談混凝土的裂縫成因及治理措施

李偉峰

(運城市三A建筑安裝有限公司，山西運城 044000)

0 引言

混凝土的裂縫統(tǒng)稱為質(zhì)量通病，經(jīng)常困擾著工程技術(shù)人員。在有關(guān)規(guī)定中可以允許受拉邊緣出現(xiàn)裂縫，構(gòu)件在開裂狀態(tài)下工作，但規(guī)定了最大裂縫寬度限值，若是在設(shè)計及施工中采取合理的措施，很多裂縫是可以克服和控制的。

1 混凝土自身結(jié)構(gòu)特性及影響因素

就混凝土自身性質(zhì)在建筑材料中由于它屬于一種脆性材料，抗拉強度是抗壓強度的1/10左右，短期加荷時的極限拉伸變形也只有0.6×104～1.0×104，長期加荷時的極限拉伸變形也只有1.2×104～2.0×104，所以多用于承壓構(gòu)件。混凝土是由水、水泥、砂子、石子組成的人造石材，是一種多相復合材料，在混凝土膠凝材料反應過程中由于凝膠、孔隙和界面初始微裂縫等原因，在外力作用下混凝土產(chǎn)生塑性變形。而且混凝土中的孔隙、界面微裂縫等缺陷又往往是混凝土受力破壞的起源，在荷載作用下微裂縫的擴展對混凝土的力學性能有著極其嚴重的影響。許多混凝土的內(nèi)部濕度變化很小或變化較慢，但表面濕度可能變化較大或發(fā)生劇烈變化。如養(yǎng)護不周、時干時濕，表面干縮形變受到內(nèi)部混凝土的約束，也往往導致裂縫。由于原材料不均勻，水灰比不穩(wěn)定，以及運輸和澆筑過程中的離析現(xiàn)象，在同一塊混凝土中其抗拉強度又是呈不均勻性，存在著許多抗拉能力很低，易于出現(xiàn)裂縫的薄弱部位。在鋼筋混凝土中，拉應力主要是由鋼筋來承擔，混凝土只是承受壓應力。在素混凝土內(nèi)或鋼筋混凝土的邊緣部位如果結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了拉應力，則須依靠混凝土自身來承擔。

2 原因分析

實際上，混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的成因復雜而繁多，甚至多種因素相互影響，但每一條裂縫均有其產(chǎn)生的一種或幾種主要原因，比如:溫度和濕度的變化，混凝土的脆性和不均勻性，以及結(jié)構(gòu)不合理，原材料不合格(如堿骨料反應)等。混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的種類，就其產(chǎn)生的原因，大致可劃分為如下幾種。

2.1 外荷載引起裂縫

1)設(shè)計計算階段、計算模型不夠合理;結(jié)構(gòu)受力假設(shè)與實際受力不符;荷載少算或漏算;內(nèi)力與配筋計算錯誤;結(jié)構(gòu)安全系數(shù)不夠。

2)施工階段，不加限制地堆放施工機具、材料;不了解預制構(gòu)件受力特點，隨意翻身、起吊、運輸、安裝;不按設(shè)計圖紙施工。

2.2 溫度裂縫

混凝土硬化期間水泥放出大量水化熱，內(nèi)部溫度不斷上升，在表面引起拉應力。后期在降溫過程中，由于受到基礎(chǔ)或原有混凝土的約束，又會在混凝土內(nèi)部出現(xiàn)拉應力。有時溫度應力可超過其他外荷載所引起的應力，當這些拉應力超出混凝土的抗裂能力時即會出現(xiàn)裂縫。

2.3 收縮裂縫

收縮是混凝土的一個主要特性，對混凝土的性能有很大影響。產(chǎn)生收縮裂縫的原因，一般認為在施工階段因水泥水化熱及外部氣溫的作用引起混凝土收縮而產(chǎn)生的裂縫。多為規(guī)則的條狀，很少交叉。常發(fā)生在結(jié)構(gòu)變截面處，往往與受力鋼筋平行。

2.4 塑性裂縫

塑性裂縫根據(jù)成因的原理分為塑性沉降裂縫和塑性收縮裂縫。

3 質(zhì)量控制及措施

1)人的因素。制作混凝土必須是內(nèi)行人士，懂得混凝土的性質(zhì)、制作工藝、施工過程中的重點控制時間點及混凝土施工完成后后期的養(yǎng)護制度，若是大體積混凝土、冬季或夏季施工等特殊混凝土施工時要制定相關(guān)措施制度，落實到人;要堅持理論與實際相結(jié)合的原則，對相關(guān)數(shù)據(jù)進行認真的分析，實際當中往往存在數(shù)據(jù)造假的現(xiàn)象，當出現(xiàn)問題時就造成了沒有數(shù)據(jù)可依的情況，特別是制作混凝土配合比設(shè)計必須是經(jīng)驗豐富且持證的人員。

2)材料的因素。現(xiàn)場混凝土拌制過程中要嚴格控制好各種原材料的質(zhì)量、含泥量、組成比例，重視混凝土的和易性、流動性，重視原材料的材質(zhì)質(zhì)量及級配。目前在一、二線城市文明建設(shè)要求，市區(qū)施工現(xiàn)場不能有自拌混凝土，同時現(xiàn)場自拌混凝土質(zhì)量不易保證并且還存在原材料的浪費，造就了現(xiàn)在大多數(shù)城市出現(xiàn)了商品混凝土廠家;為確保商品混凝土的質(zhì)量，采購方要對商品混凝土廠家進行考察，特別是對原材料的產(chǎn)地、級配、材質(zhì)質(zhì)量、外加劑質(zhì)量的考察。要嚴格控制原材料質(zhì)量、含泥量、級配、外加劑的含量、水質(zhì)及水的含量及混凝土配合比。

3)機械及方法的因素?；炷恋闹谱鞣譃槿斯ぐ柚坪蜋C械拌制，機械攪拌機又分為自落式攪拌機和強制式攪拌機。人工拌制要嚴格控制好攪拌次數(shù)及用水量;機械攪拌機施工過程中要控制好攪拌時間及用水量、投放物料施工順序。在混凝土拌制過程中國家規(guī)范規(guī)定以重量計為準，但是現(xiàn)場拌制混凝土多數(shù)存在以質(zhì)量比換算成體積比的方法來施工，這就導致混凝土配合比發(fā)生了變化，造成拌制的混凝土沒有科學依據(jù)。

4)環(huán)境的因素。環(huán)境方面主要是在大氣溫度和濕度兩方面防止裂縫。a.采用改善骨料級配，用干硬性混凝土，摻混合料，加引氣劑或塑化劑等措施以減少混凝土中的水泥用量，在大體積混凝土施工中可減少水化熱含量。b.控制攪拌混凝土時加水量及水的溫度。c.熱天澆筑混凝土時減少澆筑厚度及分層澆筑時間點，最好控制在500 mm以內(nèi)，以便于表面散熱;第二層澆筑必須在第一段混凝土初凝前澆筑完畢。d.根據(jù)混凝土澆筑面積，在混凝土上中下部設(shè)置一定數(shù)量測溫管，定時測定內(nèi)外溫度，前4 d每2 h測一次，5 d～7 d每4 h測一次，8 d～15 d每天測一次，并及時記錄，確?；炷羶?nèi)外溫差控制在25℃以內(nèi)，做到及時觀察，出現(xiàn)溫度超偏，可通過調(diào)整養(yǎng)護方式來降低溫差。

5)規(guī)定合理的拆模時間，以免混凝土表面發(fā)生急劇的溫度梯度，加強保溫養(yǎng)護措施，現(xiàn)場通常采取的措施為混凝土澆筑后先覆蓋一層塑料薄膜，用麻袋裝鋸末，厚度80 mm～100 mm進行中層覆蓋，最后覆蓋1層～2層100 mm厚巖棉被。

6)夏季施工中長期暴露的混凝土澆筑塊表面及側(cè)邊，設(shè)置專人灑水養(yǎng)護時間不少于14 d，有條件的應對基礎(chǔ)側(cè)邊進行覆土掩蓋，避免內(nèi)部水分蒸發(fā)過快，產(chǎn)生裂縫。

4 對問題的處理

1)裂縫處理一般程序:裂縫調(diào)查→裂縫原因分析和分類評判→裂縫危害性評定→裂縫處理補強→裂縫處理檢查。

2)裂縫分類:混凝土結(jié)構(gòu)裂縫，按深度可分為表層裂縫、深層裂縫和貫穿裂縫三種;按裂縫開度變化可分為死縫、活縫、增長縫三種;按產(chǎn)生原因可分為變形裂縫、結(jié)構(gòu)性裂縫兩種。

3)按可靠性等級劃分為四級，將混凝土裂縫作為一個子項鑒定評級，分為 a，b，c，d四級，其中 a，b兩級不必處理;c級影響安全或影響正常使用，應采取措施;d級危及安全或不能正常使用，必須處理。

4)依據(jù)大體積混凝土裂縫分類及評判標準裂縫分為四類:Ⅰ類:一般縫寬δ＜0.2 mm，縫深h≤30 cm，性狀表現(xiàn)為龜裂或呈細微規(guī)則性。多由于干縮、沉縮所產(chǎn)生，對結(jié)構(gòu)應力、耐久性和安全基本無影響;Ⅱ類:表面(淺層)裂縫，一般縫寬0.2 mm≤δ＜0.3 mm，縫深30 cm ＜h≤100 cm，平面縫長3 m ＜L＜5 m，呈規(guī)則狀。多由于氣溫驟降期溫度沖擊且保溫不善等形成。視裂縫所在部位對結(jié)構(gòu)應力、耐久性和安全運行有一定程度影響;Ⅲ類:表面深層裂縫，縫寬100 cm＜h≤500 cm，縫長大于500 cm，或平面不小于1/3壩塊寬度，側(cè)面大于1個～2個澆筑層厚，呈規(guī)則狀。多由于內(nèi)外溫差過大或較大的氣溫驟降沖擊且保溫不善等形成。對結(jié)構(gòu)應力、穩(wěn)定、耐久性和安全有較大影響;Ⅳ類:縫寬 δ＞0.5 mm，縫深大于500 cm，側(cè)(立)面長度h＞500 cm，若從基礎(chǔ)向開裂，且平面上貫穿全倉，則稱為基礎(chǔ)貫穿裂縫，否則稱為貫穿裂縫。這種裂縫主要由于基礎(chǔ)溫差超過設(shè)計標準，或在基礎(chǔ)約束區(qū)受較大氣溫驟降沖擊產(chǎn)生的裂縫在后期降溫中繼續(xù)發(fā)展等原因而形成。它使結(jié)構(gòu)受力、耐久性和穩(wěn)定安全系數(shù)降到臨界值或其下。

5)常用檢測方法:小體積薄壁結(jié)構(gòu)內(nèi)部缺陷檢查，宜以無損檢測為主。對于大體積混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部質(zhì)量缺陷可采用超聲波、掃描等無損檢查(測)法，必要時，可采用鉆孔取芯、壓水、壓氣等方法進行局部破壞性檢查(測)。

6)裂縫參數(shù):發(fā)現(xiàn)時間、位置、數(shù)量、裂縫長度、裂縫寬度、裂縫深度、裂縫形狀、裂縫走向、裂縫發(fā)展狀況、縫面滲水(包括冷縫、施工縫滲水)、鋼筋銹蝕、析出物及析出物化學成分等。

7)裂縫處理的一般原則:氣泡、麻面、蜂窩、缺損等表面缺陷，原則上宜在拆模檢查后及時處理;結(jié)構(gòu)性裂縫，應首先消除產(chǎn)生裂縫原因。對因基礎(chǔ)變形產(chǎn)生的上部混凝土結(jié)構(gòu)裂縫，應首先進行基礎(chǔ)處理或者最好待裂縫穩(wěn)定后，然后再進行上部結(jié)構(gòu)裂縫處理。對荷載敏感的結(jié)構(gòu)裂縫，應首先卸載或減少荷載后，再進行相應裂縫處理。對仍處于活動狀態(tài)的裂縫，宜用柔性材料處理。裂縫處理后應保證結(jié)構(gòu)原有的承載能力、整體性以及防水抗?jié)B性能。處理時要考慮溫度、收縮應力較長時間的影響，以免處理后再出現(xiàn)新的裂縫。在處理裂縫前應認真仔細觀察裂縫的變化，尋找裂縫變化規(guī)律，以此作為選擇處理方法的依據(jù)。

8)處理方法:a.對于一般質(zhì)量缺陷修補時對不符合要求的混凝土應清除松動碎塊、殘碴至母體密實面，鑿成斜坡，再用高壓風水沖洗干凈，然后涂一層界面劑，再用微膨脹預縮水泥砂漿或環(huán)氧砂漿或丙乳砂漿處理。有外觀要求的表面，最后再用與母體顏色相近的丙乳砂漿收面。對于空徑不小于20 mm，深度不小于50 mm的空洞，應澆筑高于母體一級標號的混凝土。b.對混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部質(zhì)量缺陷，原則上采用灌漿法處理。灌漿材料可分別選用普通水泥漿材、超細水泥漿材、改性水泥漿材、膨脹水泥漿材、環(huán)氧類漿液等材料，并合理確定漿液濃度、灌漿壓力等灌漿參數(shù)和施工工藝。對于確定需要加固或特殊處理的缺陷，應進行專題論證后，嚴格按設(shè)計要求進行處理。c.對于Ⅰ類裂縫，視裂縫位置、對結(jié)構(gòu)安全性及結(jié)構(gòu)防水性、耐久性的影響程度等，進行相應表面處理。處理措施可以為表面涂刷、縫口鑿槽嵌縫。鑿槽嵌縫材料一般為環(huán)氧砂漿或微膨脹預縮水泥砂漿或丙乳砂漿。d.對于Ⅱ類裂縫，視裂縫所在部位可選用噴涂法、粘貼法、充填法和灌漿法處理。e.對于Ⅲ，Ⅳ類裂縫，采取相應綜合補強加固或特殊處理。補強加固方法有預應力法、粘貼鋼板或玻璃鋼法、粘貼碳纖維布、增加斷面法與充填法和灌漿法等結(jié)合。

5 結(jié)語

本文中作者根據(jù)自己多年的工程實際經(jīng)驗并結(jié)合相關(guān)驗收標準論述了混凝土的性質(zhì)、產(chǎn)生的原因、裂縫鑒別標準及裂縫處理原則和方法，由于實際經(jīng)驗及理論知識有限，難免有欠缺之處，懇請同仁提出寶貴意見及建議。

［1］GB 50204-2002，混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范［S］.

［2］TGP S11-1998，混凝土裂縫評判和處理規(guī)定［S］.

［3］JGJ 63-2006，混凝土用水標準［S］.

［4］DL/T 5113.1-2005，水利水電基本建設(shè)工程單元工程質(zhì)量等級評定標準［S］.

［5］SL 230-98，混凝土壩養(yǎng)護修理規(guī)程［S］.

［6］GB 50010-2002，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范［S］.

［7］GBJ 144-90，工業(yè)廠房可靠性鑒定標準［S］.