混凝土結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生的原因分析及處理措施

摘要：對(duì)由于變形引起的裂縫、荷載導(dǎo)致的裂縫、溫度裂縫等幾種混凝土工程種常見(jiàn)裂縫的產(chǎn)生原因進(jìn)行了分析，并結(jié)合具體工程提出了一些預(yù)防及處理措施，以保證建筑物的安全承載能力及其使用功能要求。

關(guān)鍵詞：混凝土裂縫承載能力

混凝土是一種由砂石骨料、水泥、水及其他外加材料混合而形成的非均質(zhì)脆性材料，因此混凝土建筑和構(gòu)件通常都是帶縫工作的，近代科學(xué)研究和大量的混凝土工程實(shí)踐證明，在混凝土工程中裂縫問(wèn)題是不可避免的，在一定的范圍內(nèi)也是可以接受的，只是要采取有效的措施將其危害程度控制在一定的范圍之內(nèi)。鋼筋混凝土規(guī)范也明確規(guī)定：有些結(jié)構(gòu)在所處的不同條件下，允許存在一定寬度的裂縫。混凝土的裂縫是影響混凝土耐久性的重要因素，因此研究混凝土工程裂縫產(chǎn)生的原因和控制方法是非常重要的。使混凝土產(chǎn)生裂縫的原因很多，有荷載引起的裂縫；有收縮引起的裂縫；有溫度變化引起的裂縫；還有混凝土本身材料組成的因素等。在實(shí)際工程中要區(qū)別對(duì)待，根據(jù)實(shí)際情況解決問(wèn)題。

1 混凝土工程中常見(jiàn)裂縫原因分析

1.1 混凝土自身組成方面

從混凝土自身組成方面來(lái)考慮，有以下幾個(gè)影響因素：①在混凝土拌和以后混凝土中的水泥和水發(fā)生反應(yīng)，水泥水化產(chǎn)物的體積小于消耗的水泥和水的體積之和，混凝土內(nèi)部形成毛細(xì)管所形成的毛細(xì)管張力將導(dǎo)致混凝土裂縫。②水泥的水化反應(yīng)是一個(gè)放熱反應(yīng)，這種反應(yīng)熱將使混凝土的體積膨脹，水泥水化反應(yīng)減慢后，硬化混凝土的體積收縮而引起的應(yīng)力將使混凝土出現(xiàn)裂紋。這是一個(gè)混凝土向外界輸出能量的過(guò)程，這個(gè)過(guò)程越慢混凝土發(fā)生裂縫的幾率越小。③混凝土中緩慢水化成分的影響。這主要是指水泥中的死燒CaO、死燒MgO等緩慢反應(yīng)物質(zhì)和水泥中的過(guò)量石膏。水泥中的死燒CaO、死燒MgO水化反應(yīng)特別慢，在混凝土硬化之后他們才水化，其水化產(chǎn)物的體積大于其原來(lái)的固體體積，這種在硬化混凝土中的不均勻體積膨脹將引起混凝土裂縫。④混凝土中的活性骨料（活性二氧化硅和白云石質(zhì)石灰?guī)r）和堿（KOH和NaOH）之間的堿骨料反應(yīng)也會(huì)引起混凝土裂縫。⑤混凝土配合比的影響。配合比對(duì)混凝土的性能影響很大，由于配合比不當(dāng)而引起的混凝土開(kāi)裂、甚至倒塌的工程事故屢見(jiàn)不鮮。如由于偷工減料造成的嚴(yán)重貧水泥混凝土在自身重力的作用下產(chǎn)生的開(kāi)裂、倒塌。

1.2混凝土的溫度裂縫

溫度裂縫多發(fā)生在大體積混凝土表面或溫差變化較大地區(qū)的混凝土結(jié)構(gòu)中。混凝土澆筑后，在硬化過(guò)程中，水泥水化產(chǎn)生大量的水化熱，（當(dāng)水泥用量在350～550kg/m3，每立方米混凝土將釋放出17500～27500kJ的熱量，從而使混凝土內(nèi)部溫度升達(dá)70℃左右甚至更高）。由于混凝土的體積較大，大量的水化熱聚積在混凝土內(nèi)部而不易散發(fā)，導(dǎo)致內(nèi)部溫度急劇上升，而混凝土表面散熱較快，這樣就形成內(nèi)外的較大溫差，較大的溫差造成內(nèi)部與外部熱脹冷縮的程度不同，使混凝土表面產(chǎn)生一定的拉應(yīng)力（實(shí)踐證明當(dāng)混凝土本身溫差達(dá)到25℃～26℃時(shí)，混凝土內(nèi)便會(huì)產(chǎn)生大致在10MPa左右的拉應(yīng)力）。當(dāng)拉應(yīng)力超過(guò)混凝土的抗拉強(qiáng)度極限時(shí)，混凝土表面就會(huì)產(chǎn)生裂縫，這種裂縫多發(fā)生在混凝土施工中后期。在混凝土的施工中當(dāng)溫差變化較大，或者是混凝土受到寒潮的襲擊等，會(huì)導(dǎo)致混凝土表面溫度急劇下降，而產(chǎn)生收縮，表面收縮的混凝土受內(nèi)部混凝土的約束，將產(chǎn)生很大的拉應(yīng)力而產(chǎn)生裂縫，這種裂縫通常只在混凝土表面較淺的范圍內(nèi)產(chǎn)生。

溫度裂縫的走向通常無(wú)一定規(guī)律，大面積結(jié)構(gòu)裂縫?？v橫交錯(cuò)；梁板類(lèi)長(zhǎng)度尺寸較大的結(jié)構(gòu)，裂縫多平行于短邊；深入和貫穿性的溫度裂縫一般與短邊方向平行或接近平行，裂縫沿著長(zhǎng)邊分段出現(xiàn)，中間較密。裂縫寬度大小不一，受溫度變化影響較為明顯，冬季較寬，夏季較窄。高溫膨脹引起的混凝土溫度裂縫是通常中間粗兩端細(xì)，而冷縮裂縫的粗細(xì)變化不太明顯。此種裂縫的出現(xiàn)會(huì)引起鋼筋的銹蝕，混凝土的碳化，降低混凝土的抗凍融、抗疲勞及抗?jié)B能力等。

主要預(yù)防措施：是盡量選用低熱或中熱水泥，如礦渣水泥、粉煤灰水泥等，減少水泥用量。降低水灰比，一般混凝土的水灰比控制在0.6以下。改善骨料級(jí)配，摻加粉煤灰或高效減水劑等來(lái)減少水泥用量，降低水化熱。高溫季節(jié)澆筑時(shí)可以采用搭設(shè)遮陽(yáng)板等輔助措施控制混凝土的溫升，降低澆筑混凝土的溫度。大體積混凝土的溫度應(yīng)力與結(jié)構(gòu)尺寸相關(guān)，混凝土結(jié)構(gòu)尺寸越大，溫度應(yīng)力越大，因此要合理安排施工工序，分層、分塊澆筑，以利于散熱，減小約束。加強(qiáng)混凝土養(yǎng)護(hù)，混凝土澆筑后，及時(shí)用濕潤(rùn)的草簾、麻片等覆蓋，并注意灑水養(yǎng)護(hù)，適當(dāng)延長(zhǎng)養(yǎng)護(hù)時(shí)間，保證混凝土表面緩慢冷卻。在寒冷季節(jié)，混凝土表面應(yīng)設(shè)置保溫措施，以防止寒潮襲擊。

1.3荷載變化引起的裂縫

次應(yīng)力裂縫是指由外荷載引起的次生應(yīng)力產(chǎn)生裂縫。此種裂縫產(chǎn)生的原因有：如設(shè)計(jì)階段由于結(jié)構(gòu)物的實(shí)際工作狀態(tài)同常規(guī)計(jì)算有出入或計(jì)算不考慮；計(jì)算簡(jiǎn)圖不夠精確等。研究表明，受力構(gòu)件挖孔后，力流將產(chǎn)生繞射現(xiàn)象，在孔洞附近密集，產(chǎn)生巨大的應(yīng)力集中，因此，若處理不當(dāng)，在這些結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)角處或構(gòu)件形狀突變處、受力鋼筋截?cái)嗵幦菀壮霈F(xiàn)裂縫。

直接應(yīng)力裂縫是指由外荷載引起的直接應(yīng)力產(chǎn)生的裂縫。此種裂縫產(chǎn)生的原因很多，如設(shè)計(jì)階段荷載漏算、內(nèi)力配筋錯(cuò)誤、結(jié)構(gòu)安全系數(shù)不夠等；施工階段不按施工圖施工，隨意在結(jié)構(gòu)上堆碼材料機(jī)具等，使用階段超載行駛，受意外撞擊等都可能引起該種裂縫。

實(shí)際工作中，次應(yīng)力裂縫是產(chǎn)生荷載裂縫的最常見(jiàn)原因，次應(yīng)力裂縫多屬?gòu)埨?、劈裂、剪切性質(zhì)。次應(yīng)力裂縫也是由荷載引起，僅是按常規(guī)一般不計(jì)算，但隨著現(xiàn)代計(jì)算手段的不斷完善，次應(yīng)力裂縫也是可以做到合理驗(yàn)算的。如現(xiàn)在對(duì)預(yù)應(yīng)力、徐變等產(chǎn)生的二次應(yīng)力，不少平面桿系有限元程序均可正確計(jì)算。在設(shè)計(jì)上，應(yīng)避免結(jié)構(gòu)突變（或截面突變），當(dāng)不能回避時(shí)，應(yīng)做局部處理，如轉(zhuǎn)角處做圓角，突變處做成漸變過(guò)渡，同時(shí)加強(qiáng)構(gòu)造配筋，轉(zhuǎn)角處增設(shè)斜向鋼筋，對(duì)于較大孔洞有條件時(shí)可在周邊設(shè)置護(hù)邊角鋼。

1.4 沉陷裂縫及預(yù)防

沉陷裂縫的產(chǎn)生是由于結(jié)構(gòu)地基土質(zhì)不勻、松軟，或回填土不實(shí)或浸水而造成不均勻沉降所致；也可能因?yàn)槟０鍎偠炔蛔?，模板支撐間距過(guò)大或支撐底部松動(dòng)等導(dǎo)致，特別是在冬季，模板支撐在凍土上，凍土化凍后產(chǎn)生不均勻沉降，致使混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫。這種裂縫大多數(shù)為深進(jìn)或貫穿性裂縫，其走向與沉陷情況有關(guān)，一般沿與地面垂直或呈30°～45°角方向發(fā)展，較大的沉陷裂縫，往往會(huì)有一定的錯(cuò)位，裂縫寬度往往與沉降量成正比關(guān)系。裂縫寬度受溫度變化的影響比較小，地基變形穩(wěn)定之后，沉陷裂縫也基本趨于穩(wěn)定。

主要預(yù)防措施：對(duì)松軟土、填土地基在上部結(jié)構(gòu)施工前應(yīng)進(jìn)行必要的夯實(shí)和加固。保證模板有足夠的強(qiáng)度和剛度，且支撐牢固，并使地基受力均勻。防止混凝土澆灌過(guò)程中地基被水浸泡。模板拆除的時(shí)間不能太早，且要注意拆模的先后次序。在凍土上搭設(shè)模板時(shí)要注意采取一定的預(yù)防措施。

2 裂縫處理措施

混凝土裂縫處理的目的是恢復(fù)因裂縫引起的結(jié)構(gòu)耐久性降低和承載力下降，處理裂縫的時(shí)間是裂縫發(fā)展穩(wěn)定，在春秋冬季節(jié)為宜。經(jīng)過(guò)對(duì)裂縫產(chǎn)生的原因和發(fā)展情況的調(diào)查分析，根據(jù)裂縫的現(xiàn)狀及未來(lái)發(fā)展的預(yù)測(cè)、結(jié)構(gòu)所處的環(huán)境及繼續(xù)使用的年限等因素采用修補(bǔ)處理和加固處理兩種方案。

2.1 修補(bǔ)處理

①表面處理：適用于微細(xì)裂縫（一般寬度小于0.2mm），主要用來(lái)提高結(jié)構(gòu)的防水性和耐久性，使用的材料一般為彈性涂膜防水材料、聚合物灰漿等。在防護(hù)的同時(shí)為了防止混凝土受各種作用的影響繼續(xù)開(kāi)裂，通?？梢圆捎迷诹芽p的表面粘貼玻璃纖維布等措施。

②壓力灌漿：是將環(huán)氧樹(shù)脂或其他低黏度粘結(jié)類(lèi)材料在一定壓力下注入到裂縫內(nèi)部，對(duì)寬度較細(xì)、深度較淺的裂縫，可用低壓注入方式；此方法主要用于寬度較寬、深度很深的裂縫。常見(jiàn)的膠結(jié)材料有水泥漿、環(huán)氧樹(shù)脂、甲基丙烯酸酯、聚氨酯等化學(xué)材料。

③填充法：適合于修補(bǔ)較寬的裂縫（一般寬度大于0.5mm），具體做法是沿裂縫處鑿開(kāi)混凝土，并在該處填充密封材料、柔韌性環(huán)氧樹(shù)脂及聚合物水泥沙漿等。當(dāng)鋼筋已經(jīng)腐蝕時(shí)，應(yīng)先將鋼筋除銹并作防銹處理后再作填充。

2.2 加固處理

①粘結(jié)鋼板法：將鋼板作為補(bǔ)強(qiáng)材料通過(guò)結(jié)構(gòu)膠粘貼在混凝土受拉側(cè)的表面，使其與被加固混凝土形成一體共同受力，從而提高結(jié)構(gòu)的承載力。

②粘貼碳纖維布法：是使用碳纖維配套樹(shù)脂將碳纖維布作為補(bǔ)強(qiáng)材料粘貼在混凝土結(jié)構(gòu)表面，共同受力以提高承載力的加固方法。

③混凝土置換法：混凝土置換法是處理嚴(yán)重?fù)p壞混凝土的一種有效方法，此方法是先將損壞的混凝土剔除，然后再置換入新的混凝土或其他材料。常用的置換材料有：普通混凝土或水泥砂漿、聚合物或改性聚合物混凝土或砂漿。

3 工程實(shí)例

濟(jì)南國(guó)際會(huì)展中心，系超長(zhǎng)大體積混凝土結(jié)構(gòu)，130*60m。采用“抗放結(jié)合”的綜合措施，從材料的優(yōu)選到構(gòu)造配筋，嚴(yán)格的施工養(yǎng)護(hù)，并采用開(kāi)發(fā)多孔管道的噴淋裝置，長(zhǎng)時(shí)間潮濕養(yǎng)護(hù)，采用大間距后澆帶方便施工，不僅取得裂縫控制成功，且與原方案（鋼纖維，膨脹劑UEA，高強(qiáng)混凝土等）比較節(jié)約數(shù)千余萬(wàn)元投資。

成都城市廣場(chǎng)地下工程。由四大建筑群組成，每個(gè)區(qū)域均為獨(dú)立大型混凝土基礎(chǔ)，建有一座高層建筑，混凝土基礎(chǔ)尺寸150*90m，混凝土澆注量為8500m3，采用的技術(shù)措施：①基礎(chǔ)底板和基巖之間設(shè)置三層油氈的滑動(dòng)層，減少外約束力。②在基礎(chǔ)變截面增厚處設(shè)置50mm厚的聚苯乙烯泡沫板，減緩由于變截面帶來(lái)的應(yīng)力集中現(xiàn)象。③采用跳倉(cāng)澆筑方法。④在施工縫上設(shè)置鋼板止水帶并涂刷YJ-302型混凝土界面劑，使新老混凝土緊密結(jié)合，通過(guò)采取這些措施，可以縮短工期，并有效的控制裂縫，提高了工程質(zhì)量。

4 結(jié)語(yǔ)

裂縫的存在是混凝土工程中的一種普遍現(xiàn)象，它的出現(xiàn)不僅會(huì)降低建筑物的抗?jié)B能力，影響建筑物的使用功能，而且會(huì)引起鋼筋的銹蝕，混凝土的碳化，降低材料的耐久性，影響到建筑物的承載能力，因此要對(duì)混凝土裂縫進(jìn)行認(rèn)真研究、區(qū)別對(duì)待，采用合理的方法進(jìn)行處理，并在施工中采取各種有效的預(yù)防措施來(lái)預(yù)防裂縫的出現(xiàn)和發(fā)展，保證建筑物和構(gòu)件安全、穩(wěn)定的工作。

參考文獻(xiàn)：

[1]王鐵夢(mèng).工程結(jié)構(gòu)裂縫控制[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1997.

[2]富文權(quán)，韓素芳.混凝土工程裂縫分析與控制[M].中國(guó)鐵道出版社，2003.

[3]劉峰，混凝土結(jié)構(gòu)裂縫成因與防治措施淺析[J].華章，2009，13.

[4]高彥明.鋼筋混凝土墻體裂縫研究[J]，科技信息，2009，03.

[5]于永勝.鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)裂縫分析及處理探討[J].科技風(fēng)，2009，08.

[6]張文.淺談大體積混凝土[J].石家莊鐵道學(xué)院學(xué)報(bào)，2003.

[7]嚴(yán)昊南.試論混凝土的干燥與干裂[J].混凝土，1995(2).

[8]蘇達(dá)根.土木工程材料[M].北京:高等教育出版社，2003.