摘要：受各種因素影響，混凝土在使用過程中容易出現(xiàn)各種類型的裂縫，如果裂縫不及時(shí)修補(bǔ)，將對(duì)混凝土強(qiáng)度及耐久性產(chǎn)生影響，進(jìn)而威脅工程的安全性和可靠性。近年來，混凝土裂縫修補(bǔ)材料、技術(shù)、監(jiān)測(cè)等方面得到較快發(fā)展，并在工程中得到較好應(yīng)用。對(duì)裂縫修補(bǔ)材料、技術(shù)、監(jiān)測(cè)等方面進(jìn)行總結(jié)歸納，分析其工作原理、應(yīng)用條件、優(yōu)缺點(diǎn)以及應(yīng)用案例，為混凝土裂縫修補(bǔ)及監(jiān)測(cè)技術(shù)的研究提供參考。

關(guān)鍵詞：混凝土;裂縫修補(bǔ);裂縫監(jiān)測(cè);灌漿材料;自修復(fù)

混凝土具有價(jià)格低廉、就地取材、性能優(yōu)異等優(yōu)勢(shì)，在基礎(chǔ)建設(shè)中發(fā)揮著重要作用［1］。然而，因?yàn)榛炷翆?duì)拉力的承受能力較弱，使用時(shí)很容易出現(xiàn)多種形式的裂痕。有很多因素可能導(dǎo)致混凝土裂痕，如混凝土原材料質(zhì)量不過關(guān)，使得混凝土結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度低于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致其穩(wěn)定性下降，引發(fā)結(jié)構(gòu)性裂痕。在混凝土施工方面，由于環(huán)境溫差變化大、混凝土內(nèi)外溫差大以及養(yǎng)護(hù)不及時(shí)等原因，都會(huì)導(dǎo)致混凝土收縮裂縫的出現(xiàn)。在混凝土荷載方面，荷載過大、不均勻沉降、鋼筋和混凝土膨脹特性差異等情況，也會(huì)導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生裂縫［2］。如果混凝土裂縫不及時(shí)修補(bǔ)，會(huì)使水分、氯離子、硫酸根離子侵蝕物質(zhì)進(jìn)入混凝土內(nèi)部，對(duì)混凝土耐久性產(chǎn)生影響［3］。裂縫對(duì)混凝土的危害主要表現(xiàn)在安全性和耐久性兩個(gè)方面。裂痕會(huì)誘發(fā)鋼筋生銹，對(duì)混凝土形成拉力，進(jìn)一步導(dǎo)致鋼筋防護(hù)層產(chǎn)生裂痕。同時(shí)，裂縫可加速混凝土炭化，造成混凝土結(jié)構(gòu)破壞。裂縫還會(huì)降低結(jié)構(gòu)抗?jié)B性，降低混凝土的抗凍性能。

近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，混凝土裂縫修補(bǔ)材料、技術(shù)、監(jiān)測(cè)等方面也得到較快發(fā)展，并在工程中得到良好應(yīng)用。本文將從裂縫修補(bǔ)材料、技術(shù)、監(jiān)測(cè)等方面，對(duì)其進(jìn)行總結(jié)歸納，分析其工作原理、應(yīng)用條件、優(yōu)缺點(diǎn)以及應(yīng)用案例，為混凝土裂縫修補(bǔ)及監(jiān)測(cè)技術(shù)的研究提供參考。

1裂縫類型

根據(jù)混凝土所承受的力的不同，混凝土裂縫分為結(jié)構(gòu)性裂縫和非結(jié)構(gòu)性裂縫［3］。結(jié)構(gòu)性裂縫主要分為彎曲裂縫、剪切裂縫、扭轉(zhuǎn)裂縫和拼接裂縫。非結(jié)構(gòu)性裂縫主要分為收縮裂縫、溫度變形裂縫、鋼筋銹蝕裂縫和凍脹裂縫。

2裂縫修補(bǔ)材料

水工混凝土缺陷處理與防護(hù)技術(shù)的研究比建筑行業(yè)開展得晚，但近年來發(fā)展速度很快，其技術(shù)也日漸成熟。在修補(bǔ)材料的研究方面，最早的混凝土裂縫修補(bǔ)材料主要應(yīng)用于建筑和路橋行業(yè)，隨著水利行業(yè)的不斷發(fā)展，尤其大體積混凝土在水工建筑物上的使用，國(guó)內(nèi)外學(xué)者開始研究適合水工混凝土使用環(huán)境特點(diǎn)的缺陷修補(bǔ)材料，以滿足水利工程需要。

2.1表面封閉修補(bǔ)材料

對(duì)于寬度不超過0.2 mm的裂縫，處理方案應(yīng)使用水泥基的滲透結(jié)晶型防水材料;裂縫寬度如果在0.2～0.4 mm內(nèi)，則應(yīng)以水泥基的柔性防水材料進(jìn)行表面處理;若裂縫寬度大于或等于0.4 mm，那么水泥基的柔性防水材料或聚硫密封膠［4］都可以作為填充材料。

2.2內(nèi)部灌漿修補(bǔ)材料

有機(jī)類型、無機(jī)類型以及有機(jī)無機(jī)復(fù)合類型是混凝土裂縫灌漿材料的主要分類。有機(jī)類裂縫灌漿材料可分為環(huán)氧樹脂基、聚氨酯樹脂基、甲基丙烯酸甲酯基、有機(jī)硅樹脂基、復(fù)合樹脂基等幾種。這種類型的裂縫充填物具有高粘結(jié)力，并且灌注容易。在空氣中硬化的時(shí)間短，還具有強(qiáng)大的防水能力，抗?jié)B透和防潮能力強(qiáng)，耐腐蝕，并可用于混凝土結(jié)構(gòu)的強(qiáng)化、裂縫的修復(fù)和防止?jié)B漏。不足之處在于作為有機(jī)材質(zhì)，與混凝土和水泥部件的熱膨脹系數(shù)存在很大的差異，固化后的樹脂易發(fā)生變形，容易產(chǎn)生二次裂縫。對(duì)施工環(huán)境和施工面的要求相對(duì)較高，樹脂類材料的制造和使用可能對(duì)環(huán)境造成污染，并對(duì)工作人員的健康存在風(fēng)險(xiǎn)。

水泥通常被選作無機(jī)質(zhì)填充裂縫的原材料，但在進(jìn)行固化過程中體積會(huì)縮小，可能導(dǎo)致細(xì)線般的裂縫留在原處。又因?yàn)樗嗍橇畹模詿o法滲透到極細(xì)的裂縫內(nèi)，只能在裂縫寬度達(dá)到或超過2 mm的地方使用。一般而言，水泥漿液的初始水和水泥的比例在1∶1～3∶1，過于稀薄的水泥漿液在干燥后會(huì)引發(fā)更大的裂縫。為了提升水泥漿液的灌漿性和耐久度，同時(shí)避開固化后的收縮問題，可以通過減小水泥的粒度使其能夠填補(bǔ)更微小的裂縫，并阻止灌漿后的體積收縮，還能借此改善其力學(xué)特性。

有機(jī)無機(jī)復(fù)合型裂縫注塑材料繼承了無機(jī)材料的高強(qiáng)度、低成本和良好灌注性等優(yōu)勢(shì)，同時(shí)也擁有有機(jī)材料的快速固化、水下不散亂，以及凝固初期良好塑性的優(yōu)點(diǎn)。因此，有機(jī)無機(jī)復(fù)合類材料已成為裂縫灌漿材料研究的熱點(diǎn)，現(xiàn)今應(yīng)用范圍也越來越廣泛。

3裂縫修補(bǔ)技術(shù)

3.1傳統(tǒng)裂縫修補(bǔ)技術(shù)

傳統(tǒng)的裂縫修補(bǔ)方法主要有填充法、涂膜封閉法、灌漿嵌縫封堵法、混凝土置換法、電化學(xué)防護(hù)法、結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)法等，其中灌漿嵌縫封堵法又可分為壓力注漿法、開槽填補(bǔ)法和涂膜封閉法3種［58］。

涂膜封閉法非常適合修補(bǔ)最大0.2 mm的微小裂縫，同時(shí)也具備對(duì)混凝土外部表面的裝飾和防水處理能力，此外還能防止混凝土保護(hù)層發(fā)生炭化和防止有害離子腐蝕混凝土。而寬度介于0.2～0.3 mm的裂縫，一般會(huì)通過灌漿填縫封堵的方式來進(jìn)行補(bǔ)償。當(dāng)裂縫過大，灌漿嵌縫封堵法無法修補(bǔ)時(shí)，可以將混凝土構(gòu)件重新澆筑，并在構(gòu)件的周圍使用鋼筋進(jìn)行加固。

3.2裂縫自修復(fù)技術(shù)

自愈合混凝土是指在水泥基體中預(yù)先埋入特殊組分，當(dāng)混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生損傷裂縫時(shí)，基體內(nèi)的愈合劑在物理或化學(xué)作用下得以釋放，封堵裂縫，限制其進(jìn)一步擴(kuò)展，達(dá)到愈合的目的?；炷两Y(jié)構(gòu)的自修復(fù)，從機(jī)制上來說分為3種：自然修復(fù)、自動(dòng)修復(fù)、自主修復(fù)［910］。其中自然修復(fù)取決于混凝土材料本身，自動(dòng)修復(fù)和自主修復(fù)則由各種添加劑或不同外部影響來實(shí)現(xiàn)。其中自主修復(fù)方法通常有：膠囊自修復(fù)、形狀記憶合金自修復(fù)、纖維混凝土自修復(fù)、生物自修復(fù)。

自然修復(fù)常用的方法是在混凝土中加入修復(fù)劑，自動(dòng)修復(fù)混凝土出現(xiàn)的損傷、阻止裂縫的發(fā)展，修復(fù)裂縫可大幅節(jié)約在結(jié)構(gòu)維護(hù)上的花費(fèi)，提高結(jié)構(gòu)的安全性。

膠囊自修復(fù)是將修復(fù)劑封存于膠囊之中，然后在混凝土中加入固化劑，當(dāng)混凝土受力出現(xiàn)裂縫的同時(shí)，裝有修復(fù)劑的膠囊隨之破裂，接觸固化劑，所產(chǎn)生的物質(zhì)填堵裂縫，從而達(dá)到修復(fù)裂縫的目的。

4裂縫監(jiān)測(cè)技術(shù)

4.1柔性導(dǎo)電涂料

對(duì)于采用彈性導(dǎo)電涂料的混凝土裂縫監(jiān)測(cè)技術(shù)，其工作原理是在混凝土表面涂覆飽含大量導(dǎo)電粒子的彈性膠質(zhì)材料。當(dāng)混凝土裂縫產(chǎn)生并逐漸擴(kuò)展時(shí)，裂縫影響區(qū)的導(dǎo)電粒子間距也相應(yīng)增大，導(dǎo)致涂料中的電阻值明顯增大或突變。

4.2長(zhǎng)標(biāo)距光纖光柵

光纖布拉格光柵（FBG）傳感器是橋梁健康檢測(cè)經(jīng)常運(yùn)用的光纖靈敏器材，其主要的運(yùn)行機(jī)制是利用光源發(fā)出的光波沿著傳輸路線進(jìn)入FBG傳感器，隨后在壓力和氣溫的影響下對(duì)光波作出調(diào)整，并通過反射將帶有壓力、氣溫信息的光波引入接收通道，最后被探測(cè)器接收并解析出結(jié)果。通過運(yùn)用長(zhǎng)波長(zhǎng)光柵監(jiān)測(cè)混凝土裂縫的技術(shù)，不僅可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的監(jiān)測(cè)，還可以利用錨定端剛度變化保護(hù)和防止紫外線照射刻線衰退等措施，大幅提升了其長(zhǎng)期穩(wěn)定性，理論上其使用壽命能夠超過20年。

4.3機(jī)器視覺自動(dòng)化

采用機(jī)器視覺實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化檢測(cè)，是利用可見光、紅外線、激光、聲吶等各種成像技術(shù)來獲得橋梁結(jié)構(gòu)的外觀圖像（這種能力超過人類視覺，并且擁有更多的成像頻段和種類），接著運(yùn)用人工智能或者自動(dòng)識(shí)別算法在圖像中尋找是否有結(jié)構(gòu)裂縫、銹蝕、蜂窩、麻面等問題。一旦找到這些問題，就會(huì)對(duì)裂縫的位置和寬度等進(jìn)行量化測(cè)量。

5結(jié)論

通過對(duì)裂縫修補(bǔ)材料、技術(shù)、監(jiān)測(cè)等進(jìn)行總結(jié)歸納，分析其工作原理、應(yīng)用條件、優(yōu)缺點(diǎn)以及應(yīng)用案例。主要結(jié)論如下：

（1） 根據(jù)受力狀態(tài)，混凝土裂縫分為結(jié)構(gòu)性裂縫和非結(jié)構(gòu)性裂縫。結(jié)構(gòu)性裂縫主要分為彎曲裂縫、剪切裂縫、扭轉(zhuǎn)裂縫和拼接裂縫。非結(jié)構(gòu)性裂縫主要分為收縮裂縫、溫度變形裂縫、鋼筋銹蝕裂縫和凍脹裂縫。

（2） 裂縫修補(bǔ)材料主要分為表面封閉修補(bǔ)材料和內(nèi)部灌漿修補(bǔ)材料。表面封閉修補(bǔ)材料的選用根據(jù)裂縫寬度而有所不同。內(nèi)部灌漿修補(bǔ)材料主要分為有機(jī)類、無機(jī)類和有機(jī)無機(jī)復(fù)合類三種。

（3） 在裂縫修補(bǔ)傳統(tǒng)技術(shù)的基礎(chǔ)上，又出現(xiàn)一些新技術(shù)，如裂縫自修復(fù)技術(shù)，該技術(shù)根據(jù)其自修復(fù)原理不同，可分為自然修復(fù)、自動(dòng)修復(fù)以及自主修復(fù)三種。

（4） 在裂縫監(jiān)測(cè)傳統(tǒng)方法的基礎(chǔ)上，又出現(xiàn)一些新的監(jiān)測(cè)技術(shù)，如基于柔性導(dǎo)電涂料的裂縫監(jiān)測(cè)技術(shù)、基于長(zhǎng)標(biāo)距光纖光柵的裂縫監(jiān)測(cè)技術(shù)以及基于機(jī)器視覺的自動(dòng)化裂縫監(jiān)測(cè)技術(shù)。

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作者簡(jiǎn)介：王進(jìn)軍，男，寧夏銀川人，高級(jí)工程師，本科，研究方向：水利水電工程建設(shè)管理。

通信作者：李祿祿，男，河南鄭州人，工程師，碩士，研究方向：水利工程檢驗(yàn)檢測(cè)。