建筑結構設計出現裂縫的原因及對策解析

桑凱文 李中政

摘 要：當混凝土結構出現裂縫時，建筑工程的整體強度將會被直接影響，裂縫會使混凝土的鋼筋暴露在建筑表面，鋼筋更容易受到水、空氣等外界因素的腐蝕而質量下降，工程項目強度也隨之下降。另外，這一危害還會加重裂縫問題，使建筑工程出現惡性循環，建筑物的耐久性逐漸變低，影響建筑在工程后期的使用性，減少建筑物壽命。本文筆者根據工作實踐經驗對建筑結構設計出現裂縫的原因及對策進行了分析探討。

關鍵詞：建筑結構設計；裂縫；原因；對策

1 建筑結構裂縫形成的原因

1.1 水泥水化熱大

影響水泥水化熱高的因素主要有水泥品種及每方混凝土的水泥用量。在一般的建筑工程中水泥水化熱引起混凝土的溫升在20～30℃范圍內，由于混凝土結構物多處在自然散熱條件中，其實際最高溫度多發生在混凝土澆筑的最初3d內。隨著混凝土齡期的增長，混凝土強度越高，彈性模量也不斷增大，混凝土內部降溫收縮的約束也越來越大，從而導致混凝土內部產生較大的拉應力，當拉應力超過混凝土極限抗拉強度時，就會產生溫度裂縫。

1.2 材料質量因素

（1）水泥。水泥的技術要求包括控制凝結時間、體積安定性，強度等級及堿含量等指標。水泥含氧化鈣過多，會使混凝土構件產生膨脹性裂縫，強度不足會引起混凝土開裂；（2）砂石。砂石級配不良，粒徑太小導致水和水泥用量增加，使混凝土收縮增大；砂石中的有害物質如含泥、云母、有機質、硫酸鹽及硫化物等都會降低骨料與水泥的黏附性，導致開裂。

1.3 施工工藝因素

混凝土攪拌、運輸的時間超過規范要求，會使水分蒸發過多，導致不規則收縮裂縫產生；模板拆模過早，混凝土強度不足，構件在自重或施工荷載作用下會產生裂縫；振搗方式不當造成混凝土分層離析，或造成混凝土砂漿大量向低處流淌，致使混凝土產生不均勻沉降收縮而在結構厚薄交界處出現裂縫；混凝土初期養護工作管理不嚴，造成混凝土早期強度增長時失水，收縮量大，使得混凝土與大氣接觸的表面上出現不規則的收縮裂縫。

1.4 徐變因素

徐變主要發生在混凝土結構的構件中，在其內部內應力的影響下，會導致混凝土結構出現彈性變形，長時間作用下，會產生不同程度的裂縫。徐變現象的產生，會嚴重降低建筑的抗裂性能，比如常見的一些受彎構件拉區，徐變現象較為明顯。

2 建筑混凝土結構裂縫的處理與預防措施

2.1 降低混凝土散熱量

（1）采用低水化熱的水泥，優先選用礦渣、火山灰、粉煤灰、復合水泥，不宜采用硅酸鹽水泥。在混凝土內埋設冷卻水管，減低溫度；（2）摻粉煤灰。優質粉煤灰水化熱比水泥小，且需水性小，有減水作用，可降低混凝土的單位用水量和水泥用量，還可減小混凝土的體積收縮，有利于防裂；摻粉煤灰還能抑制堿-骨料反應，并防止因此產生的裂縫；（3）優選大粒徑粗骨料。集料粒徑越大，表面積就越小，水泥及水的用量需求就越小，盡量采用中粗砂；在砂石堆場上搭設遮陽篷，必要時可在使用前沖洗骨料，以降低溫度；（4）合理選擇外加劑。減水劑可起到減少水和水泥用量的作用，從而降低混凝土的溫度。

2.2 對混凝土澆筑的控制

（1）要在建筑材料方面確保混凝土的結構剛度符合要求，以提升建筑結構的剛度，避免混凝土內部結因收縮問題引起的不均勻沉降導致建筑開裂；（2）在施工前要按照規定在建筑外墻角的位置放置放射筋，以控制現澆混凝土樓板的裂縫問題。一般情況下，需要在每個外墻角設置5～8根放射筋，配筋范圍要大于樓板跨度的1/3，放射筋間距為0.1m，以滿足板角應力的需要，提升混凝土的抗剪力；（3）混凝土的終凝時間為12h，在澆筑后的12h內施工單位要采取相關措施對混凝土進行保溫、保濕。常規情況下，混凝土表面與內部的溫度應保持在25℃，施工人員應采取科學的材料溫度測試辦法，并根據混凝土的材料及施工環境制定保溫方法，嚴格控制降溫速率，同時用薄塑料膜對混凝土表面進行覆蓋，維持混凝土的水分，提高混凝土的質量，避免建筑出現裂縫等問題。

2.3 溫度應力裂縫處理與預防措施

混凝土的線性膨脹系數表示為1×10-5/℃。在混凝土內外溫差較大的情況下，會產生壓應力繼而產生拉應力，當拉應力大小超過混凝土的抗壓極限強度時會形成所謂的溫度應力裂縫。混凝土因收縮而開裂主要是因為混凝土缺水，含水量不足。尤其在內部水分不足外部環境又特別干燥的情況下裂縫容易會順著結構慢慢貫通，從而導致混凝土建筑的表面產生表面裂縫。由于溫度發生冷卻收縮或干燥收縮混凝土會產生溫度應力，致使建筑結構產生裂縫。下面這個式子便可以說明溫度應力與構件的關系：amax=0.5tLLyl。構件中間的最大溫度便是a：組件之間的摩擦系數為tLL；l表示構件長度。隨著構件的長度增加溫度應力也跟著增加。因此裂縫就比較容易產生。因此，我們也應該對結構構件的長度保持足夠的重視。避免溫度應力裂縫的關鍵點在于怎么保持混凝土水分。因為混凝土收縮而產生的裂縫多出生于施工的過程之中，因此在混凝土澆筑施工過程中應適當注意水分蒸發，以及水分和石灰的比例在外界因素的影響下發生的變化。3～4h后澆注的混凝土會因強風天氣和炎熱的天氣使表面水分迅速蒸發，施工人員用在表面覆蓋保濕對象的方法保濕，如草袋或塑料薄膜等。建設工程進行時，應對混凝土保濕，盡量避免產生溫度應力裂縫，規避建筑結構表面的開裂現象。

2.4 相關修補方法的應用

（1）灌漿法。主要是將瀝青、水泥等材料注入裂縫中，使其在擴散過程中自然固化，恢復建筑物原有的使用功能；可選擇的灌漿材料包括環氧樹脂漿、水玻璃等；（2）預應力法。主要是通過擰緊螺帽來達到減小裂縫或閉合裂縫的目的，比如利用鉆機打孔，將相應長度的螺桿放入孔內擰緊，增強其預應力，控制裂縫；（3）填充法。該方法在運用前，要先利用磨光機、風鎬等設備對裂縫進行擴張、打磨處理，再利用瀝青油膏、水泥砂漿等材料分層進行抹壓，將裂縫封閉；（4）涂覆法。該方法適用于一些細小且不影響施工工藝操作的裂縫，主要利用機械或手工噴涂的方式，將噴涂材料覆蓋在裂縫表面，使其形成一層保護層。

2.5 采用鋼纖維的控制方式

通過在鋼筋混凝土梁底部加入鋼纖維的方式控制結構裂縫。一方面，混凝土中的鋼筋可以起到抗裂作用，提高建筑結構的質量，比如鋼筋鋼釬維混凝土梁，當鋼筋混凝土梁中摻入了1.0～1.5%的鋼纖維時，鋼纖維混凝土層的截面高度就會達到0.3倍作用，且其彎拉性能幾乎與全截面鋼纖維混凝土梁一致，故在鋼筋混凝土梁中加入鋼纖維可以起到很好的裂縫控制效果。另一方面，鋼纖維依靠粘合力對混凝土基體會實施一個反向的作用力，這種反向作用力能夠有效緩沖混凝土基體裂縫端的應力集中問題，并且在荷載作用到達裂縫端后，使混凝土基體能防止結構構件過早發生開裂，保障混凝土構件的正常使用。同時，鋼釬維能替混凝土分擔截面的壓力，減小裂縫截面上的鋼筋應力并對其約束，使建筑結構的剛度整體加強，建筑質量整體提高。

3 結語

綜上所述， 各式各樣的裂縫出現在建筑結構設計里，并且解決方案的針對性和范圍也不盡相同。結構的設計師和工程設計師應根據現場的情況對裂縫產生的原因進行觀察分析。用合理的設計、規范的施工、安全的維護等措施，來防止裂縫出現。

參考文獻：

[1] 蔡煥琴，郝勇.玄武巖纖維修復加固綜合法修補混凝土結構裂縫的研究[J].建筑技術，2012（2）：160～162.

[2] 蘇衛強，何力.鋼筋混凝土結構開裂的非線性模型應用研究[J].水利水電技術，2015（6）：100～103.