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1、混凝土裂缝的成因及治理技术来源：江苏省建筑防水公司 吴祥元 发布时间：2006-10-3在土建、人防、隧道、地铁等地下工程和水利水电工程中，混凝土裂缝现象极为普遍。裂缝的存在，有 些会影响混凝土的强度和耐久性，对结构产生有害的影响，缩短了其使用寿命；有些会引起严重的渗漏， 影响了建筑物的正常使用和安全运行。如何研制防水补强效果好、施工工艺简便易行的防水材料和施工工 艺来解决裂缝问题，引起了工程界的普遍关注。一、混凝土结构中产生裂缝的原因混凝土是由水泥石、砂（细骨料）、石（粗骨料）组合而成的材料。在水泥石结硬过程中，存在气穴、微孔和 微裂缝。因此从微观上看，混凝土是水泥石、砂、石及充有空气、水的
2、微孔和微裂缝的多相结合体，由于 混凝土的组成材料和微观构造的不同以及所受外界影响的不同，混凝土产生裂缝的原因较为复杂。产生裂 缝的原因，主要有以下几个方面：1、大体积混凝土水化热引起的裂缝大体积混凝土由于水泥在水化过程中产生的大量水化热得不到散发，导致混凝土内部温度升高，当混凝 土块体内部的温度与外部环境温度相差很大，以致形成因温度引起变形超过混凝土当时的抗拉强度，或极 限拉伸值时，就会产生裂缝。2、混凝土干缩引起的裂缝混凝土在硬化过程中，由于干燥收缩会引起体积变化。当这种体积变化受到约束时，如两端固定梁，或 是高配筋率的梁，或是浇筑在老混凝土上或坚硬岩基上的新混凝土，都可能产生这种裂缝。这种
3、裂缝的宽 度有时很大，甚至会贯穿整个构件。3、混凝土塑性塌落引起的裂缝在大厚度的构件中，混凝土浇筑后数小时，即可发生这种裂缝，其原因是混凝土的塑性塌落受到模板或 顶部钢筋的抑制，或是在过分凸凹不平的基础上进行浇筑，或是模板沉陷、移动或是斜面浇筑的混凝土向 下流淌。4、塑性收缩裂缝这种裂缝发生在混凝土浇筑后数小时，仍处于塑性状态的时刻。在炎热或大风天气，混凝土表面水分蒸 发过快以及混凝土水化热高等，都易产生这种裂缝。这类裂缝的宽度可大可小，小的细如发丝，大的可到 数毫米，其长度可由数厘米到数米，深度很少超过5cm,但薄板则有可能被其穿透，分布的形状一般是不 规则的。5、碱骨料反应引起的裂缝混凝土
4、加水拌和后，水泥中的碱不断溶解，这种碱液与活性骨料中的活性氧化硅起化学反应，析出胶状 的碱硅胶，从周围介质中吸水膨胀，其体积可增大到三倍，而使混凝土胀裂，其特点是裂缝中有白色沉 淀的胶体，呈杂乱的“地图”状。6、环境温度变化引起的裂缝任何物体都具有热胀冷缩的特性，在没有任何约束的情况下，随温度的变化，混凝土的体积可以自由胀 缩；当存在约束时，体积的胀缩因受约束力的限制，便在混凝土内产生温度应力。由于混凝土抗拉强度较 低，容易被温度引起的拉应力拉裂，从而产生温度应力。大体积的混凝土坝、闸墩、闸墙，突然遇到短期 内大幅度的降温，如寒潮的袭击，产生较大的内外温差，引起较大的温度应力，而使混凝土开裂。
5、混凝土 烟囱、核反应堆容器、海下石油储罐等承受高温的结构，也会产生温差引起的裂缝，太阳的曝晒当然是日 常最常见的现象了。7、荷载作用引起的裂缝构件承受不同性质的荷载作用，会出现形状不同的裂缝。构件在均布荷载或集中荷载作用下产生内力弯 矩，当拉应力超过了混凝土的抗拉强度时，即出现垂直于构件纵轴的裂缝。当构件在荷载作用下产生较大 的剪应力时，在与纵轴成 45夹角处主拉应力值最大，容易产生斜向裂缝，并向上下延伸。8、结构基础不均匀沉陷引起的裂缝当结构的基础出现沉陷不均匀时，结构构件受到强迫变形，而使结构构件开裂，随着不均匀沉陷的进一 步发展，裂缝会进一步扩大。9、钢筋腐蚀引起的裂缝当钢筋混凝土构件处
6、于不利环境如海洋等等时，由于混凝土保护层过薄，特别是混凝土的密实性不良， 环境中的氯离子和溶于海水中的氧会使混凝土中的钢筋生锈生成氧化铁。氧化铁的体积比原来的金属大得 多，铁锈体积膨胀，对周围混凝土挤压，使混凝土胀裂。这种裂缝通常称为“先锈后裂”，其定向沿钢筋方 向，比较容易识别。顺钢筋方向的裂缝发生后，更加速了钢筋锈蚀过程，最后导致保护层成片剥落，这种 顺筋裂缝对耐久性的影响较大。二、裂缝治理方案的提出裂缝治理方案是裂缝处理施工的先决条件。施工管理人员应对裂缝进行观测，并对构件结构、混凝土施 工质量进行分析，找出产生裂缝的原因；然后结合建筑物的防水等级要求，根据裂缝的特点选择相应的防 水材料
7、和施工工艺。从裂缝的性质来看，裂缝可分为“活动缝”和“死缝”。“活动缝”是指裂缝的宽度会随着环境的变化而变化 的裂缝，如温度缝、基础尚未稳定的沉降缝等。“死缝”是指裂缝的宽度基本不变的裂缝，如塑性裂缝、基 础已稳定的沉降缝及施工冷缝等。对于“活动缝”，要求选用柔性材料进行防水和封闭处理，以适应裂缝宽的变化；对于“死缝”，则可选用刚性材料进行防水和补强处理。可供选择的防水材料种类繁多，如防水涂料、密封材料、刚性防水材料、灌浆材料等等。从防水施工工 艺上来看，有涂、嵌、抹、贴、灌等多种工艺。但裂缝治理与防水施工有很大区别。防水施工通常是主动 防水，防水材料、施工方案的选择余地较大，可以从容施工，可
8、采用贴、涂、嵌、抹等工艺从迎水面进行 防水处理。而裂缝治理则往往是对已产生裂缝的工程进行防水处理，而且经常是从背水面处理，有时还要 带水作业，难度较大。采用速凝材料对混凝土的缝面进行处理，虽然可使混凝土表面保持干燥，但混凝土 裂缝中渗水通道和孔隙仍然充水，长此以往，会使钢筋产生锈蚀，混凝土的强度下降；锈蚀引起的膨胀会 导致钢筋的混凝土保护层胀裂，进而产生渗漏。因此仅仅采用速凝材料从表面进行封堵是无法有效地保护 混凝土的。根据以上分析，笔者提出了“治本为主，治表为辅，表本结合，综合治理”的裂缝治理原则。所 谓“治本为主”，是指在混凝土裂缝处理中应尽可能地选择合适的防水材料和工艺封闭混凝土内部的渗
9、水通 道和孔隙，从而达到既防水（补强）又保护混凝土免除水的侵蚀的双重目的。“治表为辅”是指当混凝土内部的 渗水通道和孔隙非常细小难以封闭时，可采用堵、嵌、涂等工艺作为辅助手段从混凝土缝面进行防渗处理 二者的有效结合、综合治理，便可达到良好的治理效果。根据上述原则，笔者结合多年的防水工程实践和学习研究，提出了“灌、堵、嵌、涂相结合”的裂缝治理 技术。三、“灌、堵、嵌、涂”结合治理技术1、化学灌浆所谓“灌”就是指化学灌浆，即将一定的化学材料配制成浆液，用压送设备将其灌入缝隙或孔洞中，使其 扩散凝固，从而达到防渗、堵漏、补强、加固的目的。化学灌浆材料有较好的可靠性，其凝胶时间可根据 工程需要调节。有
10、的可在瞬间固化，适用于大流量漏水、涌水的处理。有的胶凝时间长，起始粘度低，适 用于混凝土细微裂缝和孔隙的渗漏处理。可供选择的化学灌浆材料有许多，常用的有丙烯酰胺、甲基丙烯 酸酯、聚氨酯、环氧树脂、现烯酯盐等等。由于化学灌浆可将化学浆材压入很细的混凝土孔隙中，因此可 有效地保护混凝土。渗漏治理施工过程中，可根据孔隙的大小和材料的可灌性选用适当的化灌材料。水溶性聚氨酯化灌材料具有良好的亲水性，遇水可分散、乳化进而凝固，适用于潮湿或带水部位的防渗 堵处理。LW型水溶性聚氨酯的固结是一种弹性体，伸长率达300%,而且遇水会膨胀，其体膨胀率达273%, 具有弹性止水和以水止水的双重功能，尤其适用于变形缝
11、的处理。HW水溶性聚氨酯的可灌性好、强度高， LW和HW可以任何比例混合配制成不同强度和弹性的浆材，以满足各种工程的需要。而低粘度环氧树脂 化灌材料由于其起始粘度低，适用于细微裂缝的封闭和补强加固。几种常用化灌材料的性能见 表1。2、封堵“堵”是指孔洞或缝面的封堵，这是化学灌浆施工过程中一道必不可少的工序。封堵质量的好坏会直接影 响化学灌浆的效果。在干燥条件下，可供选择的封堵材料较多，如高分子涂料、聚合物水泥砂浆或普通水 泥砂浆等。但在渗漏条件下，必须先采用快速堵漏材料进行封堵，将水从灌浆管中引出，必要时可在表面 涂抹高分子涂料或聚合物水泥砂浆进行加强处理。水泥基快速堵漏材料如堵漏王、堵漏灵、
12、水不漏等等， 通常可在几分钟内凝固，Id的抗压强度可达30.0Mpa以上，适用于渗漏的封堵。但当涌水量过大或在水下 环境中，普通的快速堵漏材料由于易被水稀释、强度增长慢等原因，难以取得满意的封堵效果o PBM聚合 物混凝土具有可在水中快速固化、强度增长迅速与混凝土和金属粘结强度高等特点，适用于水下或涌水条件下混凝土孔洞和裂缝的快速封堵。PBM-7聚合物混凝土的水下性能见表2。3、嵌缝“嵌”是指在裂缝上开槽，并在槽中嵌填弹性、塑性或刚性密封材料。一般变形缝采用弹、塑性密封材料 嵌填，背水面处理用弹性材料，迎水面处理则用塑性材料；非变形缝可采用刚性密封材料。弹性密封材料 种类很多，如弹性聚氨酯、丙
13、烯酸酯、硅酮和聚硫等等，已得到广泛的应用，这里就不作详细介绍。下面 仅对塑性止水材料和刚性密封材料作一介绍：(1) 塑性止水材料常用的塑性止水材料有聚乙烯胶泥、塑料油膏等，由于往往采用热施工，环境污染严重，且施工极为不 便，现已逐渐淘汰。 SR 塑性止水材料是一种专门为面板坝周边缝和伸缩缝止水研制的嵌缝止水材料。该材 料采用丁基橡胶等高分子材料为主要原料，降低了材料的温感性。该材料操作简便，可冷施工，而且具有 优良的延伸性、耐化学介质性、耐老化性。 SR 塑性止水材料主要性能见表 3。(2) 刚性密封材料聚合物水泥砂浆是一种常用的刚性密封材料。聚合物水泥砂浆简称PCCM，是采用水泥和聚合物作为
14、胶 结料来胶结骨料的砂浆。当水泥与反应形成水泥石的同时，聚合物乳液本身脱水干燥，在砂浆集料表面形 成了有自粘性和粘结性的聚合物薄膜，封闭了砂浆内的细微裂缝和毛细通道，将水泥石和填料牢固地结合 在一起，因此，聚合物水泥砂浆具有优良的防水、抗冻、防腐、防碳化及其他物理力学性能，在水电、冶 金、交通、土建、环境、市政等工程中得到广泛的应用。华东院在开展国家“八五”攻关项目“普定碾压混凝 土拱坝筑坝技术”过程中，针对混凝土表面防渗材料的要求和聚合物水泥砂浆的特性研制了聚合物水泥砂浆 PCCM。与普通的水泥砂浆相比，PCCM的粘结强度提高了 23倍，抗拉弹模降低了 23倍，抗裂系数提 高了 20多倍，防
15、碳化能力提高了约3倍；PCCM具有明显的减水性，优良的耐久性、抗冲刷性和耐老化性 能。PCCM经浙江省卫生防疫站检验为实际无毒类。PCCM的施工工艺简便、工效高，并可在潮湿面施工。 聚合物水泥砂浆PCCM的主要力学性能见表4。4、涂布所谓“涂”就是指在裂缝表面涂刷合成高分子防水涂料，这种涂料是以合成橡胶或合成树脂为主要成膜物 质，具有理想的防水抗渗效果。常用的合成分子防水涂料有聚氨酯、环氧防水涂料等。聚氨酯防水涂料是 一种通用的涂膜防水材料，其特点和性能就不在此赘述。鉴于许多混凝土裂缝的处理要在潮湿甚至水下环 境中进行，这里介绍一种新型的涂膜防水材料一HK96系列增厚型环氧涂料。HK96增厚涂
16、料是一种性 能优越的系列环氧涂料，主要用于混凝土、金属、塑料、瓷砖和木材等材料的粘结和防水处理，混凝土裂 缝封缝处理及水上或水下金属结构的防腐蚀处理。 961用于干燥面，强度增长快； 962用于潮湿面； 963为 水下涂料； 964为弹性涂料。特别是962和963具有可在潮湿面，甚至水下的金属和混凝土面上进行涂刷 的独特性能，这将有利于大坝的水下部分、船闸、导轨、廊道、码头、船坞、隧道、地下室等的混凝土和 金属结构的防水或防腐处理。该材料的主要力学性能见表5。HK96 增厚涂料具有以下特点：(1) 同混凝土、金属的粘结强度高；(2) 次涂膜厚度可达300gm以上，大大节约施工道数和时间；(3) 在立面和顶面施工时，加厚涂刷也不会垂挂，保证了立面和顶面的厚度和涂刷质量；(4) 固份含量高，减少了普通溶剂型涂料中大量溶剂或稀释剂的挥发引起的对人体和施工环境的污染；(5)
