混凝土裂縫成因分析及控制

張小亮

混凝土具有抗壓強(qiáng)度高、成型方便、耐久性好、易于取材的優(yōu)良特點(diǎn)，高標(biāo)號(hào)的混凝土抗壓強(qiáng)度可以和鋼材媲美，因此，被廣泛作為房屋、道路、橋梁、水利等各種工程建筑物的主要構(gòu)筑材料。但是，混凝土本身具有抗拉強(qiáng)度低、材料脆性的弱點(diǎn)，就是這個(gè)弱點(diǎn)導(dǎo)致建筑物中會(huì)出現(xiàn)混凝土裂縫問題。混凝土裂縫的產(chǎn)生有不同方面的原因，一些裂縫具有潛在的危險(xiǎn)性，一些裂縫不影響混凝土的性能，需要區(qū)別對(duì)待。

1 混凝土裂縫的產(chǎn)生機(jī)理

混凝土裂縫產(chǎn)生的主要原因是由于混凝土抗拉強(qiáng)度低以及材料的脆性造成的?；炷恋目箟簭?qiáng)度主要由粗骨料承擔(dān)，抗拉強(qiáng)度則依靠水泥的粘結(jié)力和粗骨料極小一部分咬合力，這部分力量十分弱小，導(dǎo)致混凝土抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)低于抗壓強(qiáng)度，加上混凝土材料整體構(gòu)成極不均勻，砂、石材料自身為脆性，使混凝土表現(xiàn)為脆性，延性極差，容易產(chǎn)生裂縫，這是本質(zhì)原因。當(dāng)混凝土受到的拉應(yīng)變超過其自身極限拉應(yīng)變后，混凝土就會(huì)開裂，裂縫就產(chǎn)生了?；炷恋臉O限拉應(yīng)變數(shù)值很小，約為0.000 1～0.000 2[1]。影響混凝土極限拉應(yīng)變的因素很多，其中主要因素有密實(shí)度、水灰比、早期養(yǎng)護(hù)等。齡期對(duì)混凝土極限拉應(yīng)變也有很大影響，剛硬化的或齡期較短的混凝土極限拉應(yīng)變很小，很容易引起開裂。

2 常見混凝土裂縫分類及成因

2.1 非荷載原因引起的裂縫

常見裂縫主要包括收縮裂縫、干濕裂縫和溫度裂縫。

收縮裂縫成因是濕混凝土在發(fā)生水泥的水化反應(yīng)后，水化產(chǎn)物總體積比反應(yīng)前的總體積小，使混凝土體積產(chǎn)生收縮，混凝土的收縮與硬化同時(shí)發(fā)生，混凝土硬化可持續(xù)約幾十年，收縮也將持續(xù)幾十年。但是，混凝土收縮的主要部分是在最早的1年～2年內(nèi)完成。工程實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，由于近年來水泥活性和強(qiáng)度等級(jí)的增加，收縮量有所增大，并且拖延時(shí)間較長。影響收縮的因素很多，如水泥品種采用礦渣硅酸鹽水泥比普通硅酸鹽水泥水化熱低，但其收縮約增加25%，超厚的大底板基礎(chǔ)發(fā)生的收縮則非常緩慢且很小，這種收縮對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)物不產(chǎn)生破壞，工程中一般不需控制。

干濕變形裂縫:混凝土具有濕脹干縮的性質(zhì)，脹縮的情況取決于周圍環(huán)境濕度的變化。當(dāng)混凝土處于干燥環(huán)境中時(shí)，混凝土內(nèi)部毛細(xì)管中游離水及凝膠體吸附水的蒸發(fā)，使得混凝土產(chǎn)生體積收縮。當(dāng)混凝土在水中或潮濕環(huán)境中時(shí)，體積不變或產(chǎn)生微膨脹，其膨脹值遠(yuǎn)小于收縮值，一般不產(chǎn)生破壞。

混凝土內(nèi)部和外部溫差過大(溫差不應(yīng)大于25℃)[1]就會(huì)使混凝土內(nèi)部因溫度高產(chǎn)生膨脹，從而造成混凝土內(nèi)部受壓外部受拉。混凝土在硬化初期只有很低的抗拉強(qiáng)度，當(dāng)內(nèi)外溫差所引起的拉應(yīng)力超過混凝土抗拉強(qiáng)度，混凝土就會(huì)產(chǎn)生裂縫。一般民用建筑混凝土體積不是特別大，這類裂縫基本不危及建筑物安全。

沉降裂縫是由于基礎(chǔ)不均勻沉降使結(jié)構(gòu)受迫變形引起的裂縫，這類裂縫主要發(fā)生在地質(zhì)條件不均勻的地基和強(qiáng)夯地基上，當(dāng)?shù)鼗l(fā)生不均勻沉降后，沉降大的結(jié)構(gòu)與沉降小的結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生相對(duì)位移，從而使結(jié)構(gòu)構(gòu)件產(chǎn)生附加的拉力或剪力，當(dāng)這種附加內(nèi)力超過材料的強(qiáng)度時(shí)，便產(chǎn)生相對(duì)裂縫。這類裂縫的處理主要是設(shè)計(jì)時(shí)采用合理的基礎(chǔ)形式。

2.2 荷載原因引起的裂縫

荷載裂縫是指因動(dòng)、靜荷載的直接作用引起的裂縫，也稱為結(jié)構(gòu)性裂縫。作用在截面上的正常荷載作用效應(yīng)包括彎矩、剪力、扭矩、軸向拉力都可能引起鋼筋混凝土構(gòu)件開裂，荷載類型不同，裂縫的形態(tài)也不相同。在規(guī)范允許范圍內(nèi)的結(jié)構(gòu)性裂縫不影響建筑物的安全。但荷載裂縫向壞的方向發(fā)展時(shí)往往發(fā)展成有害裂縫，當(dāng)這種裂縫產(chǎn)生時(shí)，影響到或可能發(fā)展到影響結(jié)構(gòu)性能、使用功能或耐久性，甚至引起建筑物的破壞。在工程中，荷載引起的有害裂縫主要表現(xiàn)為貫穿性裂縫。不是所有的荷載裂縫都有害，但是當(dāng)荷載裂縫進(jìn)一步發(fā)展時(shí)必須引起高度警惕。

有害荷載裂縫產(chǎn)生的原因主要有以下幾方面:1)設(shè)計(jì)因素，由于設(shè)計(jì)人員考慮不足，造成結(jié)構(gòu)承載力不足，鋼筋應(yīng)力過大，從而使混凝土產(chǎn)生較大裂縫。比如鋼筋混凝土，由于鋼筋承載力不足，變形過大，造成混凝土承受過大拉應(yīng)力，從而產(chǎn)生貫穿性裂縫;2)由于結(jié)構(gòu)受到的不可抗力作用大于其極限承載能力，從而使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫，比如建筑物受到地震作用后出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)性裂縫;3)施工方面的原因，施工質(zhì)量控制不好和不合適的施工進(jìn)度也會(huì)引起結(jié)構(gòu)性裂縫的產(chǎn)生，比如，樓層過快的施工進(jìn)度可能導(dǎo)致在混凝土強(qiáng)度還沒有達(dá)到可以承受的荷載之前，由于超負(fù)荷而出現(xiàn)裂縫。

3 混凝土裂縫的危害

一般民用建筑物無害裂縫主要是引起人們心理的不安全感，影響建筑物的美觀。其實(shí)對(duì)于鋼筋混凝土來講，工作時(shí)要發(fā)揮鋼筋的受拉作用，就要產(chǎn)生一定的變形，混凝土受拉變形能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于鋼筋，混凝土受拉變形超過其極限變形能力后，將產(chǎn)生微裂縫，拉應(yīng)力轉(zhuǎn)移給鋼筋承擔(dān)，結(jié)構(gòu)此時(shí)發(fā)揮出整體效能。鋼筋混凝土是允許帶縫工作的，只是裂縫要控制在國家標(biāo)準(zhǔn)容許的范圍之內(nèi)，這時(shí)的裂縫是不會(huì)影響建筑物安全和耐久性的。

裂縫對(duì)鋼筋混凝土耐久性的危害影響，在受力狀態(tài)合理的情況下，實(shí)質(zhì)上理解為由于鋼筋銹蝕對(duì)耐久性產(chǎn)生的影響，鋼筋的銹蝕速度與裂縫寬度、所處的環(huán)境及混凝土的碳化深度有關(guān)，實(shí)驗(yàn)研究表明，鋼筋的銹蝕程度隨裂縫的寬度增加有增大的趨勢(shì)，但環(huán)境因素對(duì)鋼筋銹蝕程度的影響更大。

4 裂縫的控制

在設(shè)計(jì)過程中，要充分考慮結(jié)構(gòu)、構(gòu)件的受力狀態(tài)、工作環(huán)境以及混凝土的力學(xué)性能，進(jìn)行混凝土耐久性設(shè)計(jì)，保證混凝土在預(yù)期使用壽命內(nèi)能夠完成預(yù)定功能，后期不必花費(fèi)高額的維修費(fèi)用。合理的配筋對(duì)鋼筋混凝土十分重要，對(duì)于由荷載引起的裂縫，可以選用與混凝土粘結(jié)較好的變形鋼筋，控制鋼筋的應(yīng)力不要過高，鋼筋直徑不宜過粗，這樣就能充分發(fā)揮鋼筋和混凝土協(xié)調(diào)變形，可以控制正常使用條件下的裂縫。

在混凝土材料的選用過程中要十分注意堿骨料反應(yīng)，堿骨料反應(yīng)是指混凝土空隙中的堿性溶液與活性骨料發(fā)生反應(yīng)生成堿—硅酸凝膠，堿—硅酸凝膠遇水后產(chǎn)生膨脹，從而引起混凝土裂縫。堿骨料反應(yīng)在工程界被稱為混凝土的“癌癥”，因此要十分重視。對(duì)于大體積混凝土，施工時(shí)盡量選用低水化熱水泥，如礦渣硅酸鹽水泥、火山灰水泥等，從而避免溫度裂縫。

混凝土施工中要控制運(yùn)輸、澆筑和養(yǎng)護(hù)三方面?；炷翑嚢韬瓦\(yùn)輸時(shí)間應(yīng)合理控制，避免因時(shí)間過長水分過多蒸發(fā)，混凝土坍落度降低，使得混凝土出現(xiàn)不規(guī)則的收縮裂縫?；炷翝仓r(shí)不能漏振也要避免過度振搗，避免混凝土泌水現(xiàn)象發(fā)生。后期養(yǎng)護(hù)時(shí)要避免混凝土裸露在陽光直射和大風(fēng)環(huán)境中，以免出現(xiàn)干縮裂縫?；炷翝仓戤吅罂蛇M(jìn)行二次抹壓，必要時(shí)利用吸水泵排出表面泌水，但表面刮抹應(yīng)限制到最小程度，避免在其表面撒水泥干粉刮抹，加強(qiáng)混凝土早期養(yǎng)護(hù)[2]。

總之，混凝土裂縫產(chǎn)生有其具體的原因，只要采取多方面的措施，裂縫問題就能得到很好的控制。

[1] 趙國藩.高等鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)學(xué)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

[2] 武曉麗.混凝土裂縫成因及控制[J].港工技術(shù)，2006(5):35-37.

[3] 葛吉虹.現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓板裂縫的成因分析及處理[J].山西建筑，2007，33(14):119-120.