淺談混凝土結(jié)構(gòu)裂縫成因及控制措施

新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第五建筑安裝工程公司 832000

摘要：近年來(lái)，我國(guó)的建筑業(yè)得到了飛速的發(fā)展，但在建筑業(yè)快速發(fā)展的同時(shí)，建筑施工中的質(zhì)量問(wèn)題也越烈越多，其中裂縫問(wèn)題成為一個(gè)普遍的問(wèn)題。而混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的鑒定、修補(bǔ)及加固是混凝土工程實(shí)踐中具有現(xiàn)實(shí)意義的專門技術(shù)課題，也是一項(xiàng)龐大的、十分復(fù)雜的系統(tǒng)工程。本文分析了混凝土裂縫的形成機(jī)理和主要原因及控制措施，以確?；炷临|(zhì)量，減少裂縫的發(fā)生。

關(guān)鍵詞：混凝土結(jié)構(gòu)；裂縫；成因；控制措施

一、混凝土裂縫的分類及成因

1.混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的分類

1.1根據(jù)混凝土裂縫產(chǎn)生的原因，可分為結(jié)構(gòu)性裂縫和非結(jié)構(gòu)性裂縫兩大類。

1.1.1結(jié)構(gòu)性裂縫是由荷載引起的，其裂縫與荷載相對(duì)應(yīng)，是承載力不足的結(jié)果，其裂縫形式多種多樣，主要形式有：

1）設(shè)計(jì)原因引起的裂縫：①鋼筋錨固長(zhǎng)度不滿足要求；②設(shè)計(jì)時(shí)的計(jì)算簡(jiǎn)圖與實(shí)際受力情況不符；③計(jì)算理論選擇錯(cuò)誤，結(jié)構(gòu)構(gòu)造不當(dāng)；④構(gòu)件的剛度不滿足要求；⑤平板結(jié)構(gòu)中結(jié)構(gòu)構(gòu)造不當(dāng)；⑥計(jì)算模型選擇時(shí)，考慮主要應(yīng)力，忽略次要應(yīng)力，而忽略部分的應(yīng)力導(dǎo)致；⑦設(shè)計(jì)時(shí)未考慮施工方法；⑧預(yù)制構(gòu)件連接部分的裂縫。

2）施工原因引起的裂縫：①施工時(shí)，鋼筋位置擺放不正確；②模板支護(hù)不當(dāng)；③施工使用的原材料不符合設(shè)計(jì)要求；④施工時(shí)，構(gòu)件未達(dá)到規(guī)定的強(qiáng)度要求；⑤施工質(zhì)量達(dá)不到要求等。

3）使用原因引起的裂縫：①改變建筑物的使用條件；②火災(zāi)等事故；③地震等原因。

1.1.2非結(jié)構(gòu)性裂縫是由各種變形變化引起的裂縫[3]。

1）收縮裂縫：收縮裂縫是由溫度變化引起的；2）溫度裂縫：混凝土受溫度變化產(chǎn)生熱脹冷縮；3）沉降裂縫：當(dāng)?shù)鼗A(chǔ)承載力不均勻或建筑物建成后各不同部位荷載差異較大，導(dǎo)致地基產(chǎn)生不均勻沉降，產(chǎn)生的裂縫.

1.2根據(jù)混凝土裂縫產(chǎn)生的時(shí)間劃分，可將裂縫分為施工期間出現(xiàn)的裂縫和使用期間出現(xiàn)的裂縫。

1.2.1施工期間出現(xiàn)的裂縫

1）塑性收縮裂縫：大多發(fā)生在混凝土初凝后、終凝前。2）沉降收縮裂縫：沉降收縮裂縫多在混凝土澆筑后產(chǎn)生，硬化后停止。3）干燥收縮裂縫：這類裂縫一般在混凝土澆注后一段時(shí)間出現(xiàn)，嚴(yán)重時(shí)該裂縫會(huì)形成貫穿裂縫。4）溫度裂縫：多發(fā)生在混凝土澆注后的硬化過(guò)程中，裂縫寬度受溫度影響。5）其他一些施工原因產(chǎn)生的裂縫，如混凝土攪拌、運(yùn)輸、澆注、振搗等工序的疏漏缺陷導(dǎo)致的裂縫，以及模板構(gòu)造不當(dāng)、拆模時(shí)間過(guò)早或方法不當(dāng)，現(xiàn)場(chǎng)建材的堆放和鋼筋綁扎不當(dāng)，水電預(yù)埋管細(xì)部處理不當(dāng)?shù)榷伎赡墚a(chǎn)生混凝土裂縫[5]。

1.2.2使用期間出現(xiàn)的裂縫

鋼筋銹蝕膨脹產(chǎn)生的裂縫；鹽堿類介質(zhì)及酸性侵蝕氣、液體等引起的裂縫；凍融循環(huán)造成的裂縫；堿骨料反應(yīng)引起的裂縫等。

1.3按裂縫的形狀分類

混凝土結(jié)構(gòu)中的裂縫按形狀可分為：縱向裂縫、橫向裂縫、剪切裂縫、斜向裂縫、X形裂縫、各種不規(guī)則裂縫。此外，還有因混凝土攪拌或運(yùn)輸時(shí)間過(guò)長(zhǎng)引起的網(wǎng)狀裂縫，現(xiàn)澆樓板四角出現(xiàn)的放射狀裂縫或板面出現(xiàn)的十字形裂縫等等。

1.4按裂縫的發(fā)展?fàn)顟B(tài)分類

根據(jù)裂縫所處的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及其發(fā)展趨勢(shì)，可分為：穩(wěn)定裂縫、不穩(wěn)定裂縫。就這兩種裂縫而言，不穩(wěn)定裂縫對(duì)工程結(jié)構(gòu)安全的危害更大。

2. 混凝土裂縫的產(chǎn)生原因

2.1 收縮裂縫的產(chǎn)生原因分析

收縮裂縫是由濕度變化引起的，它占混凝土非結(jié)構(gòu)性裂縫中的主要部分。在施工中，為保證混凝土的和易性，往往加入比水泥水化作用所需的水分多4～5倍的水。多出的這些水分以游離態(tài)形式存在，并在硬化過(guò)程中逐步蒸發(fā)，從而在混凝土內(nèi)部形成大量毛細(xì)孔、空隙甚至孔洞，造成混凝土體積收縮。此外，混凝土硬化過(guò)程中水化作用和碳化作用也會(huì)引起混凝土體積收縮。根據(jù)收縮裂縫的形成機(jī)理與形成時(shí)間，工程中常見(jiàn)的收縮裂縫主要有塑性收縮裂縫、沉降收縮裂縫和干燥收縮裂縫三類，此外，還有自身收縮（化學(xué)減縮）裂縫和碳化收縮裂縫。

（1）塑性收縮裂縫

塑性收縮裂縫多產(chǎn)生于新澆混凝土表面，大多產(chǎn)生于混凝土初凝后、終凝前。主要成因分析：①混凝土澆注后未及時(shí)覆蓋，表面水分蒸發(fā)過(guò)快，產(chǎn)生急劇的體積收縮，而此時(shí)混凝土強(qiáng)度極低，不能抵抗這種變形應(yīng)力而導(dǎo)致開(kāi)裂；②水泥用量過(guò)多，或使用過(guò)量粉砂，或混凝土水灰比過(guò)大；③使用有滲透性的柔性模板、模板、墊層過(guò)于干燥，吸水大；④振搗不足。

（2）干燥收縮裂縫

這類裂縫一般在混凝土澆注一段時(shí)間后出現(xiàn)，裂縫多為表面性的，寬度較細(xì)，多在0.05～0.2mm。主要成因分析：①混凝土澆注后養(yǎng)護(hù)不當(dāng)，表面水分散失快，體積收縮大，而內(nèi)部濕度變化小，收縮也小，因而表面收縮變形受內(nèi)部混凝土約束出現(xiàn)拉應(yīng)力，引起混凝土表面開(kāi)裂；②混凝土連續(xù)長(zhǎng)度較長(zhǎng)，整體收縮大；③混凝土級(jí)配中砂石含泥量大，收縮大，抗拉強(qiáng)度低；④混凝土過(guò)度振搗，表面形成水泥含量較多的砂漿層，收縮增大。

（3）自身收縮裂縫

在常溫下混凝土構(gòu)件與環(huán)境不發(fā)生任何水分交換時(shí)所產(chǎn)生的收縮裂縫，自收縮裂縫在高水灰比（W/C>0.45）的混凝土中較少，但當(dāng)水灰比小于0.3時(shí)則很常見(jiàn)，其收縮量甚至達(dá)到總收縮量的50%。主要成因分析：這與高粘結(jié)材料在水泥灰漿基體中產(chǎn)生較多細(xì)小的收縮孔有關(guān)，是由于持續(xù)的水化消耗了毛細(xì)孔的水造成自身收縮坍塌所致。

（4）碳化收縮裂縫

這類裂縫在結(jié)構(gòu)表面出現(xiàn)，主要成因分析：混凝土中的氫氧化鈣與空氣中的二氧化碳作用生成碳酸鈣，引起表面體積收縮，受到結(jié)構(gòu)內(nèi)部未碳化混凝土的約束而導(dǎo)致表面發(fā)生龜裂。

2.2 溫度裂縫的產(chǎn)生原因分析

溫度裂縫是由于混凝土內(nèi)外溫差或季節(jié)氣溫變化過(guò)大而形成的。主要成因分析：表面溫度裂縫多由溫差較大出現(xiàn)裂縫。

2.3 沉陷裂縫的產(chǎn)生原因分析

沉陷裂縫多屬進(jìn)深或貫穿性裂縫，走向與基礎(chǔ)沉陷情況有關(guān)，可能出現(xiàn)在結(jié)構(gòu)的上部或下部，一般與地面垂直。主要成因分析：①結(jié)構(gòu)、構(gòu)件下面的地基軟硬不均，或者存在松軟土，未經(jīng)夯實(shí)和必要的加固處理，混凝土澆注后，地基局部產(chǎn)生不均勻沉降而引起裂縫；②結(jié)構(gòu)各部荷載懸殊，未作必要的加強(qiáng)處理，混凝土澆注后因地基受力不均，產(chǎn)生不均勻下沉，造成結(jié)構(gòu)應(yīng)力集中而導(dǎo)致裂縫；③模板剛度不足，模板支撐不牢，支撐間距過(guò)大或支撐在松軟土上，以及過(guò)早拆模，也常導(dǎo)致不均勻沉陷裂縫出現(xiàn)；④冬季施工時(shí)模板支架支承在凍土層上，若上部結(jié)構(gòu)未達(dá)到規(guī)定強(qiáng)度，地層化凍下沉，使結(jié)構(gòu)下垂或產(chǎn)生裂縫。

二、混凝土裂縫的預(yù)防措施及處理技術(shù)

由于裂縫的產(chǎn)生是由材料的特性導(dǎo)致的，在混凝土結(jié)構(gòu)中普遍存在且危害較大，因此，要對(duì)混凝土裂縫進(jìn)行認(rèn)真研究、區(qū)別對(duì)待，并在施工中采取各種有效的措施來(lái)預(yù)防裂縫的出現(xiàn)和發(fā)展。下面首先闡述混凝土結(jié)構(gòu)中幾種常見(jiàn)裂縫的預(yù)防措施。

1混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的預(yù)防措施

1.1 干縮及塑性收縮裂縫的預(yù)防措施

（1）干縮裂縫及預(yù)防：干縮裂縫多出現(xiàn)在混凝土養(yǎng)護(hù)結(jié)束后的一段時(shí)間或是混凝土澆筑完畢后的一周左右。主要預(yù)防措施：采用中低熱水泥和粉煤灰水泥，降低水泥的用量；在混凝土配合比設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量控制好水灰比的選用，同時(shí)摻加合適的減水劑；嚴(yán)格控制混凝土攪拌和施工中的配合比；加強(qiáng)混凝土的早期養(yǎng)護(hù)，并適當(dāng)延長(zhǎng)混凝土的養(yǎng)護(hù)時(shí)間。冬季施工時(shí)更要加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)；在混凝土結(jié)構(gòu)中設(shè)置合適的收縮縫。

（2）塑性收縮裂縫及預(yù)防：塑性收縮是指混凝土在凝結(jié)之前，表面因失水較快而產(chǎn)生的收縮。主要預(yù)防措施：選用干縮值較小早期強(qiáng)度較高的硅酸鹽或普通硅酸鹽水泥；嚴(yán)格控制水灰比；澆筑混凝土之前，將基層和模板澆水均勻濕透；及時(shí)覆蓋塑料薄膜或者潮濕的草墊、麻片等，或者在混凝土表面噴灑養(yǎng)護(hù)劑等進(jìn)行養(yǎng)護(hù)；在高溫和大風(fēng)天氣要設(shè)置遮陽(yáng)和擋風(fēng)設(shè)施，及時(shí)養(yǎng)護(hù)。

1.2沉陷裂縫及其他裂縫的預(yù)防措施

沉陷裂縫的產(chǎn)生是由于結(jié)構(gòu)地基土質(zhì)不勻、松軟，或回填土不實(shí)或浸水而造成不均勻沉降所致；或者因?yàn)槟０鍎偠炔蛔?，模板支撐間距過(guò)大或支撐底部松動(dòng)等導(dǎo)致。主要預(yù)防措施：對(duì)松軟土、填土地基在上部結(jié)構(gòu)施工前應(yīng)進(jìn)行必要的夯實(shí)和加固；保證模板有足夠的強(qiáng)度和剛度，且支撐牢固；防止混凝土澆灌過(guò)程中地基被水浸泡；模板拆除的時(shí)間不能太早，且要注意拆模的先后次序；在凍土上搭設(shè)模板時(shí)要注意采取一定的預(yù)防措施。

1.3 化學(xué)反應(yīng)引起的裂縫的預(yù)防措施

堿骨料反應(yīng)裂縫和鋼筋銹蝕引起的裂縫是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中最常見(jiàn)的由于化學(xué)反應(yīng)而引起的裂縫。主要的預(yù)防措施：選用堿活性小的砂石骨料；選用低堿水泥和低堿或無(wú)堿的外加劑；選用合適的摻和料抑制堿骨料反應(yīng)。

2.混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的處理技術(shù)

混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的修補(bǔ)措施主要有以下幾種方法：表面封閉法，灌漿、嵌縫封堵法，結(jié)構(gòu)加固法，混凝土置換法等等。

2.1 表面封閉法

這是一種在微細(xì)裂縫（寬度一般<0.2mm）的表面涂膜以提高其防水性及耐久性的方法，是一種最簡(jiǎn)單和最普通的裂縫修補(bǔ)方法。缺點(diǎn)是修補(bǔ)工作無(wú)法深入到裂縫內(nèi)部，不適合有明顯水壓的裂縫。

2.2 灌漿、嵌縫封堵法

當(dāng)需要對(duì)裂縫全深度范圍注入修補(bǔ)材料，以提高其防水性及耐久性時(shí)，壓力灌漿即化學(xué)灌漿是經(jīng)常使用的方法。它對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件如墻體、梁、柱、橋墩等部位的裂縫，是一種有效的修復(fù)方法，能將混凝土結(jié)構(gòu)恢復(fù)到使用初期的整體狀況，在很大程度上使結(jié)構(gòu)強(qiáng)度得到恢復(fù)。被列為建設(shè)部科技成果重點(diǎn)推廣項(xiàng)目的“YJ-自動(dòng)壓力灌漿技術(shù)”是目前國(guó)內(nèi)較為成熟的裂縫修復(fù)技術(shù)，主要包括袖珍式灌漿的新型機(jī)具“YJ-自動(dòng)壓力灌漿器”和灌漿專用樹(shù)脂“AB-灌漿樹(shù)脂”兩部分：

（1）自動(dòng)低壓灌漿器

自動(dòng)低壓灌漿器是一種可對(duì)微細(xì)裂縫進(jìn)行自動(dòng)灌漿注入的新型工具。該機(jī)具長(zhǎng)度僅為26cm，重量為110g，利用低壓原理，依靠?jī)?nèi)部彈簧壓力和毛細(xì)管作用將樹(shù)脂注入微細(xì)裂縫。勿需用電，操作簡(jiǎn)便、施工快捷，可在水平、垂直等任何方向安設(shè)使用。

（2）AB-灌漿樹(shù)脂

AB型樹(shù)脂為灌漿專用膠：有溶劑型、水乳型兩種類型數(shù)個(gè)系列產(chǎn)品。對(duì)于微細(xì)裂縫（>0.1mm）、較寬裂縫（>1.0mm）以及砂漿、混凝土、磚板空鼓縫隙等各種狀況盡可進(jìn)行灌漿處理。

（3）自動(dòng)低壓灌漿施工步驟：①正確觀察裂縫寬度；②清除裂縫表面的灰塵、油污；③確定注入口；④采用YJ-快干型封縫膠，封閉裂縫，留出注入口；⑤用封縫膠將底座粘于注入口上；⑥將配好的灌漿樹(shù)脂裝入灌漿器中，把灌漿器旋緊于底座上；⑦灌漿；⑧注入完閉，可拆除灌漿器，用堵頭將底座堵死；⑨樹(shù)脂固化后，清理表面封逢膠。

2.3 結(jié)構(gòu)加固法及混凝土置換法

（1）結(jié)構(gòu)加固法：主要有以下方法：加大混凝土結(jié)構(gòu)的截面面積，在構(gòu)件的角部外包型鋼，采用預(yù)應(yīng)力加固，粘貼鋼板加固，增設(shè)支點(diǎn)加固以及噴射混凝土補(bǔ)強(qiáng)加固。

（2）混凝土置換法：常用的置換材料有：普通混凝土或水泥砂漿，聚合物或改性聚合物混凝土或砂漿。

三、工程實(shí)例分析

1 .工程概況

某中學(xué)食堂4層框架結(jié)構(gòu)，建筑面積10800平方米，頂層設(shè)有多功能廳，平面尺寸30.0mx25m，有3根跨度為25m的非預(yù)應(yīng)力混凝土框架主梁，截面尺寸450mmx1800mm；次梁是單跨7.5m的連續(xù)梁，截面尺寸250mmx500mm?；炷猎O(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)C30?；炷翝仓┕ね瓿杉s6個(gè)月后，進(jìn)行室內(nèi)裝修時(shí)發(fā)現(xiàn)主、次梁均存在大量裂縫。

2裂縫分布及量測(cè)結(jié)果

2.1 裂縫分布

借助于裂縫讀數(shù)顯微鏡，對(duì)3根框架主梁進(jìn)行裂縫分布及寬度的記錄和描述。裂縫相對(duì)跨中對(duì)稱分布，裂縫在梁的中部垂直于梁縱向軸線，在梁的兩端略顯傾斜，裂縫寬度中間大，兩頭小，呈梭狀，并在梁底邊緣處閉合，最大裂縫寬0.55mm。超聲波檢測(cè)該裂縫貫穿梁腹。

2.2 裂縫量測(cè)結(jié)果

量測(cè)了3根主梁的梭形裂縫寬度和間距，最大寬度為0.36-0.55mm，平均寬度0.46mm；裂縫間距為560-1250mm，平均裂縫間距為860mm。

3 裂縫產(chǎn)生原因

在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，荷載作用、溫度變化、混凝土收縮等因素均會(huì)引起構(gòu)件開(kāi)裂。在荷載作用下，梁的跨中彎距最大，由彎距引起的截面正應(yīng)力在梁截面下邊緣最大，裂縫寬度應(yīng)在下邊緣處最大，不會(huì)在下邊緣初閉合。另外，梁兩端的彎剪區(qū)段，由彎剪破壞引起的裂縫也會(huì)延伸至梁底，不會(huì)呈梭形分布。更何況該梁除自重外，尚未作用其它荷載，因此主拉裂縫不可能為荷載作用下的受力裂縫。

在溫度影響下，鋼筋混凝土梁在兩端受到約束時(shí)，由于熱脹冷縮，可能會(huì)導(dǎo)致梁被拉裂。該工程框架主梁的線剛度遠(yuǎn)大于柱的線剛度，柱只能對(duì)梁提供很小的縱向約束。另外，鋼筋與混凝土的溫度線膨脹系數(shù)相近，一般的溫差裂縫形狀多為楔形。故該梁不是由溫差而引起的。由于該工程采用預(yù)拌商品混凝土和泵送施工工藝，水泥用量和坍落度都比較大，且采用粒徑較小的骨料，添加緩凝劑和泵送劑等。由此可知，該工程主梁上的梭形裂縫是由于混凝土收縮引起的。主梁混凝土收縮時(shí)上部受到現(xiàn)澆混凝土板的約束，下端受到縱向受力鋼筋的限制，中部?jī)H受到梁腹腰筋的微弱制約，可認(rèn)為是自由收縮，從而形成中間寬，兩端窄的梭形裂縫。支座附近斜裂是彎剪區(qū)主拉應(yīng)力和混凝土收縮疊合影響結(jié)果。

4.可靠性鑒定

設(shè)計(jì)單位對(duì)主梁的承載力進(jìn)行復(fù)核，其抗彎及抗剪承載力均滿足設(shè)計(jì)要求，并有一定的余量，結(jié)構(gòu)能安全正常使用。對(duì)主梁進(jìn)行安全性鑒定（包括承載能力，構(gòu)造以及不適于繼續(xù)承載的位移或變形和裂縫等4個(gè)檢查項(xiàng)目）認(rèn)為主梁的安全性符合《民用建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》的α級(jí)的要求，具有足夠的承載能力，可不必采取補(bǔ)強(qiáng)或加固措施。對(duì)主梁進(jìn)行正常使用性鑒定為：主梁有正常使用性等級(jí)評(píng)為（包括位移項(xiàng)目及裂縫寬度項(xiàng)目），認(rèn)Cs級(jí)，應(yīng)對(duì)主梁的裂縫采取修補(bǔ)措施。

5 裂縫修復(fù)

對(duì)寬度在0.10mm以上的裂縫進(jìn)行環(huán)氧樹(shù)脂漿液灌漿處理。修補(bǔ)裂縫的工藝流程如下：通過(guò)混凝土表面的外觀檢查以及灌漿固化后布設(shè)檢查孔實(shí)施壓水試驗(yàn)，混凝土不進(jìn)水，不滲漏，說(shuō)明裂縫修補(bǔ)效果良好。

結(jié)論與展望

混凝土開(kāi)裂的原因眾多，不同的裂縫原因，導(dǎo)致了各自差異的混凝土缺陷特征和裂縫表現(xiàn)。由于混凝土開(kāi)裂的原因十分復(fù)雜，所以要分清主次、抓住重點(diǎn)，是做好裂縫原因分析的關(guān)鍵。工程調(diào)查應(yīng)根據(jù)工程特點(diǎn)與裂縫性質(zhì)，選擇必要的項(xiàng)目抓住重點(diǎn)和關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行調(diào)查。進(jìn)行修補(bǔ)及加固設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)確定其范圍及規(guī)模，明確修補(bǔ)、加固的目的，選擇合適的修補(bǔ)方法。并通過(guò)比較確定最佳修補(bǔ)方案；因此，開(kāi)展混凝土裂縫的成因分析與預(yù)防，對(duì)保證建筑物安全很有必要。隨著混凝土耐久性研究的不斷深入，材料科學(xué)的不斷發(fā)展和建筑技術(shù)的不斷提高，混凝土裂縫問(wèn)題將會(huì)逐步得到較好解決。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳仲慶.提高混凝土耐久性的措施[J].科技咨詢，2001，7（09）：38-41

[2]傅沛興.混凝土的堿骨料反應(yīng)病害及預(yù)防[J].北京公路，2011，8（08）：18-22.

[3]傅沛興.堿一骨料反應(yīng)—中國(guó)混凝土工程的一大隱患[J].建筑技術(shù)，2011，9（04）：51-53.