鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的危害、原因與防治

黃飛勇

摘要：在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的建設(shè)和使用過程中,出現(xiàn)裂縫而影響工程質(zhì)量屢見不鮮。本文分析了鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)物裂縫的種種危害以及產(chǎn)生的原因，并進(jìn)一步提出了區(qū)分結(jié)構(gòu)性裂縫和非結(jié)構(gòu)性裂縫的防治措施。

關(guān)鍵詞：鋼筋混凝土; 裂縫; 原因; 防治措施

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在工業(yè)與民用建筑、橋梁隧道、高速公路、水工大壩、海洋平臺等工程項目中，得到了廣泛的應(yīng)用。然而，在實際工程中, 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫經(jīng)?？梢?。 裂縫的存在一方面影響了結(jié)構(gòu)的美觀和正常使用；另一方面削弱了結(jié)構(gòu)的剛度和整體性, 導(dǎo)致工程事故的發(fā)生。本文著重對引發(fā)鋼筋混凝土裂縫的危害和原因進(jìn)行歸納, 并提出相應(yīng)的預(yù)防和處理措施, 旨在對某些容易忽視的問題引起重視。

1 裂縫的危害

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)物一旦產(chǎn)生裂縫，對本身會產(chǎn)生安全上及使用上的影響。外部環(huán)境的有害成分侵入，會使裂縫部分持續(xù)擴(kuò)大及?化，造成使用性能的降低，而導(dǎo)致使用壽命的縮短，甚至?xí)绊懡Y(jié)構(gòu)物的安全性。

1.1 對結(jié)構(gòu)強度的影響

結(jié)構(gòu)物裂縫發(fā)生后，其本身的剛性、剪力強度、拉力強度、抗彎強度?會降低，并可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)?為發(fā)生應(yīng)力重分配，造成進(jìn)一步的破壞。裂縫嚴(yán)重時，可能會使構(gòu)材掉落而造成危害。

1.2 對耐久性能的影響

裂縫對耐久性的影響，最主要的是加速混凝土中性化，使鋼筋腐蝕速度變快，并因漏水、滲水，造成發(fā)霉、滲斑而使得保護(hù)層剝落，而縮短結(jié)構(gòu)物的使用年限。

1.3 對氣密性能的影響

裂縫對于氣密性能的破壞，主要是針對需要高氣密性能的結(jié)構(gòu)物而言的，如醫(yī)院、核電廠，或一些疫苗培植性能的結(jié)構(gòu)物。一旦發(fā)生裂縫，就會造成氣密性降低，造成輻射線或疫苗菌類外泄，影響到人們的安全。

2 裂縫的原因分析

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)物裂縫形成的因素有許多，如干縮、溫度效應(yīng)、外力超載或施工?當(dāng)?shù)榷紩a(chǎn)生裂縫。

2.1 塑性收縮裂縫

混凝土由水泥、細(xì)骨材、粗骨材及水拌合而成，由于水與水泥的水化產(chǎn)生膠結(jié)作用，將粗細(xì)骨材連成一體，從而產(chǎn)生混凝土的強度?；炷翝仓煤笤谀糖俺尸F(xiàn)軟性或塑性狀態(tài)。拌合水化作用開始，混凝土表面曝露于大氣間，混凝土表面的水分開始蒸發(fā)，并導(dǎo)致混凝土干縮?；炷帘砻鏈囟燃帮L(fēng)速均影響表面水分蒸發(fā)產(chǎn)生干縮的程度，因此混凝土內(nèi)部與外表由于干縮差異，使混凝土的表面產(chǎn)生拉應(yīng)變，如果此種干縮的差異發(fā)生在混凝土灌注之后，強度尚未完全形成時，混凝土將由于塑性收縮所造成的應(yīng)變而產(chǎn)生破裂。

2.2 塑性沉陷裂縫

這種裂縫是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)早期裂縫之一，發(fā)生原因為混凝土在澆置、抹平后骨材會繼續(xù)下沉，當(dāng)骨材下沉受到局部阻礙時（如鋼筋或其它埋設(shè)物），導(dǎo)致鄰近對象產(chǎn)生孔隙或裂縫。

2.3 干縮裂縫

干縮裂縫是因為混凝土體積干縮變化并且收縮受到外部約束的影響。假使混凝土收縮未受到限制，則裂縫?會產(chǎn)生。但當(dāng)收縮發(fā)生且受限制時，混凝土內(nèi)部會形成拉應(yīng)力，當(dāng)拉應(yīng)力超過混凝土強度時，裂縫就產(chǎn)生了。

2.4 溫度裂縫

混凝土澆置后由于水化熱的消散速度?同，使內(nèi)部造成溫差，此溫差會導(dǎo)致?同的體積變化，而產(chǎn)生拉應(yīng)力，當(dāng)此拉應(yīng)力超過混凝土抗拉度時，即會產(chǎn)生裂縫。

2.5 沉陷裂縫

對某些結(jié)構(gòu)物而言，不均勻支承與基礎(chǔ)沉陷或沉陷超過容許范圍，都容易使得結(jié)構(gòu)物產(chǎn)生額外的彎曲與剪力裂縫，這種裂縫是設(shè)計時無法考慮和預(yù)計的。

2.6 氣候因素

造成混凝土龜裂的因素包括溫濕度作用及凍融現(xiàn)象等。湖南等南方地區(qū)，雖然凍融現(xiàn)象發(fā)生的幾率?大，但在溫濕度方面卻有很大影響，因此必須加以重視；通常溫濕度作用所呈現(xiàn)的裂縫型態(tài)為八字型裂縫，其原因可能為結(jié)構(gòu)物受日照后混凝土膨脹的結(jié)果。

2.7 鋼筋腐蝕

鋼筋腐蝕是一種電化學(xué)過程，此過程需要氧氣、水份及具陰陽極反應(yīng)等化學(xué)反應(yīng)。鋼筋腐蝕時相伴產(chǎn)生的生成物體積比鋼筋體積要大，甚至可高達(dá)7倍，因此鋼筋銹蝕膨脹后會對混凝土產(chǎn)生推擠，使混凝土受到拉力。當(dāng)腐蝕生成物累積至某種程度時，混凝土表面裂縫?無法避免。隨著鋼筋生銹漸多，鋼筋與混凝土間的握裹力便逐漸消失，最后導(dǎo)致混凝土剝落。

2.8 堿質(zhì)反應(yīng)

混凝土內(nèi)水泥堿性物與骨材中活性二氧化硅在足夠濕氣及溫度的環(huán)境催化下將產(chǎn)生一種膨脹性化學(xué)反應(yīng)，即稱堿質(zhì)反應(yīng)。此反應(yīng)將造成混凝土衍生膨脹應(yīng)變，從而使結(jié)構(gòu)物劣化。

2.9 超載、設(shè)計、施工不當(dāng)

結(jié)構(gòu)物構(gòu)件有一定的容許載重力。因此，超載勢必會使得結(jié)構(gòu)物產(chǎn)生額外的裂縫。設(shè)計錯誤將造成結(jié)構(gòu)物嚴(yán)重龜裂，甚至發(fā)生重大事故。例如鋼筋用量不足、不當(dāng)配置等因素，均可能造成結(jié)構(gòu)物龜裂；施工作業(yè)?當(dāng)同樣會導(dǎo)致混凝土龜裂，最常見的現(xiàn)象為，混凝土澆置時添加水量，此時，不但增加干縮及沉陷裂縫發(fā)生的幾率，更降低了混凝土原本的設(shè)計強度。養(yǎng)護(hù)時間不夠、模板支撐力?足及施工縫設(shè)置不當(dāng)都會使得混凝土產(chǎn)生裂縫。

2.10 氯離子含量過高

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)物中的鋼筋，一般均在堿性環(huán)境下，故不會產(chǎn)生腐蝕，但當(dāng)氯離子含量高于一定程度時，雖在堿性環(huán)境下也會發(fā)生腐蝕，鋼筋生銹之臨界氯離子含量，依混凝土配比及環(huán)境條件而異。

3 裂縫的防治措施

對裂縫的防治應(yīng)根據(jù)裂縫發(fā)生的原因、大小、部位、結(jié)構(gòu)的受力情況和使用要求, 區(qū)別對待, 以便采用正確的處置方法。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)物龜裂損壞一般可分為結(jié)構(gòu)性龜裂與非結(jié)構(gòu)性龜裂兩種。結(jié)構(gòu)性龜裂是指，因結(jié)構(gòu)體損害導(dǎo)致結(jié)構(gòu)體龜裂、大變形，危及結(jié)構(gòu)安全等情形；而非結(jié)構(gòu)性龜裂是指混凝土結(jié)構(gòu)物表面細(xì)微發(fā)狀裂痕、沿埋設(shè)管物裂痕、兩種?同材?裝修粉刷裂縫等情形。結(jié)構(gòu)性裂縫的防治目的在于提高結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的承載力、剛度、穩(wěn)定性和耐久性。非結(jié)構(gòu)性裂縫可根據(jù)結(jié)構(gòu)耐久性和使用方面的要求, 采取修補措施即可。具體措施有：

盡量爭取在晝夜溫差較小的季節(jié)施工，否則應(yīng)采取保溫和防曬措施，充分養(yǎng)護(hù)，使溫度的變化控制在最小范圍，不使其升溫過高及干燥。在遇強風(fēng)時應(yīng)比平時盡快采用特殊的養(yǎng)護(hù)預(yù)防干燥收縮裂縫。

嚴(yán)格按水泥、水、砂、石的配合比計量上料，規(guī)定正確攪拌時間。選用水化熱量小、鋁酸鈣含量較低的水泥，這樣可降低水泥、水化熱帶來的內(nèi)部溫度，降低水化熱峰值。選用優(yōu)質(zhì)的減水劑及級配良好的骨料，盡量減少單位用水量，并盡可能選用低的砂率，減少泛漿和混凝土的收縮量。

混凝土面板在鋪筑完后盡可能早地切割，如因故不能做到時，可采用跳檔切割，每隔4～5條縫先切一縮縫，然后再返回切余下的縫。

在混凝土路面澆筑前給水泥石粉層和模板適量灑水，減少基層頂面摩阻力。使用長時間在日光下曝曬的干燥骨料時，也要充分灑水濕潤，在混凝土表面修整過程中，要避免強烈的日光直射，不使溫度上升很大和出現(xiàn)干燥，風(fēng)還大時要提前養(yǎng)護(hù)。

正確處理施工縫。在施工時縫應(yīng)盡可能與脹縫或縮縫重合。最好是脹縫，因為即使施工縫不直時也可通過切割將不直處除掉。雖然要求盡量不設(shè)施工縫，但在施工常遇到不可避免的原因，如停電、機械故障、暴雨等因素不得不設(shè)置施工縫時、因時間差、施工縫兩邊澆筑的混凝土凝固、收縮不一致，肯定會產(chǎn)生裂縫，故應(yīng)有應(yīng)付突發(fā)事變的能力，盡量避免發(fā)生施工縫或合理安排施工縫，也可減少板塊裂縫的產(chǎn)生。

結(jié)語

鋼筋混凝土構(gòu)造物裂縫往往造成許多困擾，輕則影響結(jié)構(gòu)物外觀，重則危及構(gòu)造物安全。一般工程上，均視混凝土結(jié)構(gòu)物上細(xì)微發(fā)狀裂縫為結(jié)構(gòu)物重大缺陷。實際上，裂縫多半是由于載重前的自身應(yīng)力及約束應(yīng)力引起的。對混凝土裂縫的分析, 不僅要明確裂縫的危害，分析裂縫產(chǎn)生的原因, 更要求我們從設(shè)計上和施工上總結(jié)經(jīng)驗教訓(xùn), 去預(yù)防裂縫的發(fā)生。

參考文獻(xiàn)

[1]江見鯨,陸新征,葉列平,混凝土結(jié)構(gòu)有限元分析[M],北京: 清華大學(xué)出版社,2005.

[2]David Darwin,Shawn Barham and Shuguang Luan，F(xiàn)racture Energy of High-Strength Concrete [J]，ACI METERIALS JOURNAL，2006,43(3):410-416.

[3]趙春生, 混凝土橋梁裂縫原因分析[J],山西建筑,2005,31(14):78-79.

[4]潘新華. 上下夾層鋼纖維混凝土路面施工技術(shù)的應(yīng)用[ J ]. 湖南交通科技, 2003, 29 (2):28-30.