鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生的原因及預(yù)防

袁衛(wèi)國(guó)

摘要：本文重點(diǎn)分析建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生的各種原因，并根據(jù)多方面的科學(xué)研究和大量工程實(shí)踐提出控制鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的預(yù)防措施。

關(guān)鍵詞：鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)；裂縫；原因分析；預(yù)防措施；裂縫處理

1.前言

近年來(lái)，隨著鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)大化和復(fù)雜化，以及商品混凝土的大量推廣和混凝土強(qiáng)度等級(jí)的提高，結(jié)構(gòu)裂縫出現(xiàn)機(jī)率大大增加，有些已危及結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性，有的地下工程裂滲已影響其使用功能。筆者根據(jù)長(zhǎng)期的科學(xué)研究和大量工程實(shí)踐，提出鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)裂縫原因及控制、預(yù)防措施，供工程界參考，不妥之處請(qǐng)指正。

2.結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生的原因及預(yù)防

結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生的原因很復(fù)雜，根據(jù)國(guó)內(nèi)外的調(diào)查資料，引起裂縫有兩大類原因，一種由外荷載（如靜、動(dòng)荷載）的直接應(yīng)力和結(jié)構(gòu)次應(yīng)力引起的裂縫，其機(jī)率約20%；一種是結(jié)構(gòu)因溫度、膨脹、收縮和不均勻沉降等因素由變形變化引起的裂縫，其機(jī)率約80%。裂縫發(fā)生與材料、設(shè)計(jì)、施工和維護(hù)有關(guān)，現(xiàn)作以下分析。

2.1材料缺陷

在變形裂縫中收縮裂縫占有80%的比例，從混凝土的性質(zhì)來(lái)說(shuō)大概有：

2.1.1干燥收縮。研究表明，水泥加水后變成水泥硬化體，其絕對(duì)體積減小。每100克水泥水化后的化學(xué)減縮值為7～9ml，如混凝土水泥用量為350kg/m3，則形成孔縫體積約25～30l/m3之巨。這是混凝土抗拉強(qiáng)度低和極限拉伸變形小的根本原因。研究表明，每100g水泥漿體可蒸發(fā)水約6ml，如混凝土水泥用量為350kg/m3，當(dāng)混凝土在干燥條件下，則蒸發(fā)水量達(dá)2ll/m3。毛細(xì)孔縫中水逸出產(chǎn)生毛細(xì)壓力，使混凝土產(chǎn)生“毛細(xì)收縮”。由此引起水泥砂漿的干縮值為01%～02%；混凝土的干縮值為004%～006%。而混凝土的極限拉伸值只有001%～002%，故易引起干縮裂縫，干燥收縮裂紋出現(xiàn)在接近1年齡期內(nèi)。

2.1.2溫差收縮。對(duì)于強(qiáng)度要求較高的混凝土，水泥用量相對(duì)較多，水泥水化是個(gè)放熱過程，其水化熱為l65～250焦?fàn)?克，隨混凝土水泥用量提高，其絕熱溫升可達(dá)50～80℃。研究表明，當(dāng)混凝土內(nèi)外溫差10℃時(shí)，產(chǎn)生的冷縮值εC=△T/α=10/l10-5=001%，如溫差為20～30℃時(shí)，其冷縮值為002～003%，而混凝土極限拉伸值只有001～0015%，因而冷縮常引起混凝土開裂。

2.1.3塑性收縮。混凝土初凝之前出現(xiàn)泌水和水份急劇蒸發(fā)，引起失水收縮，此時(shí)骨料與水泥之間也產(chǎn)生不均勻的沉縮變形，它發(fā)生在混凝土終凝之前的塑性階段，故稱為塑性收縮。其收縮量可達(dá)1%左右。在混凝土表面上，特別在抹壓不及時(shí)和養(yǎng)護(hù)不良的部位出現(xiàn)龜裂，寬度達(dá)l～2mm，屬表面裂縫。水灰比過大，水泥用量大，外加劑保水性差，粗骨料少，振搗不良，環(huán)境溫度高，表面失水大等都能導(dǎo)致混凝土塑性收縮而發(fā)生表面開裂現(xiàn)象。

2.1.4自生收縮。密閉的混凝土內(nèi)部相對(duì)濕度隨水泥水化的進(jìn)展而降低，稱為自干燥。高水灰比的普通混凝土（OPC）由于毛細(xì)孔隙中貯存大量水分，自干燥引起的收縮壓力較小，所以自生收縮值較低而不被注意。但是，低水灰比的高性能混凝土（HPC）則不同，早期強(qiáng)度較高的發(fā)展率會(huì)使自由水消耗較快，以至使孔體系中的相對(duì)濕度低于80%。而HPC結(jié)構(gòu)致密，外界水泥很難滲入補(bǔ)充，在這種條件下開始產(chǎn)生自干收縮。研究表明，齡期2個(gè)月水膠比為04的HPC，自干收縮率為001%，水膠比為03的HPC，自干收縮率為002%。HPC的總收縮中干縮和自收縮幾乎相等，水膠比越小自收縮所占比例越大。由此可知，HPC的收縮性與OPC完全不同，OPC以干縮為主，而HPC以白干收縮為主。問題的要害是：HPC自收縮過程開始于水化速率處于高潮階段的頭幾天，溫度梯度首先引發(fā)表面裂縫，隨后引發(fā)內(nèi)部微裂縫，若混凝土變形受到約束，則進(jìn)一步產(chǎn)生收縮裂縫。這是高標(biāo)號(hào)混凝土容易開裂的主要原因之一。

2.2設(shè)計(jì)方面

2.2.1選用合理的設(shè)計(jì)模型及適宜的長(zhǎng)度或體積。特別考慮溫度變化和混凝土收縮對(duì)結(jié)構(gòu)的影響?，F(xiàn)行《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50011-2002中對(duì)此提出了幾項(xiàng)具體措施：一是設(shè)置伸縮縫，對(duì)不同結(jié)構(gòu)形式、外露環(huán)境有不同的要求。二是混凝土澆筑采用后澆帶分段施工。這只能解決混凝土收縮應(yīng)力問題，不能解決溫度縫問題。三是采用專門的預(yù)加應(yīng)力措施，以此抵消溫度、收縮應(yīng)力的影響。還有其它措施，如加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)，以提高其抗裂性能；采用可靠的滑動(dòng)措施，以減小約束變形的摩擦阻力等。

2.2.2適當(dāng)加強(qiáng)構(gòu)造配筋，提高配筋率，盡量配置細(xì)而密的鋼筋，以減少裂縫的寬度。在溫度收縮應(yīng)力較大的地方配置溫度收縮鋼筋。但對(duì)大體積混凝土，提高配筋率沒有太大效果，因?yàn)槠渑浣盥释艿汀?/p>

2.3施工管理問題

混凝土配合比設(shè)計(jì)是否科學(xué)合理，水泥與外加劑是否相適應(yīng)，砂石級(jí)配及其含泥量是否符合規(guī)范要求，混凝土坍落度控制是否合理，這些都影響到混凝土的質(zhì)量及其收縮變形。

邊墻拆摸板過早（1～3d），混凝土水化熱正處于高峰，內(nèi)外溫差最大；混凝土易“感冒”開裂。

混凝土養(yǎng)護(hù)十分重要，但許多施工單位忽視這一環(huán)節(jié)，尤其是墻體和柱梁的保溫保濕養(yǎng)護(hù)不到位，容易產(chǎn)生收縮裂縫。某些露天構(gòu)筑物盡管當(dāng)?shù)貪穸群艽?，但由于吹風(fēng)影響，加速了混凝土水分蒸發(fā)速度，亦即增加干縮速度，容易引起早期表面裂縫。這也許是夏季比秋冬季，南方比北方出現(xiàn)結(jié)構(gòu)裂縫較多的原因。

除上述技術(shù)因素外，施工管理不嚴(yán)，趕進(jìn)度，偷工減料，工人素質(zhì)差，施工馬虎等也是造成結(jié)構(gòu)裂縫的人為因素。

2.4對(duì)維護(hù)缺乏認(rèn)識(shí)

我們發(fā)現(xiàn)不少結(jié)構(gòu)是在澆筑完3～6個(gè)月，甚至在l～2年內(nèi)出現(xiàn)裂縫。除荷載問題外，主要是環(huán)境溫度和風(fēng)速引起的收縮變形所致。有些地下室不及時(shí)復(fù)土；上部結(jié)構(gòu)不及時(shí)做好封閉；出人口長(zhǎng)期敞開，屋面防水層破壞不及時(shí)修補(bǔ)等。這些與施工和業(yè)主對(duì)結(jié)構(gòu)維護(hù)缺乏認(rèn)識(shí)有關(guān)。

3.混凝土構(gòu)件裂縫的處理

在現(xiàn)實(shí)工程實(shí)踐中，裂縫是不可能避免的?；炷翗?gòu)件的裂縫大致分三類。第一類是很細(xì)小的裂縫，或者說(shuō)是規(guī)范所允許范圍內(nèi)的裂縫。這種裂縫一般不需要處理，第二類是超出規(guī)范允許范圍內(nèi)的，但并不影響結(jié)構(gòu)安全問題的裂縫。這種裂縫一般需處理才能滿足使用功能以及結(jié)構(gòu)耐久性等，第三類是裂縫較大，影響到結(jié)構(gòu)安全性的裂縫，這種裂縫的構(gòu)件往往需要進(jìn)行結(jié)構(gòu)加固處理或拆除重建。

處理方法大致兩種，一是抹面處理，材料可為高強(qiáng)微膨脹砂漿，抗?jié)B聚合物砂漿或用環(huán)氧玻璃封閉；二是壓力灌漿法，材料可為水泥灌漿，水泥—水玻璃灌漿，環(huán)氧樹脂以及現(xiàn)在所應(yīng)用的一些化學(xué)聚合物等。

4.體會(huì)及建議

隨著混凝土材料的廣泛（使用，這種材料的性能也越來(lái)越為人們所熟悉和掌握?；炷翗?gòu)件的裂縫問題也一直為工程技術(shù)人員所討論。筆者認(rèn)為，查清引起混凝土裂縫產(chǎn)生的全部原因是解決裂縫這個(gè)“癌癥”的基礎(chǔ)。只要我們?nèi)w混凝土工作者共同努力，先查清原因，后解決問題，裂縫問題最終總有一天會(huì)得到解決。相信我們?cè)谠O(shè)計(jì)、施工和選材方面做好各項(xiàng)控制措施，防裂于未來(lái)，混凝土這種材料，必將更廣泛的應(yīng)用于工程實(shí)踐，更好的服務(wù)于社會(huì)。（作者單位：南京市第九建筑安裝工程有限公司）

參考文獻(xiàn)：

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[3]楊文科.試論抗壓與抗折的辯證關(guān)系及綜合值的概念.全國(guó)建筑科學(xué)核心期刊2003年8期