导航：安全管理网>> 安全论文>> 建筑安全论文>>正文

陶粒对混凝土裂缝预防与修复技术研究

文档作者：桑骞文档来源：安徽理工大学材料科学与工程学院		更新日期： 2026年08月18日	点击数：
下载地址：点击这里	文件大小： 1.17 MB 共3页	文档格式： PDF	下载点数： 1 点（VIP免费）

全屏查看

内容预览 [文件共3页]

本文件共3页，如需编辑使用，请下载。

注：预览效果可能会出现部分文字乱码（如口口口）、内容显示不全等问题，下载是正常的。

	文件大小：1.17 MB 共3页文件格式：PDF 下载点数：1 点（VIP会员免费）

上一篇：长城AE46液压油在混凝土泵车液压系统的应用

文本预览

仅提取页面文字内容，供快速阅读使用。

86
技术应用与研究
钢筋混凝土是世界上使用最多的建筑材料。混凝土
和钢的结合会保证建筑物的牢固性和耐久性，但由于混
凝土的脆性和不均匀性，裂缝几乎是不可避免的。裂纹
会促进腐蚀性物质进入钢中，诱发钢筋腐蚀威胁建筑物
安全。建筑结构的使用属性主要包括其安全性、功能性
以及耐久性三个主要方面。随着社会经济的不断增长，
城市化和现代化的步伐不断加快，社会各界对混凝土的
综合性能要求越来越高，不但要求混凝土具有良好的施
工性能还要求混凝土建筑的耐久性和自修复性良好。但
是钢筋混凝土结构受到复杂的施工环境和恶劣的外界环
境等因素影响，建筑物经常会出现裂缝等结构缺陷降低
建筑的韧性，缩短房屋的使用寿命，威胁建筑结构的安
全。产生裂缝的建筑物修补难度较高，修补作业往往是
治标不治本，陶粒在混凝土结构中可以发挥内养护效应
减少收缩裂缝，平滑粗骨料受力，避免应力集中，还可
以搭载复合剂诱导混凝土裂缝修复，对维护混凝土结构
的稳定性起到很大的作用。
一、混凝土裂缝的成因
1.实际水灰比偏低
在混凝土实际配比混搅浇过程中，混凝土的种类繁
多，粗旷的施工手段，复杂的施工环境，经常会导致混
凝土的配合比不合理，实际水灰比低于预期。在地铁隧
道、道路桥梁施工中，墙体支柱、基础底板的厚度基本在
600mm以上，单次浇筑高度可达数米。建筑物的强度与胶
凝材料的用量成正比关系，在大跨度项目建设中胶凝材料
和水泥的用量都非常高，高性能水泥在水化过程中会产生
大量热量，蒸发周围水分，具有明显的自干燥特征，建筑
结构中过高含量的水泥水化反应所带来的热量也使得结构
内部温度高于较低的外部温度，形成局部温差。当混凝土
各部分内外温差较大，水泥基质所包含的水分蒸发不均
时，就会出现显著的自收缩效应，此时混凝土的各个部位
膨胀情况差距明显，局部收缩带来的拉应力超过混凝土抗
拉能力，从而促使收缩裂缝的出现。
2.施工工艺不规范
混凝土的处理工序较为复杂，在施工作业期间每一
个施工工序出现问题，都会影响建筑物的整体质量，由
于施工工期紧张，工序复杂，施工工艺不规范，混凝土
局部密度不均匀，经常会出现混凝土包含着气泡等杂质
情况。为了获得提高建筑物的长期可靠性，加强整体结
构约束能力，建筑结构内部的钢筋布置密度高。这提升
了结构的整体刚度，但是钢筋的空间密度高给混凝土浇
筑与振捣带来困难。在前期的施工过程中，浇筑距离
长，养护不及时，振捣不均匀混凝土密实性较差都会人
为性产生建筑裂缝。这种由实际操作过程中的误差导致
混凝土建筑物的缺陷会降低建筑结构的稳定性，给建筑
整体结构带来不良影响，埋下安全隐患的种子。
3.外部承载不均匀
建筑物后天产生的裂缝主要来自于沉降不均匀和载
荷超过了局部受力区域的应变极限。混凝土在前期浇筑
过程中，水泥和粗骨料因为材质的不同，交界面会出现
不易察觉的细小裂缝，在受到外界周期性不均匀荷载作
用下，粗骨料相互挤压，混凝土内部的薄弱处的微小裂
缝会出现严重的应力集中效应，局部的荷载平衡被破
坏，当外界的荷载大于混凝土建筑的结构抗力时，裂缝
会迅速增大蔓延，导致建筑物开裂。
二、混凝土裂缝的影响
1.加快钢筋腐蚀
在建筑结构中，钢筋和混凝土分别提供抗拉和抗压
能力，两者之间的稳定粘结是保证混凝土构件协同工
作的关键。硬化后的混凝土主要由水泥浆、细骨料、
粗骨料组成，它的内部是强碱性的环境，pH值约为
12~13，造成碱性环境的主要化学成分是水泥的水化产
陶粒对混凝土裂缝预防与修复技术研究
桑　骞　　安徽理工大学材料科学与工程学院
【摘　要】混凝土裂缝作为质量通病的一种对建筑物的稳定性有很严重的危害，会破坏混凝土结构的连续性降低建
筑结构的综合性能。陶粒作为一种绿色环保材料，在混凝土中具有很广泛的应用前景，可以降低自重提
高混凝土的弹性与塑性，提高抗震系数，避免应力集中预防开裂，还能够调节水灰比，优化混凝土养护
性能防止收缩裂缝。陶粒搭载微生物时，能够有效诱导CaCO3的沉淀来修复混凝土裂缝。作为混凝土轻
骨料的陶粒不但是混凝土载荷的主要承担者，还维护了混凝土的耐久性与牢固性。
【关键词】陶粒；混凝土裂缝；预防修复
【DOI】10.12316/j.issn.1674-0831.2022.14.029
87
技术应用与研究
物Ca(OH)2。Ca(OH)2固化在水泥基质所形成的碱性环境
会使得钢筋表面生成一层致密、难溶解的钝化层，钝化
层的主要成分是Fe2O3、Fe3O4以及来自水泥中的一些矿
物质，能有效地延缓钢筋的氧化速度，提高钢筋的抗锈
蚀性。建筑物的裂缝会破坏混凝土对钢筋的保护作用，
当氯化物渗入混凝土内部时，它会与钝化层发生反应，
破坏它的完整性，当钝化层表面出现缺口时，裸露出的
钢筋表面开始锈蚀。钢筋受到环境侵蚀出现锈蚀膨胀，
交界层粉化，导致粘结性能劣化，降低钢筋与混凝土
间的咬合力，削弱钢筋与混凝土的互锁作用，钢筋的锈
蚀范围、对混凝土的破坏程度的不断扩大又将促进体积
膨胀，使裂缝不断扩展，使用性能急剧下降，对建筑形
成更大的危害。钢筋生锈不仅会使水泥的保护层胀裂脱
落，还会减少钢筋承受力的实际截面积，直线型的降低
构件的承载力，破坏构件的韧性与延展性能，钢筋严重
腐蚀的建筑物结构经常会在无前兆的前提下瞬间崩塌。
世界知名学者梅塔博士(P.K.Mheta)把钢筋锈蚀归结为影
响混凝土耐久性的首要因素，国内外建筑领域的有关混
凝土结构耐久程度的相关的研究也指出，因裂缝引发的
钢筋部位锈蚀属于建筑物结构的耐久性受到破坏最主要
的原因之一。
2.混凝土碳化
空气中CO2经化学反应固定在混凝土中这个过程就被
称为混凝土碳化，混凝土碳化是影响钢筋混凝土结构耐
久性的重要因素之一。水泥水化的副产物Ca(OH)2可以填
满混凝土孔隙，碱性介质的存在会对钢筋混凝土的整体
结构起到一定保护作用。混凝土裂缝会使得防止腐蚀的
表面阻隔层受损，为外界腐蚀性化学物质打开了直达混
凝土内部的通道，外界气候变化带来的水分会渗进混凝
土结构中，混凝土水泥沙石组成的碱性环境被破坏，发
生如下方程式的反应。
Ca(OH)2＋CO2→CaCO3＋H2O
C-S-H＋CO2→CaCO3＋SiO2＋nH2O
仅管被碳化后的水泥基质内仍含有大量的Ca(OH)2，
但混凝土胶凝材料中包含的低钙硅易与CO2反应生成
C-S-H凝胶，然后浆体中以颗粒形式存在的Ca(OH)2被
C-S-H凝胶快速包裹或隔离，这使得浆体中的Ca(OH)2无
法溶解到孔隙液中，维持混凝土内部的碱性环境。随着
上述反应进行，最终导致混凝土碳化收缩现象，裂缝将
沿着钢筋和砂浆界面开展，CO2通过新增裂缝继续侵蚀
混凝土，建筑结构的脆性增大，碳酸盐大量渗透使得混
凝土中性化，混凝土中氢离子数量增多，明显降低混凝
土自身的保护功能。环境碱度明显降低会导致化学反应
活跃，大气所包含的CO2进入混凝土中，与水泥基质中
的碱性化学成分发生化学反应，生成水和碳酸盐，使得
混凝土结构碳化，结构中的水灰比和胶凝材料的掺和量
越大，混凝土对碳化的抵抗能力就越差，越易在养护前
期就出现明显的碳化现象。混凝土碱性成分与碳化反应
水继续发生反应，建筑物就会产生局部鼓包与疏松的现
象，损害建筑物的美观性与安全性。
3.降低混凝土耐腐蚀性
对于混凝土外表面，局部裂缝会加深结构被侵蚀的
程度，雨雪天气带来的氯离子、硫酸根离子会破坏建筑
物的稳定性。混凝土碳化产生的氢离子主要起到溶蚀作
用，氯离子渗透入水泥基质中与氢离子结合也会加剧腐
蚀现象。硫酸根离子在混凝土腐蚀过程中主要起膨胀作
用，硫酸根离子与被中性化的混凝土中的钙离子发生如
下的化学反应：
Ca2++SO4
2-+2H2O →CaSO4·2H2O+2OH-
生成钙矾石或者石膏等一系列膨胀性物质，使得混
凝土内部应力迅速增加，原有的裂缝不断延伸和扩展，
混凝土由外向内逐层被腐蚀。侵入混凝土骨架的酸性物
质还会使混凝土水泥基质中的水化硅酸钙和水化铝酸钙
的水解化学反应加速，破坏了水泥基质的孔隙结构，腐
蚀了作为混凝土骨架的凝胶体，导致建筑物局部的瓦
解、剥落、凹陷、甚至塌垮或掉渣，混凝土呈现出酥
松、软化等特征，建筑外表面出现色染或析出结晶物质
富集等现象，显著降低了钢筋混凝土建筑物的耐腐蚀
性，严重威胁建筑物的使用安全。
4.降低混凝土综合性能
混凝土的裂缝不仅影响建筑物的外观、耐腐蚀性，
还严重降低了混凝土的综合性能。裂缝带来的腐蚀效应
会严重劣化抗压、抗拉、抗剪切的力学性能。混凝土结
构中的裂缝在外部复杂力学荷载作用下将不断扩展延
伸，使连续介质的混凝土材料变为非连续介质材料。建
筑物在面临冲击性荷载作用时，因整体刚度被严重破
坏，弹性模量受损，无法提供应对外界载荷的应力应
变，抗震能力下降，会出现严重的贯穿性裂缝导致结构
物的完全破坏。
三、陶粒对混凝土裂缝的预防
陶粒形状一般呈圆球或椭球形，表面覆盖一层坚硬的
陶质或釉质外壳具有隔水保气作用，提升了陶粒的强度，
可以取代砂石在混凝土中骨料的支撑作用。陶粒作为粗骨
料的混凝土具有质量轻、抗渗性能好、适应性强的特点。
1.防止收缩开裂
混凝土收缩是这种水泥这种胶凝材料应用带来的固
88
技术应用与研究
有属性，由此产生的裂缝问题会劣化其使用性能，为解
决这一问题，国内外学者尝试在混凝土中加入膨胀剂，
但随着水泥高强、高性能化的发展，混凝土水灰比例不
断减小，补偿混凝土收缩的膨胀剂和水化反应的水泥争
夺水分，这就造成混凝土中存在一些未完全水化的水泥
颗粒，影响混凝土各项性能。浸水饱和后的陶粒在混凝
土中的应用可以从内部提供水源进行自养护，在混凝土
局部形成小型蓄水库改善内部潮湿度，供给内部水化所
需水分，提供内养护条件。陶粒的自养护效应不仅缓解
混凝土收缩，避免混凝土开裂，还能够降低外在养护标
准，获得性质稳定的混凝土。这对于易发生收缩开裂和
不易养护的特殊结构，例如大跨度结构和大体积的混凝
土等有着重要的实用意义。
2.提高韧性
混凝土中掺加的陶粒可以避免应力集中，使得减压
应力传导均匀，平衡建筑物整体受力情况，提高建筑物
的弹性模量，抑制裂纹的形成和扩展。混凝土受外力荷
载破坏时，裂缝主要沿胶凝材料与骨料的界面开展，抗
压强度的大小主要取决于胶凝材料体系的强度，预湿陶
粒的持续返水还可以促进水泥交界面的水化反应，内养
护使得水化产物能有效填充陶粒孔隙，从而提高陶粒骨
料自身强度、与水泥砂浆交界面的黏结强度，强化界面
区粘结效果提升混凝土的整体刚度。骨料强度、水泥石
强度和界面区黏结强度是混凝土强度的主要影响因素，
虽然陶粒筒压强度低于石子，但其附带的内养护功能，
改善了混凝土的孔隙特征与骨料界面特征，使得水泥基
质与陶粒嵌合度得到提高。在1976年发生的唐山大地震
中，天津建造的4栋陶粒混凝土建筑物未受到显著破坏，
可以继续维持正常使用，而其周围相当数量的砖混建筑
都不同程度地受到震害，这与陶粒混凝土具有优良的
抗震性能有直接的关系。1976年意大利费留利地区发生
9级的强烈地震，统计资料表明，砖混建筑物损坏率达
40%～60%，框架结构黏土空心砖损坏率为33%，而陶粒
混凝土建筑损坏率只有5%。
3.提高抗冻抗腐蚀能力
受季节气候变化影响，混凝土会因周期性的冰冻和
解冻循环劣化混凝土，水结晶的反复冻胀效应产生孔隙
与裂缝，使得断面层疏松化，降低混凝土的密实度。混
凝土整体质量与强度随着冻融次数的增加而降低，使得
混凝土局部粉化开裂。
由于陶粒的高孔隙率特征，陶粒混凝土的抗冻与抗
腐蚀能力比一般混凝土要好很多，混凝土中的孔隙可分
为骨料孔隙、界面孔隙和砂浆孔隙等，陶粒有效减少了
骨料与水泥石之间孔隙的形成，混凝土孔隙率随陶粒
体积分数增大逐渐增大，但小孔径范围的数量相对增
加。陶粒混凝土中的直径20~100μm气孔数量几乎占一
半以上，100~200μm直径的孔隙占20%左右。随着陶粒
含量的增加，直径低于100μm的孔隙数量增加，孔径
100~500μm的数量减少提升了混凝土的密实程度提升了
抗冻能力；陶粒内部非连通蜂窝状高孔隙率的致密特征
不仅能有效改善混凝土由冻融循环带来的开裂，还可有
效堵截侵蚀介质进入混凝土的内部通道，提高混凝土对
氯离子、氢离子、硫酸根离子的抗渗透性能。
四、陶粒对混凝土裂缝的修复
陶粒修复混凝土的技术是国内外土木工程领域的研
究热点，陶粒修复混凝土裂缝的原理是利用微生物或搭
载剂反应沉积出CaCO3以实现填充修复裂缝。相比于其
他修复方式，修复过程不会对环境造成伤害，在未来具
有很大的潜力。混凝土中的高剪切应力碱性环境会导致
细菌无法存活，所以具备多孔结构和高生物相容性的多
孔陶粒作为细菌的保护性载体常被应用于混凝土中促进
裂缝自修复。在考虑初始损伤程度的情况下，生物基修
复的抗弯强度、抗压强度和弹性模量的回复率最高并且
微生物诱导碳酸盐沉淀工艺具有有效的裂缝封闭能力，
钢筋的腐蚀可以被抑制，搭载的细菌可完全愈合的最大
裂缝宽度达至450μm，混凝土的吸水率大幅度降低。
五、结束语
综上所述，为保证陶粒在防治混凝土裂缝的领域更
好的应用，有必要建立完善的陶粒混凝土施工研发体
系，加强陶粒混凝土施工技术的研究和应用，在确保有
关陶粒预防建筑裂缝形成研究充足的前提下，继续研究
陶粒对混凝土裂缝的修复应用，以促进我国混凝土建筑
建设的进一步发展。
参考文献：
[1]杨宏伟.混凝土裂缝控制技术研究及应用[J].建筑技术
开发，2021.
[2]李文静.混凝土结构工程施工裂缝控制实例分析[J].安
徽建筑，2021.
[3]吴谦.地铁混凝土结构裂缝分析及控制措施[J].江西建
材，2022.
[4]黄晋克.现浇钢筋混凝土板裂缝危害、产生原因及防
治[J].广西质量监督导报，2009.
[5]王珏.混凝土结构中钢筋锈蚀的修复探究[J].住宅与房
地产，2019.
作者简介：桑骞（1995－），男，汉族，安徽淮南人，
硕士研究生，学生，安徽理工大学，研究方向：陶粒混
凝土。

网友评论 more

建筑安全论文最新内容

08-18