淺析大體積混凝土裂縫成因及防治

張潔

摘要：大體積混凝土中裂縫是“常發(fā)病”和“多發(fā)病”。裂縫的成因有多種，如果采取一定的設(shè)計和施工措施，很多裂縫是可以克服和控制的。本文簡單綜述了混凝土裂縫的成因，防治措施和處理常用的一些方法。

關(guān)鍵詞：大體積混凝土；裂縫；成因；防止；處理

一、大體積混凝土裂縫的成因

（一）荷載引起的裂縫

1.直接應(yīng)力裂縫是指外荷載引起的直接應(yīng)力產(chǎn)生的裂縫。設(shè)計計算階段，結(jié)構(gòu)計算時不計算或部分漏算；計算模型不合理；結(jié)構(gòu)受力假設(shè)與實際受力不符；荷載少算或漏算；內(nèi)力與配筋計算錯誤。結(jié)構(gòu)設(shè)計時不考慮施工的可能性；設(shè)計斷面不足；結(jié)構(gòu)剛度不足；構(gòu)造處理不當(dāng)；設(shè)計圖紙交代不清等。施工階段，不加限制地堆放施工機具、材料；不按設(shè)計圖紙施工；擅自更改結(jié)構(gòu)施工順序；改變結(jié)構(gòu)受力模式等。使用階段，超出設(shè)計載荷；發(fā)生大風(fēng)、大雪、地震、爆炸等。

2.次應(yīng)力裂縫是指由外荷載引起的次生應(yīng)力產(chǎn)生裂縫。在設(shè)計外荷載作用下，由于建筑物的實際工作狀態(tài)同常規(guī)計算有出入或計算不考慮，從而在某些部位引起次應(yīng)力導(dǎo)致結(jié)構(gòu)開裂。實際工程中，次應(yīng)力裂縫是產(chǎn)生荷載裂縫的最常見原因。

（二）收縮裂縫

混凝土的收縮引起收縮裂縫。收縮的主要影響因素是混凝土中的用水量和水泥用量，混凝土中的用水量和水泥用量越高，混凝土的收縮就越大。選用水泥品種的不同，干縮、收縮的量也不同?；炷恋闹饾u散熱和硬化過程引起的收縮，會產(chǎn)生很大的收縮應(yīng)力，如果產(chǎn)生的收縮應(yīng)力超過當(dāng)時的混凝土極限抗拉強度，就會在混凝土中產(chǎn)生收縮裂縫。

（三）溫差裂縫

大體積鋼筋混凝土與地基澆筑初期，水泥水化產(chǎn)生大量的水化熱，達到502.42j/g，1-3天內(nèi)放出的熱量是總熱量的一半，由于混凝土是熱的不良導(dǎo)體，水化熱積聚在混凝土內(nèi)部，使其內(nèi)部溫度急劇上升，混凝土內(nèi)部形成的中心溫度高，熱膨脹大，因而在中心產(chǎn)生壓應(yīng)力，在表產(chǎn)生拉應(yīng)力，這種內(nèi)外溫差在混凝土凝結(jié)初期產(chǎn)生的拉應(yīng)力超過混凝土的抗壓強度及鋼筋的約束作用時就會產(chǎn)生裂縫；另外，在拆模前后，表面溫度降低很快，造成了溫度陡降，也會導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生。但是最常見的是由水化熱引起內(nèi)外溫差造成的裂縫。

（四）鋼筋銹蝕引起的裂縫

由于混凝土質(zhì)量較差或保護層厚度不足，混凝土保護層受二氧化碳侵蝕炭化至鋼筋表面，使鋼筋周圍混凝土堿度降低，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(fā)生銹蝕反應(yīng)，由于銹蝕，使得鋼筋有效斷面面積減小，鋼筋與混凝土握裹力削弱，結(jié)構(gòu)承載力下降，并將誘發(fā)其它形式的裂縫，加劇鋼筋銹蝕，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞。

（五）施工工藝的影響

施工工藝低下是大體積混凝土產(chǎn)生裂縫的最重要原因之一。施工過程中在混凝土拌和、運輸、平倉振搗、養(yǎng)護和表面保護等環(huán)節(jié)上未能重視和嚴(yán)格控制，造成混凝土質(zhì)量差、強度不均、暴露時間長等，降低了混凝土的抗裂能力，在不很大的溫度應(yīng)力下就產(chǎn)生了裂縫。

二、防治大體積混凝土裂縫的主要措施

根據(jù)混凝土裂縫成因，采取適當(dāng)措施進行預(yù)防要比事后補救有效的多。也就是說采取以防為主的方法，歸納起來，可以從以下幾個方面著手：

（一）設(shè)計

在設(shè)計上要注意到那些容易開裂的部位，如深基與淺基、高低跨處等，應(yīng)考慮到由于地基的差異沉降或結(jié)構(gòu)原因而引起的薄弱環(huán)節(jié)，在設(shè)計中加以解決。在構(gòu)件截面允許、配筋率不變而且澆筑方便的條件下，鋼筋直徑越細、間距越小則對預(yù)防開裂越有利。

（二）施工方案

良好的施工方案與預(yù)防、控制裂縫有很大的關(guān)系。施工方案主要應(yīng)確定一定澆筑量、施工縫間距、位置及構(gòu)造、澆筑時間、運輸及振搗等。一次澆筑長度由垂直施工縫分割，最好是設(shè)置在變截面處或承受拉、剪、彎應(yīng)力較小的部位。除控制一次澆筑厚度外，分層位置即水平施工縫留設(shè)位置也應(yīng)加以注意，一般來說，因盡量留在變截面處，或遠離受拉鋼筋部位而設(shè)在混凝土的受壓區(qū)，確定澆筑時間的原則應(yīng)盡量避開炎熱天氣和晝夜溫差大的日子。如果必須在夏季施工，則應(yīng)采取材料降溫措施來控制混凝土入模溫度。

（三）施工質(zhì)量

由于施工質(zhì)量原因而產(chǎn)生的裂縫發(fā)生率在95%以上。因此，施工階段是裂縫預(yù)防的主要階段，在施工階段要注意以下幾個問題：首先混凝土要有合適的配合比，選擇合適的配合比，不僅要滿足強度要求、施工要求，還要從防止產(chǎn)生裂縫的需要出發(fā)。其次鋼筋的成型和模板安裝位置要準(zhǔn)確、牢固，以免施工中變形。鋼筋上的污物和氧化鐵皮要清除，以免影響粘結(jié)力。第三是澆筑、振搗操作要合理。

（四）養(yǎng)護

養(yǎng)護的目的是使混凝土正常硬化，強度增長，不受或少受外界影響。常規(guī)養(yǎng)護方法是噴水，對一般混凝土結(jié)構(gòu)，減小表面收縮，防止龜裂是可行的。大體積混凝土由于塊體內(nèi)外溫度不一致，強度增長不同，常常是在強度增長慢的表面開裂，其養(yǎng)護就不能只滿足于用常規(guī)方法。具體說，盡量晚拆模，拆模后要立即覆蓋或及時回填，避開外界氣候的影響，養(yǎng)護期應(yīng)以混凝土強度增長最快的階段為準(zhǔn)，即7至28天，最好能長些。

三、裂縫處理

（一）表面修補法

表面修補法是一種簡單、常見的修補方法，它主要適用于穩(wěn)定和對結(jié)構(gòu)承載能力沒有影響的表面裂縫以及深進裂縫的處理。

（二）灌漿、嵌縫封堵法

灌漿法主要適用于對結(jié)構(gòu)整體性有影響或有防滲要求的混凝土裂縫的修補，它是利用壓力設(shè)備將膠結(jié)材料壓入混凝土的裂縫中，膠結(jié)材料硬化后與混凝土形成一個整體，從而起到封堵加固的目的。常用的膠結(jié)材料有水泥漿、環(huán)氧樹脂、甲基丙烯酸酯、聚氨酯等化學(xué)材料。

嵌縫法是裂縫封堵中最常用的一種方法，它通常是沿裂縫鑿槽，在槽中嵌填塑性或剛性止水材料，以達到封閉裂縫的目的。

另外，灌漿時間應(yīng)選擇考慮在混凝土溫度最低的三、四月份進行。因為 ，這時的混凝土張開度最大，灌注效果也最好，這一點應(yīng)特別注意。

（三）結(jié)構(gòu)加固法

因超荷載產(chǎn)生的裂縫、裂縫長時間不處理導(dǎo)致的混凝土耐久性降低、火災(zāi)造成的裂縫等影響結(jié)構(gòu)強度可采取結(jié)構(gòu)補強法。主要有以下幾種方法：加大混凝土結(jié)構(gòu)的截面面積，在構(gòu)件的角部外包型鋼、采用預(yù)應(yīng)力法加固、粘貼鋼板加固、增設(shè)支點加固以及噴射混凝土補強加固。

（四）混凝土置換法

混凝土置換法是處理混凝土嚴(yán)重損壞的一種有效方法，此方法是先將損壞的混凝土剔除，然后再置換新的混凝土或其他材料。常用的置換材料有：普通混凝土或水泥砂漿、聚合物或改性聚合物混凝土或砂漿。

（五）電化學(xué)防護法

電化學(xué)防腐是利用施加電場在介質(zhì)中的電化學(xué)作用，改變混凝土或鋼筋混凝土所處的環(huán)境狀態(tài)，鈍化鋼筋，以達到防腐的目的。陰極防護法、氯鹽提取法、堿性復(fù)原法是化學(xué)防護法中常用而有效的三種方法。

（六）仿生自愈合法

仿生自愈合法是一種新的裂縫處理方法，它模仿生物組織對受創(chuàng)傷部位自動分泌某種物質(zhì)，而使創(chuàng)傷部位得到愈合的機能，在混凝土的傳統(tǒng)組分中加入某些特殊組分，如含粘結(jié)劑的液芯纖維或膠囊，在混凝土內(nèi)部形成智能型仿生自愈合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，當(dāng)混凝土出現(xiàn)裂縫時分泌出部分液芯纖維可使裂縫重新愈合。

四、結(jié)語

裂縫是混凝土結(jié)構(gòu)中普遍存在的一種現(xiàn)象，它的出現(xiàn)不僅會降低結(jié)構(gòu)物的抗?jié)B能力，影響結(jié)構(gòu)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，影響結(jié)構(gòu)物的承載能力。因此，要對混凝土裂縫進行認(rèn)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，從而有效的保證工程質(zhì)量。

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