摘要：混凝土裂缝严重影响结构的耐久性和工程的安全性，引起人们极大的关注。因混凝土受气候、环境、养护条件、使用材料、施工技术、应力分布等因素影响，导致混凝土出现塑性、沉降、干燥、外力、温度变化等各种裂缝。分别研究了水灰比、砂率、塌落度、骨料配比、水泥用量、温度控制、减少外力、加强养护和优化施工工艺等控制措施，降低了混凝土的收缩性，提高了抗拉和抗裂性能，提出了寒冷干旱地区预防混凝土开裂的措施。在混凝土裂缝修补工艺研究的基础上，针对不同工程质量出现裂缝的范围、使用部位、功能用途等进行具体的修补优化，为寒旱地区混凝土裂缝的防治提供一些技术经验和方法。
关键词：寒旱地区；混凝土裂缝；产生原因；预防控制
引言
混凝土，简称为“砼”：是指由胶凝材料将骨料胶结成整体的工程复合材料的统称。混凝土是脆性材料，当各种因素引起的变形受到约束时产生的拉应力大于混凝土的抗拉强度时，混凝土就会出现裂缝。混凝土裂缝是影响混凝土耐久性的主要因素，对于寒旱地区混凝土的耐久性，由于受西伯利亚寒流、多年冻土及现代冰川的影响，气候干旱少雨，年均气温低，日温差大，紫外线照射强烈，寒冷、干旱的气候特点加剧了混凝土的塑性收缩、自收缩、干燥收缩、冷收缩等，使得混凝土应力不断增加，极易导致混凝土表面开裂。寒旱地区混凝土结构在使用过程中，经过昼夜或季节性温度、湿度、寒冷的交替变化，干湿循环、冻融循环、盐碱腐蚀、风蚀等多种自然因素的作用，日积月累，混凝土结构也极易产生裂缝。结合寒旱地区的气候、环境调查研究混凝土开裂的原因，预防措施和修补方法，可以有效的利用资源，减少维修及重建费用，提高工程质量，延长混凝土的使用寿命。
1导致混凝土裂缝出现的成因研究
1.1塑性收缩产生裂缝
混凝土配制时使用收缩率较大的水泥或水泥用量过多，或使用过量的粉砂。混凝土施工过程中水灰比过大，模板、垫层过于干燥，吸收水分太快，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较小时，受高温或较大风力的影响，混凝土表面游离水分蒸发过快，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，导致发生塑性收缩裂缝。
1.2沉降收缩产生裂缝
由于混凝土浇筑时振捣过度或塌落度过大，表面呈现浮浆，形成竖向体积缩小沉落，这种沉落受到局部阻碍或约束，因本身各部位相互沉降量相差过大而产生裂缝，或者因结构地基土质不匀、松软或回填土不密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，因受冻胀作用或消融作用后产生不均匀沉降，致使混凝土结构产生裂缝。
1.3干燥收缩产生裂缝
混凝土浇筑完成后，覆盖或养护不及时，遇到高温或大风天气，表面水分散失过快，体积收缩大，而内部湿度变化很小，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，引起混凝土表面开裂，或者因混凝土结构构件浇筑后未覆膜和浇水养护不及时，构件本身水分蒸发过快，产生的体积收缩受到拉应力的约束，而出现局部干缩裂缝。
1.4温度变化产生裂缝
表面温度裂缝，多数是由于温差较大引起的。大体积混凝土浇筑后，在硬化期间水泥放出大量水化热，由于混凝土的体积较大，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，而混凝土早期抗拉强度很低，当拉应力超过混凝土的抗拉强度极限时，混凝土表面就会产生裂缝，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。当大体积混凝土基础、墙体浇筑在坚硬的地基或结实的旧混凝土垫层上时，没有采取隔离层等放松约束的措施，如果混凝土浇筑时温度很高，加上水泥水化热的升温过大，使混凝土的温度很高，当混凝土降温收缩，全部或部分地受到地基、混凝土垫层或其它外部结构的约束，将会在混凝土内部出现很大的拉应力，产生降温收缩裂缝。这类裂缝较深，有时是贯穿性的，将破坏结构的整体性。
1.5外力导致产生裂缝
混凝土结构构件浇筑成型后，由于施工方急于赶工期，将部分材料或构筑物放置在混凝土构件上部，导致集中荷载受压，此时混凝土构件抗拉和抗压性能较低，受到外界的压应力剪切变形，容易产生裂缝。浇筑在斜坡上的混凝土，由于受自身重力的作用，有向下流动和沉落的性能，容易产生拉应力而变形开裂。或者对有预应力要求的建筑物构件，没有合理的施加预应力而导致成型后因受力而产生裂缝。
1.6其他导致产生裂缝
设计不合理的问题，部分建筑结构中没有设计暗梁或暗柱，构件断面发生变化，混凝土浇筑成型后，因受到集中应力的变化而使构件产生裂缝。混凝土的运输和供料的连续性，如发生交通堵塞或拌和设备出现故障，导致部分已浇筑的混凝土长时间的放置，混凝土接茬部位容易形成冷缝，后续浇筑完成后在接茬部位产生裂缝。不同强度等级的混凝土在同层或同部位浇筑时，由于混凝土的配合比不同，所掺入一定量的外添加剂和不同的矿物材料等相互因素影响，也会产生裂缝。施工过程中的养护不当、过分振捣、过分摸干压光、浇筑速度不当、拆模不当、管理不当等都会引起混凝土产生裂缝。
2降低混凝土裂缝的预防控制措施研究
2.1防止混凝土塑性收缩裂缝
配制混凝土时，控制水灰比和骨料的级配，减小空隙率和砂率。在浇筑前将基层和模板浇水湿透，避免吸收混凝土水分，同时浇捣要密实，浇筑后对裸露表面应及时覆盖和浇水养护，减少收缩量，提高混凝土抗裂强度。
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2.2防止沉降收缩产生裂缝
混凝土的水灰比、砂率、坍落度不宜过大，合理使用外加剂，施工操作时振捣要充分，但避免过度。可先浇筑较深部位混凝土，待沉降稳定后，再与上部薄截面混凝土同时浇筑，以避免沉降过大导致裂缝。
2.3防止干燥收缩产生裂缝
配制混凝土时控制水泥用量和砂石含泥量，提高粗骨料含量，以降低干缩量；混凝土浇筑时应振捣密实，并注意对板面进行二次抹压，加强早期养护，以提高混凝土的抗拉强度，减少收缩量。
2.4防止温度产生裂缝
混凝土浇筑后裸露的表面及时洒水养护，夏季应适当延长养护时间，以提高抗裂能为，冬期应适当延长保温和脱模时间，使缓慢降温，以防温度骤变和温差过大引起裂缝。大体积混凝土浇筑时应分层浇筑并振捣密实，选用抗裂混凝土或掺加抗裂防渗剂，也可适当增设散热孔，降低混凝土内部水化热反应引起的混凝土裂缝。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，加强混凝土后期的养护和保温，以提高混凝土抗拉强度。
2.4防止外力产生裂缝
混凝土浇筑完成后，不宜过早拆除模板，以防混凝土自身变形产生裂缝。混凝土还没有终凝或强度达不到要求时，应减少表面集中荷载，以防外力受压引起裂缝。
2.5其他产生裂缝
优化混凝土配合比设计方法，严格控制混凝土原材料的选择，混凝土配合比对抗裂性能的影响因素，确保混凝土浇筑时应具有良好的和易性和操作性。还要采取施工中的一些技术措施，现场管理得当、施工工艺控制得当、操作工人手法得当，避免过振或漏振，加强混凝土浇筑成型后的覆盖和浇水养护得当。
3混凝土裂缝修补方法研究
3.1表面处理法
表面处理法，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，通过表面贴补土工膜、环氧玻璃布或其它防水片密封裂缝来防止水汽、化学物质和二氧化碳的侵入。
3.2灌浆法
灌浆法，应用较为广泛，从细微裂缝到大裂缝均可适用，将补缝浆液注入混凝土裂隙，达到闭塞的目的。大体积混凝土裂缝可采用普通水泥灌浆，有时通过注入硅酸盐水泥砂浆来密闭。在潮湿环境中使用聚合物灌注，用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。对混凝土小于0.1㎜的裂缝可采用环氧树脂灌注，它具有较高的机械强度，并能抵抗混凝土所遇到的各种化学侵蚀。
3.3聚合物浸入法
聚合物浸入法，可用来密封路面、桥面的不小于0.1㎜的裂缝，将低粘度的液态树脂涂刷到表面上，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。对封闭多重无规则表面裂缝，可先将裂缝表面密封，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。
3.4结构补强法
结构补强法，因超荷载产生的裂缝、火灾造成的裂缝等影响结构强度时可采取结构补强技术，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，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、抗剪切性能，提高结构的强度、刚度、抗裂性和延伸性。常用工字梁或碳纤维条修补。
3.5仿生自愈合法
仿生自愈合法，是一种较先进研究裂缝的处理方法，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。
3.6其他方法
其他方法，一般裂缝可采用涂抹两遍环氧胶凝混合材料填缝处理，或者在表面采用粘贴环氧玻璃布，做聚合物水泥砂浆带的方法进行表面封闭处理。对有整体性防水、防渗要求的建筑构件，应根据裂缝的宽窄程度，采用注化学浆液或灌注微膨胀水泥浆的方法进行注浆处理。对重要建筑构件可采用裂缝内部注浆与表面封闭处理相结合的方法进行处理。
结束语
随着我国土木建筑工程的不断发展，商品混凝土的不断推广和使用，早强型水泥的大量使用、大体积混凝土的涌现、预制混凝土的发展、泵送混凝土的大力推广、混凝土强度等级不断的提高，商品混凝土已成为今后土木建筑工程的主要发展方向，但在取得成效的同时也使裂缝问题更为突出，不可避免的出现各种裂缝，对裂缝的预防和治理也成为人们今后重要的技术研究方向。
通过以上分析，混凝土裂缝成因预防及处理措施不仅仅限于此，为了能够进一步延长建筑材料的使用寿命，提高混凝土的使用性能，在施工过程中根据不同的质量原因采取不同的预防措施，结合相关的处理方法，通过增强混凝土结构自身的抗裂能力，减少材料的收缩力和约束力，从而将裂缝问题降低到最小限度，达到提高混凝土施工质量的目的。所以在寒旱地区混凝土施工过程中要科学使用、合理安排、规范管控，采取有效可行的预防技术措施，合理的选择处理方法和修补材料，使混凝土在寒冷干旱的环境使用条件下满足安全性、耐久性、承载能力和防水性能的要求，让混凝土裂缝不再成为影响建筑工程质量的主要问题。
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论文作者:孙杰
论文发表刊物:《基层建设》2019年第1期
论文发表时间:2019/3/29
标签：混凝土论文; 裂缝论文; 表面论文; 应力论文; 构件论文; 方法论文; 旱地论文; 《基层建设》2019年第1期论文;