水泥混凝土路面裂缝的成因和修补技术.docx
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水泥混凝土路面裂缝的成因和修补技术
水泥混凝土路面裂缝的成因和修补技术
摘要:
水泥混凝土路面近年来得到猛迅发展，但在现代交通、自然因素以及其他原因下，出现混凝土裂缝，这对混凝土结构物有着极大的病害，本文介绍了几种常见的混凝土裂缝修补技术
关键词：
混凝土裂缝修补低压注浆法涂膜封闭法
开槽填补法
Abstract:
Cementconcretepavementgetrapiddevelopmentinrecentyears.ThemoderntrafficandnaturalfactorsandotherreasonsleadtotheConcretecrackthatithasagreatdiseaseonconcretestructures.Thispaperintroducescommonseveralkindsofcommonconcretecrackrepairtechnology
Keywords:
concretecracksrepairLowpressuregroutingmethodCoatingmethodSlotfillingmethod
混凝土是一种由砂石骨料、水泥、水及其他外加材料混合而成的非均质脆性材料。
混凝土裂缝是混凝土制品和结构物最常见的病害。
混凝土出现裂缝，不仅降低了结构物的耐久性和防水性，还给整体和外观带来了很大的影响，甚至还可能会对人们的生命财产造成威胁。
混凝土产生裂缝的原因各种各样，混凝土裂缝的形状也各有不同，许多裂缝还在发展和变化中，这给修补工作带来了很大的不便。
在正常情况下,混凝土结构物不应出现宽度大于0.05mm的裂缝。
从结构的安全性和维护费用综合考虑,对于混凝土裂缝允许极限宽度,各国不同行业都有各自的规定,但差别并不很大,对于钢筋混凝土结构和构件,考虑到耐久性和防水性的要求,混凝土裂缝允许宽度的限值大致如下:
无侵蚀介质、无防渗要求时限值为0.3mm;有轻微侵蚀、无防渗要求时限值为0.2mm;严重侵蚀、有防渗要求时限值为0.lmm。
在限值以上的裂缝必须进行修补。
预应力混凝土结构的裂缝限值还要适当从严。
裂缝产生原因及控制方法
混凝土裂缝产生的原因是多方面的，情况比较复杂，综合因素较多。
对于某种裂缝的出现，人们很难给予一个准确明晰的原因分析。
工程实践证明，裂缝形成的原因主要来自三个方面：
变形、荷载以及不均匀沉降。
一般由温差、收缩、不均匀沉降等造成的裂缝约占80％，荷载等造成的约占20％，当然还需要考虑其他综合原因。
根据这些主要影响因素，人们常把混凝土裂缝归纳为收缩裂缝、温度裂缝、沉降裂缝、徐变裂缝、应力裂缝和施工裂缝等几大类。
收缩裂缝的产生主要是由于混凝土内外水分蒸发程度不同而导致变形不同的结果。
收缩裂缝多为表面性的平行线状或网状浅细裂缝，大体积混凝土中平面部位多见，较薄的梁板中多沿其短向分布。
收缩裂缝通常会影响混凝土的抗渗性，引起钢筋的锈蚀，影响混凝土的耐久性，在水压力的作用下会产生水力劈裂，影响混凝土的承载力。
收缩裂缝的控制主要在于控制湿度的变化，使结构、构件具有相对稳定的湿度。
温度裂缝的产生主要是由于混凝土浇筑后，聚积在内部的水泥水化热不易散发，造成混凝土的内部温度升高，而混凝土表面散热较快，这样形成较大的内外温差，使混凝土内部产生压应力，表面产生拉应力。
如果在混凝土表面附近存在较大的温度梯度，就会引起较大的表面拉应力，此时混凝土的龄期很短，抗拉强度很低，一旦温差产生的表面拉应力超过此时的混凝土极限抗拉强度，就会在混凝土表面产生表面裂缝。
温度裂缝的走向通常无一定规律，大面积结构裂缝常纵横交错，梁板类长度尺寸较大的结构，裂缝多平行于短边。
此种裂缝的出现会引起钢筋的锈蚀，混凝土的碳化，降低混凝土的抗冻融、抗疲劳及抗渗能力等。
控制防止混凝土内部约束引起的表面温度裂缝，一般采用控制混凝土表面与外界或内部的温差的方法，使其小于25℃。
沉降裂缝的产生主要是由于结构地基土质不匀、松软，或回填土不实或浸水而造成不均匀沉降，结构体承受较大的剪切力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，冻土化冻后产生不均匀沉降，致使混凝土结构产生裂缝。
当混凝土结构主体和基础刚度较大时，其抵抗地基沉陷的能力还是较强的。
地基处理不满足规范要求时，特别是在湿陷性黄土、冻胀土、膨胀土、盐渍土、软弱土等不良场地，仍时常产生地基沉陷（膨胀）裂缝。
另外，混凝土强度不足时过早拆模，也会引起不均匀沉降。
这种裂缝通常呈八字或倒八字。
裂缝的大小、形状、方向决定于地基变形的情况，由于地基变形造成的应力相对较大，使得裂缝一般是贯穿性的。
裂缝的宽度与荷载的大小有关。
徐变裂缝的控制可采用适当加大端头截面高度，配置承受水平力钢筋，放射式配筋或弯起构造筋；压低预应力筋弯起角度，减少非预压区；支撑节点采用微动连接，以削减约束应力：
构件吊装前应有一个较长的堆放时间，使徐变变形在吊装前（或固定前）完成大部分，此时混凝土具有较长龄期，强度也较高；预应力混凝土构件不要过早放张，以减少收缩徐变变形，提高抗裂能力；加大端头支承垫板，改进压力分布层，减少应力集中。
应力集中裂缝一般多在主体结构建成后出现，主要分布在门窗洞口、平面或立面突出凹进以及结构开洞口和结构刚度突变及集中荷载等处。
对于预应力钢筋混凝土结构，～般在张拉钢筋锚固端产生的局部压应力集中处产生裂缝。
施工裂缝的控制主要在于加强模板施工过程的管理；混凝土的成品保护；钢筋绑扎施工加强对负弯矩筋的管理；振捣方式方法必须正确。
1.路面厚度设计问题
路面厚度设计的依据是设计年限内的累计当量轴次。
笔者认为，实际上不管是按标准车的轴载还是非标准车的轴载，车辆的实际轴载远大于设计轴载。
由此得知，设计路面实际承受的当量轴次远远大于作为其设计依据的设计年限内的累计当量轴次。
即现阶段新建路面早期开裂破坏情况较多的症结之一是公路在短期内（如1～2年）已达到设计年限内的累计当量轴次。
2.基层的影响
基层的强度及稳定关系面层的强度和稳定性。
基层松铺系数（或基层标高）控制不严而导致的二次补加层，因二次补加层与下层基层无法紧密连接，自身厚度又小，因而极易松散，进而引起路面破坏。
地基强度不均匀，路基填料混杂或压实不好，产生不均匀沉降，基层平整度差，导致混凝土面层厚度不匀，离散性大，在行车荷载及温度翘曲应力作用下，使路面应力集中。
当应力超过极限强度时，就会在厚度薄弱处产生裂缝。
3.路面窨井及管线的影响
（1）路面窨井四周的塘渣（风化石和土的混合物；宕渣是爆破后的碎石，粒径较大，是土石混合物。
）填筑是实际施工中的薄弱环节。
施工单位在推土机推塘渣时，往往将大块塘渣推至窨井边，同时此处压路机很少压到，造成应力薄弱区。
实际施工中，路面裂缝很大部分发生在窨井处。
（2）路面下雨污管线渗漏会冲刷路基部分，特别是对流沙土的冲刷更为厉害。
4.混凝土质量的影响
（1）不同标号及品种的水泥混杂使用，硬化时间及收缩量不一样，同样会形成裂缝。
（2）集料质量的影响。
（3）搅拌质量的影响。
搅拌时间过短，则拌合不均匀，造成面层强度相差过大，硬化时间及收缩量不同，从而导致裂缝产生；搅拌时间过长，则容易导致骨料破碎、离析，影响混凝土的强度。
5.横向缩缝质量的影响
设置横向缩缝是为了减小收缩应力和翘曲应力。
切缝施工是混凝土施工中的一个重要环节，如不加强控制，极易引发裂缝。
（1）切割时间。
当混凝土达到设计强度的25％～30％时，应采用切缝机进行切割。
切缝太早，粗骨料会从砂浆中跳脱；切缝太晚，如果产生的拉应力大于混凝土容许值，混凝土板就会开裂。
气温高，混凝土强度增长快，切割时间要提早。
温差大，切割时间也要提早。
切缝时间一般遵循的原则是“能切就切，宁早勿晚”。
切缝机，宜采用机型小、转速快、振动小的，在混凝土浇筑几小时内即可切割。
（2）切割深度。
切缝深度应控制为板厚的1／4～1／5.切得太深，板间的传荷能力难以得到保证。
切得太浅，混凝土截面的强度削弱得不够，面层上会产生不规则裂缝
（3）接缝料。
接缝料是保证混凝土板正常使用的主要组成部分，如处理不好，则极易出现问题。
6.拉杆和传力杆的影响
胀缝传力杆的质量控制主要有两点：
一是传力杆的一端应涂沥青，且加管套，以保证其伸缩距离；二是传力杆必须与路面平行，以保证其伸缩方向。
前者处理不好，缝端混凝土将被挤裂。
传力杆与路面不平行，混凝土板伸缩时，传力杆对混凝土板产生压应力，引起混凝土板拉裂。
（1）横向施工缝传力杆。
横向施工缝传力杆应用光圆钢筋，且一半涂沥青，允许滑动。
在实际应用中，施工单位为图方便，经常使用螺纹钢，且不涂沥青。
施工缝两边混凝土浇筑时间不同，凝结过程中产生的收缩不同步，传力杆不能伸缩，形成薄弱环节。
当混凝土板在荷载或自然因素作用下产生收缩，则在此薄弱环节处产生裂缝。
（2）纵缝拉杆。
纵缝一般有纵向缩缝和纵向施工缝两种，两种纵缝均应设置拉杆。
拉杆应用螺纹钢，长度达到设计要求，以保证其与混凝土间的粘接力，并且拉杆的直径与间距也应得到保证。
如此，拉杆不能提供足够的拉力，混凝土面板收缩时，纵缝被拉开而形成裂缝。
7.温度变化引起的裂缝
混凝土具有热胀冷缩性质，当外部环境或内部温度发生变化，混凝土将发生变形。
若变形遭到约束，则在结构内将产生应力，当应力超过混凝土抗拉强度时，即产生温度裂缝。
温度裂缝区别其他裂缝最主要是将随温度变化而扩张或合拢。
引起温度变化主要因素有年温差、日照、骤然降温、水化热、蒸汽养护或冬季施工措施不当等。
8.过早开放交通开放交通过早，混凝土的强度尚低，不足以承受行车荷载，在荷载作用下，混凝土路面很容易产生裂缝。
综上所述，水泥混凝土路面裂缝成因，不仅与设计、施工等路面形成前的环节有关，而且与路面形成后的使用、养护等联系紧密。
因此，要消灭水泥混凝土路面开裂这一质量通病，延长水泥混凝土路面的使用周期，提高投资效益，需要设计、施工、养护管理各方主体各负其责，分头把关，按照行业规范标准，结合工程实际，严格履行各自职能，相信这一顽疾一定会得到根治。
某地下室外墙板浇捣的混凝土裂缝的原因是：
本工程采用C50高强度的混凝土，水灰比较大，虽然加入了减水剂，但还是未能有效抵消混凝土的收缩变形；另外该地下室墙板的厚度达40mm，因而容易产生较大的内外温差。
产生温度和收缩变形，长墙结构所产生的温度和收缩变形在高度方向是自由的，但在纵向却受到另一结构地下室底板的约束，在长墙承受降温和收缩作用时，必将产生缩短变形，受到底板的约束，引起拉应力，当拉应力超过抗拉强度时便引起开裂，这时裂缝方向永远垂直于拉应力方向，故为竖向。
此外本工程外墙混凝土浇筑后没有严格按要求进行养护。
一般膨胀混凝土淋水养护须7～14d，最少为7d，在混凝土终凝后2d即可开始浇水养护，而混凝土的膨胀值一般要14d才基本稳定。
同时，掺膨胀剂的混凝土，水化时需水量大，比普通砼更要加强养护，覆盖淋水，使其表面始终处于潮湿条件。
由于施工队是第一次施工如此高强度的混凝土，施工经验不足，在混凝土养护上并没有采取有效的措施养护外墙。
天气炎热，混凝土水灰比控制不稳定；混凝土振捣不到位，振捣不够密实，这些也是促使混凝土收缩变形较大，产生裂缝的原因。
此外，本工程采用的是商品混凝土，塌落度大，稍加振捣即出现石子下沉，浆体上浮，时常有较多泌水，随着水分的蒸发，表面会出现塑性收缩裂缝。
在混凝土拌和物中有多余水量，混凝土硬结后，比较容易出现干燥收缩裂缝。
随着施工经验的丰富，现在混凝土裂缝修补的方法有很多：
如表面修补法、灌浆嵌缝封堵法、结构加固法、混凝土置换法、电化学防护法、仿生自愈合法等等，其中灌浆嵌缝封堵法又可分为压力注浆法、开槽填补法和涂膜封闭法三种。
这三种也是目前最常用的混凝土修补方法。
一、低压注浆法
低压注浆法适用于宽度为0.2～0.3mm的混凝土裂缝修补。
修补工序如下：
裂缝清理—粘贴注浆咀和封闭裂缝—试漏—配制注浆液—压力注浆—二次注浆—清理表面。
当裂缝数量较多时，先要在预计要贴的裂缝位置贴上医用白胶布，再用窄毛刷将封缝用浆沿裂缝来回涂刷。
使裂缝封闭，几分钟后，揭去胶布条，露出小缝，粘贴注浆咀用键包严。
固化后周边可能有裂口，必须反复用浆补上，以避免注浆时漏浆。
注浆操作一般在粘咀的第二天进行，若气温高的话半天就可注浆。
操作时先用补缝器吸取注浆液，插入注浆咀，用手推动补缝器活塞，使浆液通过注浆咀压入裂缝，当相邻的咀中流出浆液时，就可以拔出补缝器，堵上铝铆钉。
一般由上往下注浆，水平缝一般从一端向另一端逐个注浆。
为了保证浆液充满，在注浆后约半小时可以对每个注浆咀再次补浆。
二、表面修补法
表面修补法是一种简单、常见的修补方法，它主要适用于稳定和对结构承载能力没有影响的表面裂缝以及深进裂缝的处理。
通常的处理措施是在裂缝的表面涂抹水泥浆、环氧胶泥或在混凝土表面涂刷油漆、沥青等防腐材料，在防护的同时为了防止混凝土受各种作用的影响继续开裂，通常可以采用在裂缝的表面粘贴玻璃纤维布等措施。
涂膜封闭法适用于宽度小于0.2mm的微细裂缝的修补，也可用于混凝土外表面的装饰和防水处理，以及防止混凝土保护层的炭化和有害离子对混凝土的腐蚀。
工序为：
清扫—刮腻子—涂刷底层涂料—涂刷主层涂料—涂罩面层。
采用表面涂膜封闭微细裂缝是裂缝修补的有效方法之一。
以ZV修补胶和水泥为主要材料配制的聚合物水泥浆,是一种性涂料,有良好的施工性能,涂刷时容易成膜,不流淌,涂料与混凝土的粘结强度高,初期干燥抗裂性、耐水性、耐碱性及耐冷热循环性都满足有关标准的要求。
表面封闭法一般用于处理表面的微细裂缝,多采用防水涂料进行表面涂膜处理,达到封闭裂缝和防水作用。
该方法虽然施工简单,但不适合大于0.2mm的裂缝,目前在我国还缺少耐久性和防水性可靠而造价适中的涂膜材料。
三、开槽填补法
沿混凝土裂缝开凿成槽，用聚合物水泥砂浆将其填补封闭的方法称为开槽填补法。
开槽填补法适用于结构允许开槽而宽度较大但数量不多的裂缝，如墩台或路面混凝土的裂缝。
工序为：
开槽—涂刷界面处理浆—压抹聚合物砂浆—养护。
采取掺混凝土修补配制的聚合物修补砂浆修补混凝土裂缝，具有粘结力高，耐久性好等特点。
这三种方法可以单独使用，也可以同时使用。
例如桥梁裂缝的修补可先注浆,在涂膜封闭；而对于路面、墩台的粗大裂缝则采用开槽填补发为宜；为了防止钢筋锈蚀及有害离子的腐蚀，可以采用涂膜防水处理。
四、结构加固法
当裂缝影响到混凝土结构的性能时，就要考虑采取加固法对混凝土结构进行处理。
结构加固中常用的主要有以下几种方法：
加大混凝土结构的截面面积，在构件的角部外包型钢、采用预应力法加固、粘贴钢板加固、增设支点加固以及喷射混凝土补强加固。
五、混凝土置换法
混凝土置换法是处理严重损坏混凝土的一种有效方法，此方法是先将损坏的混凝土剔除，然后再置换入新的混凝土或其他材料。
常用的置换材料有：
普通混凝土或水泥砂浆、聚合物或改性聚合物混凝土或砂浆。
六、电化学防腐
电化学防腐是利用施加电场在介质中的电化学作用，改变混凝土或钢筋混凝土所处的环境状态，钝化钢筋，以达到防腐的目的。
阴极防护法、氯盐提取法、碱性复原法是化学防护法中常用而有效的三种方法。
这种方法的优点是防护方法受环境因素的影响较小，适用钢筋、混凝土的长期防腐，既可用于已裂结构也可用于新建结构。
（1）阴极防护法 灌浆混凝土中,灌浆锈蚀的主要原因是在
混凝土和钢筋界面上,水、空气中的氧气、二氧化碳及氯化物等环境介质的浓度不一致,使得灌浆表面处于活性状态,即容易发生电化学反应。
阴极防护法的原理就是利用外加电场阻止或减弱可以引起钢筋锈蚀的电流。
其中导体面可采用不易腐蚀的可导性网面。
这种方法的主要优点是:
①适合于受氯盐侵蚀较为严重的钢筋混凝土结构,其应用受环境因素的影响较小;②即使混凝土已经出现裂缝也可使用;③可应用于新建结构这对重要工程长期钢筋防腐是很有意义的。
值得注意的是,阴极防腐保护法同时存在一些不利的影响,主要有:
①由于电场的存在,易引起钢筋周围的碱性离子增加,可能导致碱骨料反应而导致混凝土膨胀、开裂;②正极附近的混凝土会因酸性增大而受到损害。
（2）氯盐提取法
（3）碱性复原法
上述二者的工作原理均和阴极防腐保护法相似,即利用施
加电场在介质中的电化学作用,改变混凝土或钢筋混凝土中的
离子分布状态,提高钢筋周围的pH质,钝化钢筋,达到有效防
腐的目的。
电化学防腐是一种新型的处理方法,有着广泛的发展前景。
七、仿生自愈合法
仿生自愈合法是一种新的裂缝处理方法，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。
目前,这种仿生自愈合法还存在许多问题需要解决。
例如,有关修复粘结剂的选择、封入的方法、流出量的调整、释放机理的研究、纤维或胶囊的选择、分布特性、其与混凝土的断裂匹配的相容性、愈合后混凝土耐久性能的改善等问题,研究尚不完全。
解决好这些问题将对自愈合混凝土的发展产生深远的影响。
裂缝是混凝土结构中普遍存在的一种现象，它的出现不仅会降低建筑物的抗渗能力，影响建筑物的使用功能，而且会引起钢筋的锈蚀，混凝土的碳化，降低材料的耐久性，影响建筑物的承载能力，因此要对混凝土裂缝进行认真研究、区别对待，采用合理的方法进行处理，并在施工中采取各种有效的预防措施来预防裂缝的出现和发展，保证建筑物和构件安全、稳定地工作。
结论：
虽然现在混凝土裂缝修补的方法越来越多，效果也越来越好，但与其事后补过还不如事前做好预防工作。
这里有几点预防混凝土裂缝的方案。
⑴设计单位应该提出混凝土施工温度控制的具体要求和混凝土施工养护的基本要求，确定外加剂的品种和掺量，确保混凝土收缩与膨胀相抵消；
⑵混凝土配合比控制要严格，计量要准确，坍落度抽检工作要加强，不能流于形式；
⑶混凝土振捣要密实，拆模后须挂草帘或麻布浇水养护保持湿润状态两天；
⑷施工过程中应经常观察模板的位移和混凝土浇捣的密实情况，不能漏振、过振，且在第一次振捣后要进行第二次振捣；
⑸配置大体积混凝土宜使用低水化热水泥，如矿渣水泥，此外可掺加膨胀剂，同时要采用塑料薄膜和草袋覆盖以确保混凝土内外温差小于25℃；
⑹对于商品混凝土，则要在满足其可泵性、和易性的前提下尽量减小出机时的塌落度、降低砂率、并严格控制骨料的含泥量等。
只要施工人员认真负责，严格按规定要求施工，严把质量关，就能降低混凝土裂缝的产生。
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