混凝土結構裂縫成因探討

顧金星

南京南大工程檢測有限公司 江蘇 南京 210008

隨著我國經濟建設的不斷發展，各種建筑在數量上逐年增多，但由于缺乏必要的養護和管理，許多已建成并投入使用多年的房屋建筑都不同程度出現了不同形式的破損破壞現象。預防和控制混凝土結構裂縫開展，確保現有建筑和設施的正常使用，維護人民群眾的居住安全和正常生活條件，延長建筑結構的使用壽命，是一項長期而復雜的重要任務。

1 探究混凝土開裂的成因

在混凝土結構中，裂縫是一種最為普遍的損傷缺陷，其出現頻率之高令人驚嘆。隨著混凝土新技術和施工工藝的不斷更新，一些混凝土出現了不同程度的裂縫問題。這些裂縫的存在不僅會對建筑物的外觀造成影響，還會對建筑物的使用功能產生負面影響，進而顯著降低結構的整體性和剛度，甚至可能導致鋼筋腐蝕，縮短建筑物的使用壽命，降低其耐久性，最終對人民生命財產安全構成嚴重威脅。因此，必須重視對建筑混凝土結構裂縫問題的研究和防治。對于混凝土結構的裂縫，進行全面的檢測、鑒定和綜合分析，以找出裂縫的成因，并有針對性地提出裂縫處理方案和排除潛在隱患，至關重要。

1.1 溫度裂縫

當混凝土受到內外溫度變化的影響時，其表面可能會出現裂縫，這是一個需要特別注意的問題。混凝土結構一般為超靜定結構，由于外界環境與混凝土之間存在著溫差以及時間作用，當溫度應力達到一定數值的時候，不可避免的使混凝土構件中產生裂縫。無論選用何種材料，其品質都會受到溫度變化、交替收縮和膨脹等多種因素的影響，從而在結構上產生細微的變化。一旦混凝土結構內表面與外部溫差較大，就有可能導致混凝土裂縫產生。當混凝土結構內部出現開裂現象時，輕者影響外觀質量，重者會導致內部鋼筋銹蝕，其所帶來的影響將是極其嚴重的。然而，在一天的不同時間段內，混凝土的溫度差異也在不斷變化，當溫差明顯時，混凝土的變形會受到較大限制，并逐漸被拉伸，從而引發裂縫問題。

1.2 干燥收縮

當混凝土在干燥環境硬化過程中，其體積的變化會受到干縮的影響，這種干縮現象非常復雜也是導致干縮裂縫形成的根源。混凝土中由于水泥水化而產生的收縮應力和水灰比、粉煤灰摻量、骨料種類等因素都對干縮有著重要的影響。混凝土表面的干縮裂縫呈現出錯綜復雜的走向，缺乏規律性，通常在露天養護一段時間后，側面或表層會出現。

1.3 塑性收縮

在混凝土澆筑的早期階段，一般在終凝之前的塑性階段，結構表面會出現形態不規則、長度不一的塑性裂縫。由于早期水分蒸發劇烈而引起收縮應力集中，當環境溫度升高后，產生了拉應力而開裂。裂縫的可塑性表現為裂縫出現后，可以通過二次壓實等措施進行閉合，這是一個特殊的分類。

1.4 荷載裂縫

當荷載施加于構件時，不同性質的荷載會導致裂縫呈現出多樣的形態，通常情況下，主拉應力的方向與裂縫方向呈正交關系。因此，在實際的工程中，我們盡量要保證結構構件受到的內力為正壓力或在主拉應力方向配置足夠的鋼筋，否則就容易發生裂縫問題，而這也正是導致建筑工程質量降低的主要原因之一。在實際的建造過程中，也存在多種因素會對結構在受荷后出現的裂縫產生影響，這些裂縫通常會在建造和使用過程中出現。如果沒有采取合理有效的控制措施，則會導致裂縫進一步擴展，使建筑質量受到重大影響。當構件在堆放、運輸、吊裝時的吊點和墊塊位置不當，或者施工已經嚴重超載，張拉預應力值過大時，若脫模方法不當或過早脫模，荷載裂縫也有可能出現。

1.5 不均勻沉降

當建筑物的地基基礎出現不均勻的沉降時，結構構件會遭受強制變形，導致結構構件內部產生附加應力，從而引發混凝土構件的開裂現象。這種裂縫一般稱為剪切裂縫或彎剪裂縫，以八字形裂縫居多。隨著沉降不均度的不斷加劇，裂縫的規模和寬度也將進一步擴大。因此在結構設計中必須考慮到這種不利影響。地基變形的情況決定了這類裂縫的尺寸、形態和走向。因此，在分析研究建筑上部結構中出現的裂縫問題時要充分考慮到這些因素，并采取相應措施加以控制。此外，由于涉及到設計、材料、施工和使用等多個方面的因素，導致裂縫的出現，其影響范圍廣泛，內容繁多。

1.6 原材料的影響

選用不同強度等級的混凝土，如砂、石、水泥、外加劑和摻合料等都會對結構裂縫的形成和擴展產生顯著影響，尤其是水泥強度等級和細度對混凝土開裂的影響尤為重要，因為水泥強度等級越高的混凝土設計，其脆性和收縮性也越高，更容易出現開裂問題。因此在實際施工過程中一定要注意控制好原材料質量，保證混凝土強度達到規范要求。粗骨料中含有較多的泥塊或砂粒，使得混凝土強度下降而導致出現早期裂縫。混凝土收縮的不斷增加，粗細集料的級配與含泥量過大的粗細集料的質量息息相關，若不符合相關規定，很容易導致混凝土收縮問題的出現，從而引發裂縫。所以說控制好粗集料的質量是一個重要環節，而控制好粗集料中的水分含量和含泥量則可以有效地降低混凝土的收縮。對于混凝土的摻合料和外加劑而言，若摻量和選擇不當，則可能導致混凝土出現一定程度的收縮問題。對于粗粒狀材料來說，其抗拉性能要比細粒料強一些，而對水泥石來講則不然，這就導致了粗顆粒水泥石的抗裂性不如后者好。不同種類的水泥在收縮程度上存在顯著差異，礦渣硅酸鹽水泥相較于普通硅酸鹽水泥表現出更為明顯的收縮趨勢[1]。

1.7 施工的影響

混凝土作為一種人造混合材料，其品質的重要指標在于其成型后的均勻性和致密性。在施工過程中由于各種原因，混凝土會出現不同程度的裂縫。因此，混凝土在運輸、攪拌、振搗、澆灌等多個工序環節中所出現的任何缺陷和疏漏，均可能是導致裂縫產生的直接或間接原因。由于混凝土澆筑時受到環境氣溫、濕度以及水泥水化熱溫升等因素影響，容易導致混凝土出現各種不同形式的裂縫。混凝土的開裂還可能源于模板構造的缺陷，如漏漿、漏水、支撐剛度不足、支撐地坪下沉以及過早拆模等因素。另外，澆筑時溫度過高也會使混凝土內部水分蒸發過快而導致裂縫出現。在實際的施工過程中，若鋼筋表面受到污染或者混凝土保護層過小或過大，都可能會導致開裂的情況。混凝土的養護質量，特別是在早期階段，將直接影響到裂縫的開展程度，因為早期的內外溫差過大或表面干燥過快等因素都可能導致裂縫的產生。

1.8 設計的影響

混凝土構件的開裂與設計因素也有一定關系，其中最常見的是構件截面的突然變化，開口或裂縫引起的應力集中，以及不當的設計處理。在構件設計中，若鋼筋配置過少或過粗，將會導致構件出現裂縫；而若預應力施加不當，則會引發構件出現局部裂縫；由于采用的混凝土強度等級過高，導致水泥用量過多，從而對收縮產生了不利的影響；在結構設計中，未充分考慮混凝土構件的收縮變形，這一因素被忽略了，導致結構分段過長進而產生裂縫；混凝土開裂的原因多種多樣，其中也包括但不限于結構縫的不當設置等。

2 混凝土結構裂縫的預防措施

根據對混凝土結構各類裂縫成因的深入分析，我們可以得出結論：在控制混凝土結構裂縫方面，需要從混凝土原材料的選擇、建筑結構的設計以及施工過程等三個方面采取相應的措施。

2.1 加強監管力度

有些材料供應商所生產的原材料未能達到相關標準，例如水泥品牌與實際情況不符、鋼筋的抗拉強度不足、直徑未達到標準值。這些都是施工企業在選擇原材料時出現了偏差而造成的，因此，要想提高建筑施工中的工程質量就必須保證原材料的合格率。為了降低成本，一些施工單位常常會采購成本較低的原材料，這種做法可能導致原材料的整體性能不盡如人意。另外，由于某些施工單位對于建筑材料驗收沒有嚴格把關，一些質檢人員在檢驗合格后，沒有對同等級、同批次的原材料進行復檢，導致一些不合格的材料出現在施工現場，最終影響了國家建筑質量標準的實現。這些都是由于沒有做好建筑工程原材料驗收工作所造成的。因此，在建筑的施工階段，必須對原材料進行嚴格的把控，提升質檢人員的素質和能力，同時按照相關流程對施工標準和進度進行嚴格控制，以最終實現提高建筑質量的目標。

2.2 對建筑物施工過程進行把控

為了確保混凝土澆筑的質量和效率，建筑施工人員需要具備高超的職業技能，以應對澆筑過程中的復雜性和不確定因素，包括明確澆筑方法、順序、注意事項以及施工安全管理等。對于大型建筑物來說，為了保證其結構穩定，可以采用整體澆筑法，但同時必須要做好基礎施工工作[2]。另外，考慮到鋼筋的長度和跨度較大，可能會導致較大的位移，因此必須嚴格控制鋼筋的位置在規范允許的范圍內，這一點至關重要。對于不同種類的混凝土來說，其養護方式和要求都不一樣。在考慮混凝土材料和周邊環境溫度等因素的基礎上，應確定適當的養護時間，并在澆筑完成后立即進行恰當的保溫和保濕處理，同時定期進行監測，以避免出現裂縫。

2.3 合理設置伸縮縫

在建筑結構的設計過程中，可以將不規則結構劃分為多個獨立規則的變形單元，并在這些單元之間設置沉降縫、伸縮縫等措施，以解決基礎沉降不均勻和由于環境溫度變化和自身收縮所導致的內部應力問題。有時候，伸縮縫或沉降縫的設置可能會犧牲建筑的使用功能，因此若建筑的使用功能必須緊密相連，則無法設置伸縮縫。

2.4 對建筑物設置后澆帶

為了適應建筑結構沉降和混凝土收縮所帶來的混凝土結構變形，當變形縫無法設置時，我們在基礎底板、梁墻等位置預先設置施工縫，并在規定的時間后進行澆筑，從而將建筑結構連接為一個整體，這就是后澆帶的應用范圍。這種方法能夠有效減少建筑物因不均勻沉降和混凝土自身收縮變形導致的開裂現象。為確保混凝土前后澆筑之間不會出現開裂，后澆帶的混凝土結構強度應高于原混凝土的強度等級，并且在溫度較低的情況下進行澆筑。對于地下室外墻與主體結構連接處采用后澆帶的方式來銜接墻體和主體結構可以說是一種較為先進有效的做法。因為后澆帶需要進行二次澆筑，所以其支撐部件的保留時間會被推遲一些，這將對整個建筑結構的施工通道和作業空間產生一定的影響，同時也會導致總工期的推遲。

2.5 對建筑結構設置膨脹混凝土加強帶

在混凝土加強帶內部添加膨脹劑，使其與水泥水化產物發生化學反應，從而引發混凝土的膨脹，其強度高于澆筑混凝土一個等級，位于建筑結構收縮應力最大的位置，一般在建筑結構長度方向的中央位置。在工程實踐中得出的結論是，采用膨脹混凝土加強帶可以實現不間斷施工，而對于超長混凝土結構，則能夠實現不留縫隙不開裂的效果，從而消除了分縫處理所帶來的麻煩，縮短了施工工期，節約了施工成本，同時也提高了效益。因此，對膨脹混凝土加強帶在建筑施工中應用技術展開研究具有重要意義。相較于后澆帶，膨脹加強帶在控制結構不均勻沉降變形方面表現欠佳。由于膨脹加強帶內的材料和構造措施不同，對溫度變化的影響也有所不同，因此不能簡單地將它等同于普通后澆帶來對待。此外，建筑沉降差異的控制需要采用后澆帶，而膨脹加強帶并不能完全替代[3]。

2.6 合理設計建筑結構，增加混凝土結構抗裂構造

在進行建筑結構設計時，應當優先考慮平面設計的規則性，以減少樓面之間的結構突變風險；對于不規則構件，可采用加強框架梁柱等結構構件的措施來減少產生裂縫的風險。在存在開口或凹口等會削弱結構強度的區域，應當適當增加鋼筋的配備；在那些需要承受較大載荷、容易發生較大變形的區域，引入加強筋以提高其抗拉強度，從而有效減少裂縫的產生；在受力情況復雜的地方，采用較高剛度和強度的鋼筋，以增強其承載能力。在相同的配筋量條件下，較小直徑的配筋比較大直徑的配筋更具有預防混凝土開裂的效果。對裂縫出現較多或寬度較大的地方，可采取加強措施以避免開裂。對于那些容易出現應力集中的區域，必須實施加固措施，以避免出現裂縫的情況。

2.7 運用預應力技術

預應力是一種用于優化結構載荷分布的技術，它通過施加預先的壓應力來抵消結構變形所產生的拉應力，從而降低結構開裂的風險。在實際工程應用時，可以通過將預應力和其他方法相結合使用，以達到更好的效果。無需使用粘接預應力技術，可以更有效的預防混凝土結構出現開裂現象，具有重要的應用價值。在鋼筋混凝土結構中，通過施加預應力對鋼筋進行拉伸，以消除環境溫度變化所導致的混凝土收縮引起的拉應力，從而預防裂縫的產生。

3 結語

混凝土結構的開裂是由多種因素造成的，但人為因素造成的開裂是可以避免的，有些是由于混凝土材料的基本特性或周圍環境的溫度變化造成的，而有些則是難以預防的。因此，對于混凝土結構設計人員而言，如何防止混凝土出現開裂已經成為了一項重要而緊迫的任務。在控制混凝土結構開裂的過程中，選擇一種既經濟實用又能夠有效解決開裂問題的方法至關重要。因此，我們需要注重理論與實踐的有機結合，總結經驗，長期探索，不斷完善裂縫控制的理論和技術，從而設計和建造更多高質量的建筑。