論混凝土裂縫的原因、預(yù)防與處理

   混凝土是由水泥為主的膠結(jié)材漿體將散落的砂石混合粘結(jié)在一起,是一種多元、多相、非勻質(zhì)水泥基復(fù)合材料。從開始澆注、振搗就會(huì)出現(xiàn)骨料下沉、漿體上浮現(xiàn)象,而漿體受骨料約束,在混凝土內(nèi)部和表面會(huì)出現(xiàn)大量微細(xì)裂縫。以后隨養(yǎng)護(hù)條件、環(huán)境條件和荷載情況的變化會(huì)出現(xiàn)多種多樣的裂縫。有些裂縫在環(huán)境、荷載條件變化時(shí)可以愈合,有些裂縫則隨環(huán)境、荷載條件的變化而發(fā)展;有些肉眼可見的裂縫并不影響結(jié)構(gòu)物的安全,為無(wú)害裂縫,有些則影響結(jié)構(gòu)物的安全為有害裂縫。

在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，一個(gè)相當(dāng)普遍的質(zhì)量問(wèn)題就是結(jié)構(gòu)的裂縫問(wèn)題，且有日趨增多的趨勢(shì)，它已影響到正常的生活和生產(chǎn)，并困擾著大批工程技術(shù)人員和管理人員，是一個(gè)迫切需要解決的技術(shù)難題。由于結(jié)構(gòu)在外荷載作用下的破壞和倒塌是從裂縫擴(kuò)展開始的，因此人們對(duì)裂縫往往產(chǎn)生一種建筑破壞的恐懼感，是可以理解的。早在1932年，前蘇聯(lián)的教授在鋼筋混凝土強(qiáng)度理論就指出,如正常配筋受彎構(gòu)件的破壞狀態(tài)是指受拉區(qū)鋼筋到達(dá)屈服強(qiáng)度，受壓區(qū)混凝土到達(dá)受彎的抗壓強(qiáng)度，此狀態(tài)稱為承載力極限狀態(tài)。這一狀態(tài)全過(guò)程是伴隨著荷載的不斷增加，裂縫出現(xiàn)(鋼筋應(yīng)力只有40～60MPa)，裂縫擴(kuò)展，受壓區(qū)塑性不斷發(fā)展，最后達(dá)到完全破壞。此時(shí)破壞荷載往往是裂縫出現(xiàn)荷載時(shí)的3～5倍，因此，很多大型鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，僅僅自重就超過(guò)了極限荷載的30%,在此條件下鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)帶有輕微裂紋是完全正常的，結(jié)構(gòu)是安全的，恐懼是不必要的。

但是近年來(lái)大量裂縫的出現(xiàn)，并非與荷載作用有直接關(guān)系，通過(guò)大量的調(diào)查與實(shí)測(cè)研究證明這種裂縫是由于變形作用引起，包括溫度變形(水泥的水化熱、氣溫變化、環(huán)境生產(chǎn)熱)，收縮變形(塑性收縮、干燥收縮、碳化收縮)及地基不均勻沉降(膨脹)變形。由于這些變形受到約束引起的應(yīng)力超過(guò)混凝土的抗拉強(qiáng)度導(dǎo)致裂縫，統(tǒng)稱“變形作用引起的裂縫”。

1、  鋼筋混凝土常見裂縫原因分析

1.1混凝土裂縫的分類

混凝土裂縫是混凝土的一種常見病和多發(fā)病。病情絕大多數(shù)發(fā)生于施工階段，其原因復(fù)雜多變，一般可分為微觀裂縫和宏觀裂縫兩大類：

1.1.1微觀裂縫是指肉眼看不到的、砼內(nèi)部固有的一種裂縫，它是不連貫的。寬度一般在0.05mm以下，這種砼本身固有的微觀裂縫，荷載不超過(guò)設(shè)計(jì)規(guī)定的條件下，一般視為無(wú)害。

1.1.2宏觀裂縫寬度在0.05mm以上，并且認(rèn)為寬度小于0.2~0.3mm的裂縫是無(wú)害的，但是這里必須有個(gè)前提，即裂縫不再擴(kuò)展，為最終寬度。

1.2混凝土裂縫的成因

裂縫產(chǎn)生的形式和種類很多，有設(shè)計(jì)方面的原因，但更多的是施工過(guò)程的各種因素組合產(chǎn)生的，要根本解決混凝土中裂縫問(wèn)題，還是需要從混凝土裂縫的形成原因人手。正確判斷和分析混凝土裂縫的成因是有效地控制和減少混凝土裂縫產(chǎn)生的最有效的途徑�！� 

1.2.1施工工藝原因施工工藝涉及的面很廣，一般常涉及到的有：一是水分蒸發(fā)、水泥結(jié)塊的混凝土干縮通常是導(dǎo)致混凝土裂縫的重要原因之一；二是混凝土－種人造混合材料，其質(zhì)量好壞的一個(gè)重要標(biāo)志是成型后混凝土的均勻性和密實(shí)程度。因此混凝土的攪拌、運(yùn)輸、澆搗、振實(shí)各道工序中的任何缺陷和疏漏，都可能是裂縫產(chǎn)生的直接或間接原因。

1.2.2建設(shè)階段產(chǎn)生裂縫的原因

1.設(shè)計(jì)原因：如截面不夠、梁的跨度過(guò)大、高度偏小，或結(jié)構(gòu)中的受力鋼筋截面偏小或板太薄、配筋位置不當(dāng)、節(jié)點(diǎn)不合理、結(jié)構(gòu)構(gòu)件斷面突變或因開洞、留槽引起應(yīng)力集中，產(chǎn)生的構(gòu)件裂縫；設(shè)計(jì)中對(duì)構(gòu)件施加預(yù)應(yīng)力不當(dāng)，造成構(gòu)件的裂縫（偏心、應(yīng)力過(guò)大等）；構(gòu)造處理不當(dāng)，現(xiàn)澆主粱在擱次梁處如沒有設(shè)附加箍筋，或附加吊筋以及各種結(jié)構(gòu)縫設(shè)置不當(dāng)?shù)纫蛩貙?dǎo)致混凝土開裂，設(shè)計(jì)中構(gòu)造鋼筋配置過(guò)少或過(guò)粗等引起構(gòu)件裂縫（如墻板、樓板）；設(shè)計(jì)中未充分考慮混凝土構(gòu)件的收縮變形，采用的混凝土等級(jí)過(guò)高，造成用灰量過(guò)大，對(duì)收縮不利。

2.材料原因：粗細(xì)集料含泥量過(guò)大，造成混凝土收縮增大；集料顆粒級(jí)配不良或采取不恰當(dāng)?shù)拈g斷級(jí)配，容易造成混凝土收縮的增大，誘導(dǎo)裂縫的產(chǎn)生；骨料粒徑越細(xì)、針片含量越大，混凝土單方用灰量、用水量增多，收縮量增大；水泥等級(jí)越高、細(xì)度越細(xì)、早強(qiáng)越高對(duì)混凝土開裂影響很大；混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)越高，脆性越大，越易開裂。

3.混凝土配合比設(shè)計(jì)原因：　混凝土強(qiáng)度等級(jí)日趨提高 。建筑結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度等級(jí)日趨提高，但有許多結(jié)構(gòu)不適當(dāng)?shù)?選擇了過(guò)高的強(qiáng)度等級(jí)。習(xí)慣上認(rèn)為：“強(qiáng)度等級(jí)越高安全度越大，就高不就低，提高強(qiáng)度等級(jí)沒壞處”。有時(shí)遷就施工方便，采用高強(qiáng)混凝土，這是一種誤導(dǎo)，導(dǎo)致水泥標(biāo)號(hào)增加，水泥用量增加，水用量增加，細(xì)骨料及粗骨料徑偏小，砂率偏大等都使水化熱及收縮增加。

當(dāng)前廣泛采用泵送混凝土，對(duì)混凝土坍落度、和易性要求高，水灰比和水泥用量增大，水化熱相應(yīng)增大，混凝土收縮加�。辉O(shè)計(jì)中水泥等級(jí)或品種選用不當(dāng)；配合比中水灰比（水膠比）過(guò)大；單方水泥用量越大、用水量越高，表現(xiàn)為水泥漿體積越大、坍落度越大，收縮越大；配合比設(shè)計(jì)中砂率、水灰比選擇不當(dāng)造成混凝土和易性偏差，導(dǎo)致混凝土離淅、泌水、保水性不良，增加收縮值；配合比設(shè)計(jì)中混凝土膨脹劑摻量選擇不當(dāng)。

4.施工及現(xiàn)場(chǎng)養(yǎng)護(hù)原因：模板構(gòu)造不當(dāng)，漏水、漏漿、支撐剛度不足、支撐的地基下沉、過(guò)早拆模等造成混凝土開裂；施工過(guò)程中，鋼筋表面污染、混凝土保證層太小或太大，澆筑中碰撞鋼筋使其移位引起裂縫，施工控制不嚴(yán)，超載堆荷，導(dǎo)致出現(xiàn)裂縫；現(xiàn)場(chǎng)澆搗混凝土?xí)r，振搗或插入不當(dāng)，漏振、過(guò)振或振搗棒抽撤過(guò)快，影響混凝土的密實(shí)性和均勻性，誘導(dǎo)裂縫的產(chǎn)生；高空澆注混凝土，風(fēng)速過(guò)大、烈日暴曬，混凝土收縮值大；對(duì)大體積混凝土工程，缺少兩次抹面，易產(chǎn)生表面收縮裂縫�！�

5.養(yǎng)護(hù)方法不當(dāng)。目前在混凝土施工中采用的養(yǎng)護(hù)方法基本沿用過(guò)去簡(jiǎn)易的方法，這種方法已遠(yuǎn)不適應(yīng)泵送混凝土的較大溫度收縮變形的要求。

6.外加劑的負(fù)效應(yīng)。外加劑及摻合料種類繁多，只有強(qiáng)度指標(biāo)缺乏對(duì)水化熱及收縮變形影響的長(zhǎng)期實(shí)驗(yàn)資料(至少一年)，有些試驗(yàn)資料并不嚴(yán)格，有許多外加劑嚴(yán)重的增加收縮變形，有的甚至降低耐久性

1.2.3使用階段產(chǎn)生裂縫的原因（外界因素與徐變）：構(gòu)筑物基礎(chǔ)不均勻沉降，產(chǎn)生沉降裂縫；使用荷載超負(fù)。野蠻裝修，隨意拆除承重墻或鑿洞等，引起裂縫；周圍環(huán)境影響，酸、堿、鹽等對(duì)構(gòu)筑物的侵蝕，引起裂縫；意外事件，火災(zāi)、輕度地震等引起構(gòu)筑物的裂縫�；炷�土徐變也會(huì)造成開裂或裂縫發(fā)展。據(jù)文獻(xiàn)記載受彎構(gòu)件截面混凝土受壓徐變，可以使構(gòu)件變形增大２～３倍，預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)因徐變會(huì)產(chǎn)生較大的應(yīng)力損失，降低了結(jié)構(gòu)的抗裂性能。

1.2.4房建工程不同部位產(chǎn)生裂縫原因

1.基礎(chǔ)底板等大體積混凝土裂縫：裂縫產(chǎn)生的主要原因是溫度和干縮變形，這兩種收縮由于受到基底或結(jié)構(gòu)本身的約束，產(chǎn)生很大的拉應(yīng)力，直至出現(xiàn)收縮裂縫。

2.墻體混凝土裂縫：墻體裂縫，尤其地下室外墻混凝土裂縫主要是干縮裂縫�；炷�土降溫產(chǎn)生的收縮和硬化時(shí)的收縮，受到結(jié)構(gòu)本身和基坑邊壁等的約束，產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力，直至出現(xiàn)收縮裂縫。

3.地面混凝土裂縫：不均勻沉降（地面的沉降往往與主體結(jié)構(gòu)中柱、墻等的沉降不一致，從而在它們的結(jié)合部位產(chǎn)生較大的裂縫）、溫度及收縮變形。

4.現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓板裂縫：除板負(fù)筋位置不當(dāng)?shù)仍O(shè)計(jì)原因，混凝土水灰比、坍落度過(guò)大、模板和支撐剛度不足、養(yǎng)護(hù)不當(dāng)?shù)仁┕ぴ�因外，�?dāng)前樓板裂縫最主要的原因是養(yǎng)護(hù)時(shí)間嚴(yán)重不足，上荷過(guò)早。因?yàn)樵谥黧w結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中，普遍存在著質(zhì)量與工期之間的較大矛盾。

5.屋面細(xì)石混凝土剛性防水層裂縫：除養(yǎng)護(hù)不好外，最主要原因是未設(shè)分格縫或分格縫設(shè)置不合理，以及混凝土內(nèi)鋼筋網(wǎng)片在分格縫處未斷開，混凝土與基層間未設(shè)置可靠的隔離層。

2、 裂縫控制與預(yù)防措施

確定最大裂縫寬度限值，主要考慮兩個(gè)方面的原因：－是外觀要求；二是耐久性要求，并以后者為主。從外觀要求考慮，裂縫過(guò)寬將給人以不安全感，同時(shí)也影響對(duì)結(jié)構(gòu)質(zhì)量的評(píng)價(jià)。滿足外觀要求的裂縫寬度限值，與人們的心理反應(yīng)、裂縫開展長(zhǎng)度、裂縫所處位置、乃至光線條件等因素有關(guān)，難以取得完全統(tǒng)－的意見。目前有些研究者提出可取0. 25-0.3mm。

根據(jù)國(guó)內(nèi)外的調(diào)查及試驗(yàn)結(jié)果，耐久性所要求的裂縫寬度限值，應(yīng)著重考慮環(huán)境條件及結(jié)構(gòu)構(gòu)件的工作條件。處于室內(nèi)正常環(huán)境，亦既無(wú)水源或很少水塬的環(huán)境下，裂縫寬度限值可放寬些。不過(guò)，這時(shí)還應(yīng)按構(gòu)件的工作條件加以區(qū)分。例如屋架、托梁等主要屋面承重結(jié)構(gòu)構(gòu)件，以及重級(jí)工作制吊車架等構(gòu)件，均應(yīng)從嚴(yán)控制制裂縫寬度。

直接受雨淋的構(gòu)件，無(wú)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的房屋中徑常受雨淋的構(gòu)件，徑常受蒸汽或凝結(jié)水作用的室內(nèi)構(gòu)件，以及直接觸的構(gòu)件，都具備鋼筋銹蝕的必要和充分條件，因而都應(yīng)嚴(yán)格限制裂縫寬度。

根據(jù)文獻(xiàn)7 規(guī)定，鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件，按所處環(huán)境類別和結(jié)構(gòu)類別確定相應(yīng)的裂縫控制等級(jí)及最大裂縫寬度限值。一級(jí)嚴(yán)格要求不出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件：在荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合下應(yīng)符合下列規(guī)定；σck- σPc＜0；二級(jí)－般要求不出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件，在荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合下應(yīng)符合下列規(guī)定：σck- σPc≤f t k，在荷載效應(yīng)的準(zhǔn)永久組合下宜符合下列規(guī)定：σc q- σPc≤0；三級(jí)允許出裂縫的構(gòu)件，根據(jù)規(guī)范鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)最大裂縫寬度限值（mm）－類環(huán)境，裂縫控制等級(jí)三級(jí)0.3；二、三類環(huán)境，裂縫控制等級(jí)三級(jí)0.2。預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)最大裂縫寬度限值（mm）－類環(huán)境，裂縫控制等級(jí)三級(jí)三類環(huán)境0.2；二、三類環(huán)境，裂縫控制等級(jí)－、二級(jí)為0。但應(yīng)按荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合并考慮長(zhǎng)期作用影響計(jì)算的最大裂縫寬度，應(yīng)按下列規(guī)定；ωm a x≤ω1im進(jìn)行驗(yàn)算。

3、  結(jié)束語(yǔ)

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫是不可避免的，但其有害程度是可以控制的，有害與無(wú)害的界限由結(jié)構(gòu)使用功能決定的。裂縫控制的主要方法是通過(guò)設(shè)計(jì)、施工、材料等方面綜合技術(shù)措施將裂縫控制在無(wú)害范圍內(nèi)。綜合技術(shù)措施包括：合理選擇結(jié)構(gòu)形式，降低結(jié)構(gòu)約束程度，對(duì)與水平構(gòu)件梁、板、墻等采用中低強(qiáng)度級(jí)混凝土，加強(qiáng)構(gòu)造配筋，如板頂部的受壓區(qū)連續(xù)配筋，板的陽(yáng)角及陰角配置放射筋，增加梁的腰筋間距200mm。優(yōu)選有利于抗拉性能的混凝土級(jí)配，盡力減小水灰比、減少坍落度、降低砂率增加骨料粒徑，降低含泥量及雜質(zhì)含量。選用影響收縮和水化熱較小的外加劑和摻合料。采取保溫保濕的養(yǎng)護(hù)技術(shù)，盡量利用混凝土后期強(qiáng)度(60天)。對(duì)于超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)可采取跳倉(cāng)澆灌或后澆帶方法施工。對(duì)于復(fù)雜的結(jié)構(gòu)難免出現(xiàn)少量裂縫影響正常使用和耐久性．裂縫分為表面裂縫，淺層裂縫，縱深裂縫(深層裂縫)，貫穿裂縫等。少量有害裂縫采用近代化學(xué)灌漿技術(shù)處理，滿足設(shè)計(jì)使用和耐久性要求，不應(yīng)因此降低工程質(zhì)量評(píng)定標(biāo)。