然后再结合不同情况制定出切实可行的、经济有效的治理方法和措施。
关键词：混凝土；结构裂缝；检测；治理
Abstract: the existence of cracks in concrete structures not only influence the structure of aesthetics, and weaken the stiffness of structure, serious still can cause safety accidents, so must pay attention to governance of concrete structure crack. This article through to the investigation and detection of crack and the causes of concrete cracks are analyzed, and puts forward different targeted crack control measures.
Key words: reinforced concrete; Structural cracks; Detection; governance
中图分类号：TU37文献标识码：A文章编号：2095-2104(2013)
1．裂缝的调查、检测及成因分析
裂缝现场调查检测的目的是为下一步裂缝成因推断及判别是否需要修补加固提供依据。一般裂缝调查又分为初步调查和补充调查。当初步调查无法推断开裂原因、无法判断是否需要修补及补强加固、不能选择修补及补强加固方法时，再实施补充调查。整个调查、分析判断及修补加固流程可由图1框图表示。
图1裂缝调查及修补加固流程图
1.1裂缝检测及成因分析
一、裂缝检测
（1）裂缝宽度。测定裂缝宽度可使用裂缝刻度尺，刻度放大镜或读数显微镜等。为测定裂缝宽度的变化情况，也可使用电测法（钳式应变仪或电动千分尺），还可使用接触式应变计测定两点间距离。
（2）裂缝深度。测定裂缝深度可使用非金属超声波探测仪进行检测。现场检测时可根据构件的大小、是否具有相平行的两个表面或是现场条件的异同，选择使用平测法、对测法或钻孔检测法。具体的使用范围和用法可参阅文献[5]。
二、 混凝土裂缝成因分析
造成混凝土裂缝开裂的原因可能是多方面的，既有主要原因，也有次要原因，这就需要调查分析人员能够根据实际情况综合分析，找出其主要原因和次要原因。引起混凝土裂缝的原因主要有使用材料（骨料、水泥、钢筋、水）、施工、运行环境、荷载及计算等方面的因素，具体概括整理如表1[4]所示
表1 混凝土发生裂缝的主要原因
根据初步调查分析开裂原因的步骤如下：
a．按开裂原因的初步估计分为：与材料性质有关的、与施工有关的、与使用环境条件有关的、与结构及外力有关的，见表2[4]。
b．按裂缝型式分类（表2）。
c．按设计图、计算书分类，同时参照设计图及施工记录等有关资料，见表3、表4、表5[4]。
当由a～c的各种分类中已分析出共同的开裂原因时，则可断定该原因是开裂的主要原因。当根据初步调查结果难以分析出裂缝的主要原因时，需根据裂缝的补充调查结果进行成因分析。
基于补充调查的原因推断。
由于初步调查已在某种程度上缩小了开裂原因的可能范围，所以，在补充调查中推断原因所应研究的项目范围也相应缩小了。预测开裂原因及与此相对应的研究项目如表6所示。
事实上，准确地推断结构物开裂的原因是一件非常困难的工作，单凭上述初步调查和补充调查的结果，有时很难推断开裂原因，这时就不得不请专业技术人员来判断。
表2 根据配合比区分裂缝
表2 按裂缝类型进行分类
表3根据设计图、计算书等区分裂缝
表4根据浇筑混凝土时气象条件分类
表5推断原因时应研究的项目
3．裂缝处理措施的选择
根据第3节所述，通过对裂缝调查结果的分析判断，可以决定是否对结构物进行修补或补强加固。对于需要修补或补强加固的结构又因修补或补强加固的不同而有不同的处理方法。
3．1 裂缝修补方法
裂缝修补的目的在于使混凝土结构物因开裂而降低的机能和耐久性得以恢复。除了主要以恢复防水性和耐久性为目的外，也有从维护人身安全和美观角度进行修复的。在满足修复目的的前提下，必须考虑经济性来决定修补的范围及规模。值得注意的是，在制定修复方案选择修复材料时，必须考虑裂缝到底属于死缝（裂缝宽度和长度不再变化）、活缝（裂缝宽度随外界温度及荷载的变化而变化，長度不变或变化不大）、增长缝（不稳定裂缝，其长度继续增长）中的哪一种，应根据不同的裂缝选用不同的方案和材料。
就目前常用的修补方法来说，可概括为三点：
3．1．1 表面封缝法
当裂缝较小（文献[4]要求小于0.2mm）时，而且裂缝线细、条纹多时，可在裂缝表面上涂防护膜（分部分涂复和全部涂复两种方法），以提高其防水性及耐久性。通常使用弹性防水材料环氧树脂浆液或水泥浆液进行封闭。当裂缝细而深时，宜用甲基丙稀酸脂或低粘度环氧浆液灌注。
施工时先用钢丝刷将混凝土表面打毛，清除表面污物及附着物，用水冲洗后令其充分干燥。之后，用塑状树脂或环氧胶泥充填混凝土表面气孔，再用适当修补材料涂复裂缝部分。这里环氧胶泥的参考配合比如表11所示。
表11 环氧胶泥配合比
注：括号内水泥用量为封缝用。
3．1．2 凿槽充填
这是一种适合于修补较宽裂缝（0.5mm以上）的方法。具体做法是沿裂缝处凿开混凝土，并在该处充填修补材料。具体实施时又因钢筋是否腐蚀而不同。
当钢筋未腐蚀时，沿裂缝处以大约10mm的宽度将混凝土凿成U型或V型槽，在开槽部位充填密闭材料（图4），充填密闭材料可使用水泥砂浆、环氧砂浆等。
图4裂缝充填修补法
如果裂缝下的钢筋已经锈蚀，则开槽时务必开到钢筋锈蚀位置，然后对钢筋锈蚀部位除锈，之后，再清洗干净并干燥，最后用充填材料充填，见图5。对锈蚀钢筋的除锈工作一定要做到细致彻底，否则，修补失效，钢筋锈蚀加剧。
图5钢筋锈蚀时充填修补法
3．1．3灌浆
这种方法是在裂缝中注入环氧树脂浆液、甲基丙稀酸浆液或水泥浆，旨在提高结构物的防水性和耐久性。适用于修补混凝土结构出现的裂缝，对于承载力不足引起的裂缝除采用本方法外，还采取补强加固措施。
对于使用的灌浆材料要求符合下列要求：
a．浆液粘度小，可灌性好。
b．浆液固化后收缩性小，抗渗性好。
c．浆液固化后的抗压、拉强度高，有较高的粘结强度。
d．浆液固化时间可根据现场条件（温度、湿度）调节，灌浆工艺简单。
e．浆液应为无毒或低毒材料。
通常使用的浆液分为化学浆液和水泥浆液。化学浆液主要有环氧类和甲基丙稀酸类。在具体使用中，要根据不同工地情况在使用前进行试配，以保证可灌性，满足设计、施工要求。浆液配方参照表12、表13[6]进行。水泥浆和水泥砂浆也应在使用前进行试配，并检查其抗拉、压、弯强度。
化学浆料适用于裂缝宽度大于或等于0.3mm的裂缝，当裂缝宽度大于1.0mm时，可用微膨胀水泥浆液修补。对于大面积缺损、蜂窝、孔洞等，宜采用1：2水泥砂浆或不低于C20的细石混凝土进行修补。
3．1．4修补效果的检查
修补工程结束后，对以防水为目的的修补，则可通过检验已修补的裂缝是否存在漏水现象来确认；而对于恢复耐久性为目的的修补，就不易确认修补效果。对于具体的工程，可使用压入气体检漏法或在不影响使用性前提下，在灌浆部位进行小直径取芯样检查法。
4．2 补强加固法
裂缝的补强加固旨在恢复因开裂或开裂后钢筋锈蚀截面积减小而降低的混凝土结构物的承载力。值得一提的是在做有关补强加固施工以前应对结构裂缝进行仔细的调查和原因分析，并在此基础上制定补强加固的方案和设计。补强加固后的结构通常应满足结构物在抗弯、抗剪、抗拉、抗压及抗扭方面的承载力要求。
就目前而言，国内外常用的补强加固方法除上述灌浆加固外，还有加大截面加固法、外包钢加固法、预应力加固法和增设杆件加固法四大类。
4．2．1 加大截面加固法
这种方法是在已有构件基础上，补浇混凝土，以增强构件的承载力。在施工过程中，关键要处理好新、老混凝土接触面的粘接，以确保二者协调工作，保持一体。
4．2．2 外包钢加固法
這是一种将钢板粘贴在混凝土表面，特别是受拉侧表面，使之与原结构一体化，提高结构承载力的一种方法。外包钢加固法根据施工工艺和钢板与混凝土间粘连牢固度的不同又分为湿式外包钢加固和干式外包钢加固。
湿式外包钢加固是在钢板与混凝土梁柱粘贴时用乳胶水泥或环氧树脂化学灌浆法粘贴。
当钢筋混凝土柱采用外包型钢加固，在型钢与混凝土柱间无任何连结，或者虽填塞有水泥砂浆，但仍不能确保结合面剪力有效传递时，称为干式外包钢加固。
外包钢加固效果关键在于粘结剂的使用，因此要选择可靠的粘结强度和抗拉、压强度高、耐老化性好的粘结剂（如JGN结构胶等）。
4．2．3 预应力加固法
这是借助于外加预应力减少构件中产生的拉应力的一种加固方法。它不但可以使裂缝闭合，还可以对给结构施加压应力，以增加结构物的承载力及刚度，减小裂缝宽度。
4．2．4 增设杆件加固法
这是在已有的梁、柱、板等处增设杆件来增强结构承载力或改变结构物的传力路径以增强其承载力的一种方法。在具体应用中应按被加固梁板在增设支点加固时是否有预加支承力的两种情况考虑，对于有预加力时，支承预加力可视作外力计算。
5．结语
裂缝的治理不外乎修复和补强加固，而修复和补强加固工作进行的好坏或方案是否合理，关键在于前期进行的裂缝调查和原因分析，也可以说整个裂缝治理工作的成效也在于此。因此，在实际工作中一定要针对不同的工程采用必要的手段对裂缝进行详细调查和开裂原因的分析，然后再结合不同情况制定出切实可行的、经济有效的治理方法和措施。