混凝土耐久性：裂缝控制与修补技术研究
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本文选自《商品混凝土》杂志2024年第6期
混凝土耐久性：裂缝控制与修补技术研究
霍红利，霍龙，郭聪
［摘要］本文旨在探讨混凝土裂缝控制与修补技术。通过对混凝土裂缝成因的深入分析，本文提出了有效的裂缝控制策略，并详细介绍了多种修补技术的原理、应用及优缺点。通过实例分析，验证了这些技术在提高混凝土耐久性方面的实际效果。本文的研究对于提高混凝土结构的安全性、延长使用寿命具有重要的理论和实践意义。
［关键词］混凝土耐久性；裂缝控制；裂缝修补；结构安全；使用寿命；结构自愈合
引言
混凝土作为建筑行业中广泛使用的材料，其耐久性直接关系到建筑物的安全和使用寿命。然而，由于材料本身的性质、施工条件、环境等多种因素，混凝土在使用过程中往往会出现裂缝问题。裂缝的存在不仅影响混凝土的外观质量，更重要的是会破坏混凝土结构的完整性，导致混凝土耐久性降低。因此，裂缝控制与修补技术的研究对于提高混凝土的耐久性具有重要意义。
近年来，随着科技的不断进步和工程实践的不断积累，混凝土裂缝控制与修补技术得到了长足发展。从设计阶段的预防措施到施工阶段的精细管理，再到使用阶段的定期监测与修补，混凝土裂缝控制技术已经形成了一套相对完善的体系。同时，各种新型的修补材料和技术也不断涌现，为混凝土裂缝的修补提供了更多的选择。
本文将对混凝土裂缝的成因与分类进行深入分析，探讨有效的裂缝控制策略，并详细介绍多种修补技术的原理、应用及优缺点。通过实例分析，验证这些技术在提高混凝土耐久性方面的实际效果。本文的研究旨在为混凝土结构的设计、施工和维护提供有益的参考，为提高混凝土结构的安全性，延长使用寿命做出贡献。
混凝土裂缝的成因与分类
混凝土裂缝是混凝土结构中常见的病害之一，其形成原因复杂多样，了解裂缝的成因与分类，对于有效控制裂缝的产生和发展，提高混凝土结构的耐久性具有重要意义。
1.1裂缝成因分析
混凝土裂缝的成因可以归结为以下几个方面：
）材料因素：混凝土原材料的质量、配合比、添加剂的使用等都会影响混凝土的收缩和徐变性能，从而导致裂缝的产生。
）施工因素：施工过程中，浇筑、振捣、养护等环节的操作不当，以及模板的支撑和拆除不当，都可能导致混凝土内部应力分布不均，进而产生裂缝。
）环境因素：温度、湿度等环境因素的变化会引起混凝土的体积变化，当这种变化受到约束时，就会产生应力，从而导致裂缝的形成。
）设计因素：结构设计不合理，如截面尺寸过小、配筋不当等，也会导致混凝土在受力过程中产生裂缝。
1.2裂缝类型与特征
根据裂缝的形成原因和形态特征，混凝土裂缝可以分为以下几类：
）干缩裂缝：由于混凝土失水干燥引起的收缩变形而产生的裂缝。通常出现在混凝土表面，呈网状或平行线状。
）温度裂缝：由于混凝土内外温差过大，导致混凝土产生温度应力而形成的裂缝。通常出现在大体积混凝土结构中。
）沉降裂缝：由于地基不均匀沉降或结构自重引起的混凝土下沉而产生的裂缝。通常出现在结构的基础部分或底部。
）荷载裂缝：由于结构受到外部荷载作用而产生的裂缝。其形态和位置与荷载分布和结构形式密切相关。
了解各类裂缝的成因和特征，有助于在设计和施工过程中采取相应的预防措施，减少裂缝的产生和发展。同时，对于已经产生的裂缝，也需要根据其类型和成因选择合适的修补方法进行处理。
混凝土裂缝控制策略
有效控制混凝土裂缝的产生和发展，是提高混凝土结构耐久性的关键。这需要在混凝土结构的设计、施工和使用阶段都采取相应的控制措施。
2.1设计阶段的裂缝控制
在设计阶段，裂缝控制主要依赖于合理的结构设计和材料选择。首先，应根据结构的使用功能和受力特点，合理选择结构形式和截面尺寸，避免在应力集中区域出现薄弱环节。其次，应优化混凝土的配合比设计，选用低收缩、低徐变的水泥和骨料，并合理使用掺合料和外加剂，以提高混凝土的抗裂性能。此外，还应充分考虑温度、湿度等环境因素对混凝土的影响，在设计中采取相应的预防措施。
2.2施工阶段的裂缝控制
施工阶段是控制混凝土裂缝产生的重要环节。首先，应严格控制混凝土的浇筑和振捣质量，确保混凝土内部密实、均匀。其次，应加强混凝土的养护工作，及时覆盖保湿，控制温度变化，以减少混凝土的干缩和温度裂缝。此外，还应合理安排施工顺序和进度，避免在混凝土强度未达到要求前过早加载或拆模。
2.3使用阶段的裂缝监测与管理
在混凝土结构使用过程中，应定期进行裂缝的监测和检查。一旦发现裂缝，应及时分析其成因和类型，并采取相应的修补措施。同时，还应加强结构的维护和管理，避免外部荷载和环境因素对混凝土结构造成不利影响。
综上所述，混凝土裂缝的控制需要从设计、施工和使用阶段进行全面考虑。通过合理的结构设计、优质的施工质量和有效的维护管理，可以显著降低混凝土裂缝的产生和发展，提高混凝土结构的耐久性和安全性。
混凝土裂缝修补技术
当混凝土结构出现裂缝时，及时采取有效的修补技术对于防止裂缝扩展、提高结构耐久性至关重要。混凝土裂缝修补技术多种多样，选择适合的修补方法需综合考虑裂缝的类型、成因、宽度、深度以及结构的重要性等因素。
3.1表面修补法
表面修补法是一种简单易行的裂缝修补方法，主要适用于宽度较小、深度较浅的裂缝。该方法通过将修补材料涂抹于裂缝表面，封闭裂缝并恢复结构的外观。常用的修补材料包括水泥浆、环氧树脂等。表面修补法施工方便、成本较低，但修补效果相对有限，主要用于非重要结构的裂缝处理。
3.2压力注浆法
压力注浆法是一种利用注浆设备将修补材料在压力作用下注入裂缝内部的方法。该方法能够确保修补材料充分填充裂缝，提高修补质量。注浆材料的选择应根据裂缝的成因、宽度和深度等因素确定，常用的注浆材料包括水泥浆、聚合物浆等。压力注浆法适用于宽度较大、深度较深的裂缝处理，不过由于压力注浆法是通过向裂缝中注入浆料，虽然可以有效地填补裂缝，增强结构的整体性和稳定性，就像给伤口打上一针，让伤口逐渐愈合，恢复原来的功能。但是，注浆法也可能对结构产生一些不利影响，比如在注浆过程中，如果注浆压力控制不当，可能会对结构造成二次损伤，甚至导致结构破坏。这就像给伤口打针时，如果用力过猛，反而会让伤口变得更糟。因此，注浆时需要根据具体情况，严格控制注浆压力，确保不会对结构造成损伤。此外，注浆材料的选择和施工质量也对结构的影响至关重要。如果选择不当或施工质量不佳，可能会导致注浆效果不理想，甚至引发新的问题。这就像选择药品和医生一样，都需要慎重考虑，确保能够得到最好的治疗效果。
总的来说，裂缝修补压力注浆法对结构的影响是复杂的，既有积极的一面，也有需要注意的问题。在实际应用中，需要综合考虑各种因素，制定合理的施工方案，确保注浆法能够有效地修复裂缝，增强结构的稳定性和安全性。
3.3粘贴钢板法
粘贴钢板法是一种通过将钢板粘贴于裂缝部位，利用钢板与混凝土之间的粘结力来增强结构整体性的修补方法。这种方法适用于裂缝宽度较大、对结构整体性要求较高的情况。在操作过程中，首先需要对裂缝进行清理和打磨，然后涂抹专用的粘结剂，最后将钢板粘贴在裂缝处，并施加适当的压力以确保粘结紧密。粘贴钢板法具有施工简便、效果显著的特点，但成本相对较高，且对钢板和粘结剂的质量要求较高，如果施工不当或者粘结剂选择不合适，可能会导致加固效果不佳甚至失效。
总之，粘贴钢板法对裂缝控制的影响是积极的，能够有效地提升结构的稳定性和安全性。但在实际应用中，也需要注意施工质量和材料选择，确保加固效果的可靠性和持久性。
3.4增设钢筋法
增设钢筋法是一种通过在裂缝部位增设钢筋来增强结构承载能力的修补方法。这种方法适用于裂缝较宽、结构受力较大的情况。在操作过程中，需要根据裂缝的位置和宽度确定增设钢筋的数量和布置方式，然后进行钻孔、清孔、植筋等步骤。增设钢筋法可以有效提高结构的整体性和承载能力，但施工较为复杂，且对钻孔和植筋技术的要求较高。
对于上述几种修补技术的选择上，需要综合考虑裂缝的类型、成因、宽度、深度以及结构的重要性等因素。同时，还需要注意修补材料的选择和施工质量的控制，以确保修补效果达到设计要求。
3.5结构自愈合系统材料裂缝控制法
结构自愈合防水材料对裂缝的有效控制体现在其独特的科技原理和材料特性上。
这种材料是以特种水泥、石英砂等为基料，掺入活性化学物质、催化剂和渗透促进剂制成的灰色粉末状防水材料，它能够通过渗透结晶的方式提高混凝土的密实度和早期抗拉强度，进而增强其抗裂、防裂以及抗渗的能力。这种自愈合特性使得混凝土中的裂缝能够自我修复，显著提高混凝土的耐久性和使用寿命。
结构自愈合防水材料对裂缝的控制主要依赖于其内部的自愈合机制。当建筑物出现裂缝时，这种材料能够迅速响应，通过释放预埋在材料中的修复剂或利用材料自身的化学反应，形成新的防水层，有效地阻止水分的渗透。
此外，结构自愈合防水材料还具有其他一些显著的优点，如不影响混凝土的呼吸，不怕植物根系穿刺，无毒、无公害，防化学腐蚀，耐高低温，抗冻融循环，防氯离子和碱骨料对混凝土的破坏等。这些特性都使得结构自愈合防水材料在裂缝控制方面表现出色。
在实际应用中，结构自愈合防水材料可以应用于各种需要防水和裂缝控制的场景，如地下室、隧道、桥梁等。其施工方法简单易行，在迎水面、背水面均可施工，且综合成本较低。
综上所述，结构自愈合防水材料通过其独特的科技原理和材料特性，可以有效地控制裂缝的产生和发展，提高混凝土结构的耐久性和安全性。
除了以上介绍的修补技术外，随着科技的进步和工程实践的发展，不断涌现出新的裂缝修补技术和材料。因此，在实际工程中，应根据具体情况选择最适合的修补方法，并不断探索和创新，以提高混凝土结构的耐久性和安全性。
此外，裂缝修补并不是一劳永逸的，定期对修补部位进行检查和维护也是非常重要的。通过定期检查，可以及时发现并处理新出现的裂缝或修补部位的损坏情况，确保结构的长期安全稳定。
混凝土裂缝修补技术是一个复杂而重要的领域，通过合理选择修补方法、严格控制施工质量以及加强后期维护管理，可以有效地提高混凝土结构的耐久性和安全性，为工程的长期使用奠定坚实的基础。
实例分析与效果评估
4.1工程实例介绍
北京市顺义区某保障性住房地下室渗漏水维修项目，海川专业团队于202120日针对本项目地下车库的渗漏情况进行了现场勘查，发现地下室渗漏主要集中在-2层南墙，-2层北墙也存在个别阴湿范围。
-2层南墙约2m高（暗梁下方）位置的水平施工缝渗漏；
-2层南墙、北墙竖向的裂缝渗漏；
-2层南墙拉杆螺栓孔眼渗漏；
-2层南墙与地面之间墙角渗漏。
现场渗漏情况见图
此前，大部分渗漏部位已在室内（背水面）采用钻孔注射聚氨酯发泡堵漏处理过，但仍存在不同程度渗漏阴湿问题。鉴于本项目处于地下水位较高的地段，且由于降雨较多，-2层埋深约-6m左右，地下水位较高，水压较大，外侧防水卷材遭受破坏，并在卷材与混凝土结构之间形成了串水的问题，导致水从混凝土结构上的裂缝、施工缝、疏松及穿墙拉杆螺栓等薄弱部位渗漏到室内，形成不同程度的渗漏问题。
考虑到此部位的渗漏问题无法从室外开挖修补卷材防水层，维修工作只能在室内（背水面）对混凝土结构的薄弱渗漏部位进行处理。建议采用北京海川HC结构自愈合防水系统材料进行修复，以实现混凝土结构密实化，达到长期耐久的自防水效果。在维修的过程中，建议在室外维持对混凝土结构的浸水状态，以使得所以潜在渗漏缺陷暴露无遗，尽并在维修完成后，实现结构自防水的功能。
南墙维修及处理后的效果照片见图和图
4.2修补技术应用及效果
4.2.1处理方案
根据现场情况及结合选用的防水产品性能，采用HC结构自愈合防水系统材料，对混凝土结构本身进行维修，使结构自身达到耐久的防水效果。具体维修处理（背水面处理）方案如下：
（1）混凝土表面渗漏的裂缝、施工缝或穿墙拉杆螺栓防水加强处理。
1）基面处理：对地下室外墙渗漏范围的混凝土表面砂浆层、装饰层剔凿铲除至混凝土结构表面，在混凝土结构表面找到确切的渗漏位置，对渗漏裂缝、施工缝进行剔凿、开槽，形成宽约4cm，深约4cm型凹槽，若有疏松的混凝土需剔凿至坚实混凝土表面。渗漏穿墙拉杆螺栓周围需剔凿直径约5cm，深约4cm的凹槽，将螺栓钢筋切除于凹槽内。（若有原化学注浆嘴位置需将注浆嘴剔凿，拔除，清理干净。）
）填补HC结构自愈合防水材料：高压水枪或高压喷壶冲洗清理凹槽后，在凹槽内涂刷一层HC结构自愈合防水涂料HC-S，待干燥1020分钟后，采用HC结构自愈合防水胶泥HC-T30泥团填补按压在凹槽内，约填补凹槽深度的1/2，将明水止住，确认无渗漏后，再用HC-T30结构自愈合防水胶泥泥团按压在槽内将凹槽填满，并压实（含拉杆螺栓孔及原化学注浆嘴拔除孔），用料约4kg/m
对混凝土表面裂缝、施工缝或穿墙拉杆螺栓防水的处理显示图分别见图4和图5。
）混凝土表面涂刷 HC 结构自愈合防水材料渗透密实处理
）基面处理：对填补完HC-T30材料的裂缝两侧各20cm宽范围内的混凝土表面进行打磨，并用高压水枪或高压喷壶冲洗清理表面。
）涂刷HC-S结构自愈合防水材料：高压水枪或高压喷壶清理混凝土表面后，涂刷结构自愈合防水涂料HC-S两遍，每层用料约0.75kg/m，综合约1.5kg/ m
）养护：待涂层干燥后，每天喷水养护次，持续天（具体根据现场湿度情况调整）。
4.3效果评估
经过两个雨季的考验，该项目使用结构自愈合防水材料处理过的部位没有继续出现渗漏水的情况。结构自愈合防水材料是一种新型的建筑材料，其主要特点是能够在出现裂缝或破损后，通过自身的化学反应或物理变化，实现对裂缝或破损部位的修复，从而达到防水的效果。以下是对其效果的评估：
）防水性能：结构自愈合防水材料具有良好的防水性能，能有效防止水份的渗透，保护建筑物的结构安全。
）自愈合性能：当材料出现裂缝或破损时，能够自动进行修复，避免了传统防水材料需要人工修复的问题，节省了维修成本。
）耐久性：由于其自愈合的特性，使得其具有较长的使用寿命，减少了更换频率，降低了维护成本。
）环保性：大部分结构自愈合防水材料都是环保材料，对环境影响小。
）经济效益：虽然其初期投入成本相对较高，但由于其长期的防水效果和自愈合性能，使得其长期使用下来的总体成本较低。
）施工便利性：大部分结构自愈合防水材料施工简便，无需专业施工队伍，降低了施工难度和成本。
总的来说，结构自愈合防水材料在裂缝处理方面其优异的防水性能、自愈合性能、耐久性、环保性和经济效益等方面都表现出良好的效果，是一种理想的建筑材料。
总结与展望
混凝土裂缝问题一直是土木工程中关注的重点。本文详细阐述了混凝土裂缝的成因、类型、控制措施以及修补技术，从设计、施工到使用阶段，都提出了相应的裂缝控制策略，并对各种修补技术进行了深入的探讨。
随着科技的进步和工程实践的发展，混凝土裂缝控制技术也在不断更新和完善。未来，我们可以期待更多的新技术、新材料和新方法应用于混凝土裂缝控制领域，以进一步提高混凝土结构的耐久性和安全性。
同时，随着智能化、信息化技术的快速发展，将现代科技手段应用于混凝土裂缝监测与预警也是未来的研究方向之一。通过实时监测混凝土结构的裂缝发展情况，可以及时发现并处理裂缝问题，从而避免结构性能的进一步恶化。
此外，混凝土裂缝的形成与发展往往与环境因素密切相关。因此，研究环境因素对混凝土裂缝的影响及其控制策略，也是未来研究的重要方向之一。
总之，混凝土裂缝控制是一个长期而复杂的过程，需要我们在实践中不断探索和创新。通过综合运用各种控制措施和修补技术，可以有效地提高混凝土结构的耐久性和安全性，为土木工程事业的可持续发展做出贡献。
以上是本文的总结与展望部分。通过本文的阐述，相信读者对混凝土裂缝问题有了更深入的了解和认识。同时，也希望通过本文的探讨，能够引发更多关于混凝土裂缝控制技术的研究和思考。
供稿人：霍红利，霍龙，郭聪
编辑员：李海亮
审核人：孙继成，宁夏
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2025第二十一届全国商品混凝土可持续发展论坛暨2025中国商品混凝土年会
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混凝土技术发展中心（以下简称“中心”）隶属建筑材料工业技术情报研究所，主要职能是跟踪分析和研究国内外混凝土行业科技前沿动态，为全国混凝土行业开展技术服务工作，包括出版技术期刊、研究制定标准、开展技术咨询、举办技术会议、承担行业培训、从事认证评价和开发研究等，中心是建材情报所主要业务部门之一。中心拥有员工10人，其中博士3人，正高职称3人，副高职称4人。中心挂靠的行业协会分支机构包括中国散装水泥推广发展协会混凝土专业委员会、中国散装水泥推广发展协会预制建筑产业专业委员会、中国砂石协会建筑固废利用分会、建筑材料工业技术情报研究所双碳研究中心。依托中心成立的平台有预拌混凝土质量追溯公共服务平台、混凝土行业数字化服务平台、中国商品混凝土行业企业专家委员会（拥有200余名行业一线专家）、北京砼享未来工程技术研究院（会员制技术和管理服务）。
中心每年参与多个混凝土技术咨询和技术服务项目，包括雄安新区混凝土项目咨询、河北省多个高速公路高性能混凝土技术咨询、固废基胶凝材料和再生复合掺合料研发和制备技术，以及数十个混凝土企业的技术服务工作。开展预拌混凝土绿色产品认证和科技成果评价工作。
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