摘要：本文著重分析鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫的各種原因，并根據(jù)大量工程實踐和多方面的學(xué)術(shù)研究提出針對性的加固措施。

　　關(guān)鍵詞：鋼筋混凝土結(jié)構(gòu);裂縫;原因分析;預(yù)防措施

　　1概述

　　在現(xiàn)代化的社會建設(shè)中，鋼筋混凝土構(gòu)件的建筑物日漸成長, 以及商品混凝土的大量推廣和混凝土強度等級的提高，結(jié)構(gòu)裂縫出現(xiàn)的機率已成為一個普遍性的技術(shù)問題,在建筑工程施工過程中,輕則影響建筑結(jié)構(gòu)美觀和耐久性,重則危及建筑物安全和正常使用。它的出現(xiàn)不僅會降低建筑物的抗?jié)B能力,影響建筑物的使用功能,而且會引起鋼筋的銹蝕,混凝土的碳化,降低材料的耐久性,影響建筑物的承載能力,因此要對混凝土裂縫進行認真研究、區(qū)別對待,采用合理的方法進行處理,并在施工中采取各種有效的預(yù)防措施來預(yù)防裂縫的出現(xiàn)和發(fā)展,保證建筑物和構(gòu)件安全、穩(wěn)定地工作顯得猶為重要，這也是筆者所要提及的關(guān)鍵所在。

　　2結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生的原因及預(yù)防

　　結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生的原因很復(fù)雜，根據(jù)國內(nèi)外的調(diào)查資料，引起裂縫有兩大類原因，一種由外荷載(如靜、動荷載)的直接應(yīng)力和結(jié)構(gòu)次應(yīng)力引起的裂縫，其機率約20%;一種是結(jié)構(gòu)因溫度、膨脹、收縮和不均勻沉降等因素由變形變化引起的裂縫，其機率約80%。裂縫發(fā)生與材料、設(shè)計、施工和維護有關(guān)，故作以下分析。

　　2.1材料缺陷

　　在變形裂縫中收縮裂縫占有80%的比例，從混凝土的性質(zhì)來說大概有：

　　2.1.1自生收縮

　　密閉的混凝土內(nèi)部相對濕度隨水泥水化的進展而降低，稱為自干燥。高水灰比的普通混凝土(OPC)由于毛細孔隙中貯存大量水分，自干燥引起的收縮壓力較小，所以自生收縮值較低而不被注意。但是，低水灰比的高性能混凝土(HPC)則不同，早期強度較高的發(fā)展率會使自由水消耗較快，以至使孔體系中的相對濕度低于80%。而HPC結(jié)構(gòu)致密，外界水泥很難滲入補充，在這種條件下開始產(chǎn)生自干收縮。研究表明，齡期2個月水膠比為0.4的HPC，自干收縮率為0.01%，水膠比為0.3的HPC，自干收縮率為0.02%。HPC的總收縮中干縮和自收縮幾乎相等，水膠比越小自收縮所占比例越大。由此可知，HPC的收縮性與OPC完全不同，OPC以干縮為主，而HPC以白干收縮為主。問題的要害是：HPC自收縮過程開始于水化速率處于高潮階段的頭幾天，溫度梯度首先引發(fā)表面裂縫，隨后引發(fā)內(nèi)部微裂縫，若混凝土變形受到約束，則進一步產(chǎn)生收縮裂縫。這是高標號混凝土容易開裂的主要原因之一。

　　2.1.2干燥收縮

　　研究表明，水泥加水后變成水泥硬化體，其絕對體積減小。每l00克水泥水化后的化學(xué)減縮值為7～9ml，如混凝土水泥用量為35Okg/m3，則形成孔縫體積約25～30l/m3之巨。這是混凝土抗拉強度低和極限拉伸變形小的根本原因。研究表明，每lOOg水泥漿體可蒸發(fā)水約6ml，如混凝土水泥用量為350kg/m3，當混凝土在干燥條件下，則蒸發(fā)水量達2ll/m3。毛細孔縫中水逸出產(chǎn)生毛細壓力，使混凝土產(chǎn)生“毛細收縮”。由此引起水泥砂漿的干縮值為0.1%～0.2%;混凝土的干縮值為0.04%～0.06%。而混凝土的極限拉伸值只有0.01%～0.02%，故易引起干縮裂縫，干燥收縮裂紋出現(xiàn)在接近1年齡期內(nèi)。

　　2.1.3溫差收縮

　　在混凝土硬化過程中，混凝土構(gòu)筑物可能要承受各種溫度和濕度及其它原因引起變形而產(chǎn)生應(yīng)力裂縫，因為混凝土在內(nèi)、外約束應(yīng)力作用的情況下，混凝土構(gòu)件的自約束應(yīng)力是由于非線性的不均勻變形引起，它產(chǎn)生了局部裂縫，而混凝土構(gòu)件(結(jié)構(gòu))在外部的約束應(yīng)力由于結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)的相互約束，這種約束變形可能使混凝土構(gòu)件(結(jié)構(gòu))產(chǎn)生貫穿性斷裂和局部裂縫。

　　根據(jù)王鐵夢教授的理論，在混凝土尤其是大體積混凝土澆搗完后，水泥已經(jīng)開始水化，其混凝土內(nèi)部的最高溫度峰值可按以下經(jīng)驗公式計算，即：

　　T0=T+C·α

　　式中　T0——混凝土內(nèi)部峰值溫度(C°);

　　T——混凝土澆灌入模時的溫度(C°);

　　C——每立方米混凝土水泥用量(kg/m3);

　　α——經(jīng)驗系數(shù);當采用礦渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥時;α=0.1;當采用普通水泥時α=0.105。

　　當混凝土內(nèi)部溫度應(yīng)力大于混凝土的拉應(yīng)力時，混凝土結(jié)構(gòu)將會出現(xiàn)裂縫，故在“混凝土結(jié)構(gòu)工程施工及驗收規(guī)范《GB50204——92》”中第4.5.3條明確規(guī)定，“對大體積混凝土的養(yǎng)護，應(yīng)根據(jù)氣候條件采取控溫措施，并按需要測定澆筑后的混凝土表面和內(nèi)部溫度，將溫差控制在設(shè)計要求的范圍內(nèi);當設(shè)計無具體要求時，溫差不宜超過25C°”。而在大體積混凝土施工中，往往設(shè)計上無明確的規(guī)定，只能靠施工的經(jīng)驗進行控制。

　　因為混凝土拌合物內(nèi)的水泥在水化時，要產(chǎn)生大量的水化熱，當混凝土內(nèi)外溫差超過一定的限度，先產(chǎn)生熱漲，緊接著受外界低溫度的影響，混凝土的拉應(yīng)力大于混凝土的熱漲應(yīng)力時，便會產(chǎn)生由溫度收縮裂縫。這種裂縫主要出現(xiàn)在大體積混凝土或在冬期施工的混凝土。

　　2.1.4塑性收縮

　　混凝土初凝之前出現(xiàn)泌水和水份急劇蒸發(fā)，引起失水收縮，此時骨料與水泥之間也產(chǎn)生不均勻的沉縮變形，它發(fā)生在混凝土終凝之前的塑性階段，故稱為塑性收縮。其收縮量可達1%左右。在混凝土表面上，特別在抹壓不及時和養(yǎng)護不良的部位出現(xiàn)龜裂，寬度達l～2mm，屬表面裂縫。水灰比過大，水泥用量大，外加劑保水性差，粗骨料少，振搗不良，環(huán)境溫度高，表面失水大等都能導(dǎo)致混凝土塑性收縮而發(fā)生表面開裂現(xiàn)象。

　　以上是從水泥混凝土物理化學(xué)特性分析其各種收縮現(xiàn)象，早期塑性收縮會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)表面裂縫，混凝土進入硬化階段后，混凝土水化熱使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生溫差收縮和干燥收縮(包括自干收縮)，這是誘發(fā)裂縫的主要原因。

　　2.2設(shè)計方面

　　2.2.1選用合理的設(shè)計模型及適宜的長度或體積。特別考慮溫度變化和混凝土收縮對結(jié)構(gòu)的影響。現(xiàn)行《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》GB50011-2002中對此提出了幾項具體措施：一是設(shè)置伸縮縫,對不同結(jié)構(gòu)形式、外露環(huán)境有不同的要求。二是混凝土澆筑采用后澆帶分段施工。這只能解決混凝土收縮應(yīng)力問題,不能解決溫度縫問題。三是采用專門的預(yù)加應(yīng)力措施,以此抵消溫度、收縮應(yīng)力的影響。還有其它措施,如加強結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié),以提高其抗裂性能;采用可靠的滑動措施,以減小約束變形的摩擦阻力等。

　　2.2.2適當加強構(gòu)造配筋,提高配筋率,盡量配置細而密的鋼筋,以減少裂縫的寬度。在溫度收縮應(yīng)力較大的地方配置溫度收縮鋼筋。但對大體積混凝土,提高配筋率沒有太大效果,因為其配筋率往往很低。

　　筆者認為，控制裂縫應(yīng)該防患于未然，首先盡量預(yù)防有害裂縫，重點在防。我國混凝土結(jié)構(gòu)工程向長大化、復(fù)雜化發(fā)展，混凝土設(shè)計強度等級向C40～C60發(fā)展，設(shè)計師多注重結(jié)構(gòu)安全，而對變形裂縫控制考慮不周，這也是結(jié)構(gòu)裂縫發(fā)生增多的原因之一。

　　2.3施工管理問題

　　混凝土配合比設(shè)計是否科學(xué)合理，水泥與外加劑是否相適應(yīng)，砂石級配及其含泥量是否符合規(guī)范要求，混凝土坍落度控制是否合理，這些都影響到混凝土的質(zhì)量及其收縮變形。

　　混凝土澆筑震搗不均勻密實，施工縫和細部處理馬虎，會帶來結(jié)構(gòu)開裂的后患;過震則使浮漿過厚，抹壓又不及時，則混凝土表面出現(xiàn)塑性裂縫，十分難看。邊墻拆摸板過早(1～3d)，混凝土水化熱正處于高峰，內(nèi)外溫差最大;混凝土易“感冒”開裂。混凝土養(yǎng)護十分重要，但許多施工單位忽視這一環(huán)節(jié)，尤其是墻體和柱梁的保溫保濕養(yǎng)護不到位，容易產(chǎn)生收縮裂縫。某些露天構(gòu)筑物盡管當?shù)貪穸群艽螅捎诖碉L(fēng)影響，加速了混凝土水分蒸發(fā)速度，亦即增加干縮速度，容易引起早期表面裂縫。這也許是夏季比秋冬季，南方比北方出現(xiàn)結(jié)構(gòu)裂縫較多的原因。從已建工程調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，底板養(yǎng)護較好，出現(xiàn)裂縫概率較低，而底板上外墻裂縫概率很高約占80%，這與保溫保濕養(yǎng)護不足有很大關(guān)系。

　　除上述技術(shù)因素外，施工管理不嚴，趕進度，偷工減料，工人素質(zhì)差，施工馬虎等也是造成結(jié)構(gòu)裂縫的人為因素。

　　2.4對維護缺乏認識

　　我們發(fā)現(xiàn)不少結(jié)構(gòu)是在澆筑完3～6個月，甚至在l～2年內(nèi)出現(xiàn)裂縫。除荷載問題外，主要是環(huán)境溫度和風(fēng)速引起的收縮變形所致。有些地下室不及時復(fù)土;上部結(jié)構(gòu)不及時做好封閉;出人口長期敞開，屋面防水層破壞不及時修補等。這些與施工和業(yè)主對結(jié)構(gòu)維護缺乏認識有關(guān)。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)與其他物件一樣都存在“熱脹冷縮”的特征，尤其超長結(jié)構(gòu)更為明顯，所以，應(yīng)重視已澆結(jié)構(gòu)的保溫保濕維護工作。

　　3混凝土構(gòu)件裂縫的處理

　　在現(xiàn)實工程實踐中,裂縫是不可能避免的。對裂縫的處理,首先要分析其形成原因,是由設(shè)計、施工、材料還是其它因素引起的。混凝土構(gòu)件的裂縫大致分三類。第一類是很細小的裂縫,或者說是規(guī)范所允許范圍內(nèi)的裂縫。這種裂縫一般不需要處理,第二類是超出規(guī)范允許范圍內(nèi)的,但并不影響結(jié)構(gòu)安全問題的裂縫。這種裂縫一般需處理才能滿足使用功能以及結(jié)構(gòu)耐久性等,第三類是裂縫較大,影響到結(jié)構(gòu)安全性的裂縫,這種裂縫的構(gòu)件往往需要進行結(jié)構(gòu)加固處理或拆除重建。處理方法大致兩種,一是抹面處理,材料可為高強微膨脹砂漿,抗?jié)B聚合物砂漿或用環(huán)氧玻璃封閉;二是壓力灌漿法,材料可為水泥灌漿,水泥—水玻璃灌漿,環(huán)氧樹脂以及現(xiàn)在所應(yīng)用的一些化學(xué)聚合物等。

　　4結(jié)語

　　因為使用的混凝土是多種材料組成的一種混合體，且又是一種脆性材料，在受到溫度、壓力和外力的作用下，都有出現(xiàn)裂縫的可能性。筆者認為,查清引起混凝土裂縫產(chǎn)生的全部原因是解決裂縫這個“重癥”的基礎(chǔ)。只要我們?nèi)w混凝土工作者共同努力,先查清原因,后解決問題,裂縫問題最終總有一天會得到解決。相信我們在設(shè)計、施工和選材方面做好各項控制措施,防裂于未來,混凝土這種材料,必將更廣泛的應(yīng)用于工程實踐,更好的服務(wù)于社會。

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