混凝土結構裂縫的產生原因及控制措施

【摘 要】 混凝土結構裂縫問題是建筑工程中較為常見的問題，本文從混凝土結構裂縫的表現特征、產生原因、裂縫類型及防治措施等幾個方面進行了分柝。

【關鍵詞】 裂縫 特征 措施

1 混凝土結構裂縫的表現特征

現代土木建筑工程，絕大多數都離不開混凝土，由于工程施工的差異，混凝土構造物使用環境惡化以及建筑結構承載力的變化，造成混凝土產生各種各樣的病害。其中裂縫病害約占70％以上，在裂縫病害中，由于混凝土變形引起的裂縫約占80％一85％，由于荷載引起的裂縫約占15％一20％左右。惡劣環境引起混凝土強度下降的病害約占30％左右，混凝土強度的降低，結構承載力下降是造成建筑物事故的重要原因。因此，要經常注意檢查建筑物在使用過程中的強度變化，并采取相應措施。

2 裂縫分類及產生的原因

2.1梁的順筋裂縫

順筋裂縫這是一種沿梁、柱縱向鋼筋方向出現的混凝土裂縫，是由于鋼筋銹蝕所引起的裂縫的出現和存在，對結構構析的承載力和耐久性將造成極大的影響，是結構中必須重視和及時處理的裂縫。

鋼筋銹蝕的原因可歸納以下三方面：

(1)混凝土碳化。混凝土在水泥水化過程中產生氫氧化鈣，鋼筋周圍混凝土孔隙的水是飽和含氫氧化鈣的電解質，它的堿性較高，pH值在12～14之間，使鋼筋表面生成陰止鋼筋銹蝕作用的鈍化膜。混凝土是一種多孔性材料，當空氣中的二氧化碳化學反應生成碳酸鈣和水，降低了混凝土的pH值，削弱了混凝土對鋼筋的堿性保護作用。據有關資料表明，混凝土的pH值大于等于11.5時，鋼筋不會銹蝕。當pH值降低到9或以下的混凝，則稱為已碳化的混凝土。

由于混凝土碳化引起鋼筋混凝土構件中的鋼筋銹蝕，構件表面開裂出現順筋裂縫，嚴重時造成混凝土剝落。這種現象在許多鋼筋混凝土露天構件中可以觀察到，如陽臺或橋梁的欄桿、公園花架、非預應力混凝土電線桿等等。從混凝土碳化現象，對鋼筋混凝土構件不能認為如同天然石結構一樣，具有使用年限長且無需維修。為減緩其碳化，對構件鋼筋保護層厚度及采取構件表面有抹灰等飾面應有足夠的重視，以保證鋼筋混凝土構件的耐久。

(2)混凝中含有氯鹽鋼筋混凝土構件的混凝中存在氯離子，是鋼筋銹蝕的重要原因。鋼筋混凝土構件，在寒冷地區施工，為降低混凝土的冰點，攪拌混凝土時摻加氯鹽(氯化鈣、氯化鈉)，有的地區配制混凝土采用海水、海砂，有的建筑物、構筑物處在海邊，使用過程中接觸海水或受海水蒸發影響，使構件的混凝土含有或吸收了氯離子，使混凝土高堿性電解質中鋼筋表面鈍化膜遭到破壞，使鋼筋產生銹蝕。

因混凝土內存在氯離子引起鋼筋銹蝕，構件產生順筋裂縫而不得不進行加固補強處理的工程為數不少。例如，北京工人體育場、北京工人體育館、中國歷史革命博物館、北戴河某療養所等建筑物，由于鋼筋混凝土構件混凝土攪拌時摻有氯鹽，引起鋼筋銹蝕產生順筋裂縫，相繼進行了加固補強處理。湛江碼頭工程在1985年施工時，因為梁柱的鋼筋保護層厚度不足，混凝土密實性較差，海水蒸發氯鹽被摻入混凝土內，引起鋼筋嚴重銹蝕，嚴生大量順筋裂縫，有的造成混凝土剝落，在1996年鑿掉銹蝕鋼筋周圍混凝土，采用了噴砂除銹噴水泥砂漿進行加固補強。

(3)其它原因引起鋼筋銹蝕

①由于外部荷載或混凝土收縮產生橫向裂縫，或構件混凝土存在蜂窩麻面等缺陷，外界侵蝕性介質滲入，因而引起鋼筋銹蝕。

②鋼筋混凝土構件長期受煙氣侵蝕，煙氣中的二氧化碳與水生成硫酸，促使混凝土加速碳化，使鋼筋銹蝕。

③造紙廠蒸煮車間、電廠冷卻塔、工業熱力站、鍋爐房等工程，高溫蒸氣使構件的鋼筋銹蝕影響更大。

④某些生產氯化鈣、酸性原料等的代工廠，環境有害介質對構件混凝土侵蝕性很大，嚴重促使鋼筋銹蝕。

⑤應力腐蝕是鋼筋腐(銹)蝕的一種類型，其腐蝕機理是當鋼筋在拉應力狀態下，表面出現許多微裂紋，導致鈍化膜的破壞，在裂紋處比較活化，作為陽極而腐蝕。腐蝕與應力的共同作用使裂紋迅速深向發展，可能造成鋼筋突然斷裂，應力腐蝕造成鋼筋斷裂而結構構件破壞的事例在工業與民用建筑工程中不少見。

⑥雜散電流的影響引起鋼筋銹蝕。工業用電，特別是直流電，它漏泄到鋼筋混凝土構件中時，使鋼筋表面混凝土的pH值下降，鈍化膜遭到破壞。當直流電在陽極區長期作用，水泥石的主要成分水合硅酸鈣和水合鋁酸鈣的穩定性均遭破壞。在一些直流電解車間、地下鐵工程等，電流漏泄現象較為普遍，有的還十分嚴重，對工程結構構件的耐久性非常不利。

2.2梁的豎向裂縫

梁的豎向裂縫是與梁的縱向軸相垂直的混凝土裂縫，此類裂縫是由下列原因所造成：

(1)脹縮引起現澆鋼筋混凝土結構，如果平面長度較大，在澆灌混凝土時不采取留施工后澆縫或摻防止混凝土硬化過程中收縮開裂的外加劑等措施，往往出現因混凝土收縮產生的框架及樓板裂縫。當結構平面長度較長，伸縮縫間距大于規范的要求，外墻及屋面保溫、隔熱較差，在溫度影響下梁、板產生膨脹或收縮引起的裂縫。上述兩種原因在有的工程中可能是綜合的。這類裂縫的特征是形狀呈棗核形，上下細，中部寬，因為梁上部有樓板及鋼筋的約束，下部有鋼筋約束。這類裂縫是貫通梁截面，兩側面在同一截面同時出現，裂縫寬度隨梁截面高度、跨度、伸縮縫間距、建筑物保溫熱隔情況等各異，一般在0.1mm~0.4mm之間，有的工程裂縫寬度達0.5mm以上。

(2)受力引起現澆或預制鋼筋混凝土梁，在使用過程中，正常外荷載或超載情況下，在受拉區出現豎向裂縫。這類裂縫的特征是形狀呈三角形，外邊緣寬，向里延伸短且逐漸變細，貫通梁截面，裂縫寬度及高度隨受荷大小而不同，一般比較細，高度較小。根據《混凝土結構設計規范》(GB50010-2002)，非預應力鋼筋混凝色取大裂縫寬度允許值，應按結構構件工作條件、構件類型分別為0.2mm~0.3mm，對裂縫控制有特殊要求的構件，裂縫寬度允許值應適當減少。

梁由于基礎不均勻沉降產生的端部裂縫，也屬于受力裂縫，是彎曲裂縫，發生在受拉區，一旦寬度較大，形狀呈受拉邊緣裂縫寬，往里逐漸變細的三角形。

(3)梁箍筋緊貼模板，沒有滿足規定的保護層厚度形成的豎向裂縫這類裂縫往往與箍筋銹蝕產生的順筋裂縫、混凝土收縮或溫度影響產生的裂縫相似，不易判別，但這類裂縫的特點是梁拆模板后不久即可發現，裂縫寬度上下均勻，裂縫間距與梁箍筋間距一致，一般只在梁的一個側面出現，同一截面兩側不貫通。

2.3梁的斜向裂縫

梁的斜向裂縫是與梁的縱向軸成一定角度的混凝土裂縫，此類裂縫主要是由于外荷載作用下梁的受剪承載力不足所引起，發生的梁受剪力大的部位，裂縫一旦出現，其寬度較大，一般在0.3mm以上。有的工程，這類裂縫與脹縮引起的裂縫相組合，分布在梁的全跨度，其特征是靠近梁支座的裂縫與梁縱向軸成45°一60°角，向跨中角度逐漸變化，在無剪力部位形成豎向裂縫分布的大梁。

2.4門窗洞口角部裂縫

鋼筋混凝土門窗洞口角部裂縫這類裂縫的在鋼筋混凝土剪力墻結構的住宅、公寓、飯店等建筑物屋頂層普遍存在，在房屋縱橫向靠兩端的洞上口更為明顯，其它樓層也不同程度地出現這類裂縫。

這類裂縫的產生是由于混凝土收縮及溫度影響所致，寬度一般較細，在施工期間就出現，投入使用后如果屋面保溫隔熱性能較差，或外墻面沒有設置能起保溫隔熱作用的飾面材料，裂縫將繼續產生和擴大。

2.5現澆鋼筋混凝土板的裂縫

板裂縫產生的原因較多，裂縫形狀各異，在房屋建筑中普遍存在。

(1)挑檐、遮陽板、外廊等懸挑板裂縫。這些構件裂縫有兩類：一是由于縱向受力鋼筋施工時被踩位置下移，截面有效高度減小，或超載所造成的垂直于縱向鋼筋挑板根部的受力裂縫，這類裂縫一旦出現寬度較大，是影響承載力的受力裂縫，有的工程挑檐、陽臺因縱向鋼筋嚴重移位，在拆模時造成傾覆破壞；二是由于溫度影響產生平行于縱向鋼筋的脹縮裂縫，其寬度隨外挑長度和結構單元長度的不同而不等，這類裂縫幾乎所有這些構件中到處可見，在冬夏溫差大的地區，房屋中更為突出。

(2)大跨度(長向7m以上)雙向板裂縫。其一是板底不規則裂縫，這類裂縫由于冬季施工養護條件差，拆模板過早，尤期寒冷地區沒有保溫施工措施，出現不規則收縮裂縫；其二是因酷熱夏天施工，澆灌混凝土后沒有及時噴水養護，板面混凝土脫水過快，出現板面的不規則收縮裂縮，這類裂縫較細，有的不細看不易發現。

(3)建筑物平面長度較大，沒有采取留施工后澆縫等措施，施工時因混凝土硬化收縮或使用過程中溫度影響，樓板產生裂縫。這類裂縫在樓梯間、大洞口、平面變截面以及平面的沿長方向中部更為明顯，尤其這些部位的屋頂板裂縫將在板和梁中同時出現，而且裂縫寬度較其它層大。

值得注意的是，地處我國北方地區的鋼筋混凝土結構房屋，由于冬季與夏季的溫差很大、在施工期間，夏季澆灌構件混凝土，入冬后尚未完成建筑的圍護結構，使結構處于外露狀態，造成梁板因溫度影響產生裂縫。

3 防止和減輕裂縫的措施

（1）在鋼筋混凝土構件中，為防止鋼筋銹蝕產生順筋裂縫，應采取以下措施：

●先用有利于減緩混凝土碳化速度的水泥品種，如普通硅酸鹽水泥。

●保證混凝土的密實性，主要結構構件的混凝土強度等級應不低于C20，重要構件、水下構件及外露構件的混凝土強度等級宜選用更高一些，同時，在施工澆灌混凝土時必須振搗密實。

●鋼筋混凝土構件鋼筋保護層必須滿足規范的規定要求，在有害介質、干濕交替的環境中，應加厚鋼筋保護層的厚度，或在構件表面采用抹灰等外飾面。

●鋼筋混凝土構件的混凝土拌制時，不得摻加氯鹽，不得采用海砂、海水拌制混凝土，也不得采用會引起鋼筋銹蝕或加速混凝土碳化的外加劑。

(5)在工業用電，特別是用直流電的房屋中，應防止電流漏泄到鋼筋混凝土構件中去。

（2）為防止或減輕鋼筋混凝土梁板的脹縮裂縫，應采取以下措施：

●屋面及外墻設置有效的保溫隔熱措施，是防止或減少梁板受溫度影響脹縮裂縫的主要途徑。

●跨度較大的截面較高的非預應力混凝土大梁、腰筋滿足規范的規定外，宜直徑適當加大，間距適當加密。

●平面樓層每隔30m左右設置施工后澆縫，待一個月后采用比設計強度等級提高一級的無收縮混凝土(采用硫鋁酸鹽水泥或加產生自應力的外加劑配制)灌填嚴實，并加強養護。

●外露的挑檐、雨罩、陽臺、挑郎等結構，每隔10m~15m留一道伸縮縫，位置宜在柱子處，寬度10mm，挑檐、雨罩如采用卷材防水，在伸縮縫處可連通鋪設，當剛性防水時，則應同陽臺、挑廊一樣采用防水密封膠嵌縫。這些構件的分布鋼筋直徑宜適當加大，間距加密。

●厚度大于200mm的大跨度現澆板，單向板的分布鋼筋直徑宜適當加大，間距加密，雙向板宜增設跨中上部的鋼筋，可將支座上鋼筋的1／3拉通，施工中澆灌混凝土后應加強養護。

參考文獻：

[1]混凝土實用大全

[2]《混凝土結構設計規范》.北京中國建筑工業出版社

[3]《混凝土加固技術規范》.北京中國計劃出版社

[4]朱伯龍.鋼筋混凝土結構的加固原理.上海防災研究所

[5]彭圣浩.建筑工程質量通病防治手冊.中國建筑工業出版社