混凝土結構裂縫的成因及控制處理方法

吳東云

【摘要】 通過對混凝土結構裂縫產生原因的分析，探討在施工中如何采取有效的措施來進行防治。

【關鍵詞】 混凝土結構 裂縫 成因 控制處理方法

1.引 言

混凝土是由多種材料組成的一種混合物，是一種脆性材料，在受到溫度、壓力和外力的作用下，都有出現裂縫的可能性。在實際工程中混凝土結構的裂縫的成因復雜、類型多樣，多種因素相互影響。因此在施工中應盡可能的弄清裂縫產生的原因，采取有效措施預防裂縫產生，或盡量減少裂縫的數量和寬度，特別是避免出現有害裂縫，以確保工程質量。

2.混凝土裂縫產生的原因

2.1直接應力裂縫

直接應力裂縫是指外荷載引起的直接應力超過了規定值后產生的裂縫，這類裂縫一般是沿著直接應力的方向產生。主要為設計、施工和使用不合理引起。

2.2結構變形引起的裂縫

結構變形引起的裂縫大多是由于外界作用引起的結構變形，包括溫度變形、收縮變形及地基不均勻沉降變形等。由于這些裂縫是因結構變形受到約束引起的應力超過混凝土的抗拉強度而產生的。

2.2.1溫度變形引起的裂縫

混凝土具有熱脹冷縮的性質，當外部環境或結構內部溫度發生變化，混凝土將發生變形，若變形受到約束，則在結構內部將產生應力，當應力超過混凝土抗拉強度時即產生裂縫。溫度變形引起的裂縫區別于其他裂縫的最主要特征是將隨溫度變化而擴張和合攏。引起溫度變化的主要因素有（混凝土水化熱；施工養護措施不當使得混凝土驟冷驟熱，內外溫度不均；火災等原因引起的溫度突變等）。

2.2.2混凝土收縮裂縫

混凝土澆筑后4～5 小時左右，此時水泥水化反應激烈，分子鏈逐漸形成，出現泌水和水分急劇蒸發，混凝土失水收縮的混凝土塑性收縮。為減少混凝土塑性收縮，施工時應控制水灰比，避免過長時間的攪拌，下料不宜太快，振搗要密實，豎向變截面處宜分層澆筑。

混凝土結硬以后，隨著表層水分逐步蒸發，濕度逐步降低，混凝土體積減小，稱為縮水收縮（干縮） 。因混凝土表層水分損失快，內部損失慢，因此產生表面收縮大、內部收縮小的不均勻收縮，表面收縮變形受到內部混凝土的約束，致使表面混凝土承受拉力，當表面混凝土承受拉力超過其抗拉強度時，便產生收縮裂縫。

2.2.3地基基礎變形引起的裂縫

由于基礎豎向不均勻沉降或水平方向位移，使混凝土結構中產生附加應力，超出混凝土結構的抗拉能力，導致結構開裂。

2.3外界環境引起的裂縫

2.3.1鋼筋銹蝕

在鋼筋混凝土結構中，如果混凝土質量較差或保護層厚度不足，鋼筋混凝土保護層受二氧化碳侵蝕炭化，使鋼筋周圍混凝土堿度降低，或由于氯化物介入，鋼筋周圍氯離子含量較高，都會引起鋼筋表面氧化膜破壞，鋼筋中鐵離子與侵入到混凝土中的氧氣和水分發生銹蝕反應，其銹蝕物氫氧化鐵體積比原來增長2～4 倍，從而對周圍混凝土產生膨脹力，導致保護層混凝土開裂、剝離，沿鋼筋縱向產生裂縫，并有銹跡滲到混凝土表面。

2.3.2氣溫過低

當大氣溫度<0℃時，吸水飽和的混凝土出現冰凍，游離的水轉變成冰，體積膨脹9%，因而混凝土產生膨脹力；同時混凝土凝膠孔中的過冷水在微觀結構中遷移和重分布引起滲透壓，使混凝土中膨脹力加大，混凝土強度降低，并導致裂縫出現。

2.4混凝土材料質量不合格引起的裂縫

2.4.1水泥

水泥安定性不合格，水泥中游離的氧化鈣含量超標，氧化鈣在凝結過程中水化很慢，在水泥混凝土凝結后仍然繼續起水化作用，可破壞已硬化的水泥混凝土；水泥出廠時強度不足，水泥受潮或過期，可能使混凝土強度不足，從而導致混凝土開裂。

2.4.2砂、石骨料及堿骨料反應

砂石的粒徑、級配、雜質含量，砂石粒徑太小、級配不良、空隙率大，將導致水泥和拌和水用量加大，影響混凝土的強度，使混凝土收縮加大，如果使用超出規定的特細砂，后果更嚴重。砂石中云母的含量較高，將削弱水泥與骨料的粘接力，降低混凝土強度。

3.控制混凝土裂縫發生的措施

3.1設計方面

為了簡化計算， 根據現行混凝土規范， 可采取一些簡單的配筋構造措施以代替裂縫寬度的計算。

3.1.1采用合理的鋼筋布置和正確的構造

根據鋼筋有效約束區的概念， 采用合理的鋼筋布置是控制和減小裂縫寬度的有效措施。工程實踐表明， 在保證鋼筋凈間距的前提下， 采用直徑略小、根數略多， 并沿截面受拉邊均勻布置的鋼筋較之直徑大、根數少的配筋方式， 可以有效地分散裂縫、減小裂縫寬度。

3.1.2利用鋼筋的表面特征

采用帶肋鋼筋較光面鋼筋可減小裂縫寬度30%，因此如果有條件盡可能采用帶肋鋼筋。

3.2施工方面

3.2.1嚴格控制混凝土的質量

要嚴格控制混凝土的質量，首先控制好坍落度和水灰比。現場如發現離析現象，可進行二次攪拌或采用新拌混凝土；選擇合適的骨料，控制好級配，還要注意粗細骨料的含泥量，并隨時做好檢驗。

3.2.2嚴格執行有關施工規范

要嚴格執行有關施工規范，掌握正確的混凝土保濕、保溫養護的技術；控制合理的養護時間；合理選擇覆蓋物，并澆水保證經常性濕潤；早期養護時間越長收縮越小；氣溫驟降時要進行表面保溫，另外冬季施工時要特殊注意構件保溫，避免受凍。

3.2.3施工預控措施

混凝土施工時可劃小混凝土施工面，或根據實際情況設置后澆帶、預埋鋼絲網、鋼筋，以避免混凝土裂縫的產生。

3.2.4注意天氣的變化

要掌握混凝土澆筑期間的氣候，混凝土澆筑盡量安排在日溫差變化較小的時間段內；當溫度持續處于零下時，現場不應安排混凝土施工，以免混凝土施工后早期受凍，出現裂縫。

4.裂縫的處理

在結構未施工前，可以采取一定的措施來控制裂縫的發生，但有些構件難免會出現裂縫，現場通常采用以下處理方法。

4.1表面處理法

構件表面裂縫很細很淺，未達到鋼筋表面，不漏水的情況下可采用高標號的砂漿進行表面涂抹。如果表面裂縫貫通底部，出現漏水的情況，可在構件表面貼補防水片等方法來解決。

4.2填充法

當裂縫寬度小于0.3mm時，可采用專用的混凝土封堵材料來填充裂縫。混凝土裂縫封堵材料采用無機材料與有機材料相復合制成，具有較高的抗壓強度、抗拉強度、粘結強度、早期強度和良好的抗滲防水性能，同時具有一定的彈性性能，能達到良好的修補效果。

4.3化學灌漿法

當裂縫寬度大于0.3mm時，可采用化學灌漿處理。一般是埋設灌漿管，用空壓機加壓灌漿，此種方法處理效果好，應用范圍廣。目前國內有很多新技術、新產品，例如AB 系列灌漿樹脂，是由低粘度、高強度、可撓性、低收縮的改性環氧樹脂、改性聚氨酯樹酯等組成，可對裂縫進行混凝土化學灌漿修復，已經過大量的工程應用，建立了一套完整的工藝操作技術。

4.4結構補強法

因外部因素造成的較大裂縫，嚴重影響使用，如不及時采取措施，會危及整個建筑物的安全。例如外荷載超出設計的承載力、地震、爆炸、火災等因素引起的裂縫，通常采取結構補強法，可根據具體實際情況采取鉆孔植筋加固混凝土截面或在混凝土體外施加預應力等措施處理。

5.小結

由上述可知，在實際工程中，混凝土裂縫普遍存在，必須引起高度重視。但是，它是一個十分復雜而又難以控制的問題；因此，對混凝土裂縫要進行調查、分析和驗算，以判斷裂縫的性質以及對結構的影響，進而提出合理的工程整治措施。

參考文獻

[1] 公路橋涵施工技術規范（JTJ041—2000）[S].人民交通出版社，2000.10.1.

[2] 橋梁工程師手冊. 人民交通出版社.

[3] 混凝土結構設計規范（GB 50010-2010）.中國建筑工業出版社，2011.5.1