裂缝形成的原因与修补

时间：2020-05-11

高等级公路的养护在结构工程中主要是随时发现桥涵结构物等在荷载作用下结构的稳定状态是否符合行车的安全要求，一般都是以混凝土结构为主，混凝土是由水泥、骨料、中粗砂，外加剂和水配制的材料。硬结的混凝土是一种多元、多相、非匀质的水泥基复合材料，具有较高的弹性模量，较低的抗拉强度，在受约束条件下只要发生少许收缩，产生的拉应力往往会大于该龄期混凝土的抗拉强度，导致混凝土发生裂缝。混凝土在浇注成型后，骨料对浆体产生约束，使混凝土内部从一开始产生微裂缝。这样养护的时候我们就要随时观察裂缝的动态，并及时进行修补。本文就裂缝的种类和原因作简单的分析开始探讨混凝土修补技术。

2 由于混凝土本身材性所导致的裂缝主要有以下几类：

1)干燥收缩裂缝。混凝土在硬化以后，内部的游离水会由表及里逐渐蒸发失水，导致混凝土由表及里逐渐产生干燥收缩。在约束条件下，收缩变形量导致的收缩应力大于混凝土的抗拉强度时，混凝土就会出现由表及里的干燥收缩裂缝。早期的干燥收缩裂缝比较细微，随着时间推移，混凝土大蒸发量和干燥收缩量逐渐增大，裂缝逐渐明显。一般混凝土90d干缩率为0.04～0.06％，这是混凝土结构比较普遍地发生裂缝的主要原因。

2)温差胀缩裂缝。混凝土浇注后，水泥的水化热使混凝土内部温度升高，一般每100kg水泥可以使混凝土温度升高10℃左右。加人混凝土的入模温度，在2～3d内，内部温度可达50～80℃，而混凝土的线膨胀系数约为10×10－6℃。试验表面，在标准环境下，混凝土表面温度和环境温差大于25℃时，即出现肉眼可见的温差收缩裂缝。对于大体积混凝土，温差胀缩裂缝的影响非常大。

3)水化收缩及自生干缩裂缝。水泥在水化反应过程中，会产生水化收缩。硅酸盐水泥的水化收缩量约为1％～2％。水化收缩在初凝前表现为浆体的宏观体积收缩，初凝后则在已形成的水泥石骨架内生成空隙。水泥在继续水化过程不断消耗水分导致毛细孔中自由水减少。湿度降低，在外部养护水供应不充分的情况下，内部产生自干燥现象。由于白干燥作用导致毛细孔内产生负压。引起混凝土自干燥收缩。由于一般混凝土的水胶比较高所以比较少发生自干燥收缩。但是对于高强商品砼水胶比可能小于0.35，自干燥收缩则不可忽略。

3 修补材料特性

当裂缝已经发生存在，影响耐久性了，必须考虑影响设计和选择修补措施的诸多因素。那就要采用修复补救措施来保持结构的正常使用功能。混凝土修补为了达到耐久性目的，选择修补材料是许多相关的措施之一，无论修补工作如何细心，修补材料的不恰当使用都可能导致修补工作过早失效。与现浇混凝土结构物相比，修补材料的约束收缩，即通过先浇混凝土基N I-的胶结材料产生的约束力是大大增加大多数修补工作复杂性的主要因素。当相对薄的修补段由于修补材料干缩、自身体积变形和温度变化时，修补材料也产生了收缩拉应力。当这些应力**过修补材料的极限抗拉强度时，裂缝发生了。在大面积较厚的修补中，通过在修补的界面或收缩缝上涂抹防粘剂可使约束作用减到小。在讨论耐久、无裂缝的修补材料时，应该考虑下述的材料的一些性能。

1)收缩。由于大多数修补是在老混凝土结构上进行的，如果有干缩的话，老混凝土结构干缩也很小。因此，修补材料基本上也一定要无收缩或即使有收缩但没有失去粘结性。无论任何原因，当以水泥为主的修补材料失去水分时，它会收缩。而且，这种收缩通常被先浇混凝土的基面胶合力所约束。当收缩引起的应变**过修补材料的极限抗拉强度时便产生裂缝。

2)渗透性。渗透性即材料渗透液体或气体的能力，在许多修补中是重要的材料性能。然而，不顾具体情况。规定采用低渗透性修补材料的趋势应该避免。同样，注意到下列事实也是重要的，即在修补中的产生的一些贯穿裂缝将大大抵消使用很低渗透性修补材料所带来的好处。因此，在提出耐久性修补时，无裂缝的混凝土修补应该是主要的目标。

3)抗压强度。一般认为修补材料的抗压强度应该与先浇混凝土基面的抗压强度相同。通常，修补材料的抗压强度**混凝土基面的抗压强度，不一定就有多少好处。事实上，胶结材料的较高强度表明其含有过多的水泥，这有助于产生更高的水化热并增加干缩。另外，与高抗压强度相联系的较高的弹性模量将降低塑性变形。

4)抗拉塑性变形。在混凝土结构物修补中，修补材料的塑性变形应该与混凝土基面塑性变形类似，然而在保护性的修补中，更高塑性变形也有其优点。对于后者，通过抗拉塑性变形释放的应力减少了裂缝发生的可能性。弹性模量E就工程而言，结构修补材料的弹性模量应该与混凝土基面的弹性模量相同，使载荷能均匀地穿过修补的地方。

5)拉应力。拉应力是指在没有形成一条连续的裂缝时修补材料所能承受的大应变能力。达到极限应力90％的拉应变通常被定义为极限应变。所有测量拉应力(弯曲、直接拉伸和内部约束)的常规方法中的应变速率比在收缩过程中生产的应变速率快很多。一旦**过大拉应力或者极限应变，混凝土就开裂。减少裂缝可以通过大限度地减小干缩引起的应变和大限度地提高抗拉强度。在实践中，可能很少选择材料或修改配比。这样对所有相关特性都有相当大的影响。

4 结语

为达到耐久的修补效果，必须通盘考虑影响设计和选择修补手段的诸多因素，这里只是略提修补材料所要关注的一些特性。对混凝土使用中的裂缝及其耐久修复问题，我们要了解发生的机理，通过事前预防控制来减少混凝土的裂缝发生，同时通过有效的事后补救来达到保持结构正常使用功能。

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