建筑結(jié)構(gòu)裂縫成因分析

金明

河南省建筑科學(xué)研究院有限公司（450000）

建筑結(jié)構(gòu)裂縫成因分析

金明

河南省建筑科學(xué)研究院有限公司（450000）

建筑結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生的是原因各方面的，有建筑物使用管理、施工和設(shè)計(jì)問題，也有收縮裂縫、溫度裂縫，沉陷裂縫等原因。尋找裂縫成因，利于有目的的進(jìn)行裂縫控制。

建筑結(jié)構(gòu)；收縮裂縫；溫度裂縫；沉陷裂縫；其他施工裂縫

在我國，從橋梁、路面等交通設(shè)施到沿海的海港工程結(jié)構(gòu)，從民用建筑、商業(yè)建筑到化工、冶金工業(yè)建筑,混凝土結(jié)構(gòu)裂縫問題的影響極其廣泛。所以，對于正在大量建設(shè)各種基礎(chǔ)設(shè)施而結(jié)構(gòu)混凝土裂縫現(xiàn)象普遍的我國，迫切需要深入開展對混凝土裂縫問題研究。混凝土裂縫產(chǎn)生原因往往是多方面的,從裂縫性質(zhì)可分為結(jié)構(gòu)性及非結(jié)構(gòu)性裂縫兩類。

1 結(jié)構(gòu)性裂縫原因分析

1.1 建筑物使用管理問題

按照常規(guī)，建筑物一旦發(fā)生問題人們自然地把問題歸咎于設(shè)計(jì)人員和施工人員，很少想到使用和管理人員。實(shí)際上，使用和管理對房屋的壽命和突發(fā)事故有很大影響。合理使用，管理得當(dāng)，房屋的壽命長，事故的隱患可以得到及時治理，事故的發(fā)生率大大下降；相反，使用不和理，管理不當(dāng)，即使是高質(zhì)量建筑物的壽命也會縮短，而那些存有各種隱患的建筑物則有可能發(fā)生事故。

中國煤炭科學(xué)院上海研究所測試中心食堂懸索結(jié)構(gòu)屋頂塌落事故就是一個典型的例子。該工程是1960年由上海某設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)，是探索新結(jié)構(gòu)形式的試點(diǎn)工程。該食堂為圓形，直徑為17.5 m，中部為直徑3 m的型鋼內(nèi)環(huán)，由90根直徑為7.8 mm鋼絞索將內(nèi)外環(huán)連接，索上鋪板。該建筑使用20年后，于1983年9月22日20時30分突然出現(xiàn)屋面塌落事故。據(jù)查，該建筑的針絞索及錨頭發(fā)生嚴(yán)重銹蝕，使用單位對該房屋又不進(jìn)行檢查，致使9根鋼索突然斷裂，然后，其他鋼絞索相繼被拉斷，于是發(fā)生了屋面塌落事故。

總之,舊建筑物在使用過程中存在的問題較多，這與過去對使用過程和管理的重要性認(rèn)識不夠有關(guān)。近年來，隨著舊建筑物使用和管理標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的出臺，這些問題會逐漸得到解決。

1.2 施工問題

對于混凝土結(jié)構(gòu)來說，影響混凝土結(jié)構(gòu)使用壽命最普遍的問題是保護(hù)層厚度、混凝土質(zhì)量和節(jié)點(diǎn)處理問題。

1）保護(hù)層厚度問題

在混凝土結(jié)構(gòu)中，鋼筋保護(hù)層得不到保證的現(xiàn)象非常普遍，箍筋保護(hù)層更是如此。箍筋外露，主筋的保護(hù)層一般也達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。設(shè)計(jì)尺寸小的構(gòu)件，對施工的要求更高，如大型屋面板，設(shè)計(jì)保護(hù)層只能有10 mm左右，施工時稍不注意，保護(hù)層就不能保證。調(diào)查數(shù)據(jù)表明，大多數(shù)大型屋面板保護(hù)層厚度不足10 mm，約有20%的板的鋼筋保護(hù)層幾乎為零。沒有保護(hù)層的鋼筋銹蝕速度很快，影響整個結(jié)構(gòu)的安全使用。

2）構(gòu)件的節(jié)點(diǎn)問題

裝配整體式結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)也是容易出現(xiàn)施工質(zhì)量問題的部位,如北京石景山電廠冷卻塔,72個梁柱的節(jié)點(diǎn)只有3個基本完好，38個節(jié)點(diǎn)鋼筋銹蝕，其余節(jié)點(diǎn)鋼筋外露且有不同程度的銹蝕，結(jié)構(gòu)使用年數(shù)約17年。節(jié)點(diǎn)的質(zhì)量問題是節(jié)點(diǎn)混凝土強(qiáng)度偏低，約10 MPa。

3）混凝土的質(zhì)量問題

提起混凝土的質(zhì)量,強(qiáng)度總是要放在首位。但是對于混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性來說，密實(shí)性與強(qiáng)度有同等的重要性?；炷恋馁|(zhì)量對其耐久性能有很大影響。低質(zhì)量的混凝土抗碳化、抗腐蝕的能力差，構(gòu)件的壽命低。

1.3 設(shè)計(jì)問題

1）安全度

我國的設(shè)計(jì)規(guī)范都有結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的抗力大于或等于作用效應(yīng)的規(guī)定。設(shè)計(jì)者往往取R略大于S,甚至R等于S。這樣做在當(dāng)時可使結(jié)構(gòu)的造價略有下降，取得了經(jīng)濟(jì)效益，但是隨著設(shè)計(jì)規(guī)范的改進(jìn)，用現(xiàn)在的規(guī)范去校核,結(jié)構(gòu)的安全度一般都不滿足?？梢哉f，我國有一大批舊的建筑物屬于這種類型。

2）耐久問題

以往的設(shè)計(jì)是不大重視結(jié)構(gòu)耐久性的。結(jié)構(gòu)構(gòu)件的設(shè)計(jì)都是以抗力為主并考慮穩(wěn)定等性能。構(gòu)件的尺寸小，混凝土強(qiáng)度低，抗腐蝕和侵蝕的能力極低，加上施工偏差、使用管理不當(dāng)?shù)纫蛩氐挠绊?，這些構(gòu)件破損的速度極快，使用壽命較短。因此，適當(dāng)提高混凝土的設(shè)計(jì)等級是一個極為重要的問題。

2 非結(jié)構(gòu)裂縫原因分析

2.1 收縮裂縫

混凝土施工中,為保證混凝土澆搗的和易性，混凝土中加入的水分往往比水泥水化作用需要的水分要多4～5倍。這部分游離水蒸發(fā)后，在混凝土內(nèi)部留下許多毛細(xì)孔，混凝土?xí)a(chǎn)生體積收縮，一般稱為游離水蒸發(fā)收縮。另外，水泥水化作用也會引起混凝土體積的收縮，稱為混凝土自收縮(或稱混凝土干縮)。所以說混凝土本身存在肉眼看不見的細(xì)微裂縫是它固有的一種特性。

根據(jù)試驗(yàn)測定，混凝土收縮值的大小和水泥品種、用量、摻水量、骨料規(guī)格、振搗密實(shí)性和養(yǎng)護(hù)好壞有關(guān)。如潮濕條件下養(yǎng)護(hù)的混凝土，其收縮值比在干燥條件下養(yǎng)護(hù)的收縮值減少。施工中常見的混凝土收縮裂縫有塑性收縮裂縫、沉降收縮裂縫和干燥收縮裂縫3種。

1）塑性收縮裂縫

一般在干熱或刮風(fēng)天氣易于出現(xiàn)塑性收縮裂縫。多中間寬，兩端細(xì)，且長短不一，互不連貫。裂縫產(chǎn)生原因是由于混凝土在塑性狀態(tài)時,受炎熱天氣，陽光直射、刮大風(fēng)影響，混凝土表面水分蒸發(fā)過快，產(chǎn)生急劇的體積收縮，此時混凝土尚未有強(qiáng)度，致使混凝土表面出現(xiàn)裂縫。

2）沉降收縮裂縫

沉降收縮裂縫一般沿主筋通長方向，在混凝土表面出現(xiàn),常在澆灌后發(fā)生,硬化后停止。沉降收縮裂縫產(chǎn)生原因是混凝土澆搗后骨料顆粒沉落，水泥漿上浮,受到鋼筋或大骨料的阻擋,使混凝土互相分離。

3）干燥收縮裂縫

干燥收縮裂縫在混凝土養(yǎng)護(hù)完畢一段時間后才出現(xiàn)，為表面性的較淺較細(xì)裂縫，多沿短方向分布。干燥收縮裂縫產(chǎn)生的原因主要是混凝土養(yǎng)護(hù)不規(guī)范，表面水分散失過快，而混凝土內(nèi)部濕度變化小，表面干縮變形受到混凝土內(nèi)部的約束，產(chǎn)生較大拉應(yīng)力后產(chǎn)生裂縫。

2.2 溫度裂縫

1）內(nèi)約束裂縫

內(nèi)約束裂縫混凝土內(nèi)外溫差過大引起的。例如,混凝土養(yǎng)護(hù)期間受寒流侵襲，混凝土表面急劇降溫,就有可能引起混凝土表面裂縫。內(nèi)約束裂縫深度一般只有30 mm左右，表層以下仍保持結(jié)構(gòu)完整性。

2）外約束裂縫

大體積混凝土在硬化期間放出大量水化熱，內(nèi)部溫度上升很快,一般在混凝土澆注后72 h達(dá)到最高溫度。由于混凝土內(nèi)部散熱慢而混凝土表面散熱快，這種溫差在混凝土表面引起拉應(yīng)力。當(dāng)混凝土后期均勻降溫冷卻時，受到基巖或老混凝土墊層約束，混凝土內(nèi)部出現(xiàn)拉應(yīng)力。當(dāng)拉應(yīng)力超過混凝土的抗拉強(qiáng)度時，混凝土產(chǎn)生溫度裂縫。外約束裂縫多發(fā)生在施工后2～3個月或更長時間，多在結(jié)構(gòu)中部出現(xiàn)。外約束裂縫較深，或是貫穿性的，破壞結(jié)構(gòu)的整體性。

2.3 沉陷裂縫

沉陷裂縫多為深進(jìn)或貫穿性的，其位置與沉陷方向一致。較大的沉陷裂縫，往往有一定的錯位，裂縫寬度與沉降值成正比。沉陷裂縫產(chǎn)生的原因是結(jié)構(gòu)構(gòu)件落在未經(jīng)處理的回填土或松軟地基上，混凝土澆灌后，地基侵水引起不均勻沉降而導(dǎo)致沉陷裂縫。特別是平臥生產(chǎn)的鋼筋混凝土構(gòu)件(如薄腹梁)，由于側(cè)向剛度差，配筋少，最易引起弦、腹桿或梁的側(cè)面產(chǎn)生沉陷裂縫。另外因模板剛度不足，模板支撐間距過大，支撐底部松動以及過早拆模，也常導(dǎo)致此類沉降裂縫出現(xiàn)。

2.4 其他施工裂縫

1）滑模施工、構(gòu)件制作脫模、運(yùn)輸、堆放、吊裝中，有時會產(chǎn)生各種裂縫；2）后張預(yù)應(yīng)力構(gòu)件和預(yù)制空心板抽芯過早或過晚，會使混凝土塌落或拉裂; 3）構(gòu)件吊裝時吊點(diǎn)不正確；4）構(gòu)件堆放時支撐墊木不在同一直線上,構(gòu)件運(yùn)輸時遭受劇烈震動和沖擊；5）側(cè)向剛度差的構(gòu)件在吊裝時，側(cè)向未采取臨時加固措施，造成彎距過大、應(yīng)力集中等情況而使構(gòu)件產(chǎn)生吊裂；6）高層建筑滑模施工中，安裝模板沒有錐度，會將混凝土表面拉裂；7）模板提升時間過長，混凝土與模板黏結(jié)，易出現(xiàn)水平裂縫；8）地面施工中，過多的抹壓觸動，常使表面出現(xiàn)龜裂。

3 總結(jié)

只要有針對性地對裂縫產(chǎn)生進(jìn)行預(yù)防和控制，做好設(shè)計(jì)、施工、后期管理維護(hù)的工作，是可以最大程度地避免或減少損失的。