建筑結構裂縫成因分析

金明

河南省建筑科學研究院有限公司（450000）

建筑結構裂縫成因分析

金明

河南省建筑科學研究院有限公司（450000）

建筑結構裂縫產生的是原因各方面的，有建筑物使用管理、施工和設計問題，也有收縮裂縫、溫度裂縫，沉陷裂縫等原因。尋找裂縫成因，利于有目的的進行裂縫控制。

建筑結構；收縮裂縫；溫度裂縫；沉陷裂縫；其他施工裂縫

在我國，從橋梁、路面等交通設施到沿海的海港工程結構，從民用建筑、商業建筑到化工、冶金工業建筑,混凝土結構裂縫問題的影響極其廣泛。所以，對于正在大量建設各種基礎設施而結構混凝土裂縫現象普遍的我國，迫切需要深入開展對混凝土裂縫問題研究。混凝土裂縫產生原因往往是多方面的,從裂縫性質可分為結構性及非結構性裂縫兩類。

1 結構性裂縫原因分析

1.1 建筑物使用管理問題

按照常規，建筑物一旦發生問題人們自然地把問題歸咎于設計人員和施工人員，很少想到使用和管理人員。實際上，使用和管理對房屋的壽命和突發事故有很大影響。合理使用，管理得當，房屋的壽命長，事故的隱患可以得到及時治理，事故的發生率大大下降；相反，使用不和理，管理不當，即使是高質量建筑物的壽命也會縮短，而那些存有各種隱患的建筑物則有可能發生事故。

中國煤炭科學院上海研究所測試中心食堂懸索結構屋頂塌落事故就是一個典型的例子。該工程是1960年由上海某設計院設計，是探索新結構形式的試點工程。該食堂為圓形，直徑為17.5 m，中部為直徑3 m的型鋼內環，由90根直徑為7.8 mm鋼絞索將內外環連接，索上鋪板。該建筑使用20年后，于1983年9月22日20時30分突然出現屋面塌落事故。據查，該建筑的針絞索及錨頭發生嚴重銹蝕，使用單位對該房屋又不進行檢查，致使9根鋼索突然斷裂，然后，其他鋼絞索相繼被拉斷，于是發生了屋面塌落事故。

總之,舊建筑物在使用過程中存在的問題較多，這與過去對使用過程和管理的重要性認識不夠有關。近年來，隨著舊建筑物使用和管理標準和規范的出臺，這些問題會逐漸得到解決。

1.2 施工問題

對于混凝土結構來說，影響混凝土結構使用壽命最普遍的問題是保護層厚度、混凝土質量和節點處理問題。

1）保護層厚度問題

在混凝土結構中，鋼筋保護層得不到保證的現象非常普遍，箍筋保護層更是如此。箍筋外露，主筋的保護層一般也達不到設計要求。設計尺寸小的構件，對施工的要求更高，如大型屋面板，設計保護層只能有10 mm左右，施工時稍不注意，保護層就不能保證。調查數據表明，大多數大型屋面板保護層厚度不足10 mm，約有20%的板的鋼筋保護層幾乎為零。沒有保護層的鋼筋銹蝕速度很快，影響整個結構的安全使用。

2）構件的節點問題

裝配整體式結構的節點也是容易出現施工質量問題的部位,如北京石景山電廠冷卻塔,72個梁柱的節點只有3個基本完好，38個節點鋼筋銹蝕，其余節點鋼筋外露且有不同程度的銹蝕，結構使用年數約17年。節點的質量問題是節點混凝土強度偏低，約10 MPa。

3）混凝土的質量問題

提起混凝土的質量,強度總是要放在首位。但是對于混凝土結構的耐久性來說，密實性與強度有同等的重要性。混凝土的質量對其耐久性能有很大影響。低質量的混凝土抗碳化、抗腐蝕的能力差，構件的壽命低。

1.3 設計問題

1）安全度

我國的設計規范都有結構或構件的抗力大于或等于作用效應的規定。設計者往往取R略大于S,甚至R等于S。這樣做在當時可使結構的造價略有下降，取得了經濟效益，但是隨著設計規范的改進，用現在的規范去校核,結構的安全度一般都不滿足。可以說，我國有一大批舊的建筑物屬于這種類型。

2）耐久問題

以往的設計是不大重視結構耐久性的。結構構件的設計都是以抗力為主并考慮穩定等性能。構件的尺寸小，混凝土強度低，抗腐蝕和侵蝕的能力極低，加上施工偏差、使用管理不當等因素的影響，這些構件破損的速度極快，使用壽命較短。因此，適當提高混凝土的設計等級是一個極為重要的問題。

2 非結構裂縫原因分析

2.1 收縮裂縫

混凝土施工中,為保證混凝土澆搗的和易性，混凝土中加入的水分往往比水泥水化作用需要的水分要多4～5倍。這部分游離水蒸發后，在混凝土內部留下許多毛細孔，混凝土會產生體積收縮，一般稱為游離水蒸發收縮。另外，水泥水化作用也會引起混凝土體積的收縮，稱為混凝土自收縮(或稱混凝土干縮)。所以說混凝土本身存在肉眼看不見的細微裂縫是它固有的一種特性。

根據試驗測定，混凝土收縮值的大小和水泥品種、用量、摻水量、骨料規格、振搗密實性和養護好壞有關。如潮濕條件下養護的混凝土，其收縮值比在干燥條件下養護的收縮值減少。施工中常見的混凝土收縮裂縫有塑性收縮裂縫、沉降收縮裂縫和干燥收縮裂縫3種。

1）塑性收縮裂縫

一般在干熱或刮風天氣易于出現塑性收縮裂縫。多中間寬，兩端細，且長短不一，互不連貫。裂縫產生原因是由于混凝土在塑性狀態時,受炎熱天氣，陽光直射、刮大風影響，混凝土表面水分蒸發過快，產生急劇的體積收縮，此時混凝土尚未有強度，致使混凝土表面出現裂縫。

2）沉降收縮裂縫

沉降收縮裂縫一般沿主筋通長方向，在混凝土表面出現,常在澆灌后發生,硬化后停止。沉降收縮裂縫產生原因是混凝土澆搗后骨料顆粒沉落，水泥漿上浮,受到鋼筋或大骨料的阻擋,使混凝土互相分離。

3）干燥收縮裂縫

干燥收縮裂縫在混凝土養護完畢一段時間后才出現，為表面性的較淺較細裂縫，多沿短方向分布。干燥收縮裂縫產生的原因主要是混凝土養護不規范，表面水分散失過快，而混凝土內部濕度變化小，表面干縮變形受到混凝土內部的約束，產生較大拉應力后產生裂縫。

2.2 溫度裂縫

1）內約束裂縫

內約束裂縫混凝土內外溫差過大引起的。例如,混凝土養護期間受寒流侵襲，混凝土表面急劇降溫,就有可能引起混凝土表面裂縫。內約束裂縫深度一般只有30 mm左右，表層以下仍保持結構完整性。

2）外約束裂縫

大體積混凝土在硬化期間放出大量水化熱，內部溫度上升很快,一般在混凝土澆注后72 h達到最高溫度。由于混凝土內部散熱慢而混凝土表面散熱快，這種溫差在混凝土表面引起拉應力。當混凝土后期均勻降溫冷卻時，受到基巖或老混凝土墊層約束，混凝土內部出現拉應力。當拉應力超過混凝土的抗拉強度時，混凝土產生溫度裂縫。外約束裂縫多發生在施工后2～3個月或更長時間，多在結構中部出現。外約束裂縫較深，或是貫穿性的，破壞結構的整體性。

2.3 沉陷裂縫

沉陷裂縫多為深進或貫穿性的，其位置與沉陷方向一致。較大的沉陷裂縫，往往有一定的錯位，裂縫寬度與沉降值成正比。沉陷裂縫產生的原因是結構構件落在未經處理的回填土或松軟地基上，混凝土澆灌后，地基侵水引起不均勻沉降而導致沉陷裂縫。特別是平臥生產的鋼筋混凝土構件(如薄腹梁)，由于側向剛度差，配筋少，最易引起弦、腹桿或梁的側面產生沉陷裂縫。另外因模板剛度不足，模板支撐間距過大，支撐底部松動以及過早拆模，也常導致此類沉降裂縫出現。

2.4 其他施工裂縫

1）滑模施工、構件制作脫模、運輸、堆放、吊裝中，有時會產生各種裂縫；2）后張預應力構件和預制空心板抽芯過早或過晚，會使混凝土塌落或拉裂; 3）構件吊裝時吊點不正確；4）構件堆放時支撐墊木不在同一直線上,構件運輸時遭受劇烈震動和沖擊；5）側向剛度差的構件在吊裝時，側向未采取臨時加固措施，造成彎距過大、應力集中等情況而使構件產生吊裂；6）高層建筑滑模施工中，安裝模板沒有錐度，會將混凝土表面拉裂；7）模板提升時間過長，混凝土與模板黏結，易出現水平裂縫；8）地面施工中，過多的抹壓觸動，常使表面出現龜裂。

3 總結

只要有針對性地對裂縫產生進行預防和控制，做好設計、施工、后期管理維護的工作，是可以最大程度地避免或減少損失的。