論混凝土裂縫的原因、預(yù)防與處理

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摘要：近幾年的城市建設(shè)飛速發(fā)展，尤其是房屋建筑。在建筑業(yè)繁榮的背景下，建筑主管部門受到的投訴也多了起來(lái)，特別是住房混凝土的裂縫是最普遍的問(wèn)題之一。 鋼筋混凝土的裂縫、混凝土裂縫是混凝土的一種常見(jiàn)病和多發(fā)病。病情絕大多數(shù)發(fā)生于設(shè)計(jì)及施工階段，其原因復(fù)雜多變，一般可分為微觀裂縫和宏觀裂縫兩大類。微觀裂縫是指肉眼看不到的、砼內(nèi)部固有的一種裂縫，它是不連貫的。寬度一般在0.05mm以下，這種砼本身固有的微觀裂縫，荷載不超過(guò)設(shè)計(jì)規(guī)定的條件下，一般視為無(wú)害。宏觀裂縫寬度在0.05mm以上，并且認(rèn)為寬度小于0.2~0.3mm的裂縫是無(wú)害的，但是這里必須有個(gè)前提，即裂縫不再擴(kuò)展，為最終寬度。

鋼筋混凝土裂縫的控制問(wèn)題是建筑工程中很重要的問(wèn)題之一，特別是隨著泵送商品混凝土獲得廣泛應(yīng)用之后，混凝土均質(zhì)性有了很大改善的同時(shí)，裂縫控制技術(shù)難度大大增加了，本文是在大量建設(shè)實(shí)踐和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)研究基礎(chǔ)上，概述了變形作用引起裂縫的原因，約束變形特征，抗與放的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則以及最大裂縫寬度限值及預(yù)防進(jìn)行了闡述。

關(guān)鍵詞: 裂縫　分析   控制   水泥混凝土  鋼筋混凝土

第一章  前言

混凝土是由水泥為主的膠結(jié)材漿體將散落的砂石混合粘結(jié)在一起,是一種多元、多相、非勻質(zhì)水泥基復(fù)合材料。從開始澆注、振搗就會(huì)出現(xiàn)骨料下沉、漿體上浮現(xiàn)象,而漿體受骨料約束,在混凝土內(nèi)部和表面會(huì)出現(xiàn)大量微細(xì)裂縫。以后隨養(yǎng)護(hù)條件、環(huán)境條件和荷載情況的變化會(huì)出現(xiàn)多種多樣的裂縫。有些裂縫在環(huán)境、荷載條件變化時(shí)可以愈合,有些裂縫則隨環(huán)境、荷載條件的變化而發(fā)展;有些肉眼可見(jiàn)的裂縫并不影響結(jié)構(gòu)物的安全,為無(wú)害裂縫,有些則影響結(jié)構(gòu)物的安全為有害裂縫

在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，一個(gè)相當(dāng)普遍的質(zhì)量問(wèn)題就是結(jié)構(gòu)的裂縫問(wèn)題，且有日趨增多的趨勢(shì)，它已影響到正常的生活和生產(chǎn)，并困擾著大批工程技術(shù)人員和管理人員，是一個(gè)迫切需要解決的技術(shù)難題。由于結(jié)構(gòu)在外荷載作用下的破壞和倒塌是從裂縫擴(kuò)展開始的，因此人們對(duì)裂縫往往產(chǎn)生一種建筑破壞的恐懼感，是可以理解的。早在1932年，前蘇聯(lián)的教授在鋼筋混凝土強(qiáng)度理論就指出,如正常配筋受彎構(gòu)件的破壞狀態(tài)是指受拉區(qū)鋼筋到達(dá)屈服強(qiáng)度，受壓區(qū)混凝土到達(dá)受彎的抗壓強(qiáng)度，此狀態(tài)稱為承載力極限狀態(tài)。這一狀態(tài)全過(guò)程是伴隨著荷載的不斷增加，裂縫出現(xiàn)(鋼筋應(yīng)力只有40～60MPa)，裂縫擴(kuò)展，受壓區(qū)塑性不斷發(fā)展，最后達(dá)到完全破壞。此時(shí)破壞荷載往往是裂縫出現(xiàn)荷載時(shí)的3～5倍，因此，很多大型鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，僅僅自重就超過(guò)了極限荷載的30%,在此條件下鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)帶有輕微裂紋是完全正常的，結(jié)構(gòu)是安全的，恐懼是不必要的。

但是近年來(lái)大量裂縫的出現(xiàn)，并非與荷載作用有直接關(guān)系，通過(guò)大量的調(diào)查與實(shí)測(cè)研究證明這種裂縫是由于變形作用引起，包括溫度變形(水泥的水化熱、氣溫變化、環(huán)境生產(chǎn)熱)，收縮變形(塑性收縮、干燥收縮、碳化收縮)及地基不均勻沉降(膨脹)變形。由于這些變形受到約束引起的應(yīng)力超過(guò)混凝土的抗拉強(qiáng)度導(dǎo)致裂縫，統(tǒng)稱“變形作用引起的裂縫”。

第一節(jié)  鋼筋混凝土常見(jiàn)裂縫原因分析

1.1混凝土裂縫的分類

混凝土裂縫是混凝土的一種常見(jiàn)病和多發(fā)病。病情絕大多數(shù)發(fā)生于施工階段，其原因復(fù)雜多變，一般可分為微觀裂縫和宏觀裂縫兩大類：

微觀裂縫是指肉眼看不到的、砼內(nèi)部固有的一種裂縫，它是不連貫的。寬度一般在0.05mm以下，這種砼本身固有的微觀裂縫，荷載不超過(guò)設(shè)計(jì)規(guī)定的條件下，一般視為無(wú)害。

宏觀裂縫寬度在0.05mm以上，并且認(rèn)為寬度小于0.2~0.3mm的裂縫是無(wú)害的，但是這里必須有個(gè)前提，即裂縫不再擴(kuò)展，為最終寬度。

1.2混凝土裂縫的成因

裂縫產(chǎn)生的形式和種類很多，有設(shè)計(jì)方面的原因，但更多的是施工過(guò)程的各種因素組合產(chǎn)生的，要根本解決混凝土中裂縫問(wèn)題，還是需要從混凝土裂縫的形成原因人手。正確判斷和分析混凝土裂縫的成因是有效地控制和減少混凝土裂縫產(chǎn)生的最有效的途徑。　 

一、使用原因(外界因素)

構(gòu)筑物基礎(chǔ)不均勻沉降，產(chǎn)生沉降裂縫；使用荷載超負(fù)；野蠻裝修，隨意拆除承重墻或鑿洞等，引起裂縫；周圍環(huán)境影響，酸、堿、鹽等對(duì)構(gòu)筑物的侵蝕，引起裂縫；意外事件，火災(zāi)、輕度地震等引起構(gòu)筑物的裂縫。

二、施工工藝原因

施工工藝涉及的面很廣，一般常涉及到的有，一是水分蒸發(fā)、水泥結(jié)塊的混凝土干縮通常是導(dǎo)致混凝土裂縫的重要原因之一。二是混凝土－種人造混合材料，其質(zhì)量好壞的一個(gè)重要標(biāo)志是成型后混凝土的均勻性和密實(shí)程度。因此混凝土的攪拌、運(yùn)輸、澆搗、振實(shí)各道工序中的任何缺陷和疏漏，都可能是裂縫產(chǎn)生的直接或間接原因。

三、荷載與外荷載的原因

由各類變形荷載，包括溫度變形（水泥的水化熱、氣溫變化、環(huán)境生產(chǎn)熱），收縮變形（塑性收縮、干燥收縮、碳化收縮）及地基不均勻沉降（膨脹）變形，由于這些變形受到約束引起的應(yīng)力超過(guò)混凝土的抗拉強(qiáng)度導(dǎo)致裂縫。下面逐一進(jìn)行分析：

1.溫度裂縫：溫度裂縫多發(fā)生在大體積混凝土表面或溫差變化較大地區(qū)的混凝土結(jié)構(gòu)中。溫度裂縫的走向通常無(wú)一定規(guī)律，大面積結(jié)構(gòu)裂縫?？v橫交錯(cuò)；梁板類長(zhǎng)度尺寸較大的結(jié)構(gòu)，裂縫多平行于短邊；深入和貫穿性的溫度裂縫一般與短邊方向平行或接近平行，裂縫沿著長(zhǎng)邊分段出現(xiàn)，中間較密。

2.干燥收縮裂縫：混凝土在空氣中結(jié)硬時(shí)，體積會(huì)逐漸減小，即干縮；干縮裂縫的產(chǎn)生主要是由于混凝土內(nèi)外水分蒸發(fā)程度不同及膠質(zhì)體的膠凝等作用而導(dǎo)致變形不同所產(chǎn)生的結(jié)果。

3.塑性收縮裂縫：指混凝土在凝結(jié)之前，表面因失水較快而產(chǎn)生的收縮。一般在干熱或大風(fēng)天氣出現(xiàn)，主要原因是混凝土在終凝前幾乎沒(méi)有強(qiáng)度或強(qiáng)度很小，或者混凝土剛剛終凝而強(qiáng)度很小時(shí)，受高溫或較大風(fēng)力的影響，混凝土表面失水過(guò)快，造成毛細(xì)管中產(chǎn)生較大的負(fù)壓而使混凝土體積急劇收縮，而此時(shí)混凝土的強(qiáng)度又無(wú)法抵抗其本身收縮，因此產(chǎn)生龜裂。

4.化學(xué)反應(yīng)裂縫：主要是指堿—集料反應(yīng)產(chǎn)生的裂縫，混凝土內(nèi)水泥中的堿性氧化物（Ｎａ２Ｏ和Ｋ２Ｏ）含量較高時(shí)，與集料中所含的活性ＳｉＯ產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，并在集料表面生成一層復(fù)雜的堿—硅酸凝膠，這種凝膠吸收周圍環(huán)境中的水后體積膨脹３倍以上，造成混凝土酥松、膨脹開裂。這種裂縫一般出現(xiàn)在混凝土結(jié)構(gòu)使用期間，一旦出現(xiàn)很難補(bǔ)救。

5.沉陷裂縫：即地基不均勻沉降（膨脹）變形產(chǎn)生的裂縫，是由于結(jié)構(gòu)地基土質(zhì)不勻、松軟，或回填土不實(shí)或浸水而造成不均勻沉降所致；或者因?yàn)槟０鍎偠炔蛔悖０逯伍g距過(guò)大或支撐底部松動(dòng)等所致，特別是在冬季，模板支撐在凍土上，凍土化凍后產(chǎn)生不均勻沉降，致使混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫。

6.外荷載引起的裂縫：結(jié)構(gòu)受荷后產(chǎn)生裂縫的因素很多，施工中和使用中都可能出現(xiàn)裂縫。例如早期受震、拆模過(guò)早或方法不當(dāng)、構(gòu)件堆放、運(yùn)輸、吊裝時(shí)的墊塊或吊點(diǎn)位置不當(dāng)、施工超載、張拉預(yù)應(yīng)力值過(guò)大等均可能產(chǎn)生裂縫。