鋼筋混凝土結構裂縫的危害、原因與防治

黃飛勇

摘要：在鋼筋混凝土結構的建設和使用過程中,出現裂縫而影響工程質量屢見不鮮。本文分析了鋼筋混凝土結構物裂縫的種種危害以及產生的原因，并進一步提出了區分結構性裂縫和非結構性裂縫的防治措施。

關鍵詞：鋼筋混凝土; 裂縫; 原因; 防治措施

鋼筋混凝土結構在工業與民用建筑、橋梁隧道、高速公路、水工大壩、海洋平臺等工程項目中，得到了廣泛的應用。然而，在實際工程中, 鋼筋混凝土結構的裂縫經常可見。 裂縫的存在一方面影響了結構的美觀和正常使用；另一方面削弱了結構的剛度和整體性, 導致工程事故的發生。本文著重對引發鋼筋混凝土裂縫的危害和原因進行歸納, 并提出相應的預防和處理措施, 旨在對某些容易忽視的問題引起重視。

1 裂縫的危害

鋼筋混凝土結構物一旦產生裂縫，對本身會產生安全上及使用上的影響。外部環境的有害成分侵入，會使裂縫部分持續擴大及?化，造成使用性能的降低，而導致使用壽命的縮短，甚至會影響結構物的安全性。

1.1 對結構強度的影響

結構物裂縫發生后，其本身的剛性、剪力強度、拉力強度、抗彎強度?會降低，并可能導致結構?為發生應力重分配，造成進一步的破壞。裂縫嚴重時，可能會使構材掉落而造成危害。

1.2 對耐久性能的影響

裂縫對耐久性的影響，最主要的是加速混凝土中性化，使鋼筋腐蝕速度變快，并因漏水、滲水，造成發霉、滲斑而使得保護層剝落，而縮短結構物的使用年限。

1.3 對氣密性能的影響

裂縫對于氣密性能的破壞，主要是針對需要高氣密性能的結構物而言的，如醫院、核電廠，或一些疫苗培植性能的結構物。一旦發生裂縫，就會造成氣密性降低，造成輻射線或疫苗菌類外泄，影響到人們的安全。

2 裂縫的原因分析

鋼筋混凝土結構物裂縫形成的因素有許多，如干縮、溫度效應、外力超載或施工?當等都會產生裂縫。

2.1 塑性收縮裂縫

混凝土由水泥、細骨材、粗骨材及水拌合而成，由于水與水泥的水化產生膠結作用，將粗細骨材連成一體，從而產生混凝土的強度。混凝土澆置后在凝固前呈現軟性或塑性狀態。拌合水化作用開始，混凝土表面曝露于大氣間，混凝土表面的水分開始蒸發，并導致混凝土干縮。混凝土表面溫度及風速均影響表面水分蒸發產生干縮的程度，因此混凝土內部與外表由于干縮差異，使混凝土的表面產生拉應變，如果此種干縮的差異發生在混凝土灌注之后，強度尚未完全形成時，混凝土將由于塑性收縮所造成的應變而產生破裂。

2.2 塑性沉陷裂縫

這種裂縫是鋼筋混凝土結構早期裂縫之一，發生原因為混凝土在澆置、抹平后骨材會繼續下沉，當骨材下沉受到局部阻礙時（如鋼筋或其它埋設物），導致鄰近對象產生孔隙或裂縫。

2.3 干縮裂縫

干縮裂縫是因為混凝土體積干縮變化并且收縮受到外部約束的影響。假使混凝土收縮未受到限制，則裂縫?會產生。但當收縮發生且受限制時，混凝土內部會形成拉應力，當拉應力超過混凝土強度時，裂縫就產生了。

2.4 溫度裂縫

混凝土澆置后由于水化熱的消散速度?同，使內部造成溫差，此溫差會導致?同的體積變化，而產生拉應力，當此拉應力超過混凝土抗拉度時，即會產生裂縫。

2.5 沉陷裂縫

對某些結構物而言，不均勻支承與基礎沉陷或沉陷超過容許范圍，都容易使得結構物產生額外的彎曲與剪力裂縫，這種裂縫是設計時無法考慮和預計的。

2.6 氣候因素

造成混凝土龜裂的因素包括溫濕度作用及凍融現象等。湖南等南方地區，雖然凍融現象發生的幾率?大，但在溫濕度方面卻有很大影響，因此必須加以重視；通常溫濕度作用所呈現的裂縫型態為八字型裂縫，其原因可能為結構物受日照后混凝土膨脹的結果。

2.7 鋼筋腐蝕

鋼筋腐蝕是一種電化學過程，此過程需要氧氣、水份及具陰陽極反應等化學反應。鋼筋腐蝕時相伴產生的生成物體積比鋼筋體積要大，甚至可高達7倍，因此鋼筋銹蝕膨脹后會對混凝土產生推擠，使混凝土受到拉力。當腐蝕生成物累積至某種程度時，混凝土表面裂縫?無法避免。隨著鋼筋生銹漸多，鋼筋與混凝土間的握裹力便逐漸消失，最后導致混凝土剝落。

2.8 堿質反應

混凝土內水泥堿性物與骨材中活性二氧化硅在足夠濕氣及溫度的環境催化下將產生一種膨脹性化學反應，即稱堿質反應。此反應將造成混凝土衍生膨脹應變，從而使結構物劣化。

2.9 超載、設計、施工不當

結構物構件有一定的容許載重力。因此，超載勢必會使得結構物產生額外的裂縫。設計錯誤將造成結構物嚴重龜裂，甚至發生重大事故。例如鋼筋用量不足、不當配置等因素，均可能造成結構物龜裂；施工作業?當同樣會導致混凝土龜裂，最常見的現象為，混凝土澆置時添加水量，此時，不但增加干縮及沉陷裂縫發生的幾率，更降低了混凝土原本的設計強度。養護時間不夠、模板支撐力?足及施工縫設置不當都會使得混凝土產生裂縫。

2.10 氯離子含量過高

鋼筋混凝土結構物中的鋼筋，一般均在堿性環境下，故不會產生腐蝕，但當氯離子含量高于一定程度時，雖在堿性環境下也會發生腐蝕，鋼筋生銹之臨界氯離子含量，依混凝土配比及環境條件而異。

3 裂縫的防治措施

對裂縫的防治應根據裂縫發生的原因、大小、部位、結構的受力情況和使用要求, 區別對待, 以便采用正確的處置方法。鋼筋混凝土結構物龜裂損壞一般可分為結構性龜裂與非結構性龜裂兩種。結構性龜裂是指，因結構體損害導致結構體龜裂、大變形，危及結構安全等情形；而非結構性龜裂是指混凝土結構物表面細微發狀裂痕、沿埋設管物裂痕、兩種?同材?裝修粉刷裂縫等情形。結構性裂縫的防治目的在于提高結構或構件的承載力、剛度、穩定性和耐久性。非結構性裂縫可根據結構耐久性和使用方面的要求, 采取修補措施即可。具體措施有：

盡量爭取在晝夜溫差較小的季節施工，否則應采取保溫和防曬措施，充分養護，使溫度的變化控制在最小范圍，不使其升溫過高及干燥。在遇強風時應比平時盡快采用特殊的養護預防干燥收縮裂縫。

嚴格按水泥、水、砂、石的配合比計量上料，規定正確攪拌時間。選用水化熱量小、鋁酸鈣含量較低的水泥，這樣可降低水泥、水化熱帶來的內部溫度，降低水化熱峰值。選用優質的減水劑及級配良好的骨料，盡量減少單位用水量，并盡可能選用低的砂率，減少泛漿和混凝土的收縮量。

混凝土面板在鋪筑完后盡可能早地切割，如因故不能做到時，可采用跳檔切割，每隔4～5條縫先切一縮縫，然后再返回切余下的縫。

在混凝土路面澆筑前給水泥石粉層和模板適量灑水，減少基層頂面摩阻力。使用長時間在日光下曝曬的干燥骨料時，也要充分灑水濕潤，在混凝土表面修整過程中，要避免強烈的日光直射，不使溫度上升很大和出現干燥，風還大時要提前養護。

正確處理施工縫。在施工時縫應盡可能與脹縫或縮縫重合。最好是脹縫，因為即使施工縫不直時也可通過切割將不直處除掉。雖然要求盡量不設施工縫，但在施工常遇到不可避免的原因，如停電、機械故障、暴雨等因素不得不設置施工縫時、因時間差、施工縫兩邊澆筑的混凝土凝固、收縮不一致，肯定會產生裂縫，故應有應付突發事變的能力，盡量避免發生施工縫或合理安排施工縫，也可減少板塊裂縫的產生。

結語

鋼筋混凝土構造物裂縫往往造成許多困擾，輕則影響結構物外觀，重則危及構造物安全。一般工程上，均視混凝土結構物上細微發狀裂縫為結構物重大缺陷。實際上，裂縫多半是由于載重前的自身應力及約束應力引起的。對混凝土裂縫的分析, 不僅要明確裂縫的危害，分析裂縫產生的原因, 更要求我們從設計上和施工上總結經驗教訓, 去預防裂縫的發生。

參考文獻

[1]江見鯨,陸新征,葉列平,混凝土結構有限元分析[M],北京: 清華大學出版社,2005.

[2]David Darwin,Shawn Barham and Shuguang Luan，Fracture Energy of High-Strength Concrete [J]，ACI METERIALS JOURNAL，2006,43(3):410-416.

[3]趙春生, 混凝土橋梁裂縫原因分析[J],山西建筑,2005,31(14):78-79.

[4]潘新華. 上下夾層鋼纖維混凝土路面施工技術的應用[ J ]. 湖南交通科技, 2003, 29 (2):28-30.