探析钢筋混凝土结构裂缝产生的原因及预防

1、探析钢筋混凝土结构裂缝产生的原因及预防摘要：本文重点分析建筑钢筋混凝土结构裂缝产生的各种原因，并根据多方面的科学研究和大量工程实践提出控制钢筋混凝土结构裂缝的预防措施。关键词：钢筋混凝土结构；裂缝;原因分析;预防措施;裂缝处理1前言近年来,随着钢筋混凝土结构的长大化和复杂化，以及商品混凝土的大量推 广和混凝土强度等级的提高，结构裂缝出现机率大大增加，有些已危及结构的安 全性和耐久性，有的地下工程裂渗已影响其使用功能。笔者根据长期的科学研究 和大量工程实践，提出钢筋混凝土结构裂缝原因及控制、预防措施,供工程界参考 不妥之处请指正。2结构裂缝产生的原因及预防结构裂缝产生的原因很复杂，根据国内外的调

2、查资料，引起裂缝有两大类原 因,一种由外荷载（如静、动荷载）的直接应力和结构次应力引起的裂缝，其机率约 20%;种是结构因温度、膨胀、收缩和不均匀沉降等因素由变形变化引起的裂缝 , 其机率约80%裂缝发生与材料、设计、施工和维护有关，现作以下分析。材料缺陷在变形裂缝中收缩裂缝占有80%勺比例,从混凝土的性质来说大概有：干燥收缩研究表明，水泥加水后变成水泥硬化体，其绝对体积减小。每100克水泥水 化后的化学减缩值为79ml,如混凝土水泥用量为350kg/m3,则形成孔缝体积约 2530l/m3之巨。这是混凝土抗拉强度低和极限拉伸变形小的根本原因。研究 表明,每lOOg水泥浆体可蒸发水约6ml,如

3、混凝土水泥用量为350kg/m3,当混凝土 在干燥条件下，则蒸发水量达2ll/m3。毛细孔缝中水逸出产生毛细压力，使混凝 土产生“毛细收缩”。由此引起水泥砂浆的干缩值为;混凝土的干缩值为而混凝土的极限拉伸值只有，故易引起干缩裂缝，干燥收缩裂纹出现 在接近1年龄期内。温差收缩对于强度要求较高的混凝土 ，水泥用量相对较多，水泥水化是个放热过程， 其水化热为l65250焦尔/克,随混凝土水泥用量提高，其绝热温升可达 50 80C。研究表明，当混凝土内外温差 1 0 C时，产生的冷缩值 £ C= T/ a =10/110-5=%,如温差为2030C时,其冷缩值为，而混凝土极限拉伸值只有%,

4、因而冷缩常引起混凝土开裂。塑性收缩混凝土初凝之前出现泌水和水份急剧蒸发，引起失水收缩，此时骨料与水泥 之间也产生不均匀的沉缩变形，它发生在混凝土终凝之前的塑性阶段 ，故称为塑 性收缩。其收缩量可达1流右。在混凝土表面上，特别在抹压不及时和养护不良 的部位出现龟裂,宽度达I2mm属表面裂缝。水灰比过大,水泥用量大,外加剂 保水性差，粗骨料少，振捣不良，环境温度高，表面失水大等都能导致混凝土塑性 收缩而发生表面开裂现象。自生收缩密闭的混凝土内部相对湿度随水泥水化的进展而降低 ，称为自干燥。高水灰 比的普通混凝土（OPC）由于毛细孔隙中贮存大量水分，自干燥引起的收缩压力较 小，所以自生收缩值较低而不

5、被注意。但是，低水灰比的高性能混凝土 （HPC）则不 同,早期强度较高的发展率会使自由水消耗较快，以至使孔体系中的相对湿度低于80%而HPC结构致密，外界水泥很难渗入补充，在这种条件下开始产生自干收 缩。研究表明，龄期2个月水胶比为的HPC自干收缩率为，水胶比为的HPC,自干 收缩率为% HPC的总收缩中干缩和自收缩几乎相等，水胶比越小自收缩所占比例 越大。由此可知,HPC的收缩性与OPC完全不同，OPC以干缩为主，而HPC以白干收 缩为主。问题的要害是:HPC自收缩过程开始于水化速率处于高潮阶段的头几天 ， 温度梯度首先引发表面裂缝，随后引发内部微裂缝，若混凝土变形受到约束，则进 一步产生收

6、缩裂缝。这是高标号混凝土容易开裂的主要原因之一。以上是从水泥混凝土物理化学特性分析其各种收缩现象 ，早期塑性收缩会 导致结构出现表面裂缝，混凝土进入硬化阶段后，混凝土水化热使结构产生温差 收缩和干燥收缩（包括自干收缩），这是诱发裂缝的主要原因。设计方面选用合理的设计模型及适宜的长度或体积。特别考虑温度变化和混凝土收缩对结构的影响。现行混凝土结构设计规范GB50011-20XX中对此提出了几项具体措施：一是设置伸缩缝，对不同结构形式、外露环境有不同的要求。二是混 凝土浇筑采用后浇带分段施工。这只能解决混凝土收缩应力问题，不能解决温度 缝问题。三是采用专门的预加应力措施，以此抵消温度、收缩应力的影

7、响。还有 其它措施，如加强结构的薄弱环节，以提高其抗裂性能；采用可靠的滑动措施，以 减小约束变形的摩擦阻力等。适当加强构造配筋，提高配筋率，尽量配置细而密的钢筋，以减少裂缝的宽 度。在温度收缩应力较大的地方配置温度收缩钢筋。但对大体积混凝土，提高配 筋率没有太大效果，因为其配筋率往往很低。笔者认为，控制裂缝应该防患于未然，首先尽量预防有害裂缝，重点在防。我 国混凝土结构工程向长大化、复杂化发展,混凝土设计强度等级向C4旷C60发展, 设计师多注重结构安全，而对变形裂缝控制考虑不周，这也是结构裂缝发生增多 的原因之一。施工管理问题混凝土配合比设计是否科学合理，水泥与外加剂是否相适应，砂石级配及其

8、 含泥量是否符合规范要求，混凝土坍落度控制是否合理，这些都影响到混凝土的 质量及其收缩变形。混凝土浇筑震捣不均匀密实，施工缝和细部处理马虎，会带来结构开裂的后 患；过震则使浮浆过厚，抹压又不及时，则混凝土表面出现塑性裂缝，十分难看。边墙拆摸板过早（13d）,混凝土水化热正处于高峰，内外温差最大；混凝土 易“感冒”开裂。混凝土养护十分重要，但许多施工单位忽视这一环节，尤其是墙体和柱梁的 保温保湿养护不到位，容易产生收缩裂缝。某些露天构筑物尽管当地湿度很大 ， 但由于吹风影响，加速了混凝土水分蒸发速度，亦即增加干缩速度，容易引起早期 表面裂缝。这也许是夏季比秋冬季，南方比北方出现结构裂缝较多的原因

9、。从已建工程调查中发现，底板养护较好，出现裂缝概率较低，而底板上外墙 裂缝概率很高约占80%,这与保温保湿养护不足有很大关系。除上述技术因素外，施工管理不严，赶进度，偷工减料，工人素质差，施工马 虎等也是造成结构裂缝的人为因素。对维护缺乏认识我们发现不少结构是在浇筑完 36个月，甚至在I2年内出现裂缝。除荷 载问题外,主要是环境温度和风速引起的收缩变形所致。有些地下室不及时复土 ； 上部结构不及时做好封闭；出人口长期敞开，屋面防水层破坏不及时修补等。这些 与施工和业主对结构维护缺乏认识有关。钢筋混凝土结构与其他物件一样都存在 “热胀冷缩”的特征，尤其超长结构更为明显，所以,应重视已浇结构的保温

10、保湿维护工作。3混凝土构件裂缝的处理在现实工程实践中，裂缝是不可能避免的。对裂缝的处理，首先要分析其形 成原因,是由设计、施工、材料还是其它因素引起的。混凝土构件的裂缝大致分 三类。第一类是很细小的裂缝，或者说是规范所允许范围内的裂缝。这种裂缝一 般不需要处理，第二类是超出规范允许范围内的，但并不影响结构安全问题的裂缝。这种裂缝一般需处理才能满足使用功能以及结构耐久性等，第三类是裂缝较大，影响到结构安全性的裂缝，这种裂缝的构件往往需要进行结构加固处理或拆 除重建。处理方法大致两种，一是抹面处理，材料可为高强微膨胀砂浆，抗渗聚合物 砂浆或用环氧玻璃封闭；二是压力灌浆法，材料可为水泥灌浆，水泥一水

11、玻璃灌浆 环氧树脂以及现在所应用的一些化学聚合物等。4体会及建议随着混凝土材料的广泛（使用,这种材料的性能也越来越为人们所熟悉和掌 握。混凝土构件的裂缝问题也一直为工程技术人员所讨论。笔者认为，查清引起混凝土裂缝产生的全部原因是解决裂缝这个“癌症”的基础。只要我们全体混凝土工作者共同努力，先查清原因，后解决问题，裂缝问题最终总有一天会得到解 决。相信我们在设计、施工和选材方面做好各项控制措施，防裂于未来，混凝土这 种材料,必将更广泛的应用于工程实践，更好的服务于社会。参考文献混凝土结构设计规范 GB50010 20XX.中国建筑工业出版社20XX,北京。 建筑施工手册（第四版）缩印本中国建筑工业出版社出版、发