混凝土裂縫成因分析與控制探討

翟曉霞

【摘要】本文分析論述了混凝土裂縫產(chǎn)生的原因、預(yù)防、抑制與控制的方法和措施，分別就不同種類的裂縫提出具體的成因分析、預(yù)防方法與抑制措施和目前常用的幾種修補(bǔ)方法。

【關(guān)鍵詞】混凝土裂縫； 控制措施； 堵漏方法； 施工

1 概述

混凝土是多種材料組成的一種混合體脆性材料，各種組成材料的膨脹性質(zhì)不同，在受到溫度、壓力和外力的作用下，往往會(huì)出現(xiàn)裂縫。本文列舉了常見的混凝土裂縫出現(xiàn)的原因和對出現(xiàn)裂縫后如何進(jìn)行處理等進(jìn)行論述，以期對實(shí)際工程中混凝土裂縫的治理有所幫助。

2 混凝土裂縫的種類

2.1 按裂縫產(chǎn)生原因分類

（1）變形引起的裂縫

包括結(jié)構(gòu)因溫度濕度變化、收縮、膨脹、地基不均勻沉陷等原因引起的裂縫。其特征是結(jié)構(gòu)在外荷載的作用下產(chǎn)生變形，當(dāng)變形受到約束和限制時(shí)混凝土內(nèi)部就產(chǎn)生抵抗內(nèi)應(yīng)力。內(nèi)應(yīng)力超過一定數(shù)值后將產(chǎn)生裂縫，材料通過裂縫來使得結(jié)構(gòu)的變形得到進(jìn)一步的滿足，同時(shí)讓內(nèi)應(yīng)力得到松弛、應(yīng)變能得到釋放。

（2）荷載引起的裂縫

常見的混凝土構(gòu)件裂縫有梁的彎曲裂縫和剪切裂縫、板的彎曲裂縫和板頂裂縫、軸壓柱的受力裂縫、偏壓柱的受力裂縫、柱牛腿的受力裂縫、預(yù)應(yīng)力板的張拉裂縫、懸挑陽臺(tái)角板的受力裂縫、地震作用下框架結(jié)構(gòu)的X 形裂縫等。據(jù)國內(nèi)外調(diào)查資料表明，工程結(jié)構(gòu)由變形（ 溫濕度、收縮與膨脹、不均勻沉降） 而引起的裂縫約占80%，由荷載引起的裂縫約占20%。

（3）鋼筋銹蝕引起的裂縫

由于混凝土炭化或氯化物介入使鋼筋表面氧化膜破壞，鋼筋銹蝕物氫氧化鐵體積比原來增長約2 ～ 4 倍，從而對周圍混凝土產(chǎn)生膨脹應(yīng)力，導(dǎo)致保護(hù)層混凝土開裂、剝離，沿鋼筋縱向產(chǎn)生開裂，并有銹跡滲到混凝土表面。

（4）溫度變化引起的裂縫

當(dāng)外部環(huán)境或結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度發(fā)生變化（常見與屋蓋混凝土）， 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(dāng)應(yīng)力超過混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)即產(chǎn)生溫度裂縫。

引起溫度變化的主要因素有：年溫差、日照、驟然降溫、水化熱、蒸汽養(yǎng)護(hù)或冬季施工措施不當(dāng)?shù)取?/p>

（5）收縮引起的裂縫

收縮受約束而不能自由收縮引起的裂縫。影響混凝土收縮裂縫的主要因素有：水泥品種、標(biāo)號及用量、骨料品種、水灰比、外摻劑、養(yǎng)護(hù)方法、外界環(huán)境、振搗方式及時(shí)間等。

2.2 按裂縫的形狀分

裂縫按形狀可分為表面的、深入的、貫穿的、斷續(xù)的、橫向的、縱向的、斜向的、對角線的、上寬下窄、上窄下寬、囊核形、外寬內(nèi)窄的、X 形的、八字形的等等。

2.3 按裂縫所處的狀態(tài)分

裂縫狀態(tài)可分為運(yùn)動(dòng)、不穩(wěn)定、穩(wěn)定、閉合和愈合等狀態(tài)。對于處于運(yùn)動(dòng)和不穩(wěn)定擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)的裂縫，應(yīng)考慮加固和補(bǔ)救措施。而對于穩(wěn)定、閉合、愈合的裂縫則可繼續(xù)長久地使用。例如有些防水結(jié)構(gòu)，在0.1MPa 水壓下，出現(xiàn)0.1mm ～ 0.2mm 裂縫時(shí)，可能開始時(shí)有輕微滲漏，但經(jīng)過一段時(shí)間后，裂縫處水化的水泥析出Ca（OH）2，逐漸彌合了裂縫，并與大氣中CO2 作用形成CaCO3 結(jié)晶，封閉和自愈合裂縫，防止了滲漏的產(chǎn)生，這種裂縫是穩(wěn)定的， 不會(huì)影響工程結(jié)構(gòu)的使用和耐久性。

3 混凝土裂縫產(chǎn)生的原因

常見的引起混凝土裂縫的原因有：

（1）混凝土的收縮及水化熱增加

大流動(dòng)性泵送澆注，水泥用量增加，水灰比增加，砂率增加， 骨料粒徑減小，用水量增加等導(dǎo)致收縮及水化熱增加。

（2）采用高強(qiáng)度等級的混凝土

在滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范的前提下，對混凝土等級的選用習(xí)慣上認(rèn)為：“強(qiáng)度等級越高安全度越大，就高不就低，提高強(qiáng)度等級沒壞處”。 設(shè)計(jì)者有時(shí)為了遷就施工方便，采用高強(qiáng)混凝土，導(dǎo)致水泥標(biāo)號增加，水泥用量增加，水用量增加，而細(xì)骨料及粗骨料的粒徑往往偏小、砂率偏大等使水化熱增加收縮增大。

（3）結(jié)構(gòu)約束應(yīng)力不斷增大

為滿足建筑外觀的需要，結(jié)構(gòu)規(guī)模日趨增大，結(jié)構(gòu)形式日趨復(fù)雜，超長、超寬、超厚及超靜定結(jié)構(gòu)成為經(jīng)常采用的結(jié)構(gòu)形式， 并采用現(xiàn)澆施工，這種結(jié)構(gòu)形式往往對混凝土有顯著的約束作用， 對于各種變形作用必然引起較大約束應(yīng)力。

（4）濫用外加劑

目前混凝土外加劑及摻合料種類繁多，但大多都只有強(qiáng)度指標(biāo)，缺乏對水化熱及收縮變形影響的長期實(shí)驗(yàn)資料，有些試驗(yàn)資料不嚴(yán)格。許多外加劑在滿足工程特殊要求（如快硬早強(qiáng)等）的同時(shí)，大大地增加了收縮變形，有的甚至降低耐久性。

4 混凝土裂縫的控制措施

4.1 控制的基本原則與綜合措施

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫是不可避免的，但其有害程度是可以控制的，有害與無害的界限由結(jié)構(gòu)使用功能決定。

故裂縫控制的基本原則是通過設(shè)計(jì)、施工、材料等方面綜合技術(shù)措施的運(yùn)用，將裂縫控制在無害范圍內(nèi)，具體如下：

（1）設(shè)計(jì)綜合技術(shù)措施：合理選擇結(jié)構(gòu)形式，降低結(jié)構(gòu)約束程度、對水平構(gòu)件梁、板、墻等采用中低強(qiáng)度級混凝土、加強(qiáng)構(gòu)造配筋，如屋面板頂部的受壓區(qū)連續(xù)配筋，板的陽角及陰角配置放射筋、增加梁的腰筋等。

（2） 混凝土配制的綜合技術(shù)措施：優(yōu)選有利于抗拉性能的混凝土級配，盡力減小水灰比、減少坍落度、降低砂率增加骨料粒徑，降低含泥量及雜質(zhì)含量、選用影響收縮和水化熱較小的外加劑和摻合料。

4.2 常用的控制大體積混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的幾個(gè)有效措施

4.2.1 設(shè)計(jì)方面

設(shè)伸縮縫、后澆帶和凹槽；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)容調(diào)整；采取一些有效的構(gòu)造措施；在對含鋼量的控制上，如果對結(jié)構(gòu)有利則可適當(dāng)放寬一些指標(biāo)限制。

4.2.2 施工方面

①混凝土的運(yùn)送：盡量減少用地泵泵送混凝土，地泵的振動(dòng)會(huì)影響其附近50 ～ 100m 范圍內(nèi)已經(jīng)澆搗好的混凝土的質(zhì)量，使其內(nèi)部出現(xiàn)細(xì)微裂縫，一旦混凝土的干收縮發(fā)生時(shí)，這些裂縫就會(huì)發(fā)展為肉眼可以看見的裂縫。

②混凝土的振搗：第一次振搗需在混凝土2/3 初凝時(shí)間內(nèi)完成， 酌情增加對混凝土的二次振搗，二次振搗可在一次振搗后至初凝前的1/3 初凝時(shí)間段內(nèi)進(jìn)行，不可振搗時(shí)間不足，也不可以超時(shí)振搗。澆搗大體積混凝土?xí)r要先平倉再振搗，切勿將兩道工序合二為一。

5 混凝土裂縫修補(bǔ)措施

混凝土裂縫出現(xiàn)后，為了保證建筑物的安全、改善建筑物的美觀和延長建筑物的使用年限，就要對裂縫采取有效措施進(jìn)行修補(bǔ)。目前常用的混凝土裂縫的修補(bǔ)措施主要有：

（1）混凝土置換法：該方法是將嚴(yán)重?fù)p壞或失效的混凝土除掉，置換新的混凝土或其他材料。其具體工藝是：剔除混凝土、混凝土面層及鋼筋處理、置換材料的配置、養(yǎng)護(hù)及粉刷。其中置換材料應(yīng)根據(jù)使用條件和處理要求選擇，主要考慮其環(huán)境適應(yīng)性、耐久性、耐腐蝕性、彈性模量、強(qiáng)度、熱膨脹系數(shù)和與基層的結(jié)合性能等。

（2）表面封閉法：這是一種在微細(xì)裂縫（ 寬度一般<0.2mm） 的表面涂膜以提高其防水性及耐久性的方法， 是一種極簡單和最普通的裂縫修補(bǔ)方法。通過密封裂縫表面達(dá)到防止水分、二氧化碳以及其他有害介質(zhì)侵入的目的。這種工法的缺點(diǎn)是修補(bǔ)工作無法深入到裂縫內(nèi)部，不適合有明顯水壓的裂縫。表面封閉所采用的密封材料因修補(bǔ)目的及使用環(huán)境不同而異，通常采用彈性密封膠、聚合物水泥等。

6 結(jié)束語

混凝土的裂縫是材料本身的固有特性，盡管目前已經(jīng)發(fā)展了很多的改良技術(shù)，但裂縫的控制仍然是工程界的一大難題，探索出有效的裂縫控制措施和修復(fù)方法對混凝土工程將產(chǎn)生巨大的貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

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