混凝土結(jié)構(gòu)裂縫成因分析與控制對策

張濤才

（合肥鐵路勘察設(shè)計院有限責(zé)任公司，安徽 合肥 230000）

混凝土裂縫是由多種因素引起的，如：荷載、溫度、收縮、地基變形或凍脹、鋼筋銹蝕、化學(xué)腐蝕、堿骨料反應(yīng)、混凝土質(zhì)量、水泥水化熱溫升等。由于混凝土內(nèi)部水分、化學(xué)反應(yīng)和溫度的變化常常引起體積變形，如：澆筑初期的凝縮及硬化后的自生體積收縮，濕漲(膨脹)，干縮，碳化收縮和由于溫度變化而引起的體積收縮。下面就幾種主要原因進行分析，并提出控制對策。

1 荷載引起的裂縫

混凝土結(jié)構(gòu)在靜、動荷載及次應(yīng)力下產(chǎn)生的裂縫稱荷載裂縫，主要有直接應(yīng)力裂縫、次應(yīng)力裂縫兩種。直接應(yīng)力裂縫是指外荷載引起的直接應(yīng)力產(chǎn)生的裂縫；次應(yīng)力裂縫是指由外荷載引起的次應(yīng)力產(chǎn)生的裂縫。產(chǎn)生的主要原因如下：

1.1 在設(shè)計階段，計算模型不合理，結(jié)構(gòu)受力假設(shè)與實際不符，荷載少算或漏算；內(nèi)力與配筋計算錯誤，結(jié)構(gòu)安全系數(shù)不夠；結(jié)構(gòu)設(shè)計未充分考慮施工的可行性，設(shè)計截面不足；鋼筋設(shè)計不合理，結(jié)構(gòu)剛度不夠；構(gòu)造處理不當(dāng)；設(shè)計圖紙交代不清等。

1.2 在施工階段，不加限制地堆放施工機具、材料；不了解預(yù)制結(jié)構(gòu)受力特點，隨意翻身、起吊、運輸、安裝；不按設(shè)計圖紙施工，擅自更改結(jié)構(gòu)施工順序，改變結(jié)構(gòu)受力模式；不對結(jié)構(gòu)做機器振動下的疲勞強度驗算等。

對于荷載引起的裂縫，應(yīng)分別從設(shè)計、施工階段采取措施。設(shè)計時采用合理的計算模型，嚴(yán)格按照規(guī)范要求，取合理的結(jié)構(gòu)安全系數(shù)；施工階段要嚴(yán)格按照施工組織設(shè)計的要求，合理布局施工機具、材料、臨時設(shè)施等，科學(xué)、合理地劃分施工段，并按既定的施工方案進行施工。

2 溫度變化引起的裂縫

混凝土具有熱脹冷縮性質(zhì)，當(dāng)外部境或結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度發(fā)生變化，混凝土將發(fā)生變形，若變形遭到約束，則在結(jié)構(gòu)內(nèi)將產(chǎn)生應(yīng)力，當(dāng)應(yīng)力超過混凝土抗拉強度時即產(chǎn)生溫度裂縫。溫度裂縫可分為表面溫度裂縫、深度貫穿溫度裂縫。表面溫度裂縫多由于溫差較大引起。如大體積混凝土澆注之后，由于水泥水化放熱，導(dǎo)致內(nèi)部溫度很高，內(nèi)外溫差太大，致使表面出現(xiàn)裂縫。深層貫穿裂縫多由于結(jié)構(gòu)降溫差值大，受外界的約束而引起。如現(xiàn)澆混凝土或大體積剛性擴大基礎(chǔ)，澆注在堅硬的地基上，未采取隔離等放松約束措施或收縮縫間距過大，在混凝土澆注時，溫度很高，加上水泥水化熱的溫度升高很大，使溫度更高。當(dāng)混凝土冷卻收縮時，全部或部分地受到地基或其他外部結(jié)構(gòu)的約束，在混凝土內(nèi)部出現(xiàn)很大拉應(yīng)力，進而產(chǎn)生降溫收縮裂縫，這類裂縫有時成貫穿狀。引起溫度變化的主要因素有：年溫差、日照、驟然降溫、水化熱、蒸汽養(yǎng)護或冬季施工措施不當(dāng)?shù)取?/p>

溫度裂縫的控制措施有：

（1）降低混凝土的澆注速度。如采用降低骨料的溫度，或加冰水，選在夜間最低溫度時澆注等。

（2）降低水泥的水化熱。如選用低水化熱水泥，或減少水泥的用量，或摻加優(yōu)質(zhì)粉煤灰。

（3）加快澆注后混凝土的散熱。如用鋼模板，或分層澆注混凝土，以便散熱?；蛟诖篌w積混凝土中預(yù)埋或利用一些管，通過冷水或冷風(fēng)來降溫。

（4）降低澆注混凝土結(jié)構(gòu)的外部約束。如減小澆筑體長度或厚度，或減小約束體體積，或改善交界面狀況，兩層混凝土澆注間隔時間不得長于15天。

（5）加強混凝土的表面保護。如澆注后，表面應(yīng)及時用草簾、草袋、砂、鋸末等覆蓋，并灑水養(yǎng)護，或蓄水養(yǎng)護；冬季采取保溫措施，保護混凝土表面，薄壁結(jié)構(gòu)，要適當(dāng)延長其拆模時間，使之緩慢降溫。

（6）改善混凝土的性能。如盡量選用低熱或中熱水泥，或選用合適骨料如石灰?guī)r骨料及其級配良好，以便降低水化熱。

（7）合理地分縫分塊，避免澆注體積過大，合理地安排施工工序，避免過大的高差和側(cè)面長期暴露。

3 基礎(chǔ)變形引起的裂縫

由于基礎(chǔ)豎向不均勻沉降或水平方向位移，使結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生附加應(yīng)力，超出混凝土結(jié)構(gòu)的抗拉能力，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)開裂。建筑基礎(chǔ)不均勻沉降的主要原因有：地質(zhì)勘察精度不夠、試驗資料不準(zhǔn)；地基地質(zhì)差異太大，結(jié)構(gòu)荷載差異太大或結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)類型差別太大；地基處于凍脹土質(zhì)，建筑基礎(chǔ)基于滑坡體、溶洞或活動斷層等不良地質(zhì)。

對不符合設(shè)計要求的地基應(yīng)進行基礎(chǔ)處理，使得地基的差異控制在允許范圍之內(nèi)；科學(xué)設(shè)計支架搭設(shè)，對支架進行全面堆積預(yù)壓以消除非彈性變形；在混凝土中加減水劑以減少混凝土泌水，確?；炷帘Ｗo層厚度。

4 鋼筋銹蝕引起的裂縫

鋼筋銹蝕引起的裂縫是由于混凝土質(zhì)量較差或保護層厚度不夠，混凝土保護層由于二氧化碳侵蝕炭化至鋼筋表面，使鋼筋周圍混凝土堿度降低，或由于氯化物介入，鋼筋周圍氯離子含量較高，均可引起鋼筋表面氧化膜破壞，鋼筋中鐵離子與侵入到混凝土中的氧氣和水分發(fā)生銹蝕反應(yīng)。其銹蝕物氫氧化鐵體積比原來增長約2～4倍，從而對周圍混凝土產(chǎn)生膨脹應(yīng)力，導(dǎo)致保護層混凝土開裂、剝離，沿鋼筋縱向產(chǎn)生開裂，并有銹跡滲到混凝土表面。

鋼筋銹蝕引起的裂縫控制措施有：采用足夠的保護層厚度；施工時應(yīng)嚴(yán)格控制混凝土的水灰比，加強振搗保證混凝土的密實性，防止空氣侵入；嚴(yán)格控制含氯鹽的外加劑用量。

5 收縮、徐變引起的裂縫

收縮引起的裂縫是不規(guī)則的斜裂紋，在鋼筋以上，似龜紋，常出現(xiàn)在現(xiàn)澆混凝土數(shù)周或數(shù)月后。影響混凝土收縮裂縫的主要因素有：水泥品種、標(biāo)號及用量、骨料品種、水灰比、外摻劑、養(yǎng)護方法、外界環(huán)境、振搗方式及時間?；炷两Y(jié)構(gòu)物在使用過程中將隨時間長短不同產(chǎn)生徐變，結(jié)構(gòu)物的徐變也將產(chǎn)生徐變裂縫。徐變產(chǎn)生的裂縫一般從結(jié)構(gòu)物開始使用直到該混凝土結(jié)構(gòu)的使用壽命結(jié)束為止。

為了控制收縮、徐變引起的裂縫，應(yīng)加強早期混凝土養(yǎng)護以降低混凝土中水分蒸發(fā)速率，在結(jié)構(gòu)外露面覆蓋土工布、麻袋、海綿等，然后進行澆水養(yǎng)護。

6 材料質(zhì)量引起的裂縫

混凝土主要由水泥、砂、骨料、拌和水及外加劑組成。配制混凝土所采用的材料質(zhì)量不合格可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫。比如，粗骨料的強度不夠會影響混凝土的極限抗壓強度，從而引發(fā)荷載裂縫的拓展；水灰比過大會引起由于水分蒸發(fā)而產(chǎn)生的混凝土內(nèi)部裂縫等等。

施工過程中對原材料（鋼筋、水泥、砂碎石、水等）都應(yīng)進行嚴(yán)格的抽樣檢驗，使用符合要求的原材料；對混凝土配合比應(yīng)進行對比試驗，及時調(diào)整施工配合比，確?；炷恋氖┕べ|(zhì)量；在高溫下或雨后施工對砂、碎石應(yīng)進行含水量實驗。

7 施工工藝質(zhì)量差引起的裂縫

在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)澆筑、起模、運輸、拼裝及吊裝過程中若施工工藝不合理、施工質(zhì)量低，可能產(chǎn)生各種形式的裂縫，特別是細(xì)長薄壁結(jié)構(gòu)更容易出現(xiàn)裂縫，裂縫出現(xiàn)部位和走向、裂縫寬度因產(chǎn)生原因而異，如鋼筋混凝土保護層厚度過厚、混凝土振搗不密實、不均勻、混凝土澆筑太快、水灰比過大、混凝土早期受凍、拆模過早等。

對于施工工藝質(zhì)量差引起的裂縫應(yīng)從以下幾方面采取措施：

混凝土應(yīng)嚴(yán)格按配合比計量投料，拌攪時間不應(yīng)小于1～2min，使和易性好，不離析。

混凝土運輸過程中應(yīng)保證不滲露，不析水，避免日曬雨淋，運輸時間盡可能短。在高溫下運輸應(yīng)及時檢測混凝土坍落度，以確保由于蒸發(fā)而造成的水分損失，并及時調(diào)整坍落度。

混凝土分層或分段澆筑時，接頭部位要處理得當(dāng)，否則易在新舊混凝土和施工縫之間出現(xiàn)裂縫。

施工模板應(yīng)具有足夠的剛度，以避免在澆筑混凝土?xí)r，由于側(cè)向壓力的作用，使得模板變形，產(chǎn)生與模板變形一致的裂縫。

施工時拆模不宜過早，避免由于混凝土強度不足，使得構(gòu)件在自重或施工荷載作用下產(chǎn)生裂縫。

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