裂縫產生的成因與防治措施分析

陸榮欽

（恒晟集團有限公司）

裂縫產生的成因與防治措施分析

陸榮欽

（恒晟集團有限公司）

隨著建筑技術的發展，混凝土結構的大量應用，其自身存在的一些問題也逐漸暴露出來其中最為明顯的就是裂縫問題。由于房屋建筑結構在施工過程中和使用過程中會受到各種各樣的因素影響，因此這在一定程度上制約了房屋建筑的使用壽命。本文將具體探討裂縫產生的成因與預防措施。

裂縫產生；成因；防治；措施

混凝土作為一種復合型的建筑材料，其本身具有的彈性強度低，因此裂縫就與其形影相隨，雖然裂縫產生的原因多種多樣，但是裂縫的寬度是可以采用相應的措施對其進行控制。在一般的情況下寬度較大的裂縫是人類肉眼能夠看見的，如果不對其進行處理，其會繼續發展下去將會貫穿建筑，嚴重時會影響建筑的使用或危及使用者的人身財產安全。

1　荷載作用引起的裂縫

1.1荷載作用引起的應力

混凝土結構承受外界荷載作用，并在構件內部引起各種內力——拉、壓、彎、剪、扭、局壓、沖切等。然而對于混凝土內部應力場中的任何微小單元而言，其均可分解為拉應力和壓應力兩種內應力場中互相垂直的主拉壓應力跡線和主壓應力跡線。混凝土是一種脆性材料，抗壓強度較高，但是抗拉強度卻很低。兩者強度相差一個數量級，并且隨著時間的推移，混凝土強度等級也隨之提高，而抗拉強度卻隨之減小，于是兩者的差距不斷加大。當混凝土結構承載受力時，應力場中某處主拉應力超過其抗拉強度時，混凝土就會在垂直于主拉應力的方向上開裂而產生裂縫，而該方向一般又恰好是主壓應力的方向。因此在混凝土結構中，承載受力的裂縫總是沿著受壓方向產生和延伸的。

1.2受力裂縫的發展

在混凝土結構承載受力之初，混凝土內部應力較小，混凝土中已有的缺陷——微小裂縫尚處于相對穩定的階段，這時混凝土的宏觀表現仍為彈性狀態。但隨著荷載的增加隨之應力也逐漸增大，并已存在的裂隙發展、延伸。由于應力集中和能量原理，其大多數沿原有裂隙兩端以及已有的缺陷發展。基于水泥石中已有內應力（拉應力）的集聚，因此裂隙往往伸入水泥石體中。如果荷載繼續增加，則這些微小裂隙將互相銜接、交叉、連貫起來，將水泥石在垂直于主拉應力（平行于主壓應力）的方向上切割破碎，成為不連續的塊體。這時的混凝土宏觀上已基本失去彈性而呈非線性的受力狀態了。而在此時將荷載繼續加大，隨之應力也將不斷增加，則這些內部微小裂隙將沿主壓應力方向繼續延伸、變寬，最后發展到構件表面，就成為了肉眼可見的，通常也稱為“裂縫”的結構表面可見裂縫。這種由荷載作用引起的裂縫稱為受力裂縫，也可稱為直接裂縫。由于構件承受荷載形式的多樣性，所引起裂縫形態也多種多樣，反映了各自受力性質的特征。但其都有一個共同的特點：裂縫寬度與應力豐滿程度有關。因此裂縫的形態和裂縫寬度間接反映了結構抗力消耗的程度。某些裂縫形態，以及過大的裂縫寬度，都預示著結構抗力已經有了相當程度的消耗，也有可能作為發生破壞（甚至是突發脆性破壞）的先兆標志。故有時遇到某些特殊的裂縫形態，以及較寬的裂縫，則有可能是安全隱患的標志或破壞的預兆，應該引起使用者的注意。混凝土設計規范已列出對受力裂縫寬度計算方法，以及控制裂縫寬度的限值。

2　間接作用引起的裂縫

2.1混凝土的脆性

混凝土時一種脆性材料，除抗拉強度很低以外，承受拉應變的能力同樣很差，很小的強迫受拉變形即可能造成其斷裂。間接作用盡管并非由外力直接作用引起，但卻可能造成很大的約束內力。當超靜定結構處于受約束的狀態時，溫度、收縮、強迫位移等間接作用都會產生內部拉應力（或應變）。這對于抗拉能力很低的混凝土，就很難避免產生裂縫了。

2.2混凝土的收縮

水泥膠體結晶—凝固為水泥石的過程中，不可避免地會發生體積收縮。我國傳統混凝土的總收縮量不超過300με。自20世紀90年代推廣商品混凝土以及相應的混凝土泵送施工工藝以來，收縮量已增大到400～500με；免振的自流平混凝土甚至已達到800～1000με，甚至更大。造成收縮量大幅度增加的原因是為了滿足泵送、免振等新的施工工藝，對混凝土的原材料及配合比做了很大的調整：粗骨料減少，粒徑也大幅度減小；細骨料、粉劑含量大大增加；大量使用摻和料、外加劑等。組成成分的變化，造成了混凝土體積穩定性變化，收縮量大幅度增加。對于裝配式結構的預制構件，由于收縮早已完成，切構件伸縮變形未受約束，故基本可以避免這種由于收縮引起的裂縫。但對于近年大力推廣應用的現澆混凝土結構，由于多為超靜定結構，混凝土的收縮變形受到制約，不可避免地會引起約束拉應力（或拉應變），從而導致混凝土開裂。

2.3溫差引起的約束應力

混凝土在溫度升降變化時體積會膨脹或收縮，在常溫條件下其線膨脹系數∝c約為1×10-5/℃。如果混凝土處于受約束的狀態而無法自由伸縮變形，特別是對于尺度很大的現澆超靜定結構，在溫差比較大時就很容易開裂。溫度變化引起的裂縫有兩類：由于陽光暴曬-暴雨沖淋或季節溫差引起的裂縫，多見于屋蓋、山墻等環境溫度變化劇烈的部位；由于水泥水化熱積聚而引起的內部和表層的溫度差裂縫，則多見于大體積混凝土結構的表層。

3　裂縫的防治措施

3.1溫度的控制

溫度應力引起的裂縫是目前溫度裂縫產生的主要原因，因此應當注意以下事項：盡量選擇用低熱或者中熱水泥，如礦渣、粉煤灰水泥等；采用改善骨料級配，用于硬性混凝土，摻混合料并加入引氣劑或塑料劑等措施以此減少混凝土中的水泥用量；降低水灰比，一般混凝土的水灰比一般控制在0.6以下；改善混凝土的攪拌加工工藝，在混凝土中摻加一定量的具有減水、增塑、緩解等作用的外加劑，改善混凝土拌合物的流動性、保水性、降低水化熱，推遲熱峰的出現時間；在混凝土養護期間應當加強混凝土的養護，混凝土澆筑后，及時用濕潤的草簾、麻片等覆蓋，并注意灑水養護，適當延長養護時間，保證混凝土表面緩慢冷卻。

3.2控制縫的設置

與其讓裂縫無規則地隨意發展，不如加以引導使其在指定位置開裂并對可能產生的后果加以控制。控制縫（引導縫）就是結構縫的一種，他是認為地將結構的某些部分削弱，以誘導裂縫沿著這些預先選擇好的截面發生，并預先采取有效措施，消除開裂的影響。在不能自由收縮的混凝土中，收縮和溫度下降引起的拉應力可以通過控制縫來釋放，或者減小到可以接受的程度。

3.3優化澆搗方法

混凝土可采用混凝土運輸車運到現場，汽車泵或混凝土輸送泵運送入倉。大體積混凝土必須根據當地中長期天氣預報，選擇最佳天氣條件進行澆筑，應盡量安排在低溫時段澆筑，以最大限度降低混凝土的初凝溫度。在澆筑過程中，應遵循“同時澆搗、分層推進，一次到頂循序漸進”的成熟工藝，以提高混凝土的密實度。

4　結束語

目前，我們國家建設事業飛速發展，產業結構調整不斷深入，固定資產投資逐年擴大，這一切對建筑業即是機遇也是挑戰。大量科研和實踐都證明了混凝土結構出現裂縫是不可避免的，對混凝土裂縫產生的原因及其影響因素的研究是非常必要的，只有這樣才能更好地防治裂縫，提高工程質量。

[1]顧祥林.混凝土結構基本原理.同濟大學出版社，2004.

[2]何星華，高小勝.建筑工程裂縫防治指南.中國建筑工業出版社，2005.

TU755.7

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1673-0038（2015）15-0071-02

2015-3-21