罗献金，赵计奎，卓先羽，赵维康 （徐州市新盛投资控股集团有限公司，江苏 徐州 221000）
0 前言
在城市化背景下，建筑工程的质量问题受到越来越多的重视，其中现浇混凝土结构裂缝已演变成常见的质量通病，混凝土裂缝对现浇结构的防水及混凝土自身耐久性都具有较大影响。综上所述，混凝土裂缝控制成为建筑行业亟需解决的重点工作之一。在此背景下，本文通过对常见裂缝分类进行总结，分析其产生原因，并通过对混凝土减缩剂进行相关试验，为后续裂缝发展得到有效控制提供思路。
1 混凝土出现裂缝分类
1.1 按产生原因划分
①结构性裂缝
结构性裂缝对工程主体的影响较大，通常由工程主体的不均匀沉降、外部荷载线性增加及结构设计不合理造成，总结来说，是由于外力作用使结构实际受力形式与原设计发生较大改变造成的裂缝。裂缝呈现一定规律性，裂缝较深较宽，对结构安全具有一定威胁性。
②非结构性裂缝
非结构性裂缝对工程主体较结构性裂缝影响较小，通常与混凝土所处环境具有一定关系，如结构面温差过大、表面未及时养护及混凝土内部干缩变形引起。非结构性裂缝通常由于结构表面或内部材料自身内应力发生改变，导致裂缝，裂缝无明显规律，裂缝较浅较窄，对结构安全影响较小，通过采取防范措施可避免此类裂缝。
1.2 按产生时间划分
①早期裂缝：指从混凝土浇筑到混凝土终凝养护期间因材料或施工方法不合理产生的裂缝。
②后期裂缝：指在建筑物使用过程中，此时距混凝土终凝成型已具有较长时间，出现的新裂缝或在原有早期裂缝基础上，裂缝的延长或者加深。
1.3 按裂缝深度划分
以裂缝深度h与混凝土结构面板厚H之间比例划分如下：
①当h≤0.1H为表面裂缝；
②0.1H＜h＜0.4H为浅层裂缝；
③0.4H≤h＜1.0H为纵深裂缝；
④h=H为贯穿裂缝，应当尽量避免纵深及贯穿性裂缝。
2 混凝土裂缝成因分析
混凝土产生裂缝原因经实践检验总结，原因较多，除混凝土自身材料影响，如细骨料的种类及减缩剂添加量影响外，施工不规范及设计不合理亦会产生混凝土裂缝，总结如下。
2.1 外部荷载作用造成裂缝
混凝土具有良好抗压强度，但其抗拉性能却很差，纵向裂缝是由于内部拉应力超出其抗拉强度，斜向裂缝是由于内部剪应力超出其设计抗剪强度。
2.2 温度应力造成裂缝
产生温度裂缝的原因通常有两种：第一，由于混凝土在设计环境内，通常以多种构件形式组合，如梁、板、柱等，其在多种约束条件下，不能实现其自身的热胀冷缩特性，约束条件使混凝土表面及内部无法实现自由伸缩，进而产生温度裂缝；第二，混凝土在初凝至终凝时间里，及在成型后一周内，由于水泥水化作用，混凝土内部会产生较大的水化热，而对应的快硬早强型水泥，其释放的水化热温度更高，如CA及PC42.5R等，处理不好更容易产生此类裂缝。
2.3 主体及基础不均匀沉降造成裂缝
通常情况下，设计要求建筑物主体下方基础需具备同等能力的承载力，而在现实条件下，由于基础的土质条件不同，压实系数不同，甚至土体下方的岩层分布不同，不同部位对地下水的渗透性能呈现各向异性，因此主体在沉降过程中，由于筏板不同部位受力不同，引起建筑物沉降不均，产生斜向裂缝，多均布于外墙及楼板，呈现明显规律性。
2.4 混凝土塑性收缩造成裂缝
混凝土塑性收缩裂缝通常与混凝土自身配合比、坍落度、所处环境温度、风速等有较大关系。当混凝土中含水率降低或表面失水，会增大混凝土表面产生塑性收缩裂缝的可能性。
2.5 混凝土碳化收缩造成裂缝[2]
当混凝土表面游离态水与空气中CO反应，一方面使混凝土表面水缺失，另一方面使混凝土表面产生CaCO、铝胶、硅胶等物质，且CaCO等表面产物对混凝土具有一定腐蚀作用，因此当空气中CO浓度过高时，呈碱性的混凝土与表面碳酸产物反应，使表面混凝土体积产生碳化收缩，此种裂缝尤其在干湿交替环境下更容易产生。
2.6 混凝土内部碱-骨料反应造成裂缝
混凝土原材水泥中含有大量碱性物质，当其与粗细骨料中SiO发生反应时，形成白色胶体沉淀，使混凝土内部形成裂缝。
3 混凝土裂缝预防措施
混凝土产生裂缝的原因较多，通常从设计、材料及施工三个方面进行预防。
3.1 设计方面避免裂缝措施
①合理设置后浇带
后浇带的设置为混凝土自身的热胀冷缩提供了一定条件，满足了混凝土伸缩需求；且后浇带强度通常高于两测混凝土强度等级，掺入微膨纤维等，可有效减少裂缝产生。
②设置温度钢筋
由于混凝土自身抗拉强度较差，在集中应力部位增加补强钢筋，可以弥补混凝土自身受拉应力影响，进而减少裂缝产生。
③掺入膨胀剂
膨胀剂可以减少混凝土干缩应变，其产生的气泡可以增加拌合水与骨料间粘结性，减少塑性收缩裂缝。
④掺入抗裂纤维
抗裂纤维的使用可以增加混凝土自身韧性，在拌合过程中加入有效的抗裂纤维，可以有效减少裂缝产生。
3.2 材料方面避免裂缝措施
①合理选用细骨料
现阶段由于河砂开采受限，多采用机制砂替代河砂，河砂与机制砂在材料性能方面存在一定差异性，同时与粗骨料、水泥砂浆之间的结合性能存在一定差异，故在细骨料的选用上应适当选择，避免产生混凝土裂缝。
②采用抗拉性能较好水泥
混凝土拌合时应对水泥用量、单位体积用水量严格控制，减小混凝土的坍落度，以防止因水分不足产生的干缩裂缝。
3.3 施工方面避免裂缝措施
①分段施工
跳仓法施工可以有效使混凝土自身伸缩变形得到释放，避免大体积混凝土浇筑，可以有效减少裂缝产生。
②分层浇筑
对于大体积混凝土或板厚过高结构应采用分层浇筑，使混凝土内部水化热可以释放，减少裂缝产生。
4 混凝土裂缝的治理措施
若混凝土裂缝已经产生，应组织建设单位、勘察单位、设计单位、监理单位及施工单位进入现场进行裂缝性质的鉴定，并分析裂缝产生原因，根据裂缝产生的原因，制定合理有效处理措施。常用的处理措施如下。
4.1 表面处理法
针对裂缝宽度较细小的表层裂缝，使用乳液型或溶剂型聚合物涂覆材料进行修补，此方法适用于裂缝宽度小于0.2mm的细微裂缝，在施工前，应将裂缝处基层清理到位，无明显杂质，使用毛刷进行反复清理，使用拌合完成的渗透性防水剂或者聚合物水泥膏进行表面涂刷，裂缝的端部尤其需要反复涂抹，保证处理效果。该种方法处理裂缝成本较低，应避免在低温环境下（10℃以下）施工，渗透性防水剂或者聚合物水泥砂浆耐水性能较好，无毒且不燃，粘结力较好，缺点是该法从表面进行修补，对裂缝内部的空隙未作处理，不能有效抵抗裂缝发展。
4.2 压力注浆法
压力注浆采用化学灌浆材料，如环氧树脂、甲基丙烯酸酯、聚氨酯等，将上述材料注入混凝土裂缝内部，灌浆材料凝结后与混凝土胶结并形成整体，共同受力抵抗荷载，并起到明显防水效果。
4.3 嵌缝填堵法
此法适用于裂缝宽度＞0.5mm裂缝，通常沿裂缝纵向方向切槽，将裂缝处处理呈“V”型凹槽，并将聚氯乙烯胶泥、环氧树脂或聚合物水泥膏填缝处理，补强裂缝处混凝土耐水性及防渗性能。
4.4 碳纤维补强法
适用于混凝土裂缝宽度＞0.5mm裂缝。此法使用结构胶或其他胶合材料将碳纤维粘贴在裂缝处进行处理，因碳纤维的抗拉强度较高，涂覆在混凝土裂缝表面与混凝土自身共同受力时，不易被撕裂或破坏。因碳纤维补强法只是对混凝土表面进行修复，未从裂缝内部进行处理，故此法通常与压力注浆法结合使用，进一步增强对裂缝的修补，增加混凝土结构面的抗渗性能。
5 混凝土外加剂对性能影响试验
混凝土减缩剂的发展，从单一组分的减缩剂到多组分的减缩剂，从单一减缩效果到多功能多效用的减缩剂，混凝土减缩剂的发展从单一减缩作用，到具有保水阻锈等功能，减缩剂的发展一直处于研究之中。本试验采用几种制备常用减缩剂的组分进行试验，欲制备一种具有多功能多官能团减缩剂。
试验所用材料为P·O42.5级水泥、混凝土配制标准砂、聚亚烷基二醇单烷基醚、多元醇、聚丙烯酰胺、膨润土、聚丙烯、马来酸酐双酯及水溶性有机高分子阻锈剂，控制水灰比为1：3，利用上述材料制备三种具有减缩作用的减缩剂，命名依次为SRAⅠ型、SRAⅡ型及SRAⅢ型，其中SRAⅠ型为聚亚烷基二醇单烷基醚、多元醇混合制备，SRAⅡ型为聚丙烯酰胺、膨润土混合制备，SRAⅢ型为聚丙烯、马来酸酐双酯及水溶性有机高分子阻锈剂混合制备。
减缩剂的组分多为表面活性物质，具有引气、减水、减少混凝土干缩及阻锈等功能，其中部分减缩剂组分可能会对混凝土抗压强度产生影响，本试验三种减缩剂掺量均为水泥用量1.7%，并进行三组试块的干缩应变试验、减水率测定试验、抗压强度试验。
按照上述要求制备四组立方体砂浆试块，每组3块，规格均为混凝土试块标准尺寸（150mm×150mm×150mm）。其中三组中掺入SRAⅠ型、SRAⅡ型及SRAⅢ型减缩剂，其中一组为对照组。四组试块经标准养护（温度20±2℃，相对湿度95%以上）后24h后拆模，测定其干缩应变及强度值。
图1 干缩应变及强度随时间变化
图2 干缩应变测定过程
试验结果表明，SRAⅠ型、SRAⅡ型及SRAⅢ型减缩剂对混凝土具有一定的减缩效果，同时又对混凝土的抗压强度及抗折强度具有一定影响，其中，SRAⅠ型对混凝土强度影响较大，3d抗压强度仅达到 10.5Mpa，28d抗压强度达到39.1Mpa；SRAⅡ型对混凝土强度影响较小，对比对照组，3d抗压强度为17.7Mpa，28d抗压强度达到35.9Mpa；在混凝土减缩程度上，SRAⅢ型3d减缩率为 50.3%，SRAⅡ型 3d减缩率为44.3%，SRAⅠ型3d减缩率为28.6%，其中SRAⅢ型对混凝土减缩效果较好，同时保证了混凝土的强度增长。SRAⅢ型首先在强碱性的环境中，其含有的聚丙烯组分大幅降低砂浆中水的表面张力，从而减小混凝土中毛细孔失水时产生的收缩应力；其次是马来酸酐双酯提高了混凝土孔隙水黏度，增强了水在凝聚体中的吸附作用，减小混凝土收缩值；再者水溶性有机高分子阻锈剂可以有效提高混凝土的耐久性及其适用性。
6 结语
综上，针对现浇结构出现的混凝土裂缝，应遵循以下处理步骤。第一，施工之前，应做好混凝土裂缝预防措施，采取有效合理的施工方法，提高混凝土工程施工质量，亦可通过对混凝土原料中加入抗裂纤维、膨胀剂等减少裂缝发展趋势。第二，当出现裂缝，应对混凝土裂缝做好定性分析，做好现场统计工作。第三，对已出现混凝土裂缝，应采取合理有效的处理措施，如压力注浆、碳纤维补强及嵌缝填堵，或是综合方法处理，避免裂缝进一步发展，对结构产生不利影响。第四，现阶段，混凝土原材由于材料开采受限，可通过改善外加剂种类及其配比减少混凝土自身干缩应变，通过利用聚丙烯、马来酸酐双酯及水溶性有机高分子阻锈剂混合制备的SRAⅢ型减缩剂对混凝土减缩具有良好效果。
