淺析混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的成因及防治措施

摘要:文章采用理論與工作實(shí)踐相結(jié)合的形式，主要從外荷載、溫度、混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)、外界環(huán)境影響等方面對(duì)混凝土的裂縫進(jìn)行分類，并就混凝土原材料、組成設(shè)計(jì)、養(yǎng)護(hù)條件、施工工藝等方面進(jìn)行探討，分析混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的影響因素及產(chǎn)生原因，從而提出混凝土裂縫的合理防治措施及治理方法，確保整個(gè)工程質(zhì)量的安全、穩(wěn)定。

關(guān)鍵詞:混凝土;裂縫;成因;防治措施

中圖分類號(hào):TU37 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1006-8937(2009)12-0123-02

近年來(lái)，我國(guó)基礎(chǔ)建設(shè)得到迅猛發(fā)展，各地興建了大量的混凝土建筑。在建筑物的建造和使用過(guò)程中，有關(guān)因出現(xiàn)裂縫而影響工程質(zhì)量甚至導(dǎo)致結(jié)構(gòu)垮塌的報(bào)道屢見不鮮?；炷灵_裂可以說(shuō)是“常發(fā)病”和“多發(fā)病”，經(jīng)常困擾著工程技術(shù)人員。其實(shí)，如果采取一定的設(shè)計(jì)和施工措施，很多裂縫是可以克服和控制的。

1混凝土裂縫種類及成因分析

實(shí)際上，混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的成因復(fù)雜而繁多，甚至多種因素相互影響，但每一條裂縫均有其產(chǎn)生的一種或幾種主要原因，比如:溫度和濕度的變化，混凝土的脆性和不均勻性，以及結(jié)構(gòu)不合理，原材料不合格(如堿骨料反應(yīng))等?；炷两Y(jié)構(gòu)裂縫的種類，就其產(chǎn)生的原因，大致可劃分如下幾種:

1.1外荷載引起裂縫

①設(shè)計(jì)計(jì)算階段，計(jì)算模型不合理;結(jié)構(gòu)受力假設(shè)與實(shí)際受力不符;荷載少算或漏算;內(nèi)力與配筋計(jì)算錯(cuò)誤;結(jié)構(gòu)安全系數(shù)不夠。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)不考慮施工的可能性;設(shè)計(jì)斷面不足;鋼筋設(shè)置偏少或布置錯(cuò)誤;結(jié)構(gòu)剛度不足;構(gòu)造處理不當(dāng);設(shè)計(jì)圖紙交代不清等。

②施工階段，不加限制地堆放施工機(jī)具、材料;不了解預(yù)制構(gòu)件受力特點(diǎn)，隨意翻身、起吊、運(yùn)輸、安裝;不按設(shè)計(jì)圖紙施工，擅自更改結(jié)構(gòu)施工順序，改變結(jié)構(gòu)受力模式;不對(duì)結(jié)構(gòu)做機(jī)器振動(dòng)下的疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算等。

1.2溫度裂縫

混凝土硬化期間水泥放出大量水化熱，內(nèi)部溫度不斷上升，在表面引起拉應(yīng)力。后期在降溫過(guò)程中，由于受到基礎(chǔ)或原有混凝上的約束，又會(huì)在混凝土內(nèi)部出現(xiàn)拉應(yīng)力。有時(shí)溫度應(yīng)力可超過(guò)其它外荷載所引起的應(yīng)力，當(dāng)這些拉應(yīng)力超出混凝土的抗裂能力時(shí)即會(huì)出現(xiàn)裂縫。溫度裂縫區(qū)別其它裂縫最主要特征是將隨溫度變化而擴(kuò)張或合攏。

1.3收縮裂縫

收縮是砼的一個(gè)主要特性，對(duì)砼的性能有很大影響。產(chǎn)生收縮裂縫的原因，一般認(rèn)為在施工階段因水泥水化熱及外部氣溫的作用引起砼收縮而產(chǎn)生的裂縫。多為規(guī)則的條狀，很少交叉。常發(fā)生在結(jié)構(gòu)變截面處，往往與受力鋼筋平行。收縮裂縫多發(fā)生在大體積砼中，梁、板、柱等小塊體構(gòu)件，砼收縮裂縫危害較大，尤其是暴露在大氣中的構(gòu)筑物，影響更大。

1.4塑性裂縫

塑性裂縫是混凝土硬化以前形成的裂縫，塑性裂縫根據(jù)成因的原理分為塑性沉降裂縫和塑性收縮裂縫。塑性沉降裂縫是混凝土硬化前因骨料等比重大的顆粒下沉，豎向體積縮小而產(chǎn)生的塑性變形裂縫，塑性收縮裂縫是指澆筑后還處于塑性狀態(tài)的混凝土當(dāng)表面受風(fēng)吹日曬的影響發(fā)生劇烈的溫度變化時(shí)，由于其內(nèi)部的溫度變化很小，內(nèi)外形成了很大的溫差，使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力而產(chǎn)生裂縫。

2裂縫產(chǎn)生的影響因素

2.1組成材料的影響

2.1.1水泥的影響

水泥的安定性、強(qiáng)度和含堿量的高低等會(huì)導(dǎo)致混凝土的裂縫產(chǎn)生。①安定性不合格，水泥中游離的氧化鈣含量超標(biāo)，造成混凝土抗拉強(qiáng)度的下降。②水泥的強(qiáng)度不夠，水泥受潮或超期，使混凝土強(qiáng)度達(dá)不到設(shè)計(jì)值，從而導(dǎo)致混凝土開裂。③當(dāng)水泥含堿量較高(如超過(guò)0.6%)，同時(shí)使用含堿活性的骨料，在混凝土拌和中產(chǎn)生堿離子，造成混凝土酥松、膨脹開裂。

2.1.2砂、石骨料的影響

①砂石的粒徑、級(jí)配、雜質(zhì)含量。

②砂石粒徑太小、級(jí)配不良、空隙率大，將導(dǎo)致水泥和拌和水用量加大，影響混凝土的強(qiáng)度，使混凝土收縮加大。砂石中云母的含量較高，將削弱水泥與骨料的粘結(jié)力，降低混凝土強(qiáng)度。砂石中含泥量高，造成水泥和拌和水用量加大，降低了混凝土強(qiáng)度和抗凍性、抗?jié)B性。

2.1.3外加劑、摻和料的影響

首先，混凝土外加劑、摻和料選擇不當(dāng)或摻量不當(dāng)，會(huì)嚴(yán)重增加混凝土收縮。其次，外加劑、摻和料的氯化物等雜質(zhì)含量較高，可引起鋼筋表面氧化膜破壞，鋼筋中鐵離子與侵入的氧氣和水分發(fā)生銹蝕反應(yīng)。

2.2混凝土配合比設(shè)計(jì)的影響

配合比設(shè)計(jì)不當(dāng)直接影響砼的抗拉強(qiáng)度，是造成砼開裂不可忽視的原因。配合比不當(dāng)指水泥用量過(guò)大，水灰比大，含砂率不適當(dāng)，骨料種類不佳，選用外加劑不當(dāng)?shù)?，這幾個(gè)因素是互相關(guān)聯(lián)的。有關(guān)試驗(yàn)資料顯示:用水量不變時(shí)，水泥用量每增加10%，混凝土收縮增加5%;水泥用量不變時(shí)，用水量每增加10%，混凝土強(qiáng)度降低20%，混凝土與鋼筋的粘結(jié)力降低10%。

2.3施工方面的影響

2.3.1施工條件的影響

施工現(xiàn)場(chǎng)，骨料一般露天堆放，夏季高溫時(shí)，運(yùn)達(dá)工地的水泥、砂、石常是滾燙的，攪拌后有時(shí)還要經(jīng)長(zhǎng)距離運(yùn)輸才能到達(dá)澆筑點(diǎn)，這樣澆筑的混凝土構(gòu)件常因內(nèi)外溫差過(guò)大而在凝結(jié)硬化早期出現(xiàn)溫度裂縫。再者，在高空澆注混凝土，風(fēng)速過(guò)大、烈日暴曬，混凝土收縮值增大，可導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生。或運(yùn)輸時(shí)漏漿改變了漿骨比、運(yùn)距較遠(yuǎn)而受烈日照射或雨淋改變了水灰比。

2.3.2施工質(zhì)量的影響

①混凝土振搗不密實(shí)、不均勻，出現(xiàn)蜂窩、麻面、空洞，導(dǎo)致鋼筋銹蝕或其它荷載裂縫的起源點(diǎn)。②混凝土保護(hù)層過(guò)厚，或亂踩已綁扎的上層鋼筋，使承受負(fù)彎矩的受力筋保護(hù)層加厚，導(dǎo)致構(gòu)件的有效高度減小，形成與受力鋼筋垂直方向的裂縫，③混凝土澆筑過(guò)快，混凝土流動(dòng)性較低，在硬化前因混凝土沉實(shí)不足，硬化后沉實(shí)過(guò)大，容易在澆筑數(shù)小時(shí)后發(fā)生裂縫，既塑性收縮裂縫。④溫度控制設(shè)計(jì)不合理，澆筑溫度過(guò)高，通水冷卻不及時(shí)，對(duì)水化熱計(jì)算不準(zhǔn)，新澆混凝土氣溫驟降又無(wú)保溫措施或保溫效果太差，引起混凝土內(nèi)部溫度過(guò)高或內(nèi)外溫差過(guò)大，從而產(chǎn)生溫度裂縫。⑤混凝土初期養(yǎng)護(hù)時(shí)急劇干燥，使得混凝土與大氣接觸的表面上出現(xiàn)不規(guī)則的收縮裂縫。

2.4養(yǎng)護(hù)條件的影響

養(yǎng)護(hù)條件對(duì)裂縫的出現(xiàn)有著關(guān)鍵的影響。在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下，砼硬化正常，不會(huì)開裂，但只適用于試塊或是工廠的預(yù)制件生產(chǎn)，現(xiàn)場(chǎng)施工中不可能擁有這種條件。但是必須注意到，現(xiàn)場(chǎng)砼養(yǎng)護(hù)越接近標(biāo)準(zhǔn)條件，砼開裂可能性就越小。

3混凝土裂縫的防治措施

根據(jù)大量研究和工程實(shí)際，從原材料選擇，改進(jìn)組成設(shè)計(jì)、改善施工工藝等方面著手，可以預(yù)防混凝土裂縫的產(chǎn)生。

3.1合理設(shè)計(jì)

①適當(dāng)?shù)丶訌?qiáng)構(gòu)造配筋，合理地選用鋼筋直徑和間距。選用直徑細(xì)而間距密的配筋方案，能較好的提高混凝土的抗裂性。②確定裂縫的控制寬度。確定各種混凝土的允許裂縫寬度后，根據(jù)其裂縫寬度要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，也是控制混凝土裂縫的有效措施之一。③在建筑設(shè)計(jì)中應(yīng)處理好構(gòu)件中“抗”與“放”的關(guān)系。所謂“抗”就是處于約束狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)，沒(méi)有足夠的變形余地時(shí)，為防止裂縫所采取的有力措施，而所謂“放”就是結(jié)構(gòu)完全處于自由變形無(wú)約束狀態(tài)下，有足夠變形余地時(shí)所采取的措施。設(shè)計(jì)人員應(yīng)靈活地運(yùn)用“抗一放”結(jié)合、或以“抗”為主、或以“放”為主的設(shè)計(jì)原則。來(lái)選擇結(jié)構(gòu)方案和使用的材料。

3.2優(yōu)先原材料

①根據(jù)結(jié)構(gòu)的要求選擇合適的混凝土強(qiáng)度等級(jí)及水泥品種、等級(jí)，盡量避免采用早強(qiáng)高的水泥。②減少水泥的用量，將水泥用量盡量控制在450 kg/m3以下，以減少水化熱量。③用級(jí)配優(yōu)良的砂、石原材料，含泥量應(yīng)符合規(guī)范要求。

3.3改進(jìn)組成設(shè)計(jì)

①應(yīng)采用低水灰比、低用水量，以減少水泥用量。②利用混凝土的后期強(qiáng)度，降低水泥用量。③配合比設(shè)計(jì)人員應(yīng)深入施工現(xiàn)場(chǎng)，依據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的澆搗工藝、操作水平、構(gòu)件截面等情況，合理選擇好混凝土的設(shè)計(jì)坍落度，針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的砂、石原材料質(zhì)量情況及時(shí)調(diào)整施工配合比，協(xié)助現(xiàn)場(chǎng)搞好構(gòu)件的養(yǎng)護(hù)工作。

3.4現(xiàn)場(chǎng)操作方面

①澆搗工作:澆搗時(shí)，振搗捧要快插慢拔，根據(jù)不同的混凝土坍落度正確掌握振搗時(shí)間，避免過(guò)振或漏振，應(yīng)提倡采用二次振搗、二次抹面技術(shù)，以排除泌水、混凝土內(nèi)部的水分和氣泡。②混凝土養(yǎng)護(hù):在混凝土裂縫的防治工作中，對(duì)新澆混凝土的早期養(yǎng)護(hù)工作尤為重要。以保證混凝土在早期盡可能少產(chǎn)生收縮。主要是控制好構(gòu)件的濕潤(rùn)養(yǎng)護(hù)，對(duì)于大體積混凝土，有條件時(shí)宜采用蓄水或流水養(yǎng)護(hù)。養(yǎng)護(hù)時(shí)間為14～28 d。③混凝土的降溫和保溫工作:對(duì)于厚大體積混凝土，施工時(shí)應(yīng)充分考慮水泥水化熱問(wèn)題。采取必要的降溫措施(埋設(shè)散熱孔、通水排熱等)，避免水化熱高峰的集中出現(xiàn)、降低峰值。澆搗成型后，應(yīng)采取必要的蓄水保溫措施，表面覆蓋薄膜、濕麻袋等進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，以防止由于混凝土內(nèi)外溫差過(guò)大而引起的溫度裂縫。④避免在雨中或大風(fēng)中澆灌混凝土。⑤對(duì)于地下結(jié)構(gòu)混凝土，盡早回填土，對(duì)減少裂縫有利。⑥夏季應(yīng)注意混凝土的澆搗溫度，采用低溫人模、低溫養(yǎng)護(hù)，必要時(shí)經(jīng)試驗(yàn)可采用冰塊，以降低混凝土原材料的溫度。

綜上所述，對(duì)于混凝土裂縫的控制是一個(gè)綜合性的問(wèn)題，需要經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)、監(jiān)理、施工及使用方等多方面的配合。隨著當(dāng)今我們對(duì)混凝土耐久性研究的不斷深入，材料科學(xué)的不斷發(fā)展和建筑技術(shù)水平的不斷提高，相信混凝土裂縫問(wèn)題將會(huì)逐漸得以圓滿地解決。

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