工業(yè)建筑混凝土結(jié)構(gòu)裂縫常見問題分析

張小國

[摘要]分析混凝土結(jié)構(gòu)裂縫形成的原因，制訂防止裂縫形成的措施。

[關(guān)鍵詞]混凝土結(jié)構(gòu)裂縫 原因 措施

中圖分類號：TU5文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1671－7597（2009）0320058－02

我國國民經(jīng)濟(jì)的高速增長，帶動了建筑業(yè)的快速、持續(xù)的發(fā)展?；炷烈蚱淙〔膹V泛，價格低廉，抗壓強(qiáng)度高，可澆筑成各種形狀，并且耐火性好，不易風(fēng)化，養(yǎng)護(hù)費(fèi)用低，而成為當(dāng)今世界建筑結(jié)構(gòu)中使用最廣泛的建筑材料之一。而隨著商品混凝土的誕生，由于其施工方便快捷，性能穩(wěn)定，質(zhì)量可靠，勞動強(qiáng)度低，生產(chǎn)效率高，減少噪音，保護(hù)環(huán)境等綜合優(yōu)點(diǎn)，使得混凝土結(jié)構(gòu)在現(xiàn)代工程建設(shè)中有著廣泛的應(yīng)用，比如工業(yè)建筑中的大型設(shè)備基礎(chǔ)、大型構(gòu)筑物的基礎(chǔ)、高層、超高層、有較高承載力的樁基厚大承臺等都是體積較大的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

裂縫是固體材料中的某種不連續(xù)現(xiàn)象，在學(xué)術(shù)屬于結(jié)構(gòu)材料強(qiáng)度理論范疇?？茖W(xué)研究的不斷深入，近代混凝土的研究從宏觀逐漸向亞微觀和微觀過渡，對混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行探索，考慮了混凝土是一種由不同材料組成的非均質(zhì)體，內(nèi)部存在著固、液、氣體，當(dāng)溫度和濕度變化，而且在外荷載作用下，混凝土內(nèi)部產(chǎn)生了復(fù)雜的物理現(xiàn)象，引起內(nèi)部產(chǎn)生初始應(yīng)力、初始微裂、內(nèi)部擴(kuò)散、及質(zhì)量轉(zhuǎn)移等隨時間變化的現(xiàn)象。

工業(yè)建筑混凝土結(jié)構(gòu)裂縫是極為普遍的現(xiàn)象，其中較多的要數(shù)鋼筋混凝土構(gòu)件。裂縫將對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生嚴(yán)重的危害。

（一）影響結(jié)構(gòu)承載力和使用安全性

對于受彎構(gòu)件的樓板，盡管受彎區(qū)允許有寬度在一定范圍內(nèi)的裂縫存在，但是裂縫對結(jié)構(gòu)承載力的影響是不可忽視的，尤其是一些使用者在裝修時又給地面增加了很多設(shè)計者沒有考慮的荷載時。

（二）影響結(jié)構(gòu)的防水性

具有防水要求部位砼產(chǎn)生裂縫，除了影響結(jié)構(gòu)安全性外，對使用者所帶來的最直接的問題是滲漏水的危害，尤其是在沒有做防水的部位表現(xiàn)突出。

（三）影響結(jié)構(gòu)的耐久性和使用壽命

化學(xué)侵蝕、凍融循環(huán)、碳化、鋼筋銹蝕、堿集料反應(yīng)等都會對混凝土結(jié)構(gòu)體產(chǎn)生破壞作用。這些破壞作用的發(fā)生進(jìn)行得快慢，除了受混凝土自身材料性質(zhì)的影響外，裂縫就是一個重要的影響因素?？諝庵械腃O2、SO2氣體及雨水等就會順著裂縫進(jìn)入混凝土內(nèi)部，促成鋼筋銹蝕的加快；堿集料反應(yīng)及碳化速度的加快進(jìn)行；從而引起耐久性的下降和縮短建筑物的使用壽命。

一、實(shí)際施工中常見混凝土裂縫原因分析

混凝土是一種抗拉能力極低的脆性材料，在工程項(xiàng)目施工和使用過程中，當(dāng)發(fā)生溫度、濕度變化，軋機(jī)震動、地基不均勻沉降時，極容易產(chǎn)生裂縫。

（一）材料質(zhì)量

混凝土主要由水泥、砂、骨料、拌和水及外加劑組成。混凝土所采用質(zhì)量不合格的材料，可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫。砂石含泥量超過規(guī)定，不僅降低混凝土的強(qiáng)度和抗?jié)B性，還會使混凝土干燥時產(chǎn)生不規(guī)則的網(wǎng)狀裂縫。砂石的級配差，或砂顆粒過細(xì)，用這種材料拌制的混凝土常造成側(cè)面裂縫。堿骨料反應(yīng)，骨料中含有泥性硅化物質(zhì)與堿性物質(zhì)相遇，水、硅反應(yīng)會生成膨脹的膠質(zhì)，吸水后造成局部膨脹和拉應(yīng)力，則構(gòu)件產(chǎn)生爆裂狀裂縫，在潮濕的地方較為多見。

（二）地基變形

在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，造成開裂主要原因是不均勻沉降。裂縫的大小、形狀、方向決定與地基變形的情況，由于地基變形的應(yīng)力相對較大，使的裂縫一般是貫穿性的。

（三）施工工藝

在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)澆筑、構(gòu)件制作、起模、運(yùn)輸、堆放、拼裝及吊裝過程中，若施工工藝不合理，施工質(zhì)量低劣，可能產(chǎn)生各種形式的裂縫，特別是細(xì)長薄壁結(jié)構(gòu)更容易出現(xiàn)裂縫。裂縫出現(xiàn)的部位和走向、裂縫寬度因產(chǎn)生原因而異，比較典型且常見的如下：

1．混凝土養(yǎng)護(hù)，特別是早期養(yǎng)護(hù)質(zhì)量與裂縫關(guān)系密切。早期表面干燥可使其內(nèi)外溫度較大更容易產(chǎn)生裂縫。

2．鋼筋表面污染、保護(hù)層過小或過大，或亂踩綁扎的上層鋼筋，使承受負(fù)彎矩的鋼筋保護(hù)層加厚，導(dǎo)致構(gòu)件的有效高度減小，形成與受力鋼筋垂直方向的裂縫。

3．混凝土震搗不密實(shí)、不均勻，出現(xiàn)蜂窩、麻面、空洞，導(dǎo)致鋼筋銹蝕或形成其它荷載裂縫的起源點(diǎn)。

4．混凝土澆筑過快，混凝土流動性較低在硬化前因混凝土振搗不足，硬化后沉實(shí)過大，容易在澆筑數(shù)小時后發(fā)生裂縫，即塑性收縮裂縫?；炷翑嚢?、運(yùn)輸時間過長，水分蒸發(fā)過多，引起混凝土塌落度過低，使得在混凝土表面出現(xiàn)不規(guī)則的收縮裂縫。

5．用泵送混凝土施工時，為保證混凝土的流動性，增加水和水泥用量，或因其它原因加大了水灰比，導(dǎo)致混凝土凝結(jié)硬化時收縮量增加，混凝土表面出現(xiàn)不規(guī)則裂縫。

6．任意留置施工縫且不按規(guī)定處理?；炷练謱踊蚍侄螡沧r，接頭部位處理不好，易在新、舊混凝土和施工縫之間出現(xiàn)裂縫。

7．在不宜施工的氣候條件下，勉強(qiáng)施工（如混凝土早期受凍、構(gòu)件內(nèi)外溫差大），使構(gòu)件表面出現(xiàn)裂紋，或局部剝落，或脫模后出現(xiàn)空鼓現(xiàn)象。

8．施工時模板剛度不足，在澆注混凝土?xí)r，因側(cè)向壓力的作用使得模板變形，產(chǎn)生與模板變形一致的裂縫；施工時拆模過早，混凝土強(qiáng)度不足，使得構(gòu)件在自重或施工荷載作用下產(chǎn)生裂縫。

（四）設(shè)計構(gòu)造

結(jié)構(gòu)構(gòu)件斷面突變或因開洞、留槽引起應(yīng)力集中；構(gòu)造處理不當(dāng)現(xiàn)澆主梁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)纫蛩鼐菀讓?dǎo)致混凝土開裂。

（五）濕度變形裂縫

普通混凝土在空氣中硬結(jié)時，體積會發(fā)生收縮，由此而在構(gòu)件內(nèi)產(chǎn)生拉應(yīng)力，在早期混凝土強(qiáng)度較低時，混凝土收縮值最大。因此，若構(gòu)件早期養(yǎng)護(hù)不良，極易產(chǎn)生收縮裂縫。這類裂縫，在現(xiàn)澆剪力墻、水池底、壁等工程結(jié)構(gòu)中最為常見。

（六）徐變裂縫

結(jié)構(gòu)構(gòu)件在內(nèi)應(yīng)力的作用下，除瞬時彈性變形外，其變形值隨時間的延長而增加的現(xiàn)象稱為徐變變形。據(jù)文獻(xiàn)記載受彎構(gòu)件由于徐變變形的作用，其長期變形值可增加2-3倍，因變形量加大而使拉區(qū)混凝土承受拉應(yīng)力，造成裂縫的出現(xiàn)。預(yù)應(yīng)力構(gòu)件因徐變會產(chǎn)生較大的應(yīng)力損失，降低了結(jié)構(gòu)的抗裂性能。此類裂縫常見于受彎構(gòu)件的拉區(qū)，其特征與承受荷載出現(xiàn)裂縫相同。

二、預(yù)防措施

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的預(yù)防，注意以下幾點(diǎn)：

（一）材料選用

1．水泥應(yīng)選用水化熱較低的水泥，嚴(yán)禁使用安全性不合格水泥。

2．粗骨料宜用表面粗糙、質(zhì)地堅(jiān)硬的石料。級配良好，孔隙率小，無堿性反應(yīng)；有害物質(zhì)及粘土含量不超過規(guī)定。

3．細(xì)骨料宜用顆粒較粗、孔隙較小，含泥量較低的中砂。

4．外摻料宜采用減水劑等外加劑，以改善混凝土工作性能，降低用水量，減少收縮。

（二）配料

1．配合比設(shè)計：采用低水灰比、低用水量，以減少混凝土的收縮，禁止任意增加水用量。

2．配制混凝土?xí)r計量應(yīng)準(zhǔn)確，要嚴(yán)格控制水灰比和水泥用量，攪拌要均勻，離析的混凝土必須重新拌勻后，方可澆筑。

（三）配筋

1．從塑性鉸區(qū)延性考慮鋼筋品種、規(guī)格、數(shù)量的改變、代用，必須考慮對構(gòu)件抗裂性能的影響，做到強(qiáng)度弱梁。

2．鋼筋位置要正確。保護(hù)層過大或過小都可能導(dǎo)致混凝土開裂，鋼筋間距過大易引起鋼筋之間的混凝土開裂。

（四）模板工程

1．模板構(gòu)造要合理，以防止模板各桿件間的變形不同而導(dǎo)致混凝土裂縫。

2．模板和支架要有足夠的剛度，防止施工荷載（特別是動荷載）作用下，模板變形過大造成開裂。

3．合理掌握拆模時間，拆模時間不能過早，應(yīng)保證早齡期混凝土不損壞或開裂。但也不能太晚，盡可能不要錯過混凝土水化熱峰值。

（五）混凝土澆筑

1．混凝土澆筑時應(yīng)防止離析顯現(xiàn)，振搗應(yīng)均勻、適度。

2．加強(qiáng)混凝土的早期養(yǎng)護(hù)時間。在氣溫高、濕度低或風(fēng)速大的條件下，更應(yīng)及早進(jìn)行噴水養(yǎng)護(hù)。當(dāng)澆水養(yǎng)護(hù)有困難時，或者不能保證其充分濕潤時，可采用覆蓋保溫等方法。

（六）施工技術(shù)

加強(qiáng)地基的檢查與驗(yàn)收工作，基坑開挖后及時通知勘察及設(shè)計單位到場驗(yàn)收。對較復(fù)雜的地基，設(shè)計方在基坑開挖后應(yīng)要求勘察補(bǔ)鉆探，當(dāng)探出有不利地質(zhì)情況時，必須先對其加固處理，并經(jīng)驗(yàn)收后，方可進(jìn)行下一步施工。

三、混凝土裂縫常見補(bǔ)救措施

1．表面處理法：包括表面涂抹和表面補(bǔ)貼法。表面涂抹適用范圍是漿材難以灌入的細(xì)而淺的裂縫，深度未達(dá)到鋼筋表面的發(fā)絲裂縫，不漏水的縫，不伸縮的裂縫以及不再活動的裂縫。表面貼補(bǔ)（土工膜或其它防水片）法適用于大面積漏水（蜂窩麻面等或不易確定具體漏水位置、變形縫）的防滲堵漏。

2．灌漿法：主要適用于對結(jié)構(gòu)整體性有影響或有防滲要求的混凝土裂縫的修補(bǔ)，它是利用壓力設(shè)備將膠結(jié)材料壓入混凝土的裂縫中，膠結(jié)材料硬化后與混凝土形成一個整體，從而起到封堵加固的目的。常用的膠結(jié)材料有水泥漿、環(huán)氧樹脂、甲基丙烯酸酯、聚氨酯等化學(xué)材料。此法應(yīng)用范圍廣，從細(xì)微裂縫到大裂縫均可適用，處理效果好。

3．填充法：用修補(bǔ)材料直接填充裂縫，一般用來修補(bǔ)較寬的裂縫，作業(yè)簡單，費(fèi)用低。寬度小于0.3mm，深度較淺的裂縫、或是裂縫中有充填物，用灌漿法很難達(dá)到效果的裂縫、以及小規(guī)模裂縫的簡易處理可采取開Ｖ型槽，然后作填充處理。

4．結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)法：因超荷載產(chǎn)生的裂縫、裂縫長時間不處理導(dǎo)致的混凝土耐久性降低、火災(zāi)造成的裂縫等影響結(jié)構(gòu)強(qiáng)度可采取結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)法。包括斷面補(bǔ)強(qiáng)法、錨固補(bǔ)強(qiáng)法、預(yù)應(yīng)力法等?；炷亮芽p處理效果的檢查包括修補(bǔ)材料試驗(yàn)、鉆心取樣試驗(yàn)、壓水或壓氣試驗(yàn)等。

在現(xiàn)代建筑施工過程中，混凝土裂縫問題一直嚴(yán)重影響著混凝土的施工質(zhì)量，在混凝土生產(chǎn)以及施工過程中有針對性地采取預(yù)防措施，盡可能采取有效的技術(shù)措施控制裂縫，使結(jié)構(gòu)盡量不出現(xiàn)裂縫，或盡量減少裂縫的數(shù)量和寬度，特別是避免出現(xiàn)有害裂縫，以確保工程質(zhì)量，使建筑物具備良好的耐久性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。施工單位要提高認(rèn)識，加強(qiáng)管理，控制好工序質(zhì)量，而監(jiān)理工程師也要對混凝土施工實(shí)行旁站監(jiān)理，加強(qiáng)對施工工藝及措施的監(jiān)督，必須達(dá)到規(guī)范及驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)的要求，以確保工程質(zhì)量。