民用建筑混凝土結(jié)構(gòu)裂縫原因及控制

■鄧 敏 ■江西省第五建設(shè)集團(tuán)有限公司，江西 南昌 330000

混凝土是由水、水泥和骨料組成的，具有非勻質(zhì)性。混凝土?xí)軡穸群蜏囟鹊挠绊懀?dāng)濕度和溫度變化時(shí)，其體積會(huì)產(chǎn)生形變，又因?yàn)樗姆莿蛸|(zhì)性，各種材料的形變不一致，在相互作用下產(chǎn)生拉應(yīng)力，在水泥本身或水泥粘結(jié)面與骨料之間形成裂縫。因?yàn)榱芽p微細(xì)，肉眼看不見，所以稱之為微裂。在混凝土構(gòu)件中，微裂縫必不可免。混凝土構(gòu)件，就基本原理而言，大多數(shù)情況下是帶裂縫工作的。微裂縫不規(guī)則且不連貫地分布著。一般情況下，裂縫是“無害”的，對(duì)結(jié)構(gòu)的安全不產(chǎn)生較大的影響。但是荷載作用可以使微裂縫擴(kuò)展，擴(kuò)展的微裂縫相互串通，產(chǎn)生肉眼可見的裂縫，稱之為宏觀裂縫［1］。宏觀裂縫也常在溫差作用下，混凝土干縮的情況下形成。

1 淺析裂縫產(chǎn)生原因

1.1 塑性收縮［2］

塑性裂縫是由于混凝土骨料沉降導(dǎo)致塑性收縮而產(chǎn)生的。當(dāng)混凝土澆筑成型后，如果沒有及時(shí)覆蓋其表面，風(fēng)吹日曬混凝土的外部，這是一種護(hù)養(yǎng)不當(dāng)?shù)男袨?，?huì)導(dǎo)致表面的游離的水分快速的丟失，體積收縮迅速的同時(shí)，內(nèi)部卻收縮小，濕度變化小，因而約束了表面收縮變形，裂縫在拉應(yīng)力的作用下產(chǎn)生。這類裂縫產(chǎn)生的原因還有三點(diǎn):一是使用過量的粉砂;二是使用的水泥收縮率較大導(dǎo)致用量過多;三是混凝土水灰比過大，導(dǎo)致混凝土模板過于干燥。這類裂縫寬度較細(xì)，是表面性的，多數(shù)在0.05～0.2mm 之間，沒有規(guī)律性，走向縱橫交錯(cuò)。

1.2 干燥收縮

混凝土中的水分變化會(huì)引起混凝土的干縮濕脹。當(dāng)混凝土在空氣中硬化時(shí)，水分蒸發(fā)，逐步導(dǎo)致水泥石的凝膠體收縮，進(jìn)而使混凝土干縮;當(dāng)混凝土在水中硬化持續(xù)存在時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生微小膨脹。干縮程度與很多因素有關(guān)，如單位用水量、集料用量、養(yǎng)護(hù)不良、施工不當(dāng)以及水泥種類。干燥收縮是由表及里一步一步地發(fā)展而來，收縮應(yīng)力會(huì)由于不均勻的濕度變化而不同，表面拉應(yīng)力在一定范圍內(nèi)不會(huì)引起表面開裂，超出極限時(shí)，混凝土表面開裂?；炷翗?gòu)件在露天環(huán)境下堆放時(shí)間過長(zhǎng)，強(qiáng)烈的濕度變化會(huì)發(fā)生在混凝土的表面;振搗混凝土若用力過度會(huì)使得較多的砂層在表面水泥形成;后張法預(yù)應(yīng)力構(gòu)件在露天狀態(tài)下生產(chǎn)后，不張拉時(shí)間過長(zhǎng);配制混凝土所用的粉砂含泥量過大等均可導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生這種裂縫。［3］

1.3 溫度應(yīng)力

混凝土的特征性性質(zhì)之一就是熱脹冷縮，溫度裂縫的產(chǎn)生大多數(shù)是由于溫差較大而導(dǎo)致的，包括了:截面均勻溫差、內(nèi)外溫差和上下溫差。溫度裂縫沒有規(guī)律性，寬度不等，大多數(shù)情況下小于0.5 毫米，整條裂縫，寬度變化不大。當(dāng)非均勻的降溫差產(chǎn)生時(shí)，較大的降溫收縮是因?yàn)樵诨炷恋谋砻?，有?qiáng)烈的溫差變化;大體積的混凝土澆筑后，大量的水化熱由混凝土構(gòu)件放出，這個(gè)時(shí)期稱作硬化時(shí)期，在這期間，混凝土內(nèi)部溫度明顯上升，表面和內(nèi)部之間的溫差變大。

結(jié)構(gòu)溫差較大會(huì)導(dǎo)致貫穿的和深進(jìn)的溫度裂縫生成。如果大體積的混凝土需要采取一定的措施放松約束，如隔離層等。否則，直接澆注在堅(jiān)硬的地基上，若同時(shí)滿足溫度很高的條件，導(dǎo)致水泥水化熱溫升增大，高溫的混凝土，一旦降溫收縮混凝土的外部結(jié)構(gòu)，如墊層、地基等，會(huì)制約其部分地或壘部，較大的拉應(yīng)力在混凝土的內(nèi)部出現(xiàn)，且混凝土早期的彈性模量和抗拉強(qiáng)度都很低，進(jìn)而將產(chǎn)生降溫收縮裂縫。這種裂縫偶爾是貫穿性的，較深，會(huì)破壞結(jié)構(gòu)的整體性和完整性［4］。

1.4 徐變變形

水泥石的徐變會(huì)導(dǎo)致受彎構(gòu)件截面的混凝土也受壓徐變，這使得構(gòu)件變形至3～4 倍。附加的被動(dòng)內(nèi)力會(huì)導(dǎo)致箱梁構(gòu)件彎矩重分布的產(chǎn)生，徐變還會(huì)使彎矩增大，且增大腹板的剪應(yīng)力。使得腹板裂縫出現(xiàn)。這都是由于較大的徐變使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生附加被動(dòng)內(nèi)力。結(jié)構(gòu)會(huì)應(yīng)徐變而造成較大的應(yīng)力損失，特別是預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，進(jìn)而使得結(jié)構(gòu)的抗裂性能降低。

1.5 構(gòu)件超載及基礎(chǔ)不均勻沉降

如果裂縫出現(xiàn)于垂直于構(gòu)件縱軸處，大多是因?yàn)楫a(chǎn)生了內(nèi)力彎矩，內(nèi)力彎矩一般是構(gòu)件在超出設(shè)計(jì)的集中荷載或均布荷載作用下產(chǎn)生的，在較大的剪力作用下，構(gòu)件會(huì)產(chǎn)生從下往上延伸的斜裂縫。除此之外，裂縫的產(chǎn)生的原因也可能是基礎(chǔ)不均勻沉降造成的結(jié)構(gòu)變形。

2 裂縫的種類

從結(jié)構(gòu)上劃分，混凝土的結(jié)構(gòu)裂縫可以分為兩大類:非結(jié)構(gòu)性裂縫和結(jié)構(gòu)性裂縫。非結(jié)構(gòu)性裂縫包括上述內(nèi)容中的六種:塑性類、干燥收縮類、溫度應(yīng)力類、地基不均勻沉降類、施工不當(dāng)類。結(jié)構(gòu)性裂縫包括三種:以設(shè)計(jì)原因?yàn)橹鞯?、以使用原因?yàn)橹鞯?、以施工原因?yàn)橹鞯?。設(shè)計(jì)原因產(chǎn)生的裂縫有計(jì)算與實(shí)際受力不符導(dǎo)致的裂縫、構(gòu)造不當(dāng)造成的變形裂縫、結(jié)構(gòu)次應(yīng)力造成的裂縫、設(shè)計(jì)未考慮施工方法造成的裂縫、有鋼筋錨固長(zhǎng)度不夠造成的裂縫、構(gòu)件剛度不足形成的開裂等。使用原因造成的裂縫有鋼筋銹蝕造成的裂縫、地震造成的裂縫、荷載加大造成的裂縫、建筑使用條件改變?cè)斐傻牧芽p等。施工原因產(chǎn)生的裂縫有模板原因(包括模板立柱下陷、模板支護(hù)方法不對(duì)等)形成的裂縫、放置鋼筋的位置不當(dāng)造成的裂縫、施工超載裂縫、施工質(zhì)量粗劣造成的裂縫、原材料質(zhì)量原因?qū)е碌牧芽p等。

3 裂縫的控制治理措施

以下6 種方法為目前控制治理混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的主要措施:

(1)表面處理法。表面處理法包括了表面貼補(bǔ)法和表面涂抹法。主要運(yùn)用于淺度裂縫和表面裂縫的處理，因其不影響結(jié)構(gòu)承載力且穩(wěn)定。表面貼補(bǔ)(防水片或土工膜)法適用于大面積漏水的防滲堵漏。表面涂抹法適用于不再活動(dòng)的裂縫、不漏水的縫、未達(dá)到鋼筋表面的淺層的發(fā)絲裂縫、細(xì)而淺的漿材難以灌入的裂縫以及不伸縮的裂縫。

(2)化學(xué)灌漿法。如果裂縫對(duì)結(jié)構(gòu)整體性有影響的話主要運(yùn)用的是化學(xué)灌漿法。用化學(xué)材料配制漿液，再利用壓力設(shè)備將漿液壓入裂縫，經(jīng)過擴(kuò)散、凝固等過程，以堵漏加固裂縫。這種方法稱作化學(xué)灌漿法?？晒┕酀{的材料，就目前而言主要是聚氨酯、環(huán)氧樹脂等。

(3)結(jié)構(gòu)加固法。如果是火災(zāi)引起的裂縫、因超荷載引起的裂縫，長(zhǎng)時(shí)間不處理的話，會(huì)降低凝土耐久性，這種情況導(dǎo)致的裂縫可以影響到混凝土的結(jié)構(gòu)性能、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。這時(shí)可以采取結(jié)構(gòu)加固法控制治理混凝土裂縫。主要方法包括了:在構(gòu)件的角部包型鋼、粘貼鋼板加固、加大混凝土結(jié)構(gòu)的截面面積、補(bǔ)強(qiáng)加固噴射混凝土、增設(shè)支點(diǎn)加固及采用預(yù)應(yīng)力法加固等。

(4)填充法。修補(bǔ)較寬的裂縫(≥0.3mm)通常是直接用修補(bǔ)材料進(jìn)行填充裂縫，費(fèi)用低廉，且操作簡(jiǎn)單。較淺的裂縫(0.3mm 以下)或是有充填物在裂縫中，小規(guī)模裂縫以及用灌漿法不起效果的裂縫可以采取開V 型槽，再進(jìn)行填充處理的簡(jiǎn)易操作。嵌填材料目前常用的有剛性材料如聚合物、砂漿等;塑性材料，如塑料油膏等。

(5)仿生自愈法。有一種新型的裂縫處理方法稱為仿生自愈法。像生物一樣的機(jī)能，即組織會(huì)對(duì)創(chuàng)傷部位自動(dòng)分泌一些物質(zhì)，用來愈合創(chuàng)傷部位。復(fù)合特殊組分，如具有粘結(jié)劑的膠囊和纖維，作為混凝土的傳統(tǒng)組份，能夠與混凝土內(nèi)部，智能的模仿生物自我愈合的神經(jīng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)混凝土裂縫出現(xiàn)時(shí)，有些液芯纖維能夠自動(dòng)的重新愈合裂縫。

(6)電化學(xué)防護(hù)法。利用介質(zhì)在施加電場(chǎng)中的電化學(xué)作用，改變鋼筋混凝土或混凝土中的離子分布狀體，憑借鋼筋周圍pH 值的提高來鈍化鋼筋，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)有效防腐的目的的方法稱為電化學(xué)防護(hù)法。主要方法包括了:堿性復(fù)原法、氯鹽提取法、陰極防護(hù)法。其優(yōu)勢(shì)是環(huán)境因素對(duì)它的影響不大，在開裂結(jié)構(gòu)和新建結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用有良好的效果。

4 結(jié)語(yǔ)

施工建造民用建筑的過程中，建筑商們務(wù)必要執(zhí)行嚴(yán)格的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、國(guó)家規(guī)范，施工時(shí)，嚴(yán)格依據(jù)規(guī)程來操作，這樣可以有效的避免發(fā)生質(zhì)量事故隱患和混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的出現(xiàn)。必須提高監(jiān)管力度、監(jiān)管水平和設(shè)計(jì)水平，徹底貫徹并執(zhí)行“百年大計(jì)，質(zhì)量第一”的建筑方針，有效地控制混凝土結(jié)構(gòu)裂縫。

［1］劉桂茹，劉飛.淺談民用建筑鋼筋混凝土結(jié)出現(xiàn)裂縫的原因與控制［J］.建筑與預(yù)算，2007.

［2］張志宏.淺析民用建筑常見裂縫原因與對(duì)策［J］.科技信息，2006.

［3］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，2000.

［4］王濟(jì)川.建筑工程質(zhì)量事故實(shí)例鑒定與處理［M］.長(zhǎng)沙:湖南科學(xué)技術(shù)出版社，1999.