混凝土裂縫原因分析及預(yù)防措施探討

熊日奎

【摘 要】本文結(jié)合湖南地區(qū)工程實際中對混凝土開裂的調(diào)查分析，總結(jié)出混凝土開裂原因有原材料本身原因，超載作用，干縮應(yīng)力和溫度應(yīng)力使體積變化，施工問題，環(huán)境因素影響及地基不均沉降等幾大因素引起，并根據(jù)實際工作經(jīng)驗提出一些相應(yīng)預(yù)防措施。

【關(guān)鍵詞】混凝土裂縫原因；分析預(yù)防措施

0.引言

鋼筋混凝土是一種砂石骨料、水泥、水及其他外加材料混合而形成的非均質(zhì)脆性材料，在其微觀相組成之問主要結(jié)合力是范德華力。因此其抗拉強度遠低于抗壓強度。當混凝土內(nèi)部產(chǎn)生拉應(yīng)力超過其抗拉強度時，就產(chǎn)生裂縫。當混凝土裂縫寬度超過規(guī)定的限值后，外部各種有害物質(zhì)、氣體開始向內(nèi)部滲透、侵蝕、碳化作用也將跟隨裂縫很快的滲入到混凝土內(nèi)部。鋼筋在氧氣和水分作用下開始發(fā)生銹蝕。鋼筋被銹蝕后所產(chǎn)生的鐵銹體積比原體積要增加許多，其外側(cè)混凝土受到鋼筋膨脹的擠壓作用后，其產(chǎn)生垂直于徑向脹壓力，當超過混凝土的拉應(yīng)力后，就會在混凝土的保護層上引發(fā)沿鋼筋的縱向裂縫?；炷恋牧芽p的擴展或有新裂縫的出現(xiàn)，將會加速混凝土的碳化合侵蝕物質(zhì)的介入。鋼筋腐蝕程度加劇，這又將進一步混凝土的開裂，使混凝土結(jié)構(gòu)的承載能力下降，耐久性降低。

1.混凝土裂縫產(chǎn)生的原因

1.1材料質(zhì)量原因

混凝土主要由水泥、砂、料、拌和水及外加劑組成。配置混凝士所采用材料質(zhì)量不合格，可導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫。比如：水泥安定性不合格，水泥中游離的氧化鈣含量超標；水泥強度不足，水泥受潮或過期；水泥含堿量較高同時又使用含有堿活性的骨料；砂石粒徑太小、級配不良、空隙率大；砂石中云母、泥沙、有機質(zhì)和輕物質(zhì)的含量較高；拌和水或外加劑氯化物等雜質(zhì)含量較高。

1.2施工技術(shù)原因

（1）施工與管理經(jīng)驗落后：施工工人對混凝土特性不了解，在澆搗時擅自加水來增加坍落度，使混凝土配合比發(fā)生變化，造成結(jié)構(gòu)開裂；（2）混凝土澆筑后，振搗不足，造成粗細骨料分離，結(jié)構(gòu)強度分布不均；（3）質(zhì)量保障體系不健全：混凝土養(yǎng)護不到位、模板剛度不足、拆模過早，雨天澆筑等，都會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫。

1.3地基變形原因

由十地質(zhì)勘察精度不夠，試驗資料不準、地基地質(zhì)差異太大、結(jié)構(gòu)荷載差異太大、結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)類型差別大、基礎(chǔ)分期建造、地基凍脹、基礎(chǔ)置于滑坡體、溶洞或活動斷層等不良地質(zhì)段、原有地基條件變化等原因，使基礎(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。

1.4荷載作用原因

混凝土結(jié)構(gòu)在常規(guī)靜、動荷載及次應(yīng)力下產(chǎn)生的裂縫稱荷載裂縫，歸納起來主要有直接應(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。裂縫產(chǎn)生的原因有：設(shè)計計算階段、施工階段、使用階段。次應(yīng)力裂縫是指由外荷載引起的次生應(yīng)力產(chǎn)生裂縫。④荷載裂縫分類及其特征。荷載裂縫特征依荷載不同而異呈現(xiàn)不同的特點。這類裂縫多出現(xiàn)在受拉區(qū)、受剪區(qū)或振動嚴重部位。

1.5溫度濕度原因

混凝土具熱脹冷縮性質(zhì)，當外部環(huán)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，當應(yīng)力超過混凝土抗拉強度時即產(chǎn)生溫度裂縫。譬如，橋面板、主梁或橋墩側(cè)面受太陽曝曬后，溫度明顯高于其它部位，溫度梯度呈非線形分布，由于受到自身約束作用，導(dǎo)致局部拉應(yīng)力較大，出現(xiàn)裂縫；大體積混凝上（厚度超過2.0米）澆筑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。還有就是砼在空氣中結(jié)硬時，體積會逐漸減小，一般謂之干縮。收縮裂縫較普遍，常見于現(xiàn)澆墻板式結(jié)構(gòu)、現(xiàn)澆框架結(jié)構(gòu)等，通常是由于養(yǎng)護不良造成。

1.6凍脹因素

大氣氣溫低于零度時，混凝土中膨脹力加大，混凝土強度降低，并導(dǎo)致裂縫出現(xiàn)。尤其是混凝土初凝時受凍最嚴重，成齡后混凝土強度損失可達30%-50%。冬季施工時對預(yù)應(yīng)力孔道灌漿后若不采取保溫措施也可能發(fā)生沿管道方向的凍脹裂縫。溫度低于零度和混凝土吸水飽和是發(fā)生凍脹破壞的必要條件。

2.混凝土裂縫預(yù)防措施

2.1嚴把混凝土的原材料質(zhì)量

材料選用上應(yīng)選用符合規(guī)范要求的合格材料。水泥應(yīng)選用水化熱較低的水泥，嚴禁使用安定性、強度不合格的水泥。粗骨料宜用表面粗糙、質(zhì)地堅硬、級配良好、空隙率小、無堿性反應(yīng)、有害物質(zhì)及粘土含量不超過規(guī)定的石料。細骨料宜用顆粒較細、空隙較小、含泥量較低的中砂。外滲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。

2.2預(yù)防溫度濕度變化弓I起裂縫

盡量選用低熱或中熱水泥，如礦渣水泥、粉煤灰水泥等；減少水泥用量，將水泥用量盡量控制在450kg/m3以下；降低水灰比，一般混凝土的水灰比控制在0.6以下；改善骨料級配，摻加粉煤灰或高效減水劑等來減少水泥用量，改善混凝土拌合物的流動性、保水性，降低水化熱；加強混凝土溫度的監(jiān)控，及時采取冷卻、保護措施；加強混凝土養(yǎng)護，混凝土澆筑后，及時用濕潤的草簾、麻片等覆蓋，并注意灑水養(yǎng)護，適當延長養(yǎng)護時間，保證混凝土表面緩慢冷卻。

2.3嚴格控制混凝土的配料和配筋

應(yīng)采用低水灰比、低用水量，以減少水泥用量。配制混凝土?xí)r計量應(yīng)準確，要嚴格控制水灰比和水泥用量，攪拌均勻，離析的混凝土必須重新攪勻后，方可澆筑。鋼筋等級、規(guī)格、數(shù)量的改變、代用，必須滿足相關(guān)要求。以低強度鋼筋代換高強度等級鋼筋后，裂縫寬度有所減小。相同等級鋼筋代換時，若代換鋼筋直徑大于原鋼筋直徑，則需要加大代換鋼筋的面積以滿足裂縫寬度的要求。鋼筋的位置要正確，保護層過大或過小都可能導(dǎo)致混凝土開裂，鋼筋間距過大，易引起鋼筋之間的混凝土開裂。

2.4預(yù)防地基變形引起裂縫

對于基礎(chǔ)變形引起的裂縫，要加強地基的檢查與驗收工作，基坑開挖后應(yīng)及時通知監(jiān)理到現(xiàn)場驗收，對較復(fù)雜的地基，設(shè)計方在基坑開挖后應(yīng)要求勘察補鉆探，當探出有不利的地質(zhì)情況時，必須先對其加固處理，并經(jīng)驗收合格后，方可進行下一步施工。在開挖基槽時，要注意不擾動其原狀結(jié)構(gòu)?？刂平ㄖ镉虚L高比，長高比越小，整體剛度越大，調(diào)整不均勻沉降的能力越強。合理地調(diào)整各部分承重結(jié)構(gòu)的受力情況，使荷載分布均勻，盡量防止受力過于集中。最后還需要注意正確地設(shè)置沉降縫。

2.5加強混凝土表面的保護

應(yīng)及時清除混凝土表面泌水，當混凝土表面開始收漿即開始初凝前，宜再用鐵抹板進行二次抹面壓光，并用木搓搓毛，消除干縮裂縫，減少表面水分散發(fā)，清除混凝土表面的塑性裂縫?；炷帘砻娓{多時，在澆筑后2到3小時，將混凝土表面用木抹板反復(fù)（下轉(zhuǎn)第102頁）（上接第77頁）搓抹數(shù)遍，使其表面密實。在夏季施工時，白天高溫期間用塑料布覆蓋混凝土斜面流淌部分，避免陽光直射，防止表面水分蒸發(fā)過快，保證混凝土初凝時間，避免出現(xiàn)冷縫。如果采用的是商品混凝土，在夏季施工時還應(yīng)協(xié)調(diào)混凝土罐車的到場時間，防止罐車長時間暴曬而造成混凝土溫度升。

2.6改善基礎(chǔ)邊界條件和降低外約束力

當基礎(chǔ)混凝土澆筑在基巖或混凝土上時，其降溫過程中因混凝土的冷縮受到基巖或老混凝土處部約束引起的拉應(yīng)力，要大于其升溫中因膨脹受到基巖或老混凝土外部約束的壓應(yīng)力，混凝土降溫的幅度越大，基底的約束程度越大，因此引發(fā)的收縮拉應(yīng)力及裂縫可能性越大。

3.小結(jié)

混凝土裂縫是混凝土結(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，降低構(gòu)件的耐久性，影響建筑物的承載力。對于混凝土裂縫的控制是一個綜合性的問題，要重視工程設(shè)計、材料選用、施工、混凝土養(yǎng)護等各個環(huán)節(jié)一，強調(diào)過程管理，確保結(jié)構(gòu)安全和避免不必要的損失。 [科]

【參考文獻】

[1]混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范.GB50010—2002.

[2]陳志源，李啟令.土木工程材料[M].武漢工業(yè)大學(xué)出版社，2009.

[3]公路工程質(zhì)量檢驗評定標準.土建工程[S].北京：人民交通出版社，2004.

[4]張樹祿.粗骨料對混凝土性能影響的概述[J].陜西建筑，2004（3）.

[5]商品混凝土結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生原因及預(yù)防措[J]1.科技資訊，2004，4.