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混凝土结构裂缝产生的原因分析及处理措施 摘要：对由于变形引起的裂缝、荷载导致的裂缝、温度裂缝等几种混凝土工程种常见裂缝的产生原因进行了分析，并结合具体工程提出了一些预防及处理措施，以保证建筑物的安全承载能力及其使用功能要求。 下载 关键词：混凝土裂缝承载能力 混凝土是一种由砂石骨料、水泥、水及其他外加材料混合而形成的非均质脆性材料，因此混凝土建筑和构件通常都是带缝工作的，近代科学研究和大量的混凝土工程实践证明，在混凝土工程中裂缝问题是不可避免的，在一定的范围内也是可以接受的，只是要采取有效的措施将其危害程度控制在一定的范围之内。钢筋混凝土规范也明确规定：有些结构在所处的不同条件下，允许存在一定宽度的裂缝。混凝土的裂缝是影响混凝土耐久性的重要因素，因此研究混凝土工程裂缝产生的原因和控制方法是非常重要的。使混凝土产生裂缝的原因很多，有荷载引起的裂缝；有收缩引起的裂缝；有温度变化引起的裂缝；还有混凝土本身材料组成的因素等。在实际工程中要区别对待，根据实际情况解决问题。 1 混凝土工程中常见裂缝原因分析 1.1 混凝土自身组成方面 从混凝土自身组成方面来考虑，有以下几个影响因素：在混凝土拌和以后混凝土中的水泥和水发生反应，水泥水化产物的体积小于消耗的水泥和水的体积之和，混凝土内部形成毛细管所形成的毛细管张力将导致混凝土裂缝。水泥的水化反应是一个放热反应，这种反应热将使混凝土的体积膨胀，水泥水化反应减慢后，硬化混凝土的体积收缩而引起的应力将使混凝土出现裂纹。这是一个混凝土向外界输出能量的过程，这个过程越慢混凝土发生裂缝的几率越小。混凝土中缓慢水化成分的影响。这主要是指水泥中的死烧CaO、死烧MgO等缓慢反应物质和水泥中的过量石膏。水泥中的死烧CaO、死烧MgO水化反应特别慢，在混凝土硬化之后他们才水化，其水化产物的体积大于其原来的固体体积，这种在硬化混凝土中的不均匀体积膨胀将引起混凝土裂缝。混凝土中的活性骨料（活性二氧化硅和白云石质石灰岩）和碱（KOH和NaOH）之间的碱骨料反应也会引起混凝土裂缝。混凝土配合比的影响。配合比对混凝土的性能影响很大，由于配合比不当而引起的混凝土开裂、甚至倒塌的工程事故屡见不鲜。如由于偷工减料造成的严重贫水泥混凝土在自身重力的作用下产生的开裂、倒塌。 1.2混凝土的温度裂缝 温度裂缝多发生在大体积混凝土表面或温差变化较大地区的混凝土结构中。混凝土浇筑后，在硬化过程中，水泥水化产生大量的水化热，（当水泥用量在350550kg/m3，每立方米混凝土将释放出1750027500kJ的热量，从而使混凝土内部温度升达70左右甚至更高）。由于混凝土的体积较大，大量的水化热聚积在混凝土内部而不易散发，导致内部温度急剧上升，而混凝土表面散热较快，这样就形成内外的较大温差，较大的温差造成内部与外部热胀冷缩的程度不同，使混凝土表面产生一定的拉应力（实践证明当混凝土本身温差达到2526时，混凝土内便会产生大致在10MPa左右的拉应力）。当拉应力超过混凝土的抗拉强度极限时，混凝土表面就会产生裂缝，这种裂缝多发生在混凝土施工中后期。在混凝土的施工中当温差变化较大，或者是混凝土受到寒潮的袭击等，会导致混凝土表面温度急剧下降，而产生收缩，表面收缩的混凝土受内部混凝土的约束，将产生很大的拉应力而产生裂缝，这种裂缝通常只在混凝土表面较浅的范围内产生。 温度裂缝的走向通常无一定规律，大面积结构裂缝常纵横交错；梁板类长度尺寸较大的结构，裂缝多平行于短边；深入和贯穿性的温度裂缝一般与短边方向平行或接近平行，裂缝沿着长边分段出现，中间较密。裂缝宽度大小不一，受温度变化影响较为明显，冬季较宽，夏季较窄。高温膨胀引起的混凝土温度裂缝是通常中间粗两端细，而冷缩裂缝的粗细变化不太明显。此种裂缝的出现会引起钢筋的锈蚀，混凝土的碳化，降低混凝土的抗冻融、抗疲劳及抗渗能力等。 主要预防措施：是尽量选用低热或中热水泥，如矿渣水泥、粉煤灰水泥等，减少水泥用量。降低水灰比，一般混凝土的水灰比控制在0.6以下。改善骨料级配，掺加粉煤灰或高效减水剂等来减少水泥用量，降低水化热。高温季节浇筑时可以采用搭设遮阳板等辅助措施控制混凝土的温升，降低浇筑混凝土的温度。大体积混凝土的温度应力与结构尺寸相关，混凝土结构尺寸越大，温度应力越大，因此要合理安排施工工序，分层、分块浇筑，以利于散热，减小约束。加强混凝土养护，混凝土浇筑后，及时用湿润的草帘、麻片等覆盖，并注意洒水养护，适当延长养护时间，保证混凝土表面缓慢冷却。在寒冷季节，混凝土表面应设置保温措施，以防止寒潮袭击。 1.3荷载变化引起的裂缝 次应力裂缝是指由外荷载引起的次生应力产生裂缝。此种裂缝产生的原因有：如设计阶段由于结构物的实际工作状态同常规计算有出入或计算不考虑；计算简图不够精确等。研究表明，受力构件挖孔后，力流将产生绕射现象，在孔洞附近密集，产生巨大的应力集中，因此，若处理不当，在这些结构的转角处或构件形状突变处、受力钢筋截断处容易出现裂缝。 直接应力裂缝是指由外荷载引起的直接应力产生的裂缝。此种裂缝产生的原因很多，如设计阶段荷载漏算、内力配筋错误、结构安全系数不够等；施工阶段不按施工图施工，随意在结构上堆码材料机具等，使用阶段超载行驶，受意外撞击等都可能引起该种裂缝。 实际工作中，次应力裂缝是产生荷载裂缝的最常见原因，次应力裂缝多属张拉、劈裂、剪切性质。次应力裂缝也是由荷载引起，仅是按常规一般不计算，但随着现代计算手段的不断完善，次应力裂缝也是可以做到合理验算的。如现在对预应力、徐变等产生的二次应力，不少平面杆系有限元程序均可正确计算。在设计上，应避免结构突变（或截面突变），当不能回避时，应做局部处理，如转角处做圆角，突变处做成渐变过渡，同时加强构造配筋，转角处增设斜向钢筋，对于较大孔洞有条件时可在周边设置护边角钢。 1.4 沉陷裂缝及预防 沉陷裂缝的产生是由于结构地基土质不匀、松软，或回填土不实或浸水而造成不均匀沉降所致；也可能因为模板刚度不足，模板支撑间距过大或支撑底部松动等导致，特别是在冬季，模板支撑在冻土上，冻土化冻后产生不均匀沉降，致使混凝土结构产生裂缝。这种裂缝大多数为深进或贯穿性裂缝，其走向与沉陷情况有关，一般沿与地面垂直或呈3045角方向发展，较大的沉陷裂缝，往往会有一定的错位，裂缝宽度往往与沉降量成正比关系。裂缝宽度受温度变化的影响比较小，地基变形稳定之后，沉陷裂缝也基本趋于稳定。 主要预防措施：对松软土、填土地基在上部结构施工前应进行必要的夯实和加固。保证模板有足够的强度和刚度，且支撑牢固，并使地基受力均匀。防止混凝土浇灌过程中地基被水浸泡。模板拆除的时间不能太早，且要注意拆模的先后次序。在冻土上搭设模板时要注意采取一定的预防措施。 2 裂缝处理措施 混凝土裂缝处理的目的是恢复因裂缝引起的结构耐久性降低和承载力下降，处理裂缝的时间是裂缝发展稳定，在春秋冬季节为宜。经过对裂缝产生的原因和发展情况的调查分析，根据裂缝的现状及未来发展的预测、结构所处的环境及继续使用的年限等因素采用修补处理和加固处理两种方案。 2.1 修补处理 表面处理：适用于微细裂缝（一般宽度小于0.2mm），主要用来提高结构的防水性和耐久性，使用的材料一般为弹性涂膜防水材料、聚合物灰浆等。在防护的同时为了防止混凝土受各种作用的影响继续开裂，通常可以采用在裂缝的表面粘贴玻璃纤维布等措施。 压力灌浆：是将环氧树脂或其他低黏度粘结类材料在一定压力下注入到裂缝内部，对宽度较细、深度较浅的裂缝，可用低压注入方式；此方法主要用于宽度较宽、深度很深的裂缝。常见的胶结材料有水泥浆、环氧树脂、甲基丙烯酸酯、聚氨酯等化学材料。 填充法：适合于修补较宽的裂缝（一般宽度大于0.5mm），具体做法是沿裂缝处凿开混凝土，并在该处填充密封材料、柔韧性环氧树脂及聚合物水泥沙浆等。当钢筋已经腐蚀时，应先将钢筋除锈并作防锈处理后再作填充。 2.2 加固处理 粘结钢板法：将钢板作为补强材料通过结构胶粘贴在混凝土受拉侧的表面，使其与被加固混凝土形成一体共同受力，从而提高结构的承载力。 粘贴碳纤维布法：是使用碳纤维配套树脂将碳纤维布作为补强材料粘贴在混凝土结构表面，共同受力以提高承载力的加固方法。 混凝土置换法：混凝土置换法是处理严重损坏混凝土的一种有效方法，此方法是先将损坏的混凝土剔除，然后再置换入新的混凝土或其他材料。常用的置换材料有：普通混凝土或水泥砂浆、聚合物或改性聚合物混凝土或砂浆。 3 工程实例 济南国际会展中心，系超长大体积混凝土结构，130*60m。采用“抗放结合”的综合措施，从材料的优选到构造配筋，严格的施工养护，并采用开发多孔管道的喷淋装置，长时间潮湿养护，采用大间距后浇带方便施工，不仅取得裂缝控制成功，且与原方案（钢纤维，膨胀剂UEA，高强混凝土等）比较节约数千余万元投资。 成都城市广场地下工程。由四大建筑群组成，每个区域均为独立大型混凝土基础，建有一座高层建筑，混凝土基础尺寸150*90m，混凝土浇注量为8500m3，采用的技术措施：基础底板和基岩之间设置三层油毡的滑动层，减少外约束力。在基础变截面增厚处设置50mm厚的聚苯乙烯泡沫板，减缓由于变截面带来的应力集中现象。采用跳仓浇筑方法。在施工缝上设置钢板止水带并涂刷YJ-302型混凝土界面剂，使新老混凝土紧密结合，通过采取这些措施，可以缩短工期，并有效的控制裂缝，提高了工程质量。 4 结语 裂缝的存在是混凝土工程中的一种普遍现象，它的出现不仅会降低建筑物的抗渗能力，影响建筑物的使用功能，而且会引起钢筋的锈蚀，混凝土的碳化，降低材料的耐久性，影响到建筑物的承载能力，因此要对混凝土裂缝进行认真研究、区别对待，采用合理的方法进行处理，并在施工中采取各种有效的预防措施来预防裂缝的出现和发展，保证建筑物和构件安全、稳定的工作。 参考文献： 王铁梦.工程结构裂缝控制M.北京:中国建筑工业出版社，1997. 富文权，韩素芳