混凝土裂縫成因分析及相應的防治方法

盧先鋒

(福建省水利水電工程局有限公司,泉州 362000)

近年來，中國各個城市基礎設施建設及房地產(chǎn)開發(fā)的規(guī)模逐步增長，使用了大量的混凝土材料?；炷临|量問題得到了專家和學者的重視和研究，混凝土裂縫問題是其中一個重要的研究方向?；炷灵_裂可以說是“常發(fā)病”和“多發(fā)病”，經(jīng)常困擾著工程技術人員[1]。混凝土受拉構件中，一般處于裂縫工作狀態(tài)，因為混凝土的抗拉能力很弱，容易產(chǎn)生裂縫，但細微的裂縫并不會影響受拉構件的使用安全，然而在受壓構件中，混凝土裂縫的出現(xiàn)則意味著該構件存在安全問題，尤其是在防水要求高的結構中，混凝土裂縫寬度是受到嚴格控制的，比如地下室、地下交通軌道、隧道等?；炷亮芽p的產(chǎn)生會導致被保護的鋼筋接觸到空氣，使暴露在空氣中的鋼筋因銹蝕較快而截面面積變小，極限抗拉應力下降，并且在周圍含水的地方水會順著裂縫滲進結構體內(nèi)部，對使用及安全造成問題[2]。裂縫不僅會影響建筑外觀，更會減少其使用年限[3]。

影響混凝土裂縫產(chǎn)生的因素有很多，而且包括了許多方面，包括材料特性、結構設計、環(huán)境影響等，為防止裂縫的產(chǎn)生，應對諸多因素加以優(yōu)化。對于裂縫控制而言，影響因素較多，在出現(xiàn)的原因上也比較多樣化[4]。在檢測到結構存在具有安全隱患的混凝土裂縫時，應對構件進行加固。該文研究了混凝土裂縫產(chǎn)生的原因及防治方法。

1 混凝土裂縫產(chǎn)生的原因及預防措施

1.1 收縮裂縫

塑性收縮是在混凝土未凝結硬化之前，還處于塑性狀態(tài)的時候發(fā)生的收縮。

塑性收縮裂縫產(chǎn)生的原因，一方面在混凝土澆搗后還處于流態(tài)期間，由于原材料存在密度、幾何形狀等差異導致沉降和泌水一起進行，粗、重骨料向下沉淀和輕質的水泥漿向上浮動，使得混凝土骨料和水泥漿互相分離，上層水分揮發(fā)后混凝土的體積較剛剛澆筑完時減少了；另一方面，混凝土表面水分流失，內(nèi)部形成負壓力，而未硬化導致彈性模量很低，出現(xiàn)塑性收縮。當混凝土表面抗拉強度小于限制收縮產(chǎn)生的拉應力時，會出現(xiàn)塑性收縮裂縫。

這種裂縫一般在溫差較大的天氣出現(xiàn)，中間寬，兩邊細，有長有短，不連貫，在惡劣條件下還可能會出現(xiàn)通縫。塑性收縮裂縫危害性較大，可能會影響到結構整體的安全性。

1.1.2 縮水收縮(干縮)裂縫

混凝土干縮的定義是混凝土水分蒸發(fā)(失水干燥)，引起混凝土體積收縮的現(xiàn)象。裂縫的出現(xiàn)與水分的內(nèi)部遷移及混凝土孔隙特征有關，這種裂縫通常在澆筑后三個月內(nèi)完成大部分。這種裂縫形式分為兩種。其中一種廣泛分布在墻面上，數(shù)量多；另一種在墻體中間位置，較粗而上下連貫。主要是因為混凝土養(yǎng)護條件差，長時間受到風吹和日光直射，導致表面水分流失，混凝土內(nèi)部水分補充到表面，內(nèi)外變形差異產(chǎn)生較大應力后引起的；水泥在水化過程中產(chǎn)生大量的熱量不能快速散到外面，混凝土的溫度上升，導致混凝土發(fā)生膨脹現(xiàn)象[5]。影響因素有水灰比和骨料含量、不同的骨料種類、相對濕度。

1.1.3 收縮裂縫的預防措施

混凝土配合比設計合理，對水泥品種、砂率級配、摻合料摻量等幾個方面進行設計；提前對模板和墊層進行濕潤或刷油處理；澆筑完成后即采用密封保水方法對混凝土進行養(yǎng)護，如遇高溫或大風天氣，澆筑完成后立即進行覆膜覆蓋、灑水養(yǎng)護，并適當延長對混凝土的養(yǎng)護時間；及時對混凝土表面進行抹壓，使得表面光滑，減少空隙從而減少水分流失，但應注意避免抹壓過度，使結構形狀改變；預制的預應力構件嚴格控制張拉時間與張拉應力；預制構件在堆放時間內(nèi)，應保濕養(yǎng)護較長時間，特別是對于薄壁構件，應避免日光直曬與受到風的吹拂。

因農(nóng)村形成的養(yǎng)殖畜禽模式依舊存在，影響了動物防疫工作的實施。目前許多農(nóng)戶依舊未認識到動物防疫工作的重要，防疫理念有所欠缺，從而限制動物防疫工作順利實施，甚至嚴重者毆打防疫人員。基層動物的防疫團隊未健全，人員素質有限，設施落后，法律法規(guī)未完善，操作性弱，某些生物制品欠缺保護率，農(nóng)村級別防疫人員薪資低，等均影響了動物防疫水平。

1.2 沉降裂縫

沉降裂縫主要是在墻面上沿水平鋼筋布置方向出現(xiàn)，分布比較廣。裂縫方向為貫穿或者進深，與沉陷方向相同。沉陷較大時通常會出現(xiàn)錯位。沉陷量越大，裂縫寬度越大。裂縫產(chǎn)生的原因是地基土質不均，在荷載作用下結構出現(xiàn)不均勻沉降，從而產(chǎn)生裂縫?；蛘呤窍噜彶糠纸Y構荷載差異較大，不均勻沉降導致二者中間產(chǎn)生裂縫。這種裂縫往往比較大，會嚴重影響使用。

預防措施：其一，澆筑前在模板施工中盡量減少下料口；在振搗混凝土的同時振動上層鋼筋網(wǎng)架，將粘在鋼筋上的水泥漿抖落；最外層鋼筋的保護層厚度嚴格控制，可增加混凝土墊片數(shù)量；嚴格控制振搗時間，一律采用機械式振搗；若分層澆筑，則分層間隔不得大于混凝土初凝時間。

其二，詳細對地基土層進行勘察，如平面上壓縮模量差值較大，應進行換填處理或其他地基處理方式，將各區(qū)域壓縮模量控制在一定范圍內(nèi)；預制構件時在堅硬土層上進行，如有條件先在場地上制作混凝土墊板，在墊板上進行施工操作；支撐體系在地基土上的支點有足夠的強度和剛度，且應隨時保持表層一定厚度的地基土干燥。

1.3 溫度裂縫

這種裂縫往往發(fā)生于大體積混凝土構件的表面或者溫差較大的地區(qū)的混凝土結構，主要是因為混凝土內(nèi)外溫差過大，混凝土構件內(nèi)部產(chǎn)生拉應力造成的。

預防措施：可從材料選擇及攪拌工藝上控制攪拌溫度以及混凝土的水化升溫，如選用低水化熱的水泥品種，或摻加各種摻合料來降低水泥的用量，或降低攪拌所用的水的溫度；對采用加熱養(yǎng)護的混凝土構件，對于升降溫速度需要進行合理設計，應不大于10 ℃/h，且揭蓋脫模時避免操作過快導致混凝土表面急劇冷卻，表面應力過大產(chǎn)生裂縫；對大體積混凝土構件，養(yǎng)護時間段內(nèi)溫差較大時采用保溫養(yǎng)護；養(yǎng)護時間應適當延長，充分利用混凝土的“應力松弛效應”，養(yǎng)護期間溫差應控制在20 ℃以內(nèi)；對于超大混凝土結構，可在構件內(nèi)預埋冷卻管，通過循環(huán)冷水冷卻混凝土，將水化產(chǎn)生的熱量導出；對于較厚較寬且少筋的大體積混凝土結構，摻不超過20%塊石用于吸熱，此舉還可以節(jié)省混凝土；避開炎熱天氣和夜間等溫差較大的時間段澆筑混凝土，夏季炎熱天氣可使用簡易的遮陽裝置；采用分層薄層澆筑混凝土，每層厚度小于200 mm，使熱量分布均勻并加速降溫；采取溫度監(jiān)測舉措，及時分析數(shù)據(jù)并調(diào)整保溫和養(yǎng)護措施；地下室或基礎等地下結構混凝土構件拆模后及時回填，減小結構側面暴露時間；設置施工縫、后澆帶，分塊散熱速度較快；在有接縫的部位，增加配筋，弱化邊緣效應，局部提高構件抗拉強度。

1.4 施工裂縫

混凝土的施工是決定工程施工質量高低的一個重要環(huán)節(jié)[6]。混凝土在攪拌、澆筑、拆模、堆放、運輸、吊裝等施工過程中，工人施工操作不符合規(guī)范、設計的施工工藝不合理等因素，都可能會令混凝土產(chǎn)生施工裂縫。

常見的情況有為趕進度樓板混凝土強度未達到要求而使施工材料增加荷載，導致開裂；在混凝土初凝前就將模板拆除；在對預應力混凝土構件加載卸載時荷載速率變化不均勻，加載過大；鋼筋綁扎不牢固，澆筑時發(fā)生彎曲；澆搗不密實；模板約束與支撐不牢固，澆筑混凝土后發(fā)生較大形變等。

預防措施：使用木模板提前澆水濕透，防止模板膨脹將混凝土拉裂，脫模時應平穩(wěn)，盡量減少劇烈的沖擊和振動；預應力構件澆筑時預留孔管芯通體直線，減少彎曲，澆筑后定時轉動鋼管管芯，待混凝土強度達到設計允許值才可抽出管芯，操作過程應平穩(wěn)緩慢，以防混凝土表面拉裂；構件的堆放需要按支承點受力狀態(tài)設置墊木，技術交底應作詳細說明，如支點位置、堆放層數(shù)等；構件疊層堆放時，各支點保持在同一條水平直線上，堆放方向要正確；構件在運輸過程中，構件與構件之間安放墊木并分析穩(wěn)定性，防止因晃動、碰撞等因素導致垮塌；冬季寒冷時期混凝土澆筑摻加含氯鹽早強劑的同時，應摻加阻銹劑以減少氯的腐蝕作用；夏季施工時應測試澆搗時的溫度，溫度過高則需采取低溫養(yǎng)護措施，如有必要可使用冰塊對混凝土加以冷卻；在某些結構的基底鋪設可滑移層以減免接面約束[7]。

1.5 徐變裂縫

徐變裂縫是混凝土在長期使用過程中而產(chǎn)生的裂縫，包括在外荷載作用下產(chǎn)生的徐變裂縫和無外荷載作用下的徐變(如因長期固結產(chǎn)生的徐變、自重應力作用下產(chǎn)生的徐變)裂縫。裂縫產(chǎn)生的原因有混凝土在受到荷載時，內(nèi)部顆粒之間的相對滑動會延續(xù)較長時間；混凝土骨料與水泥水化產(chǎn)物的結合面持續(xù)發(fā)展；混凝土在自身的重力作用下產(chǎn)生類似于土體固結的塑性變形?；炷列熳兛赡軙龃笫軓潣嫾膿隙取⑹軌簶嫾钠木嗪蛯е骂A應力損失。

預防措施：在構件端頭處適當加大截面高度，額外設置鋼筋來承受水平力，也可以做放射式配筋或彎起構造筋，彎起構造筋的彎起方向平行于主拉應力方向；結構支撐節(jié)點采用可以允許輕微位移的連接節(jié)點，如連接件連接、螺栓連接、柔性連接、鉚接、預留孔安裝橡膠墊圈等；在混凝土構件之間設置伸縮縫，為徐變預留空間；混凝土中添加纖維，可減少徐變和提高強度；控制預應力筋的彎起角度，盡可能減少非預壓區(qū)域；預制構件在吊裝前應該放置較長的時間，盡可能晚地固定吊車梁，以讓混凝土徐變完成大部分，減小到一個穩(wěn)定值，因為混凝土徐變?nèi)齻€月后可以達到60%，四到五個月混凝土徐變已基本穩(wěn)定，此時混凝土構件將具有較長齡期，也有較高的強度；預應力混凝土構件卸載預應力不應過早，以減少混凝土收縮增加徐變變形量，還能提高混凝土的抗裂能力；設置構件端頭支承墊板，使應力集中分布。

1.6 應力裂縫

應力裂縫指混凝土結構在正常使用階段外荷載作用下產(chǎn)生的裂縫。外荷載直接作用產(chǎn)生的裂縫為直接應力裂縫，外荷載間接作用產(chǎn)生的裂縫為次應力裂縫。外荷載的作用下會增加混凝土局部承受的應力(拉應力或壓應力)，當內(nèi)應力增長超過極限值后混凝土將產(chǎn)生裂縫。

預防措施：現(xiàn)場技術人員加強對工人在施工過程中鋼筋、模板、振搗、收面等的質量控制檢查，確保鋼筋綁扎焊接位置、鋼筋間距、支撐鋼筋位置、模板固定等要點符合規(guī)范要求，嚴格按照設計要求使用相符合的混凝土等級；拆模時間不能過早，至少需要等混凝土初凝后才能拆除模板；合理安排施工臨時堆載，混凝土強度未達設計值時禁止對構件施加大荷載；堆放、運輸、吊裝時支承點和吊點位置正確無偏移，轉移過程中避免振動、碰撞；模板施工時在胎模端部安放并固定具有一定彈性的木質或橡膠墊片，模板轉角不宜過大，防止構件收縮時轉角卡住構件使構件拉裂；在構件的各個節(jié)點處加大箍筋配筋率或安放鋼筋網(wǎng)片，以提高劈裂應力區(qū)的強度，且應保證鋼筋外圍有一定厚度的混凝土保護層；混凝土面多次抹平壓光，提高板面質量。

2 混凝土裂縫的處理方法及適用范圍

混凝土裂縫出現(xiàn)后，其寬窄、發(fā)展、深淺、形狀可能隨時間變化而變化，處于運動狀態(tài)，我們稱之為“不穩(wěn)定裂縫”，其中有部分裂縫呈可逆狀態(tài)，一般隨熱脹冷縮、荷載大小不斷變化[2]?；炷亮芽p出現(xiàn)后，應及時根據(jù)結構安全等級及裂縫危害程度制定修補方案，防止裂縫進一步擴大，造成不必要的安全問題。根據(jù)以往對混凝土裂縫處理的經(jīng)驗，編制針對性的技術措施，能快速有效地處理問題。

1)表面涂抹法：該方法適用于混凝土表面深度很淺的細條狀裂縫、沒貫穿結構層的裂縫、不再伸縮的裂縫等已經(jīng)穩(wěn)定了的細小裂縫(裂縫寬度小于0.05 mm，長度宜小于20 mm)，或是因混凝土結構變形引起的、對承載力無影響的細小裂縫，比如溫度裂縫、收縮裂縫、徐變裂縫等。該方法是使用涂刷材料對裂縫產(chǎn)生范圍進行涂刷，以掩蓋裂縫。

2)表面貼補法：使用合成膜或其它防水片、卷材粘貼在裂縫出現(xiàn)的區(qū)域上，既可掩蓋裂縫，又可美化混凝土結構。表面涂抹法的適用范圍也適用于表面貼補法，另外，表面貼補法還適用于蜂窩麻面的平整，漏水位置不明確的大面積漏水裂縫的防滲堵漏。表面涂抹法和表面貼補法不適用于較大的裂縫。

3)裂縫填充法：在裂縫中填入修補材料，排出水分和空氣，表面抹平涂刷處理。處理寬度較大的裂縫效果較好。該方法具有技術門檻低、操作簡單、費用低、持續(xù)效果好等優(yōu)點。但是對于寬度較小、深度較淺的裂縫，或裂縫中填充有不規(guī)則固體雜物并難以清理的情況下，使用填充法的效果不理想。對于小規(guī)模裂縫，可以先將裂縫處理成比較規(guī)則的形狀，清理干凈后再填充修補材料。

4)灌漿法：該方法適用范圍較廣，處理效果好，適用于各種情況產(chǎn)生的裂縫。但具有對于細小裂縫經(jīng)濟性差、操作復雜、需要特殊的設備等缺點。在施工時根據(jù)結構的重要程度使用漿液。如對于不承受荷載的分隔墻等一般結構使用費用較低的水泥漿，而對于承受較大載荷的結構，如梁、板、柱承重墻等重要構件，應使用添加膨脹劑的水泥漿，以減少硬化收縮。

5)結構補強法：該方法適用于處理因承載超過承載能力范圍內(nèi)的荷載而產(chǎn)生的裂縫，裂縫形成且穩(wěn)定后沒有對裂縫加以處理導致結構耐久性降低的裂縫，受火災等高溫烘烤的承載結構，或其他結構強度受到影響產(chǎn)生的裂縫。包括斷面補強法、預應力法、錨固補強法等加強結構強度的方法。

上述各種處理方法可以結合使用。灌漿法一般采用環(huán)氧樹脂或水泥漿，也有使用雙液漿(水泥漿和水玻璃)。填充法使用細石混凝土填充搗實，還可以添加鋼絲網(wǎng)或者纖維等用于加固。

3 結 語

混凝土裂縫的控制是綜合性的問題，涉及范圍廣，包括混凝土生產(chǎn)質量、施工質量、技術設備、氣候環(huán)境等諸多因素。為了預防混凝土構件裂縫的產(chǎn)生，除了發(fā)展先進的施工技術和專業(yè)的施工設備外，還需要嚴格遵守施工程序，規(guī)范施工，嚴格控制混凝土澆筑及養(yǎng)護期間的溫度和水分含量，優(yōu)化設計混凝土的配方如骨料級配、水泥參數(shù)、外加劑品種及摻量，地基處理得當減少不均勻沉降，采用機械振搗禁止人工振搗等。在混凝土裂縫出現(xiàn)后應及時處理，避免裂縫進一步擴大，可根據(jù)現(xiàn)場情況，合理采用表面涂抹法、表面貼補法、裂縫填充法、灌漿法、結構補強法等實用方法進行修補或加固處理。

[1] 吉 喆.混凝土裂縫的預防與處理[J].安陽師范學院報，2007(2)：143-144.

[2] 金恩平，朱躍峰.建筑工程施工中混凝土裂縫的預防與處理[J].河南大學學報(自然科學版)，2005，35(3):111.

[3] 賀龍喜，宋 娟，周 衛(wèi).鋼筋混凝土結構裂縫的控制分析[J].科技創(chuàng)新導報，2017，34:51.

[4] 高大帥，溫青培.分析混凝土早齡期性能與裂縫控制[J].四川建材，2008，44(2):247-248.

[5] 胡峰博.水泥混凝土干縮裂縫的控制措施[J].科技視界，2018(02)：162-163.

[6] 胡俊福.工程施工中裂縫處理策略的分析[J].建筑技術開發(fā)，2008，45(1):104-105.

[7] 富文權，韓素芳.混凝土工程裂縫預防與控制[J].混凝土，2003(5) ：3-17.