試論混凝土結構裂縫問題分析與防治

摘要：現澆混凝土結構易出現的裂縫，給混凝土結構帶來了很多不利的影響，如影響建筑觀感和使用功能等。本文著重對混凝土結構裂縫的成因、預防及防治等做了探討。

關鍵詞：混凝土結構；裂縫；成因；防治措施

近年來，現澆混凝土結構因其整體性強，抗震性好，以及商品混凝土和高強、高性能混凝土的大量使用，我國現澆混凝土結構得到了廣泛推廣和應用。但當建筑結構的平面尺寸較大(建筑長度接近或略大干規范規定的伸縮縫最大間距)時，現澆混凝土結構，尤其是普通樓板，易出現許多裂縫。

調查分析表明，工程實踐中建筑結構的裂縫原因，由外荷載直接作用產生的裂縫很少，而由間接作用(混凝土收縮、溫度變形)引起的“間隙裂縫”則占了絕大多數?！伴g接裂縫”給混凝土結構帶來很多不利影響。主要表現在：影響建筑觀感和使用功能。裂縫出現之后，使房屋的使用者產生嚴重的不安全感，有一些裂縫造成的滲漏還會破壞房屋的裝修，影響房屋的使用功能。尤其在建筑商品化的今天，這已經成為房屋業主投訴的焦點。不僅嚴重地影響了房地產開發商的信譽，而且設計單位、施工單位也為此付出了慘痛的代價；影響結構的耐久性。裂縫的出現，加劇了混凝土的碳化及凍融的蛻化作用，并導致了鋼筋銹蝕，縮短結構的使用年限。本文著重對混凝土結構裂縫的成因、預防及防治措施做粗淺探討。

一、產生混凝土裂縫的因素

混凝土是一種抗拉性能極低的脆性材料，在施工和使用過程中，當發生溫度、濕度變化、機械震動、地基不均勻沉降時，極容易產生變形和裂縫。另外，材料的收縮和徐變同樣會導致結構產生不能忽略的變形。

1.水化熱。混凝土水化過程中產生大量的水化熱，對大體積混凝土結構應考慮水化熱的影響。在現行的《普通混凝土配合比設計規程》JGJ／T55-96中的6.5節明確：混凝土結構中，實體最小尺寸大于或等于1M時，稱大體積混凝土。這種結構在升溫階段，混凝土處于塑性，約束應力很小，但降溫時，彈性模量很快增加，若處理不當，混凝土內外溫差會很大，往往混凝土表面已經硬化而內部溫度仍很高，較大的溫度差造成了變形約束而開裂。

2.混凝土收縮。混凝土同樣有“濕漲干縮”現象，它們要經過相當長的時間才趨穩定，通常齡期1年的混凝土收縮量約為總量(齡期以20年計)的80％，而齡期2個月的為50％?；炷潦湛s主要來自水泥石的收縮，水灰比越大，收縮越大。除此之外，水泥用量、水泥細度、構件截面形狀以及環境條件(溫度、濕度等)對結構收縮都有影響。

3.環境影響。混凝土在空氣中硬化時，體積會發生收縮，由此在構件內產生拉應力，在早期混凝土強度較低時，混凝土收縮值最大。因此，若構件早期養護不良，極易產生收縮裂縫。當環境氣溫發生變化時，結構本身溫度也隨之而變，即混凝土結構隨氣溫的冷暖而發生縮用，這種變化每年一輪回，而不像前二者是一次性完成的。

4.材料質量?；炷潦怯伤?、砂、石按一定比例拌合而成的人造混合材料，水泥、砂、石等質量不好或在施工過程中不按操作規程運作等都會導致混凝土開裂。

5.施工方面?；炷临|量好壞的標志是成型后混凝土的均勻性和密實程度。因此混凝土的攪拌、運輸、澆灌、振實各道工序中的任何缺陷和疏漏，都可能使裂縫產生；模板構造不當，漏水、漏漿、支撐剛度不足、過早拆模等都有可能造成混凝土的開裂；混凝土養護，特別是早期養護質量與裂縫關系密切；水灰比過大、水泥或外加劑加入量過大；施工過程中鋼筋表面污染、混凝土保護層過小或過大、澆灌中碰撞鋼筋使其移位等；任意留置施工縫且不按規定處理；后期施工擾動前期混凝土；在不宜施工的氣候條件下勉強施工，冬季施工未采取防凍措施等都容易產生裂縫。

二、防止混凝土裂縫的措施

1.控制混凝土溫升

混凝土結構在降溫階段產生溫度應力的原因在于由于降溫和水分蒸發等原因導致的收縮，并且由于外在約束作用使其不能自由變形。因此，對水泥水化熱導致的溫升進行控制，即達到了減小降溫溫差的目的，這對降低溫度應力、防止產生溫度裂縫能起到重要作用。為控制混凝土結構因水泥水化熱而產生的溫升，可以采取下列措施：

(1)選用中低熱的水泥品種。混凝土升溫的熱源是水泥水化熱，在施工中應選用水化熱較低的水泥以及盡量降低單位水泥用量。

(2)摻加外加劑。為了滿足送到現場的混凝土具有一定坍落度，如單純增加單位水泥用量，不僅多用水泥，加劇混凝收縮，而且會使水化熱增大，容易引起開裂。因此應選擇適當的外加劑。木質素磺酸鈣屬陰離子表面活性劑，對水泥顆粒有明顯的分散效應并能使水的表面張力降低而引起加氣作用。因此，在混凝土中摻入水泥重量0.25％的木鈣減水劑(即木質素磺酸鈣)，它不僅能使混凝土和易性有明顯的改善，同時又減少了10％左右的拌合水，節約10％左右的水泥，從而降低了水化熱。近年來，隨著新型“減低收縮劑”f如UEA.AEA)等的應用，摻入后可使混凝土空隙中水分表面張力下降從而減少40％－60％收縮，但是能否起到有效控制收縮裂縫的作用，還應注重其應用條件和后期收縮。

(3)摻加粉煤灰外摻料。試驗資料表明，在混凝土內摻入一定數量的粉煤灰，由于粉煤灰具有一定活性，不但可代替部分水泥，而且粉煤灰顆粒呈球形，具有“滾珠效應”而起潤滑作用，能改善混凝土的粘塑性，并可增加泵送混凝土f大體積混凝土多用泵送施工)要求的0.315mm以下細粒的含量，改善混凝土可泵性，降低混凝土水化熱。另外，根據大體積混凝土的強度特性，初期處于高溫條件下，強度增長較快、較高，但后期強度就增長緩慢，這是由于高溫條件下水化作用迅速，隨著混凝土的齡期增長，水化作用慢慢停止的緣故。摻加粉煤灰后可改善混凝土的后期強度，但其早期抗拉強度及早期極限拉伸值均有少量降低。因此對早期抗裂要求較高的工程，粉煤灰摻入量應少一些，否則表面易出現細微裂縫。

(4)控制混凝土的出機溫度和澆筑溫度。對混凝土出機溫度影響最大的是石子及水的溫度，砂的溫度次之，水泥的溫度影響很小。為了進一步降低混凝土的出機溫度，其最有效的辦法就是降低石子的溫度。在氣溫較高時，為防止太陽的直接照射，可在砂、石堆場搭設簡易遮陽裝置，必要時須向骨料噴射水霧或使用前用冷水沖洗骨料。建議最高澆筑溫度控制在40℃以下為宜，這就要求在常規施工情況下合理選擇澆筑時間，完善澆筑工藝以及加強養護工作。

2.改善邊界約束和構造設計

(1)設置滑動層。由于邊界存在約束才會產生溫度應力，如在與外約束的接觸面上全部設滑動層，則可大大減弱外約束。如在外約束的兩端各1／4～1／5的范圍內設置滑動層則結構的計算長度可折減約一半。為此，遇有約束強的巖石類地基、較厚的混凝土墊層等時，可在接觸面設滑動層，對減小溫度應力將起顯著作用?；瑒訉拥淖鞣ㄓ校和克傻罒釣r青加鋪油氈一層：鋪設10－20mm厚瀝青砂；鋪50mm厚砂或石屑層等。

(2)避免應力集中。在孔洞周圍、變斷面轉角部位、轉角處等由于溫度變化和混凝土收縮，會產生應力中而導致裂縫。為此，可在孔洞四周增配斜向鋼筋、鋼筋網片：在變斷面處避免斷面突變，可作局部處理使斷面逐漸過渡，同時增配抗裂鋼筋，這對防止裂縫是有益的。

(3)設置緩沖層。在高、低底板交接處、底板地梁處等，用30－50mm厚聚苯乙烯泡沫塑料作垂直隔離，以緩沖基礎收縮時的側向壓力。

(4)合理分段施工。當混凝土結構的尺寸很大時，則可與設計單位研究后合理地采用“后澆帶”分段進行腳注。用“后澆帶”分段施工時，其計算是將降溫溫差和收縮分為兩部分。在第一部分內結構被分成若干段，使之能有效地減小溫度和收縮應力；在施工后期再將這若干段澆筑成整體，繼續承受第二部分降溫溫差和收縮的影響。這兩部分降溫溫差和收縮作用下產生的溫度應力疊加，其值應小于混凝土的設計抗拉強度。此即利用“后澆帶”控制產生裂縫并達到不設永久性伸縮縫的原理。后澆帶處的混凝土，宜用微膨脹混凝土，混凝土強度等級宜比原結構的混凝土提高5-10N／mm，并保持不少于15d的潮濕養護?！昂鬂矌А碧幰擞镁W狀模板。網狀模板是一種不拆除模板，澆筑混凝土時砂漿通過網格孔滲透到模板面，使表面成為一種抗剪性能很理想的均勻粗粒界面，第二次澆筑混凝土時，不需要拆模和鑿毛，能保證后澆帶混凝土的質量。

3.應用混凝土裂縫控制技術措施

(1)優化設計方案。應適當增加樓板的厚度以提高樓板的剛度，結構各部分的變形計算應一致，建筑設計應防止造型突變，基礎設計應與上部結構相適應，盡量防止不均勻沉降，樓板配筋應采用小直徑小間距，上部鋼筋最好也通長設置。強弱電預埋管路應分開走向，杜絕交叉。建議優選現澆空心樓蓋技術，工程實踐證明此種結構基本上無裂縫現象發生。

(2)嚴格選擇原材料。選用低堿水泥，減少堿骨料反應。混凝土外加劑要性能優良，質量可靠；嚴格控制混凝土水灰比，盡量降低水泥用量，建議基礎混凝土可選用混凝土的60d標準強度。混凝土坍落度越低越有利于防裂。

(3)施工過程的控制。模板支撐體系的承載力和剛度要適應施工進度，滿足鋼筋、混凝土拌合物及施工臨時荷載的需要。拆模時間要通過混凝土強度試驗確定；根據混凝土結構的特點、施工環境選擇混凝土澆筑方案，混凝土拌合物的坍落度越小越好，一般不易大于160mm，有條件時最好使用干硬性混凝土，大體積混凝土要分層澆筑。新舊混凝土在接茬前要在舊混凝土表面鑿毛，充分濕潤；及時進行混凝土表面覆蓋和澆水養護，要建立保溫保濕的養護理念，因為混凝土的硬化過程需要溫度更需要水分，有條件時盡量采用蓄水養護。