混凝土裂缝检测与修补技术
2015-06-23
1.前言
发现混凝土裂缝后应首先对裂缝的长度、宽度、形状、部位进行检测，根据检测结果判别是否有害裂缝，并认真分析原因，最后结合原因采取可行的修补措施，使得混凝土能够具有设计要求的承载能力，消除质量隐患、恢复使用功能。
2.混凝土裂缝的成因、表现和分类
2.1裂缝成因
混凝土产生裂缝的原因一般是原材料选配不当或级配不良，如：水泥安定性不良或品种选用不当，砂过细，骨料级配不当；混凝土搅拌时间过短，振捣不良，浇筑速度过快，钢筋设置不合理；使用中构件承受的荷载不均匀或超出设计要求，造成裂缝；气候过热或过冷，造成温度应力使得混凝土开裂或受到化学侵蚀、地震等影响开裂。
2.2裂缝表现和分类
混凝土结构的裂缝，按其成因可分为结构性裂缝和非结构性裂缝，按其表现形式可划分为静止裂缝、活动裂缝和尚在发展的裂缝。
（1）结构性裂缝：由外荷载引起的裂缝，其分布及宽度与外荷载有关。这种裂缝出现，预示着结构承载力可能不足或者存在其它严重问题。
（2）非结构性裂缝：由变形引起的裂缝，如温度变化、混凝土收缩等因素引起的裂缝。这种裂缝对结构的承载能力影响较小。
（3）静止裂缝：形态、尺寸和数量已稳定不再发展的裂缝。
（4）活动裂缝：宽度在现有环境和工作条件下始终不能稳定、易随着结构构件的受力、变形或环境温度、湿度变化而时张、时闭的裂缝。
（5）尚在发展的裂缝：长度、宽度和数量尚在发展，但经历一段时间后发展将会终止的裂缝。
裂缝按照宽度可分为微裂缝（宽度小于0.05mm）和宏观裂缝。宏观裂缝又可分为：温度裂缝、荷载裂缝、变形裂缝。一般微裂缝不影响结构使用，我们所说的裂缝一般是指宏观裂缝。
3.裂缝检测
3.1裂缝长度检测
一般以裂缝两端的实际走向长度定为裂缝长度，可用钢尺丈量检测。
3.2裂缝宽度检测
一般以裂缝最宽处的尺寸作为裂缝宽度，可用钢尺、裂缝卡、裂缝读数放大镜逐条测量。
3.3裂缝深度检测
一般以构件表面至构件未裂部位的距离尺寸作为裂缝深度，可由钻芯取样法、超声波法（含地质雷达法）和灌注彩色液体法进行检测。
3.4裂缝发展检测
混凝土结构裂缝的发展，通过检测裂缝的数量增加，裂缝长度、宽度和深度的增大，确定裂缝的发展。
3.5裂缝长度变化监测
在已观察裂缝两端，划线作为裂缝的端点，并在旁边记上观测日期，定期进行观察，查看裂缝是否伸出端点，若伸出，表明裂缝长度在伸长变化。
3.6裂缝宽度变化监测
在已观察裂缝最宽的部位做上记号并粘贴玻璃条（3mm厚）或安装百分表支座，定期观察，若玻璃条被拉断或百分表读数显示裂缝宽度增大，则表明裂缝宽度增大变化。
4.裂缝修补
4.1裂缝修补的作用
（1）抵御诱发钢筋锈蚀的介质侵入，延长结构使用寿命；
（2）通过对混凝土补强保持结构、构件的完整性；
（3）恢复结构的使用功能，提高其防水、防渗能力；
（4）消除裂缝对人们形成的心理压力；
（5）改善结构外观。
4.2裂缝修补原则
4.2.1 规范原则
（1）可靠性鉴定确认必须修补的裂缝，应根据裂缝的种类进行修补设计，确定修补材料、修补方法和时间。
（2）混凝土结构因承载力不足引起的裂缝，除按规范规定的适用修补方法进行修补外，还应采用适当的加固方法对结构进行补强和加固。
4.2.2技术原则
（1）静止裂缝：可即时进行修补；依据裂缝粗细和干湿环境选择修补材料和修补方法。
（2）活动裂缝：修补时，应先消除其成因，并观察一段时间，确认已稳定后，再按静止裂缝的处理方法进行修补；对于不能完全消除成因的裂缝，但确认对结构、构件的安全性不构成危害时，可使用具有弹性和柔韧性的材料进行修补。
（3）尚在发展的裂缝：不可即时进行修补；应待裂缝停止发展后再进行适应方法的修补或加固。
4.3裂缝修补方法
规范规定且工程常用的4种裂缝修补方法如表1所示。根据工程需要，4种裂缝修补方法可组合使用，以求达到最好的修补效果。
4.4裂缝修补材料
4.4.1 裂缝灌缝胶（注射剂）材料
裂缝灌缝胶（注射剂）材料主要采用改性环氧树脂、改性丙稀酸树脂和改性聚氨酯类材料制成。
4.4.2 裂缝注浆材料
聚合物水泥浆的聚合物材料有天然或合成橡胶浆、热塑性或热固性聚合物树脂（主要为不饱和聚酯树脂和环氧树脂等）及水溶性聚合物（包括纤维素衍生物─基甲纤维素（MC）、聚乙烯醇（PVA）、聚丙烯盐─聚丙烯酸钙和糠醇等）。其掺入量为水泥质量的5～25％。
4.4.3 裂缝封闭材料
（1）裂缝一般封闭主要采用环氧树脂材料；
（2）裂缝表面封护增强材料，主要采用E型和S型GF布、CF布及其配套的胶粘剂。
4.4.4 活动裂缝修补材料
（1）主要采用无流动性的有机硅酮、聚硫橡胶、改性丙烯酸酯、聚氨酯等柔性的嵌缝密封胶类修补材料。
（2）活动裂缝修补材料还可用于混凝土与其它材料接缝界面干脆性裂隙的封堵。
4.4.5 潮湿环境裂缝修补材料
（1）含水率＞8％的混凝土构件，裂缝修补材料应选用能在水中固化的亲水型环氧树脂类材料制成的封缝胶、灌缝胶、注浆料及粘贴纤维布的配套胶；
（2）含水率＞8％的混凝土构件，有条件干燥使其含水率下降时，可选用一般的通用型环氧树脂类材料制成的裂缝修补材料。
4.5裂缝修补施工技术
4.5.1表面封闭施工技术
4.5.1.1涂刷树脂胶液表面封闭施工技术
（1）先对裂缝封闭范围的混凝土表面采用手提砂轮机打磨除去表层污渍，打磨范围应超出裂缝四周各200mm，打磨至露出混凝土新面，经检查合格后，再用吹风机或空压机吹风清洁，并用丙酮涂刷或擦拭进一步清洁裂缝封闭范围的混凝土表面。
（2）按照设计或产品说明书要求配兑环氧树脂封缝胶，用毛刷或胶辊粘胶涂刷于要求裂缝封闭的混凝土表面。封缝胶应分两次纵横向涂刷，后次纵向（或横向）涂刷应在前次横向（或纵向）涂刷胶液成膜并指触干燥时进行。每次涂刷应细密重迭和均匀，保证涂刷胶液不流淌或流淌后应即时补刷，胶液固化后胶膜均匀、密实封闭裂缝。
4.5.1.2 刮涂树脂胶泥表面封闭施工技术
（1）先对裂缝封闭范围的混凝土表面打磨除去表层污渍，打磨范围应超出裂缝四周各200mm，打磨至露出混凝土新面为止，然后吹风清洁和用丙酮擦拭清洁干净混凝土表面。
（2）按照设计要求配制环氧树脂胶泥，每次配兑的胶泥数量以1小时内能刮涂施工完毕为宜，配好的胶泥的黏稠度，应既便于施工，又能保证工程质量。
（3）采用灰刀和刮板将胶泥均匀、密实地刮涂和抹压在裂缝封闭范围的混凝土表面，胶泥应纵横向刮涂和反复抹压，刮涂、抹压次数不小于3次；第一次刮涂、抹压的方向应垂直于裂缝走向，使尽可能多的胶泥抹压进入裂缝内部，并与混凝土粘接牢固；胶泥固化（硬化）后膜层应密实和均匀，无裂缝和孔洞。
（4）封缝胶泥硬化后，构件表面应打磨平顺。
4.5.1.3 粘贴纤维布表面封闭施工技术
（1）先对裂缝封闭范围的混凝土表面打磨除去污渍表层并使打磨后的混凝土新面坚实、平顺，打磨范围应超出裂缝四周各250mm，然后吹风清洁和用丙酮擦拭清洁干净混凝土表面。
（2）按粘贴纤维布加固混凝土结构的技术要求，先涂刷高强度、低粘度的底胶，并使底胶尽可能多地渗入裂缝中，凝胶后再用找平胶配兑胶泥修补整平封闭范围的混凝土表面，凝胶后再一次打磨平顺并吹风清洁干净。
（3）选择GF布或及与其配套的浸渍胶，将纤维布粘贴于裂缝封闭范围的混凝土表面，要求纤维方向垂直于裂缝走向，纤维布与混凝土应密贴并张紧，纤维布超出裂缝四周每边均不少于200mm，纤维布自身搭接长度不小于100mm。
（4）纤维布粘贴完毕后应在其表面再涂刷一遍浸渍胶，并洒布一层石英砂，便于纤维布固化后在其上涂抹水泥浆或灰浆等其它饰面层，自检合格后报工程监理和质监单位检查验收。
4.5.2 灌缝胶注射修补施工技术
（1）骑缝打磨裂缝范围的混凝土表面并吹风清洁干净，打磨范围应超出裂缝四周各50～100mm。
（2）骑缝粘贴固定专用注射器的BC基座，要求基座中心对准裂缝中心，基座间距一般为200～400mm（即每延米裂缝粘贴3～6个），基座间裂缝表面刮涂环氧树脂胶泥或粘贴GF布进行严密封闭防止压注时灌缝胶从基座间裂缝中溢出。
（3）按设计要求和产品说明书要求配兑干燥型或潮湿型灌缝胶，每次配兑的灌缝胶数量以一次压注完胶液不在注射器内发热、变稠和凝胶为限，做到专人配兑、专人检核、称量准确、搅拌充分、即配即用。
（4）先将灌缝胶吸入注射器并用活动卡条固定，再将注射器装入BC基座拧紧固定，全部注射器安装完毕后松开固定卡条，使灌缝胶在注射器配套专用压力筋作用下低速低压连续自动地将灌缝胶源源不断地压入裂缝深处，一个注射器的灌缝胶注射完毕，立即换上另一个预先吸满灌缝胶的注射器继续压注，直至裂缝完全灌满为止。
（5）灌缝胶固化8小时后撤除注射器，剔除封缝胶泥或封缝GF布，用手提砂轮机打磨平顺并吹风清洁干净，自检后报工程监理和质监单位检查验收。
4.5.3 压力注浆修补施工技术
（1）注浆孔分为直接在裂缝表面固定注浆嘴（适用于一般结构缝深≤1.2m的裂缝）和钻孔埋管两种。钻孔埋管方式又分为骑缝孔（适用于缝深1～2m的裂缝）和穿缝斜孔（适用于深层裂缝）两种。
（2）钻孔埋管方式如图三所示，钻孔的孔径为Φ20，孔深为100～150mm，孔距为800～1000mm，为避免钻孔底部偏离缝面，管底距孔底要保留1/3孔深距离，即灌浆管仅埋入孔深的2/3左右，并防止砂浆堵孔。
（3）注浆嘴设置间距一般为200～500mm，应设置在裂缝交叉点，裂缝较宽处和端部；注浆嘴或埋管固定好后，其间裂缝用环氧树脂胶泥或GF布进行封缝。
（4）进行压浆设备的适用性检查和试压，保证其流动度和适应性，试压在封缝胶泥或GF布固化后进行。若试压气压达到0.5MPa时某注浆嘴仍不通气，则说明该部位与其它压浆嘴未连通，应重新埋设注浆嘴，并缩短注浆嘴的间距；若封缝处肥皂水鼓泡，则说明该处漏气，封缝不严密，应重新封缝。在压气检测中应注意吹净缝内及孔内灰尘及粉末。
（5）按照设计要求试配小批量注浆料送监理和质监单位试验检测合格后，正式配兑大批量注浆料，按设计压力对各压浆嘴逐个进行压浆。竖向裂缝压浆时，应按从下向上顺序进行；对板面贯穿性裂缝，宜从下向上注浆。
（6）注浆过程中出现下列标志之一者，均表明裂缝处注浆饱满，可转入下一个注浆嘴继续注射，直至整条裂缝注满为止：
1）在注浆压力下，上部注浆嘴有浆液流出，应及时以胶泥或堵头堵孔封闭上部注浆嘴，并维持原工作压力1～2min；
2）当存留在注浆器中的浆液（不得发热、变稠）5min内未见注入，或吸浆率小于0.05L/min；
（7）裂缝内的注浆料全部凝固后，撤除压浆嘴，剔除封缝胶泥或GF布并打磨平顺、吹风清洁干净。
（8）深层裂缝注浆，一般情况下骑缝孔和穿缝斜孔两种钻孔并用。此时，骑缝孔先作排水、排气用，待穿缝斜孔灌浆后，再灌骑缝孔。
4.5.4 填充密封修补施工技术
（1）沿裂缝走向按设计和规范规定的剖面尺寸骑缝凿槽或切槽，凿槽或切槽应延伸过裂缝末端，槽的端头应做成弧形，以避免该处应力集中。凿槽或切槽完成后，应吹风清洁干净。
（2）当设置隔离层时，槽底隔离材料应采用不吸潮膨胀、且不与弹性密封材料及结构材料相互发生反应的材料，隔离材料应紧贴槽底。
（3）采用图五的构造来处理活动裂缝或尚在发展的裂缝时，填入槽中的弹性密封材料宜低于构件表面高度。
（4）采用微膨胀水泥砂浆、聚合物砂浆或细石混凝土填缝时，先用水润湿槽内壁及周边，然后再填入灌缝材料，表面抹压平整后，注意养护，以免表面出现裂缝
（5）采用改性环氧树脂或弹性填缝材料填缝时，填实后应粘贴GF布或CF布等增强纤维布封闭其表面，保护填缝料不压坏和碎裂溢出。
5. 裂缝修补质量控制
5.1 材料质量控制
（1）裂缝注射、注浆修补材料的质量应符合相关规范和标准规定的性能指标，其它材料的质量性能应满足相关技术规范、标准的要求。
（2）裂缝修补材料应有产品合格证和质量检验报告，产品合格证应有出厂日期、数量、规格、保质期，严禁使用过期及无合格证的材料；质量检验报告应由有检测资质的单位出具，并能反映出是该批材料的质量指标。
（3）裂缝修补材料进场后，应按规定及时进行见证抽样复检，复检不合格的材料不准使用，检验合格批准进场使用的材料，应在干燥、清洁、远离高温的环境下存放，并具有明显的标识。
（4）封缝胶、灌缝胶、注浆料和填缝料应由专人配制，配比及称量应由第二人检验复核，并应有每次配料的称量记录，以便出现问题时查找原因。
5.2 施工质量控制
（1）裂缝修补实行全程质量控制，施工现场管理有相应的施工技术标准、健全的质量管理体系、施工质量控制和检验制度，使建设单位、监理单位和施工单位人员有章可循。
（2）裂缝修补施工，应根据设计和相关标准、规范、规程要求，结合工程内容和施工环境制定切实可行的施工组织设计和施工技术方案。对涉及结构安全和人员安全的内容，应有明确的规定和相应的措施。
（3）施工单位严格按照有关施工技术标准和经审批的施工组织设计、施工技术方案进行施工，并有完整的施工记录和质检记录；每道工序完成应按规定检查验收，检验合格方可转入下道工序施工。
（4）裂缝修补施工环境的温度，应满足设计和规范要求，并避免在烈日、雨雪、风沙天气条件下施工，以减少环境对质量的不利影响。
5.3 施工质量检验
（1）对影响结构、构件承载力的裂缝（结构性裂缝）修补后，必须进行检测确定修补质量满足设计要求。
（2）裂缝表面封闭修补后，封缝胶膜、胶泥层和纤维布应均匀、平整、不出现裂缝、孔洞和脱落，粘贴纤维布的宽度允许偏差为-3～+5mm，长度允许偏差为-5～+10mm，中心线允许偏差为±5mm。
（3）裂缝注射灌缝胶修补后，固化期达到7d时，可采用取芯法检验压注修补质量，芯样检验采用劈裂抗拉强度测定方法。检验结果符合下列条件之一时为符合设计要求：
1）沿裂缝方向施加的劈力，其破坏应发生在混凝土部分（即内聚破坏）；
2）破坏虽有部分发生在界面上，但其破坏面积不大于破坏总面积的15％。
（4）裂缝压力注浆法修补后，可采用超声波法进行检测，并与压浆前的超声检测结果对比（前后波形变化）确定压浆修补效果。
（5）裂缝填充密封修补后，不仅要检验表面纤维布封闭保护效果，还要检查隔离层，填充料施工的隐蔽工程验收记录，综合评定裂缝修补质量。
