混凝土结构裂缝问题分析与防治

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简介： 大量的工程和实践理论分析表明,钢筋混凝土构件基本上都是带裂缝工作的,只是有些裂缝很细,甚至肉眼看不见(缝宽<0.5ｍｍ),一般对结构的使用无大的危害,允许其存在。有些裂缝在使用荷载或外界物理及化学因素作用下,不断产生和发展引起混凝土碳化、保护层剥落及钢筋锈蚀,使钢筋混凝土强度和刚度受到削弱,耐久性降低,严重时甚至发生垮塌事故,危害结构的正常使用,必须加以控制, 因此研究商品混凝土裂缝产生的原因及预防措施是非常重要而迫切的。
关键字：混凝土结构 裂缝

前 言

　　我国国民经济的高速增长,带动了建筑业的快速、持续的发展。混凝土因其取材广泛,价格低廉,抗压强度高,可浇注成各种形状,并且耐火性好,不易风化,养护费用低,成为当今世界建筑结构中使用最广泛的建筑材料之一。而随着商品混凝土的诞生，由于其施工方便快捷，性能稳定，质量可靠，劳动强度低，生产效率高，同时又可减少噪音，保护环境等综合优点，更是把混凝土推向了一个顶峰。

　　但是,大量的工程和实践理论分析表明,钢筋混凝土构件基本上都是带裂缝工作的,只是有些裂缝很细,甚至肉眼看不见(缝宽<0.5ｍｍ),一般对结构的使用无大的危害,允许其存在。有些裂缝在使用荷载或外界物理及化学因素作用下,不断产生和发展引起混凝土碳化、保护层剥落及钢筋锈蚀,使钢筋混凝土强度和刚度受到削弱,耐久性降低,严重时甚至发生垮塌事故,危害结构的正常使用,必须加以控制, 因此研究商品混凝土裂缝产生的原因及预防措施是非常重要而迫切的。

　　1、混凝土裂缝类型及成因

　　实际上,钢筋混凝土结构裂缝的成因复杂而繁多,甚至多种因素互相影响,但每一条裂缝均有其产生的一种或几种原因，其中最常见的是混凝土早期裂缝，混凝土早期裂缝有以下几种：

　　1、塑性沉降裂缝

　　此类裂缝产生的主要原因是由于混凝土骨料沉降时受到阻碍（如钢筋、模板）而产生的。这种裂缝大多出现在混凝土浇注后0.5小时至３小时之间，混凝土尚处在塑性状态，混凝土表面消失水光时立即产生，沿着梁及板上面钢筋的走向出现，主要是混凝土塌落度大、沉陷过高所致。另外在施工过程中如果模板绑扎的不好、模板沉陷、移动时也会出现此类裂缝。

　　2、塑性收缩裂缝

　　此类裂缝产生的主要原因是混凝土浇筑后，在塑性状态时表面水分蒸发过快造成的。这类裂缝多在表面出现，形状不规则、长短宽窄不一、呈龟裂状，深度一般不超过50mm。产生的原因主要是混凝土浇注后３—４小时左右表面没有被覆盖，特别是平板结构在炎热或大风天气混凝土表面水分蒸发过快，或者是基础、模板吸水过快，以及混凝土本身的水化热高等原因造成混凝土产生急剧收缩，此时混凝土强度趋近于零，不能抵抗这种变形应力而导致开裂。混凝土中蒸发和吸收水分的速度越快，塑性收缩裂缝越容易产生，而商品混凝土由于为了满足可泵性、流动性、出机时混凝土的塌落度和砂率比普通混凝土大很多，早期强度低所以其水分特别容易散失，表面容易形成裂缝。

　　3、温度应力裂缝

　　此类裂缝产生的主要原因是由于混凝土浇筑后，聚积在内部的水泥水化热不易散发，造成混凝土的内部温度升高，而混凝土表面散热较快，这样形成较大的内外温差，使混凝土内部产生压应力，表面产生拉应力。如果在混凝土表面附近存在较大的温度梯度，就会引起较大的表面拉应力，此时混凝土的龄期很短，抗拉强度很低，如果温差产生的表面拉应力，超过此时的混凝土极限抗拉强度，就会在混凝土表面产生表面裂缝。这种裂缝一般产生很早，多呈不规则状态，深度较浅，属表面性质。表面裂缝易产生应力集中，能促使裂缝进一步开展。

　　3、施工工艺质量引起的裂缝

　　在钢筋混凝土结构浇注、构件制作、起模、运输、堆放、拼装及吊装过程中,若施工工艺不合理,施工质量低劣,可能产生各种形式的裂缝,特别是细长薄壁结构更容易出现裂缝。裂缝出现的部位和走向、裂缝宽度因产生原因而异,比较典型且常见的如下:①钢筋混凝土保护层过厚,或乱踩绑扎的上层钢筋,使承受负弯矩的钢筋保护层加厚,导致构件的有效高度减小,形成与受力钢筋垂直方向的裂缝。②混凝土震捣不密实、不均匀,出现蜂窝、麻面、空洞,导致钢筋锈蚀或形成其它荷载裂缝的起源点。③混凝土浇注过快,混凝土流动性较低在硬化前因混凝土振捣不足,硬化后沉实过大,容易在浇注数小时后发生裂缝,即塑性收缩裂缝。④混凝土搅拌、运输时间过长,水分蒸发过多,引起混凝土塌落度过低,使得在混凝土表面出现不规则的收缩裂缝。⑤用泵送混凝土施工时,为保证混凝土的流动性,增加水和水泥用量,或因其它原因加大了水灰比,导致混凝土凝结硬化时收缩量增加，混凝土表面出现不规则裂缝。⑥混凝土分层或分段浇注时,接头部位处理不好,易在新、旧混凝土和施工缝之间出现裂缝。⑦混凝土早期受冻,使构件表面出现裂纹,或局部剥落,或脱模后出现空鼓现象。⑧施工时模板刚度不足,在浇注混凝土时,因侧向压力的作用使得模板变形,产生与模板变形一致的裂缝。⑨施工时拆模过早,混凝土强度不足,使得构件在自重或施工荷载作用下产生裂缝。

　　4、原材料质量引起的裂缝

　　混凝土主要由水泥、砂、骨料、拌和水及外加剂组成。混凝土所采用材料的质量不合格,可能导致结构出现裂缝。①砂石含泥量超过规定,不仅降低混凝土的强度和抗渗性,还会使混凝土干燥时产生不规则的网状裂缝。砂石的级配差,或砂颗粒过细,用这种材料拌制的混凝土常造成侧面裂缝。碱骨料反应。骨料中含有泥性硅化物质与碱性物质相遇,水、硅反应会生成膨胀的胶质,吸水后造成局部膨胀和拉应力,则构件产生爆裂状裂缝,在潮湿的地方较为多见。②拌和用水及外加剂拌和用水或外加剂中氯化物等杂质含量较高时对钢筋锈蚀有较大影响。采用海水或含碱泉水拌制混凝土,或采用含碱的外加剂,可能对碱骨料反应有影响。

　　2 混凝土裂缝常见预防措施

　　1、塑型沉降裂缝预防措施

　　此类裂缝预防的措施如下：①在满足泵送和施工的前提下尽可能减小混凝土塌落度；②保证混凝土均质性，搅拌运输卸料前先高速运转20—30秒，然后反转卸料；③施工过程中应经常观察模板的位移和混凝土浇捣的密实情况，不能漏振、过振使混凝土离析分层；④施工过程中严禁随意加水。

　　2、塑性收缩裂缝预防措施

　　此类裂缝预防的措施如下：①施工单位在浇注混凝土后要及时覆盖养护，增加环境湿度；②商品混凝土公司在满足可泵性、和易性的前提下尽量减小出机塌落度、降低砂率、严格控制骨料的含泥量。

　　3、温度应力裂缝预防措施

　　此类裂缝预防措施如下：①降低混凝土发热量。选用水化热低、凝结时间长的水泥，以降低混凝土的温度；掺加缓凝剂或高效减水剂，以提高混凝土强度并减少用水量及水泥用量，延长混凝土达到最高温度时间，减少干缩；尽可能选用最大粒径较大，颗粒形状好且级配良好的粗骨料，避免砂量过多以减少水泥用量及用水量；在满足泵送和施工的前提下用低流动性混凝土，严格控制水灰比，减少单位体积混凝土用水量。②降低混凝土浇筑温度。在高温季节要降低原材料温度，在环境温度较低的早晚浇筑；避免吸收外部环境热量，运输工具、泵送管路尽量遮荫，防止混凝土升温；埋设冷却水管，通入冷水降温。③分层分块浇筑。④表面保温与保湿。要尽量长时间地保温和保持混凝土表面湿润，让其表面慢慢冷却、干燥，使混凝土能够增长强度以抵抗开裂拉应力。主要有蓄水养护和覆盖洒水养护两种方式，养护时间一般不少于１４ｄ。

　　4、施工方面原因造成的裂缝预防措施

　　此类裂缝预防措施如下：①加强模板施工的过程管理。模板及其支架必须有足够的承载能力、刚度和稳定性，在振捣过程中派专人进行看模，防止松扣下沉现象发生；试块强度达到设计允许值时方能拆模。②混凝土的成品保护。对浇筑好的板面，必须在混凝土强度达到１．２Ｎ／ＭＭ２ 后方可上人。③钢筋绑扎施工加强对负弯矩筋的管理。加密支撑马凳的间距、确保板面负弯矩筋的保护层厚度。④振捣方式方法必须正确。振捣易快插、慢拔。振捣时间过短，混凝土不均匀；时间过长，易导致严重浮浆。

　　3 混凝土裂缝常见补救措施

　　1、表面处理法：包括表面涂抹和表面补贴法。表面涂抹适用范围是浆材难以灌入的细而浅的裂缝，深度未达到钢筋表面的发丝裂缝，不漏水的缝，不伸缩的裂缝以及不再活动的裂缝。表面贴补（土工膜或其它防水片）法适用于大面积漏水（蜂窝麻面等或不易确定具体漏水位置、变形缝）的防渗堵漏。

　　2、灌浆法：此法应用范围广，从细微裂缝到大裂缝均可适用，处理效果好。

　　3、填充法：用修补材料直接填充裂缝，一般用来修补较宽的裂缝，作业简单，费用低。宽度小于0.3mm，深度较浅的裂缝、或是裂缝中有充填物，用灌浆法很难达到效果的裂缝、以及小规模裂缝的简易处理可采取开Ｖ型槽，然后作填充处理。

　　4. 结构补强法：因超荷载产生的裂缝、裂缝长时间不处理导致的混凝土耐久性降低、火灾造成的裂缝等影响结构强度可采取结构补强法。包括断面补强法、锚固补强法、预应力法等混凝土裂缝处理效果的检查包括修补材料试验；钻心取样试验；压水试验；压气试验等。

　　4 济南市政务中心工程实例

　　济南政务中心大厦1５层框架剪力墙结构，总建筑面积约350000m2。施工中发现3月12号浇筑的D2段２层梁、板混凝土，至3月16号混凝土强度上升一直不明显，且拆除模板后现浇板多处出现不规则裂缝。质检部门对该工程混凝土质量进行了现场检测，检测结果表明，混凝土抗压强度满足设计要求，混凝土的均质性满足规范要求。

　　根据现场检查，D2区北区现浇板多处出现不规则裂缝，其中D2工段２层现浇板D6轴线角较严重，个别裂缝长度约1200mm，宽度约0.6mm，框架梁身混凝土未见裂缝。

　　根据对裂缝检测的分析，裂缝产生的主要原因是：

　　（1）混凝土早期强度上升慢

　　（2）混凝土收缩

　　（3）混凝土养护不到位

　　 该裂缝为非结构受力裂缝，虽然对结构受力无较大影响，但裂缝的存在对混凝土的耐久性影响很大，应根据裂缝情况进行必要的处理。经集体技术部研究决定，报设计院通过做如下处理：

　　1、对宽度小于0.3mm的裂缝进行封缝处理。可沿裂缝用环氧树脂胶泥对其进行表面封闭，环氧树脂胶泥配比为：环氧树脂﹕二丁脂﹕乙二胺﹕水泥=100﹕30﹕10﹕250～300（重量比），该配比可根据现场实际情况进行调整。

　　施工注意事项：

　　（1）封闭前，应对裂缝表面进行处理，用钢丝刷等工具清除裂缝表面的灰尘、浮渣及松散层等污物，然后再用毛刷蘸丙酮、酒精等有机溶液，把沿裂缝两侧20～30mm处擦洗干净并保持干燥。

　　（2）裂缝处理好后，先在裂缝两侧宽20～30mm范围内涂一层环氧树脂基液，然后抹一层厚1 mm左右的环氧树脂胶泥。抹胶泥时应防止产生小孔和气泡，表面需要刮平整，保证封闭严密。

　　2、较宽裂缝的处理对宽度大于0.3mm的裂缝进行化学压力灌浆处理。采用环氧树脂浆液进行灌注。环氧树脂浆液配合比为：环氧树脂﹕丙酮﹕糠醛﹕乙二胺=100﹕20～25﹕20～25﹕15～20（重量比），该配比可根据现场实际情况进行调整。

　　施工注意事项：

　　（1）对裂缝表面进行处理，沿裂缝用钢钎凿成“V”形槽，槽宽与槽深可根据裂缝深度和有利于封缝来确定，一般为20 mm×20mm。凿槽时先沿裂缝打开，再向两侧加宽，凿完后用钢丝刷及压缩空气将混凝土碎屑粉尘清除干净。

　　（2）埋设灌浆嘴的间距可根据裂缝的深度确定，一般为350～500mm。埋设时，先将灌浆嘴的底盘上抹一层厚约1mm的环氧胶泥，将灌浆嘴的进浆孔骑缝粘贴在预定的位置上。

　　（3）裂缝封闭后，应进行压气试漏，检查密闭效果。试漏须待封缝胶泥有一定强度后进行。

　　（4）灌浆机具、器具、及管子在灌浆前应进行检查，运行正常时方可使用。灌浆结束后，应立即拆除管道，并用丙酮冲洗管道和设备。

　　（5）灌浆结束后，应检查补强效果和质量，发现缺陷应及时补救，确保工程质量。

　　结 语

　　综上所述，混凝土裂缝问题一直严重困扰着混凝土的施工质量，在混凝土生产以及施工过程中有针对性地采取预防措施，尽可能采取有效的技术措施控制裂缝，使结构尽量不出现裂缝，或尽量减少裂缝的数量和宽度，特别是避免有害裂缝的出现，以确保工程质量，使建筑物具备良好的耐久性和结构稳定性。

　　参考文献：

　　1、陈晓东—浅谈商品混凝土结构裂缝的控制—泰州职业技术学院学报—2006-2

　　2、商品混凝土结构裂缝产生原因及预防措施—科技咨询—建筑科学 2006-4

　　3、王铁龙 工程结构裂缝控制北京 中国建筑工业出版社

　　4、陈志源 土木工程材料（第2版） 武汉理工大学出版社

　　5、赵志缙 高层建筑施工（第2版） 中国建筑工业出版社

　　6、清华等 混凝土结构 上册 中国建筑工业出版社