混凝土結(jié)構(gòu)中常見裂縫問題的研究

［摘要］建筑工程混凝土開裂是十分復(fù)雜的系統(tǒng)性問題，影響開裂的因素很多，主要有四個方面；材料選擇、結(jié)構(gòu)設(shè)計、施工技術(shù)、環(huán)境條件?；炷亮芽p問題一直嚴(yán)重困擾著混凝土的施工質(zhì)量。在混凝土生產(chǎn)以及施工過程中有針對性地采取預(yù)防措施，盡可能采取有效的技術(shù)措施控制裂縫，使結(jié)構(gòu)盡量不出現(xiàn)裂縫，或盡量減少裂縫的數(shù)量和寬度。

［關(guān)鍵詞］混凝土開裂；原因；預(yù)防措施；工程實(shí)例

［作者簡介］李海柱，岑溪市廣益建設(shè)監(jiān)理有限公司，廣西岑溪，543200

［中圖分類號］ TU755.7 ［文獻(xiàn)標(biāo)識碼］ A ［文章編號］ 1007-7723（2009）04-0134-0004

一、引言

裂縫是混凝土結(jié)構(gòu)中普遍存在的一種現(xiàn)象，它的出現(xiàn)不僅會降低建筑物的抗?jié)B能力，影響建筑物的使用功能，而且會引起鋼筋的銹蝕，混凝土的碳化，降低材料的耐久性，影響建筑物的承載能力。因此，要對混凝土裂縫進(jìn)行認(rèn)真、區(qū)別對待，采用合理的方法進(jìn)行處理，并在施工中采取各種有效的預(yù)防措施來預(yù)防裂縫的出現(xiàn)，保證建筑物和構(gòu)件安全、穩(wěn)定地工作。

其中較多的要數(shù)鋼筋混凝土構(gòu)件。實(shí)踐證明，混凝土構(gòu)件的相當(dāng)部分裂縫是可以通過設(shè)計手段、施工措施來克服的。本文就常見的容易被忽視的引發(fā)裂縫的原因進(jìn)行歸納，并提出相應(yīng)的預(yù)防措施。

二、建筑工程混凝土開裂影響因素

建筑工程混凝土開裂是十分復(fù)雜的系統(tǒng)性問題，影響開裂的因素很多，主要有四個方面：材料選擇、結(jié)構(gòu)設(shè)計、施工技術(shù)、環(huán)境條件。

（一）材料選擇

混凝土原材料質(zhì)量不良或配合比設(shè)計不當(dāng)，可以引起建筑工程混凝土的開裂與滲漏。從混凝土原材料來看，水泥安定性不合格、砂石中含泥量或石粉含量過大、使用反應(yīng)性骨料或風(fēng)化巖、使用水化熱過高的水泥等都可能引起混凝土開裂。混凝土本身不均勻也會導(dǎo)致其產(chǎn)生變形，砂漿過多會使其產(chǎn)生較大收縮，在水化硬化過程中產(chǎn)生局部的約束效應(yīng)，當(dāng)該應(yīng)力大于混凝土的抗拉強(qiáng)度時，便會導(dǎo)致宏觀裂縫的出現(xiàn)與擴(kuò)展。

（二）結(jié)構(gòu)設(shè)計

結(jié)構(gòu)設(shè)計一般包括結(jié)構(gòu)選型、荷載計算、結(jié)構(gòu)樓板和梁的設(shè)計、抗浮設(shè)計等。幾個方面的結(jié)構(gòu)設(shè)計主要是估算各種荷載的大小并對各主要構(gòu)件作強(qiáng)度與抗裂的設(shè)計。但如果選型不當(dāng)或估算荷載與真實(shí)情況有較大的偏差，都會造成在選用混凝土等級和配筋設(shè)計方面出現(xiàn)失誤，造成混凝土抗裂性能不足而出現(xiàn)滲漏。

在施工和使用中由于結(jié)構(gòu)受荷都可能出現(xiàn)裂縫。例如早期受震、構(gòu)件堆放、運(yùn)輸、吊裝時的墊塊或吊點(diǎn)位置不當(dāng)、施工超載、張拉應(yīng)力值過大等均可能產(chǎn)生裂縫。而最常見的是鋼筋混凝土梁、板等受彎構(gòu)件，在使用荷載作用下往往出現(xiàn)不同程度的裂縫。普通鋼筋混凝土構(gòu)件在承受30％～40%的設(shè)計荷載，就可能出現(xiàn)裂縫，肉眼一般不能察覺，而構(gòu)件的極限破壞荷載往往都在設(shè)計荷載的1.5倍以上。所以，在一般情況下鋼筋混凝土構(gòu)件是允許帶裂縫工作的（這類裂縫也稱為無害裂縫）。在鋼筋混凝土設(shè)計規(guī)范中，對不同情況規(guī)定裂縫的最大寬度為0.2～0.3mm，對那些寬度超過規(guī)范規(guī)定的裂縫，以及不允許開裂的構(gòu)件上出現(xiàn)裂縫則是有害的，須加以認(rèn)真分析，慎重處理。

（三）施工技術(shù)

在施工技術(shù)方面影響混凝土開裂的環(huán)節(jié)主要有混凝土的拌制、振搗、運(yùn)輸、澆筑、養(yǎng)護(hù)，還有施工縫、變形縫、伸縮縫的設(shè)置，以及泄壓裝置的處理等方面。具體來講，混凝土的拌制、振搗等方面是為了改善混凝土本身的物理性質(zhì)，尤其是增加其密實(shí)性，減少內(nèi)部微裂縫與微孔洞，從而大大降低宏觀裂縫的形成幾率。施工縫等人工縫的設(shè)置主要是體現(xiàn)“放”的防裂抗?jié)B原則，實(shí)質(zhì)上是為了盡量降低由溫度、脹縮、不均勻沉降等因素產(chǎn)生的第二類荷載對大體積混凝土開裂的影響。而一些泄壓措施則體現(xiàn)了“排”的防裂抗?jié)B原則，尤其是對于地下水壓大、涌水量多的特殊環(huán)境，一般通過樁間埋設(shè)泄壓管或在底板下設(shè)置排水盲溝，以靜力釋放地下水的浮力。這些泄壓措施可使主體結(jié)構(gòu)減少承受的水壓，從而降低混凝土結(jié)構(gòu)開裂的可能性。頂板兩面的溫度場與濕度場都有很大的差異。由于混凝土在凝結(jié)和硬化過程中，會釋放出大量的熱，在外界的溫度、濕度場的差異與混凝土自身產(chǎn)生的熱量場的共同作用下，混凝土將受到第二類荷載的作用，使變形超過混凝土的極限拉伸值而產(chǎn)生裂縫。

（四）地基變形

建筑工程基礎(chǔ)不均勻沉降是造成鋼筋混凝土開裂的主要原因：

1.房屋建于土質(zhì)差別較大或軟弱土質(zhì)上。

2.建筑物基礎(chǔ)深淺不一。

3.房屋相鄰部分的高度、荷重、結(jié)構(gòu)剛度差別較大。

4.建筑物平面形狀復(fù)雜、立面變化過大、長度過大等原因造成基礎(chǔ)不均勻沉降。裂縫的大小、形狀、方向與地基變形的情況有關(guān)，由于地基變形的應(yīng)力相對較大，使得裂縫一般是貫穿性的，危害較大。

（五）溫濕度變化

當(dāng)溫度變化時，由于材料熱脹冷縮，房屋各部分構(gòu)件將產(chǎn)生各自不同的變形，引起彼此制約而產(chǎn)生應(yīng)力。因屋面混凝土與墻體的線膨脹系數(shù)不一致，屋面變形較大，當(dāng)屋蓋和墻體之間構(gòu)造處理不當(dāng)，會使墻體受拉，當(dāng)其剪力和拉應(yīng)力大于砌體的抗剪抗拉強(qiáng)度時，產(chǎn)生溫差裂縫。

普通混凝土在空氣中硬結(jié)，濕度發(fā)生變化時，體積會有所收縮，由此而在構(gòu)件內(nèi)產(chǎn)生拉應(yīng)力，在早期混凝土強(qiáng)度較低時，混凝土收縮值最大。因此，若構(gòu)件早期養(yǎng)護(hù)不良，極易產(chǎn)生收縮裂縫。

三、建筑工程混凝土開裂問題的預(yù)防措施

（一）材料選用

1.水泥：應(yīng)選用水化熱較低的水泥，嚴(yán)禁使用安全性不合格的水泥。

2.粗骨料：宜用表面粗糙、質(zhì)地堅(jiān)硬的石料；級配良好，孔隙率小，無堿性反應(yīng)；有害物質(zhì)及粘土含量不超過規(guī)定。

3.細(xì)骨料：宜用顆粒較粗、孔隙較小、含泥量較低的中砂。

4.外摻料：宜采用減水劑等外加劑，以改善混凝土工作性能，降低用水量，減少收縮。

（二）混凝土的制備

混凝土的制備就是根據(jù)混凝土的配合比，把水泥、砂、石、外加劑、礦物摻和料和水通過攪拌的手段使其成為均質(zhì)的混凝土。

1.混凝土配合比?；炷翍?yīng)根據(jù)實(shí)際采用的原材料進(jìn)行配合比設(shè)計，并按普通混凝土拌和物性能試驗(yàn)方法等標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行試驗(yàn)、試配，以滿足混凝土強(qiáng)度、耐久性和工作性能（坍落度等）的要求，不得采用經(jīng)驗(yàn)配合比。

2.混凝土攪拌。為了拌制出均勻優(yōu)質(zhì)的混凝土，除合理地選擇攪拌機(jī)外，還必須正確地確定攪拌制度，即一次投料量、攪拌時間和投料順序等。一次投料量，不同類型的攪拌機(jī)都有一定的進(jìn)料容量，攪拌機(jī)不宜超載過多，以免影響混凝土拌和物的均勻性。施工配料就是根據(jù)施工配合比以及施工現(xiàn)場攪拌機(jī)的型號，確定現(xiàn)場攪拌時原材料的一次投料量。攪拌混凝土?xí)r，根據(jù)各組成材料的一次投料量，按重量投料。投料順序是影響混凝土質(zhì)量及攪拌機(jī)生產(chǎn)率的重要因素。按照原材料加入攪拌筒內(nèi)的投料順序的不同，常用的投料順序有：一次投料法、二次投料法、兩次加水法。

（三）模板工程

1.模板構(gòu)造要合理，以防止模板各桿件間的變形不同而導(dǎo)致混凝土裂縫。

2.模板和支架要有足夠的剛度，防止施工荷載（特別是動荷載）作用下，模板變形過大造成開裂。

3.合理掌握拆模時間。拆模時間不能過早，應(yīng)保證早齡期混凝土不損壞或開裂；但也不能太晚，盡可能不要錯過混凝土水化熱峰值。

4.在保證合理工期的時候，采用3套模板。這是因?yàn)闃前辶芽p主要是在初期混凝土強(qiáng)度很低時，受力后產(chǎn)生，而用3套模板后，保證了施工荷載不是由其單獨(dú)承受，而是4層樓板同時在承擔(dān)，有效地減少了樓板的壓力。這是某房地產(chǎn)經(jīng)過多年摸索后，一項(xiàng)很好的措施。以該房地產(chǎn)某樓盤為例，6萬平方米的住宅，在主體結(jié)構(gòu)完成一年后，僅發(fā)現(xiàn)有一個房間出現(xiàn)裂縫，總共只有3條。

（四）混凝土澆筑

在混凝土澆筑前，應(yīng)檢查模板的標(biāo)高、位置、尺寸、強(qiáng)度和剛度是否符合要求；檢查鋼筋和預(yù)埋件的位置、數(shù)量和保護(hù)層厚度，并將檢查結(jié)果填入隱蔽工程記錄表；清除模板內(nèi)的雜物和鋼筋的油污；對模板的縫隙和孔洞應(yīng)堵嚴(yán)；對木模板清水濕潤，但不得有積水?；炷恋臐仓瑧?yīng)由低處往高處分層澆筑。每層的厚度應(yīng)根據(jù)搗實(shí)、結(jié)構(gòu)的配筋情況等因素確定。混凝土澆筑時應(yīng)防止離析現(xiàn)象的發(fā)生，振搗應(yīng)均勻、適度。

1.在澆筑豎向結(jié)構(gòu)混凝土前，應(yīng)先在底部填入與混凝土內(nèi)砂漿成分相同的水泥砂漿。

2.澆筑中不得發(fā)生離析現(xiàn)象，當(dāng)澆筑高度超過3m時，應(yīng)采用串筒、溜管或振動溜管使混凝土下落。

3.在混凝土澆筑過程中應(yīng)經(jīng)常觀察模板、支架、鋼筋、預(yù)埋件、預(yù)留孔洞的情況。當(dāng)發(fā)現(xiàn)有變形、移位時，應(yīng)及時采取措施進(jìn)行處理。

4.加強(qiáng)混凝土的早期養(yǎng)護(hù)時間。養(yǎng)護(hù)的目的是為混凝土硬化創(chuàng)造必要的濕度、溫度等條件。常采用的養(yǎng)護(hù)方法有：標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)、熱養(yǎng)護(hù)、養(yǎng)護(hù)，根據(jù)具體施工情況采用相應(yīng)的養(yǎng)護(hù)方法。

5.混凝土澆筑后，必須保證混凝土均勻密實(shí)，充滿整個模板空間，新舊混凝土結(jié)合良好，拆模后，混凝土表面平整光潔。為保證混凝土的整體性，澆筑混凝土應(yīng)連續(xù)進(jìn)行。當(dāng)必須間歇時，其間歇時間宜縮短，并應(yīng)在前層混凝土凝結(jié)前將次層混凝土澆筑完畢。混凝土運(yùn)輸、澆筑及間歇的全部時間不應(yīng)超過混凝土的初凝時間。

（五）混凝土的搗實(shí)

混凝土的搗實(shí)就是使入模的混凝土完成成型與密實(shí)的過程，從而保證混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件外形正確，表面平整，混凝土的強(qiáng)度和其他性能符合設(shè)計的要求?；炷翝仓肽：髴?yīng)立即進(jìn)行充分的振搗，使新入模的混凝土充滿模板的每一角落，排出氣泡，使混凝土拌和物獲得最大的密實(shí)度和均勻性。

（六）基礎(chǔ)的處理

1.加強(qiáng)地基的檢查與驗(yàn)收工作，基坑開挖后及時通知勘察及設(shè)計單位到場驗(yàn)收。對較復(fù)雜的地基，設(shè)計方在基坑開挖后應(yīng)要求勘察補(bǔ)鉆探，當(dāng)探出有不利地質(zhì)情況時，必須先對其加固處理，并經(jīng)驗(yàn)收后，方可進(jìn)行下一步施工。

2.開挖基槽時，要注意不攪動其原狀結(jié)構(gòu)。合理安排施工順序。相鄰建（構(gòu)）筑物間距較近時，一般應(yīng)先施工較深基礎(chǔ)，以防止基坑開挖破壞已建基礎(chǔ)的地基。

3.當(dāng)房屋建于土質(zhì)差別較大的地基上，或房屋相鄰部分的高度、荷重、結(jié)構(gòu)剛度等有顯著差別時，應(yīng)在差異部位設(shè)置沉降縫，將其劃分成剛度較好、長度變化較小的幾個單元，可以減少因基礎(chǔ)不均勻沉降引起的應(yīng)力，避免產(chǎn)生裂縫。

4.盡量避免用軟弱土層作持力層，若無法避免，可調(diào)整上部結(jié)構(gòu)剛度，或采用筏式基礎(chǔ)，以減少建筑的沉降。

這里有筆者負(fù)責(zé)監(jiān)理的某市中學(xué)綜合教學(xué)樓的工程實(shí)例：

某市中學(xué)綜合教學(xué)樓6層框架墻結(jié)構(gòu)，總建筑面積約6000m2。施工中發(fā)現(xiàn)3月12日澆筑的D2段２層梁、板混凝土，至3月16日混凝土強(qiáng)度上升一直不明顯，且拆除模板后現(xiàn)澆板多處出現(xiàn)不規(guī)則裂縫。質(zhì)檢部門對該工程混凝土質(zhì)量進(jìn)行了現(xiàn)場檢測，檢測結(jié)果表明，混凝土抗壓強(qiáng)度滿足設(shè)計要求，混凝土的均質(zhì)性滿足規(guī)范要求。

根據(jù)現(xiàn)場檢查，D2區(qū)北區(qū)現(xiàn)澆板多處出現(xiàn)不規(guī)則裂縫，其中D2工段２層現(xiàn)澆板D6軸線角較嚴(yán)重，個別裂縫長度約1200mm，寬度約0.6mm，框架梁身混凝土未見裂縫。

根據(jù)對裂縫檢測結(jié)果的分析，裂縫產(chǎn)生的主要原因是： （1）混凝土早期強(qiáng)度上升慢；（2）混凝土收縮；（3）混凝土養(yǎng)護(hù)不到位。

該裂縫為非結(jié)構(gòu)受力裂縫，雖然對結(jié)構(gòu)受力無較大影響，但裂縫的存在對混凝土的耐久性影響很大，應(yīng)根據(jù)裂縫情況進(jìn)行必要的處理。經(jīng)集體技術(shù)部決定，報設(shè)計院通過作如下處理：

1.對寬度小于0.3mm的裂縫進(jìn)行封縫處理。可沿裂縫用環(huán)氧樹脂膠泥對其進(jìn)行表面封閉，環(huán)氧樹脂膠泥配比為：環(huán)氧樹脂∶二丁脂∶乙二胺∶水泥=100∶30∶10∶250～300（重量比），該配比可根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。

施工注意事項(xiàng)：

（1）封閉前，應(yīng)對裂縫表面進(jìn)行處理，用鋼絲刷等工具清除裂縫表面的灰塵、浮渣及松散層等污物，然后再用毛刷蘸丙酮、酒精等有機(jī)溶液，把沿裂縫兩側(cè)20～30mm處擦洗干凈并保持干燥。

（2）裂縫處理好后，先在裂縫兩側(cè)寬20～30mm范圍內(nèi)涂一層環(huán)氧樹脂基液，然后抹一層厚1 mm左右的環(huán)氧樹脂膠泥。抹膠泥時應(yīng)防止產(chǎn)生小孔和氣泡，表面需要刮平整，保證封閉嚴(yán)密。

2.對寬度大于0.3mm的裂縫進(jìn)行化學(xué)壓力灌漿處理。采用環(huán)氧樹脂漿液進(jìn)行灌注。環(huán)氧樹脂漿液配合比為：環(huán)氧樹脂∶丙酮∶糠醛∶乙二胺=100∶20～25∶20～25∶15～20（重量比），該配比可根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。

施工注意事項(xiàng)：

（1）對裂縫表面進(jìn)行處理，沿裂縫用鋼釬鑿成“V”形槽，槽寬與槽深可根據(jù)裂縫深度和有利于封縫來確定，一般為20 mm×20mm。鑿槽時先沿裂縫打開，再向兩側(cè)加寬，鑿?fù)旰笥娩摻z刷及壓縮空氣將混凝土碎屑粉塵清除干凈。

（2）埋設(shè)灌漿嘴的間距可根據(jù)裂縫的深度確定，一般為350～500mm。埋設(shè)時，先將灌漿嘴的底盤上抹一層厚約1mm的環(huán)氧膠泥，將灌漿嘴的進(jìn)漿孔騎縫粘貼在預(yù)定的位置上。

（3）裂縫封閉后，應(yīng)進(jìn)行壓氣試漏，檢查密閉效果。試漏須待封縫膠泥有一定強(qiáng)度后進(jìn)行。

（4）灌漿機(jī)具、器具及管子在灌漿前應(yīng)進(jìn)行檢查，運(yùn)行正常時方可使用。灌漿結(jié)束后，應(yīng)立即拆除管道，并用丙酮沖洗管道和設(shè)備。

（5）灌漿結(jié)束后，應(yīng)檢查補(bǔ)強(qiáng)效果和質(zhì)量，發(fā)現(xiàn)缺陷應(yīng)及時補(bǔ)救，確保工程質(zhì)量。

四、結(jié)語

混凝土裂縫問題一直嚴(yán)重困擾著混凝土的施工質(zhì)量。在混凝土生產(chǎn)以及施工過程中有針對性地采取預(yù)防措施，盡可能采取有效的技術(shù)措施控制裂縫，使結(jié)構(gòu)盡量不出現(xiàn)裂縫，或盡量減少裂縫的數(shù)量和寬度，特別是避免有害裂縫的出現(xiàn)，以確保工程質(zhì)量，使建筑物具備良好的耐久性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

目前國內(nèi)已在選材與施工方面作了大量的研究，但在抗裂機(jī)理方面研究較少，尤其是對建筑工程混凝土結(jié)構(gòu)在各主要影響因素下應(yīng)力場的研究，以及預(yù)應(yīng)力筋和纖維混凝土抗裂效果與機(jī)理的研究尚不成熟，有待作進(jìn)一步的深入研究。

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