裂縫產(chǎn)生的成因與防治措施分析

陸榮欽

（恒晟集團(tuán)有限公司）

裂縫產(chǎn)生的成因與防治措施分析

陸榮欽

（恒晟集團(tuán)有限公司）

隨著建筑技術(shù)的發(fā)展，混凝土結(jié)構(gòu)的大量應(yīng)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(jié)構(gòu)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(chǎn)生的成因與預(yù)防措施。

裂縫產(chǎn)生；成因；防治；措施

混凝土作為一種復(fù)合型的建筑材料，其本身具有的彈性強(qiáng)度低，因此裂縫就與其形影相隨，雖然裂縫產(chǎn)生的原因多種多樣，但是裂縫的寬度是可以采用相應(yīng)的措施對其進(jìn)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(jìn)行處理，其會繼續(xù)發(fā)展下去將會貫穿建筑，嚴(yán)重時(shí)會影響建筑的使用或危及使用者的人身財(cái)產(chǎn)安全。

1　荷載作用引起的裂縫

1.1荷載作用引起的應(yīng)力

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

1.2受力裂縫的發(fā)展

在混凝土結(jié)構(gòu)承載受力之初，混凝土內(nèi)部應(yīng)力較小，混凝土中已有的缺陷——微小裂縫尚處于相對穩(wěn)定的階段，這時(shí)混凝土的宏觀表現(xiàn)仍為彈性狀態(tài)。但隨著荷載的增加隨之應(yīng)力也逐漸增大，并已存在的裂隙發(fā)展、延伸。由于應(yīng)力集中和能量原理，其大多數(shù)沿原有裂隙兩端以及已有的缺陷發(fā)展。基于水泥石中已有內(nèi)應(yīng)力（拉應(yīng)力）的集聚，因此裂隙往往伸入水泥石體中。如果荷載繼續(xù)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(yīng)力（平行于主壓應(yīng)力）的方向上切割破碎，成為不連續(xù)的塊體。這時(shí)的混凝土宏觀上已基本失去彈性而呈非線性的受力狀態(tài)了。而在此時(shí)將荷載繼續(xù)加大，隨之應(yīng)力也將不斷增加，則這些內(nèi)部微小裂隙將沿主壓應(yīng)力方向繼續(xù)延伸、變寬，最后發(fā)展到構(gòu)件表面，就成為了肉眼可見的，通常也稱為“裂縫”的結(jié)構(gòu)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(gòu)件承受荷載形式的多樣性，所引起裂縫形態(tài)也多種多樣，反映了各自受力性質(zhì)的特征。但其都有一個(gè)共同的特點(diǎn)：裂縫寬度與應(yīng)力豐滿程度有關(guān)。因此裂縫的形態(tài)和裂縫寬度間接反映了結(jié)構(gòu)抗力消耗的程度。某些裂縫形態(tài)，以及過大的裂縫寬度，都預(yù)示著結(jié)構(gòu)抗力已經(jīng)有了相當(dāng)程度的消耗，也有可能作為發(fā)生破壞（甚至是突發(fā)脆性破壞）的先兆標(biāo)志。故有時(shí)遇到某些特殊的裂縫形態(tài)，以及較寬的裂縫，則有可能是安全隱患的標(biāo)志或破壞的預(yù)兆，應(yīng)該引起使用者的注意。混凝土設(shè)計(jì)規(guī)范已列出對受力裂縫寬度計(jì)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?xí)r一種脆性材料，除抗拉強(qiáng)度很低以外，承受拉應(yīng)變的能力同樣很差，很小的強(qiáng)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(nèi)力。當(dāng)超靜定結(jié)構(gòu)處于受約束的狀態(tài)時(shí)，溫度、收縮、強(qiáng)迫位移等間接作用都會產(chǎn)生內(nèi)部拉應(yīng)力（或應(yīng)變）。這對于抗拉能力很低的混凝土，就很難避免產(chǎn)生裂縫了。

2.2混凝土的收縮

水泥膠體結(jié)晶—凝固為水泥石的過程中，不可避免地會發(fā)生體積收縮。我國傳統(tǒng)混凝土的總收縮量不超過300με。自20世紀(jì)90年代推廣商品混凝土以及相應(yīng)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(dá)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(diào)整：粗骨料減少，粒徑也大幅度減??；細(xì)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(wěn)定性變化，收縮量大幅度增加。對于裝配式結(jié)構(gòu)的預(yù)制構(gòu)件，由于收縮早已完成，切構(gòu)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(yīng)用的現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)，由于多為超靜定結(jié)構(gòu)，混凝土的收縮變形受到制約，不可避免地會引起約束拉應(yīng)力（或拉應(yīng)變），從而導(dǎo)致混凝土開裂。

2.3溫差引起的約束應(yīng)力

混凝土在溫度升降變化時(shí)體積會膨脹或收縮，在常溫條件下其線膨脹系數(shù)∝c約為1×10-5/℃。如果混凝土處于受約束的狀態(tài)而無法自由伸縮變形，特別是對于尺度很大的現(xiàn)澆超靜定結(jié)構(gòu)，在溫差比較大時(shí)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(jié)溫差引起的裂縫，多見于屋蓋、山墻等環(huán)境溫度變化劇烈的部位；由于水泥水化熱積聚而引起的內(nèi)部和表層的溫度差裂縫，則多見于大體積混凝土結(jié)構(gòu)的表層。

3　裂縫的防治措施

3.1溫度的控制

溫度應(yīng)力引起的裂縫是目前溫度裂縫產(chǎn)生的主要原因，因此應(yīng)當(dāng)注意以下事項(xiàng)：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(dòng)性、保水性、降低水化熱，推遲熱峰的出現(xiàn)時(shí)間；在混凝土養(yǎng)護(hù)期間應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)混凝土的養(yǎng)護(hù)，混凝土澆筑后，及時(shí)用濕潤的草簾、麻片等覆蓋，并注意灑水養(yǎng)護(hù)，適當(dāng)延長養(yǎng)護(hù)時(shí)間，保證混凝土表面緩慢冷卻。

3.2控制縫的設(shè)置

與其讓裂縫無規(guī)則地隨意發(fā)展，不如加以引導(dǎo)使其在指定位置開裂并對可能產(chǎn)生的后果加以控制。控制縫（引導(dǎo)縫）就是結(jié)構(gòu)縫的一種，他是認(rèn)為地將結(jié)構(gòu)的某些部分削弱，以誘導(dǎo)裂縫沿著這些預(yù)先選擇好的截面發(fā)生，并預(yù)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(yīng)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(yōu)化澆搗方法

混凝土可采用混凝土運(yùn)輸車運(yùn)到現(xiàn)場，汽車泵或混凝土輸送泵運(yùn)送入倉。大體積混凝土必須根據(jù)當(dāng)?shù)刂虚L期天氣預(yù)報(bào)，選擇最佳天氣條件進(jìn)行澆筑，應(yīng)盡量安排在低溫時(shí)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(yīng)遵循“同時(shí)澆搗、分層推進(jìn)，一次到頂循序漸進(jìn)”的成熟工藝，以提高混凝土的密實(shí)度。

4　結(jié)束語

目前，我們國家建設(shè)事業(yè)飛速發(fā)展，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整不斷深入，固定資產(chǎn)投資逐年擴(kuò)大，這一切對建筑業(yè)即是機(jī)遇也是挑戰(zhàn)。大量科研和實(shí)踐都證明了混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫是不可避免的，對混凝土裂縫產(chǎn)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(zhì)量。

[1]顧祥林.混凝土結(jié)構(gòu)基本原理.同濟(jì)大學(xué)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(yè)出版社，2005.

TU755.7

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1673-0038（2015）15-0071-02

2015-3-21