談混凝土結(jié)構(gòu)中裂縫的產(chǎn)生原因及控制措施

梁大偉

(山西省建筑科學研究院，山西太原 030001)

1 概述

隨著我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展，尤其是在目前國家基礎(chǔ)設(shè)施投入加大的背景下，混凝土結(jié)構(gòu)有了很大的進步和發(fā)展。由于混凝土結(jié)構(gòu)具有強度高、耐久性好、施工方便、造價低廉、適用性強等優(yōu)點，成為了目前世界上建筑物的主要建筑材料，特別是在許多大體積、大跨度、超高層結(jié)構(gòu)中也得到相當廣泛的應用，產(chǎn)生了良好的社會效益和經(jīng)濟效益。

但是混凝土結(jié)構(gòu)也具有一定的缺點，例如自重較大、容易產(chǎn)生裂縫、養(yǎng)護時間長、冬季施工成本高等，尤其是混凝土結(jié)構(gòu)容易產(chǎn)生裂縫，在工程上比較常見?；炷翗?gòu)件長期的帶裂縫工作，對結(jié)構(gòu)構(gòu)件很不利，產(chǎn)生較大的安全隱患。

因此，對混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫的原因進行分析，從中找出解決的辦法，對混凝土結(jié)構(gòu)的應用和發(fā)展，具有很大的意義。

2 混凝土裂縫產(chǎn)生的主要原因

裂縫在混凝土結(jié)構(gòu)外觀上看，主要表觀特征為放射狀裂縫、規(guī)則等距裂縫、不規(guī)則裂縫、網(wǎng)狀裂縫、斜裂縫、龜背狀裂縫，各種不同原因都可能導致裂縫的出現(xiàn)，主要表現(xiàn)在以下幾個方面。

2.1 設(shè)計方面的原因?qū)е碌牧芽p

設(shè)計方面的原因?qū)е碌牧芽p主要是由于設(shè)計不合理造成的。

1)結(jié)構(gòu)構(gòu)件平面布局不合理。由于結(jié)構(gòu)構(gòu)件平面布局不合理而導致了結(jié)構(gòu)截面突變，或者是結(jié)構(gòu)構(gòu)件局部應力集中，導致混凝土構(gòu)件產(chǎn)生裂縫;

2)結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面尺寸或厚度布置不合理，尤其是對于多跨結(jié)構(gòu)的邊跨構(gòu)件布置不合理，而導致局部混凝土構(gòu)件受力較大產(chǎn)生的混凝土結(jié)構(gòu)裂縫;

3)設(shè)計構(gòu)件配筋量太小或者太大，或者是施加預應力不當而導致的裂縫;

4)結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計時，未充分考慮溫度、變形等原因而產(chǎn)生的裂縫。

2.2 建筑材料方面的原因?qū)е碌牧芽p

這里所說的建筑材料主要是指構(gòu)成混凝土的各種材料，如石子、砂子、水泥等材料。不同強度、不同應用范圍和不同使用條件下的混凝土，對組成原料的性能、配合比都有一定的適用性要求，超過了一定的范圍，就有可能產(chǎn)生裂縫。

1)粗集料和細集料方面。

組成混凝土的粗集料和細集料，其含泥量的多少可能會決定混凝土構(gòu)件是否開裂，如果攪拌前的粗集料和細集料未經(jīng)過處理，含泥量較高，就有可能導致混凝土養(yǎng)護時收縮增大，產(chǎn)生裂縫;粗集料和細集料的級配不好，或者出現(xiàn)了間斷級配，也容易造成混凝土構(gòu)件的收縮增大，產(chǎn)生裂縫。

2)水泥的品種和性能。

水泥品種的選擇也對混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫有較大影響，例如礦渣硅酸鹽水泥與普通水泥相比，其配制的混凝土養(yǎng)護時收縮較大，容易產(chǎn)生裂縫;而粉煤灰水泥和礬土水泥，相比普通水泥，其配制的混凝土收縮更小，更不易產(chǎn)生裂縫。

3)混凝土外加劑方面。

一般混凝土為了改善其性能，都要加入一定的外加劑，但如果外加劑配比不當或者使用環(huán)境不當，很有可能起到相反的作用而產(chǎn)生裂縫。

2.3 施工方面的原因產(chǎn)生的裂縫

1)施工配合比不當而造成的裂縫。

主要表現(xiàn)在施工過程水泥等級、含砂率、水泥用量、水灰比控制不當，而造成水泥漿體體積較大、混凝土坍落度較大、和易性差而產(chǎn)生的凝縮和干縮裂縫。

2)現(xiàn)場施工和養(yǎng)護未達到要求而產(chǎn)生的裂縫。

混凝土澆筑時，振搗不密實，振搗棒抽插過快，影響混凝土的密實性和均勻性，從而導致了容易產(chǎn)生裂縫;對大體積澆筑的混凝土構(gòu)件，由于現(xiàn)場的降溫或保溫工作做得不到位，致使大體積混凝土內(nèi)部溫度過高，外部溫度較低，在內(nèi)外溫差的作用下而產(chǎn)生的溫度裂縫;一般混凝土構(gòu)件現(xiàn)場養(yǎng)護條件不到位，不能按規(guī)定的要求去做，導致混凝土在漫長的養(yǎng)護過程中提前缺水，無法達到保濕效果，產(chǎn)生大面積的收縮裂縫。

3)施工人員的不負責而導致的裂縫。

對于大體積混凝土結(jié)構(gòu)或大面積混凝土結(jié)構(gòu)，一般都設(shè)置有溫度后澆帶，但是施工現(xiàn)場往往為了施工方便，避免二次施工，取消溫度后澆帶，一次整體澆筑，很容易在后期產(chǎn)生裂縫;對于帶裙樓的高層結(jié)構(gòu)，一般裙樓作為商業(yè)，層數(shù)不是很高，而主樓作為住宅或辦公，層數(shù)較高，二者相差較大，該種情況一般設(shè)置沉降后澆帶來緩解沉降差異造成的裂縫，但是個別施工單位為了施工方便，避免后澆帶二次澆筑和懸臂支撐，往往實際施工中取消該后澆帶，導致了在裙樓封頂后的很長一段時間內(nèi)，主樓沉降一直在發(fā)生，在裙樓與主樓交接處產(chǎn)生大面積的沉降裂縫。

施工過程中的違規(guī)作業(yè)，也有可能導致混凝土裂縫的產(chǎn)生，例如在夏季施工時，由于高溫運輸加之交通擁堵，運輸至工地的混凝土往往坍落度損失較大，混凝土的流動性和和易性較差，工人為了施工方便而直接加水，造成配合比不同于原配合比而產(chǎn)生裂縫。

2.4 其他原因?qū)е碌幕炷亮芽p

1)混凝土在養(yǎng)護過程中，如果環(huán)境條件特別是溫度發(fā)生變化，很容易產(chǎn)生裂縫?；炷琉B(yǎng)護過程中內(nèi)部溫度較高，如果外部環(huán)境由于天氣突然降溫而導致了內(nèi)外溫差較大，對混凝土抗裂較為不利。

2)建筑在使用過程中由于使用不當而造成的裂縫。例如，在建筑使用多年后，未經(jīng)設(shè)計單位的復核計算，擅自改變建筑或房間的使用功能而導致了外部荷載較大，局部產(chǎn)生裂縫;建筑的局部地基沉降較大，而其他地方沉降較為穩(wěn)定，在兩者相交處可能產(chǎn)生沉降裂縫。

3 混凝土裂縫的主要控制措施

為了防患于未然，在混凝土構(gòu)件施工前要做好裂縫的控制工作，盡量減少裂縫的產(chǎn)生。一般控制混凝土構(gòu)件裂縫的主要措施包括以下幾部分。

3.1 合理的設(shè)計方案

在建筑方案布局時，結(jié)構(gòu)工程師積極地參與方案設(shè)計，避免不利的結(jié)構(gòu)布局和過于集中的主次構(gòu)件關(guān)系，方案布局時和模型建立時，選擇合理的構(gòu)件截面尺寸和構(gòu)件主次關(guān)系，做到層次清晰、受力明確。

同時結(jié)合工程具體情況，合理的設(shè)置溫度后澆帶、沉降后澆帶等結(jié)構(gòu)措施，尤其是對于超常規(guī)的大體積、大面積構(gòu)件，選擇合理的結(jié)構(gòu)構(gòu)件對控制混凝土裂縫的產(chǎn)生有很積極的影響。

此外，結(jié)構(gòu)工程師在進行設(shè)計時，充分考慮溫度的影響，對建筑不同部位的混凝土構(gòu)件，結(jié)構(gòu)上積極地采取不同的措施，設(shè)置溫度鋼筋，減小裂縫發(fā)生的概率;地基基礎(chǔ)設(shè)計時，認真考慮建筑地質(zhì)情況，選定合理的地基處理方案，避免由于地基基礎(chǔ)沉降問題而導致的混凝土結(jié)構(gòu)開裂。

3.2 提高施工人員素質(zhì)

施工過程中，建立嚴格的施工管理制度，責任到人。施工過程中不得隨意更改設(shè)計，嚴格按圖施工，如果要產(chǎn)生變更，必須通過設(shè)計單位書面同意才能更改;施工過程中各班責任到人，不符合操作規(guī)程的施工工序，一律不得施工，出現(xiàn)問題及時通報，積極采取補救措施;施工中由于外界原因造成的材料浪費，不得應用于工程項目，絕對不能為了節(jié)省材料，而將不符合要求的材料用于工程中。

3.3 嚴格的施工質(zhì)量控制措施

混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫，目前大多是由于施工過程不當或養(yǎng)護不及時造成的，故控制施工質(zhì)量對于控制混凝土裂縫的產(chǎn)生尤為重要。

施工質(zhì)量控制主要包括，材料的控制、配合比的控制、施工養(yǎng)護的控制。

施工材料的進場控制，要根據(jù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的特點和結(jié)構(gòu)設(shè)計的要求，選擇恰當合適的原材料。尤其是水泥、石子、砂子等材料。水泥要根據(jù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的特點和設(shè)計要求，選擇合適的強度等級、合適的水泥品種，避免使用早強劑。石子和砂子等集料的選擇，應選取級配條件好，含泥量低，優(yōu)良的原材料進場。對需要添加外加劑的混凝土，要求商混廠家提供合理的外加劑摻入量，切勿盲目添加。

混凝土結(jié)構(gòu)是由粗集料、細集料、膠結(jié)體、水等物質(zhì)混合攪拌而成，各物質(zhì)在其中占有一定比例，如果配合比不當，即可能造成混凝土構(gòu)件收縮性過大，而導致了裂縫的產(chǎn)生。施工配合比確定時，混凝土設(shè)計人員應該是深入現(xiàn)場實地考察，根據(jù)材料的具體性能、工程構(gòu)件截面、施工單位水平高低、現(xiàn)場施工操作條件等，選擇設(shè)計合理的坍落度，確定合適的配合比，必要時做好前期的實驗室配比工作和現(xiàn)場的前期實驗工作，避免不合理的配合比而產(chǎn)生裂縫，造成安全隱患。

提高施工養(yǎng)護水平對混凝土構(gòu)件裂縫的控制是非常有效的。在混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的養(yǎng)護過程中，為了控制裂縫的產(chǎn)生，早期養(yǎng)護控制尤為重要，養(yǎng)護過程中應盡可能減少混凝土構(gòu)件早期的裂縫產(chǎn)生，嚴格按照有關(guān)養(yǎng)護條件安排專人進行養(yǎng)護。在構(gòu)件振搗過程中，做到快插、慢拔，掌握不同構(gòu)件、不同部位合理的振搗方法和振搗時間，提倡二次振搗。混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件養(yǎng)護過程中，積極做好保溫和降溫工作，采取必要的措施降低水化熱，采取表面覆膜養(yǎng)護，定時澆水降溫。

此外，對于大面積、大體積混凝土構(gòu)件，設(shè)計、施工時，采取積極有效的措施，降低裂縫產(chǎn)生的概率。施工時，避免在天氣條件惡劣，大雨、大風、低溫、高溫環(huán)境下澆筑混凝土。

4 混凝土裂縫的處理措施

不同的裂縫對結(jié)構(gòu)構(gòu)件的正常使用產(chǎn)生不利影響的結(jié)果不同，有的可能破壞結(jié)構(gòu)的整體性，降低結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載能力;有的可能產(chǎn)生滲漏，影響結(jié)構(gòu)的耐久性;有的裂縫可能導致混凝土構(gòu)件內(nèi)部的鋼筋產(chǎn)生銹蝕，影響其強度的發(fā)揮。不論混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生哪種裂縫，混凝土結(jié)構(gòu)一旦出現(xiàn)裂縫，就應該積極地分析裂縫產(chǎn)生的原因和可能導致的不良影響，采取相應的補救措施。

4.1 正確分析原因

混凝土構(gòu)件一旦產(chǎn)生裂縫，應該分析裂縫產(chǎn)生的原因，對癥下藥，避免盲目的處理。裂縫分析時，首先查閱當時的設(shè)計圖紙，查看結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計是否合理，結(jié)構(gòu)布局是否合理，設(shè)計時是否采取抗裂措施;認真分析施工澆筑記錄，所用材料化驗單，確定所用材料、配合比是否滿足工程需要;查看當時施工記錄和天氣情況，確定有無不良的施工環(huán)境條件;查看裂縫產(chǎn)生的部位，查看上部是否有結(jié)構(gòu)荷載超載情況，是否由于使用不當而導致;此外還應該仔細分析裂縫的繼續(xù)發(fā)展是否會影響結(jié)構(gòu)構(gòu)件的安全，以及影響嚴重與否。

4.2 表面修補法

對于不影響混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載能力的裂縫，一般只進行表面修補處理。該種裂縫必須建立在前期認真分析的基礎(chǔ)上，在確定了裂縫對混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件不產(chǎn)生承載力影響時，可采用表面處理密封法。當裂縫較窄時，可以在裂縫處的表面涂抹細實砂漿或者化學材料，使材料充分滲入裂縫內(nèi)部，填補裂縫。當裂縫較寬時，可以將裂縫表面處開鑿成槽，將裂縫處人為擴大后再進行處理。

4.3 加固處理法

當結(jié)構(gòu)構(gòu)件產(chǎn)生的裂紋位于主要受力構(gòu)件的關(guān)鍵部位，且對結(jié)構(gòu)構(gòu)件造成安全影響，裂縫的繼續(xù)發(fā)展會降低結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載能力，此時必須采用加固處理的方法。目前常用的加固方法有粘貼碳纖維加固、粘貼鋼板加固、噴漿加固、增大面積加固等方法。

4.4 內(nèi)部密封處理

當混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件產(chǎn)生的裂縫對混凝土防滲產(chǎn)生影響，一般在結(jié)構(gòu)內(nèi)部采用密實的砂漿或化學原料進行灌縫、抹面處理，使密封材料滲入裂縫內(nèi)部，并在裂縫表面形成一層新的保護膜，達到防滲的目的。

5 結(jié)語

混凝土裂縫的產(chǎn)生是相當普遍和難以避免的問題，為了控制混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件產(chǎn)生裂縫，在施工之前，要根據(jù)實際情況，確定合理的構(gòu)件面積和施工方法，在施工前控制裂縫的產(chǎn)生;在施工過程中，控制好施工質(zhì)量和混凝土材料的配合比，提高施工人員的素質(zhì)和施工技術(shù)水平，避免裂縫的產(chǎn)生;施工完成后，采取積極有效的措施養(yǎng)護混凝土構(gòu)件，減少由于養(yǎng)護問題而產(chǎn)生的裂縫。

［1］GB 50010-2010，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范［S］.

［2］胡 亮，韓建國.淺談混凝土地下室墻體裂縫產(chǎn)生的原因和預防處置措施［J］.工程科技，2010(5):71-72.

［3］曾凡峰，譚 軍，鄭文忠.混凝土裂縫的幾種修補辦法［J］.低溫建筑技術(shù)，2007(6):54-55.

［4］林 健.清水混凝土施工質(zhì)量控制的探討［J］.福建建材，2006(4):105-106.