鋼筋砼結構裂縫成因及控制處理技術研究

侯昌全

（山東菏澤市公路工程監(jiān)理咨詢處）

鋼筋砼結構裂縫成因及控制處理技術研究

侯昌全

（山東菏澤市公路工程監(jiān)理咨詢處）

本文綜合論述了鋼筋砼結構裂縫產(chǎn)生的原因及其控制處理技術的研究，對于不同類別的裂縫的成因進行了歸納，同時對目前常用的裂縫控制處理措施進行了總結和分析。

砼裂縫；變形裂縫；控制措施

1 鋼筋砼裂縫的成因

大部分裂縫產(chǎn)生的原因是變形作用，如溫度變形、收縮變形、基礎不均勻沉降變形等因素，統(tǒng)稱為變形作用引起的裂縫問題，此類裂縫幾乎占全部裂縫的80%以上；而由荷載引起的裂縫占全部裂縫的20%左右。

1.1 勘察、設計引起的裂縫

地質勘察、設計不準，引起地基不均勻沉降所造成的斜裂縫、八字裂縫等；設計中對構造縫的處理不當所引起的裂縫；設計中斷面突變導致應力集中產(chǎn)生的構件裂縫；設計中對構件施加預應力不當；造成構件的裂縫（偏心應力過大等）；設計中構造鋼筋配置過少或過粗等引起構件裂縫（如墻板、樓板）；設計中未充分考慮鋼筋砼構件的收縮變形以及設計中采用的砼等級過高造成用灰量過大，對收縮不利造成的裂縫等等

1.2 外荷載（動、靜荷載）作用所產(chǎn)生的裂縫

在外荷載的直接應力及次應力直接作用下，在受力構件中所產(chǎn)生的受力縫隙，一般呈楔形，屬于非貫通裂縫，受力裂縫的產(chǎn)生、發(fā)展及裂縫寬度往往是鋼筋應力水平及構件受力狀態(tài)的反應，而且與結構的破壞形態(tài)和安全性能有關。

1.3 變形作用（非荷載作用）引起的裂縫

砼結構因溫度、濕度變化、體積收縮或膨脹、沉陷位移等非荷載因素作用引起的裂縫，該類裂縫一般為平行裂縫，往往貫穿截面，從而引起滲漏等影響使用功能的后果。其特征是結構要求變形，當受到約束和限制時產(chǎn)生內應力，應力超過一定數(shù)值后產(chǎn)生裂縫，裂縫出現(xiàn)后即得到滿足，內應力松懈。該類裂縫對砼的承載力影響不大，一般情況下也不表明結構將產(chǎn)生安全問題，但是對耐久性損害極大。調查表明，非荷載作用裂縫（變形裂縫）在目前可觀察到的可見裂縫中占絕大多數(shù)。

1.4 施工過程中引起的裂縫

(1)材料原因：施工材料引起的裂縫主要是由于配置的砼所采用的材料質量不合格所導致的，主要有集料顆粒級配不良或采用不恰當?shù)拈g斷級配；砼外加劑（如防凍劑、早強劑、縮水劑等）和摻和劑（如粉煤灰、高爐礦渣等）選擇不當或摻量不當；水泥品種原因；水泥等級和砼強度等級原因。

(2)砼配合比：設計中水泥等級或品種選用不當；配合比中水灰比過大；單方水泥用量越大，用水量越高，表現(xiàn)為水泥漿體積越大、坍塌度越大、收縮越大；配合比設計中砂率、水灰比選擇不當造成砼和易性偏差。

(3)施工及現(xiàn)場養(yǎng)護：現(xiàn)場澆筑砼時，振搗不足或漏振等均會影響砼的密實性和均勻性，誘導裂縫產(chǎn)生；澆筑時風速過大、蒸發(fā)量大，砼收縮值大；鋼筋被擾動、保護層過厚；大體積砼澆筑，對水化熱計算不準、保溫工作不到位而產(chǎn)生的溫度裂縫；為趕搶工期初凝階段的砼被荷載、震動而產(chǎn)生的裂縫；現(xiàn)場養(yǎng)護不到位，砼早期脫水引起的收縮裂縫；模板變形、拆除不當造成的裂縫；預應力張拉不當引起的張拉裂縫等。

2 砼裂縫的控制

2.1 結構設計方面

(1)采用補償收縮砼技術。常見的砼裂縫中，相當部分是由于砼收縮而造成的。要解決此類問題，可在砼中摻用膨脹劑來補償砼的收縮。實踐證明這是一種行之有效的處理措施。

(2)設計中應盡量避免結構斷面突變所帶來的應力集中。

(3)結構約束問題。結構物的變形有三種：自由變形、約束變形和實際變形（顯現(xiàn)變形），其中只有約束變形產(chǎn)生約束應力。約束變形產(chǎn)生的約束應力超過建筑材料的極限拉伸（抗拉強度），便引起裂縫。變形作用引起的作用力有最大值，設計者可以采取“抗與放”或“抗放兼施”進行結構形式的設計。留伸縮縫與不留伸縮縫的方法都是以放或抗為主的方法，做得合適，都可以使結構不產(chǎn)生有害裂縫。

(4)加強構造配筋問題。在結構設計中，設計人員應該重視對于構造鋼筋的配置，尤其是對樓面、墻板等薄壁構件更應注意構造鋼筋直徑與數(shù)量的選擇。對連續(xù)式板不易采用分離式配筋，應采用上下兩層（包括受壓區(qū)）連續(xù)式配筋；對轉角處的樓板（受雙向約束較大）宜配上下兩層放射筋，孔洞處配置加強配筋；對砼梁的腰部增加構造鋼筋。

(5)砼結構形式與強度等級問題。在水平結構（如梁、板、墻等）中，盡量采用中低檔砼的強度等級(C25-C35)；在結構設計當中應當特別注意混合結構的約束狀態(tài)，盡可能降低結構的約束度（約束變形與自由變形之比）；鋼筋保護層厚度過薄，對于耐久性不利，過厚會增加開裂寬度和開裂率，所以應當根據(jù)耐久性要求的最小允許厚度確定。

2.2 砼原料選用及配合比

(1)合理選擇級配優(yōu)良的砂、石原材料，含泥量應符合規(guī)范要求。

(2)合理選擇水泥品種、配合比、施工方法，盡量避免采用早強高的水泥。

①對膨脹劑的用量要通過大量的試驗來確定。

②應根據(jù)施工現(xiàn)場的具體情況，及時調整施工配合比。

③對于大體積砼配合比設計時，在保證砼具有良好工作性能的情況下，應盡可能的降低砼的單位用水量，采用“三低（低砂率、低坍落度、低水灰比）、二摻（摻高效減水劑和高性能引氣劑）、一高（高粉煤灰摻量）”的設計準則，生產(chǎn)出“高強、高韌性、中彈、低熱和高極拉值”的抗裂砼。

2.3 施工操作

(1)砼準備階段

現(xiàn)行的政策并沒有涉及留抵稅款的抵扣和退稅問題，所以有些企業(yè)的留抵稅款可能在無法抵扣的情況下，也無法退稅，那就意味著這些稅款都要企業(yè)自行承擔，無疑增加了企業(yè)的資金負擔。因此，納稅人都希望可以擴大留抵退稅所涉及的范圍。2018年4月，中國財經(jīng)院預估到當時為止，增值稅留抵稅額已經(jīng)達到了上萬億元。積累的這種大額稅款給企業(yè)的資金成本帶來不必要的負擔。

商品砼的的使用者，不能片面壓價和追求低價格、低成本而忽視了砼的品質，導致砼性能下降和收縮裂縫增多，同時現(xiàn)場應逐車嚴格控制好商品砼的坍落度檢查，以保證砼熟料的半成品質量。

(2)砼澆筑階段

合理設留伸縮縫，我國現(xiàn)行的《鋼筋砼設計規(guī)范》規(guī)定：現(xiàn)澆砼連續(xù)式結構處于室內或土中條件下的伸縮縫間距為55m，合理設置伸縮縫對大體積結構防止溫度裂縫是十分有效的；設置后澆帶：要求在砼澆筑后澆帶之前，結構砼至少30%的收縮已經(jīng)完成；降低水灰比：在施工中要嚴格控制水灰比，不得任意加大用水量；加強振搗改善砼的密實性；使用粉煤灰等礦物質外摻料；加入減水劑、緩凝劑、膨脹劑等；合理控制砼的澆筑溫度。

(3)砼養(yǎng)護階段

加強砼的養(yǎng)護：采用塑料薄膜覆蓋或澆水草袋覆蓋等養(yǎng)護措施是防止產(chǎn)生裂縫的一個重要環(huán)節(jié)，目的是控制溫差，防止產(chǎn)生表面裂縫，潮濕的環(huán)境可防止產(chǎn)生干縮裂縫；做好測溫工作：采取措施使砼中心最高溫度和表面溫度之差不超過會產(chǎn)生裂縫的臨界溫度。

3 砼結構裂縫的處理

(1)表面封閉法

該法主要通過在微細裂縫表面涂膜以提高其防水性及耐久性的方法，它主要適用于穩(wěn)定和對結構承載能力沒有影響的表面裂縫及深進裂縫的處理。通過在裂縫的表面涂抹水泥漿、環(huán)氧膠泥或油漆瀝青等防腐材料，以防止水分、二氧化碳以及其他有害介質的侵入。但是該法不適用于有明顯水壓的裂縫，和修復工作無法深入到裂縫內部的裂縫。

(2)灌漿、嵌縫封堵法

(3)結構加固法

一般通過加大砼結構的截面面積、預應力加固、外包型鋼、噴射砼補強加固等措施。

(4)砼置換法

具體工藝是：剔除砼→砼面層及鋼筋處理→置換材料的配置→養(yǎng)護及粉刷，常用的置換材料有：水泥砂漿、聚合物或改性聚合物砼。

(5)電化學防護法

電化學防護法主要有三種：陰極防護法、氯鹽提取法、堿性復原法。它通過施加電場，改變砼或鋼筋砼所處的環(huán)境，防止鋼筋銹蝕，從而達到防護的目的。

(6)仿生自愈合法

此法是模仿生物組織對受創(chuàng)傷部位自動分泌某種物質，而使創(chuàng)傷部位得到愈合的機能，在砼傳統(tǒng)組分中加入特殊組分（如含黏結劑的液芯纖維或膠囊）在砼內部形成智能型仿生自愈合神經(jīng)網(wǎng)絡系統(tǒng)。當砼材料出現(xiàn)裂縫時，部分液芯纖維可使砼裂縫重新愈合。砼的自修復系統(tǒng)對基體微裂縫的修補和有效延緩潛在危害提供了一種新的思路和方法。

4 結論

通過對鋼筋砼結構裂縫產(chǎn)生的原因的了解，以及對裂縫控制和處理措施的最新進展的掌握，可在施工中針對各種不同的情況，采用各種有效的措施，來預防和減少裂縫的產(chǎn)生，以保證構筑物結構的安全和使用壽命。