摘要：本文著重分析鋼筋混凝土結構產生裂縫的各種原因，并根據大量工程實踐和多方面的學術研究提出針對性的加固措施。

　　關鍵詞：鋼筋混凝土結構;裂縫;原因分析;預防措施

　　1概述

　　在現代化的社會建設中，鋼筋混凝土構件的建筑物日漸成長, 以及商品混凝土的大量推廣和混凝土強度等級的提高，結構裂縫出現的機率已成為一個普遍性的技術問題,在建筑工程施工過程中,輕則影響建筑結構美觀和耐久性,重則危及建筑物安全和正常使用。它的出現不僅會降低建筑物的抗滲能力,影響建筑物的使用功能,而且會引起鋼筋的銹蝕,混凝土的碳化,降低材料的耐久性,影響建筑物的承載能力,因此要對混凝土裂縫進行認真研究、區別對待,采用合理的方法進行處理,并在施工中采取各種有效的預防措施來預防裂縫的出現和發展,保證建筑物和構件安全、穩定地工作顯得猶為重要，這也是筆者所要提及的關鍵所在。

　　2結構裂縫產生的原因及預防

　　結構裂縫產生的原因很復雜，根據國內外的調查資料，引起裂縫有兩大類原因，一種由外荷載(如靜、動荷載)的直接應力和結構次應力引起的裂縫，其機率約20%;一種是結構因溫度、膨脹、收縮和不均勻沉降等因素由變形變化引起的裂縫，其機率約80%。裂縫發生與材料、設計、施工和維護有關，故作以下分析。

　　2.1材料缺陷

　　在變形裂縫中收縮裂縫占有80%的比例，從混凝土的性質來說大概有：

　　2.1.1自生收縮

　　密閉的混凝土內部相對濕度隨水泥水化的進展而降低，稱為自干燥。高水灰比的普通混凝土(OPC)由于毛細孔隙中貯存大量水分，自干燥引起的收縮壓力較小，所以自生收縮值較低而不被注意。但是，低水灰比的高性能混凝土(HPC)則不同，早期強度較高的發展率會使自由水消耗較快，以至使孔體系中的相對濕度低于80%。而HPC結構致密，外界水泥很難滲入補充，在這種條件下開始產生自干收縮。研究表明，齡期2個月水膠比為0.4的HPC，自干收縮率為0.01%，水膠比為0.3的HPC，自干收縮率為0.02%。HPC的總收縮中干縮和自收縮幾乎相等，水膠比越小自收縮所占比例越大。由此可知，HPC的收縮性與OPC完全不同，OPC以干縮為主，而HPC以白干收縮為主。問題的要害是：HPC自收縮過程開始于水化速率處于高潮階段的頭幾天，溫度梯度首先引發表面裂縫，隨后引發內部微裂縫，若混凝土變形受到約束，則進一步產生收縮裂縫。這是高標號混凝土容易開裂的主要原因之一。

　　2.1.2干燥收縮

　　研究表明，水泥加水后變成水泥硬化體，其絕對體積減小。每l00克水泥水化后的化學減縮值為7～9ml，如混凝土水泥用量為35Okg/m3，則形成孔縫體積約25～30l/m3之巨。這是混凝土抗拉強度低和極限拉伸變形小的根本原因。研究表明，每lOOg水泥漿體可蒸發水約6ml，如混凝土水泥用量為350kg/m3，當混凝土在干燥條件下，則蒸發水量達2ll/m3。毛細孔縫中水逸出產生毛細壓力，使混凝土產生“毛細收縮”。由此引起水泥砂漿的干縮值為0.1%～0.2%;混凝土的干縮值為0.04%～0.06%。而混凝土的極限拉伸值只有0.01%～0.02%，故易引起干縮裂縫，干燥收縮裂紋出現在接近1年齡期內。

　　2.1.3溫差收縮

　　在混凝土硬化過程中，混凝土構筑物可能要承受各種溫度和濕度及其它原因引起變形而產生應力裂縫，因為混凝土在內、外約束應力作用的情況下，混凝土構件的自約束應力是由于非線性的不均勻變形引起，它產生了局部裂縫，而混凝土構件(結構)在外部的約束應力由于結構與結構的相互約束，這種約束變形可能使混凝土構件(結構)產生貫穿性斷裂和局部裂縫。

　　根據王鐵夢教授的理論，在混凝土尤其是大體積混凝土澆搗完后，水泥已經開始水化，其混凝土內部的最高溫度峰值可按以下經驗公式計算，即：

　　T0=T+C·α

　　式中　T0——混凝土內部峰值溫度(C°);

　　T——混凝土澆灌入模時的溫度(C°);

　　C——每立方米混凝土水泥用量(kg/m3);

　　α——經驗系數;當采用礦渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥時;α=0.1;當采用普通水泥時α=0.105。

　　當混凝土內部溫度應力大于混凝土的拉應力時，混凝土結構將會出現裂縫，故在“混凝土結構工程施工及驗收規范《GB50204——92》”中第4.5.3條明確規定，“對大體積混凝土的養護，應根據氣候條件采取控溫措施，并按需要測定澆筑后的混凝土表面和內部溫度，將溫差控制在設計要求的范圍內;當設計無具體要求時，溫差不宜超過25C°”。而在大體積混凝土施工中，往往設計上無明確的規定，只能靠施工的經驗進行控制。

　　因為混凝土拌合物內的水泥在水化時，要產生大量的水化熱，當混凝土內外溫差超過一定的限度，先產生熱漲，緊接著受外界低溫度的影響，混凝土的拉應力大于混凝土的熱漲應力時，便會產生由溫度收縮裂縫。這種裂縫主要出現在大體積混凝土或在冬期施工的混凝土。

　　2.1.4塑性收縮

　　混凝土初凝之前出現泌水和水份急劇蒸發，引起失水收縮，此時骨料與水泥之間也產生不均勻的沉縮變形，它發生在混凝土終凝之前的塑性階段，故稱為塑性收縮。其收縮量可達1%左右。在混凝土表面上，特別在抹壓不及時和養護不良的部位出現龜裂，寬度達l～2mm，屬表面裂縫。水灰比過大，水泥用量大，外加劑保水性差，粗骨料少，振搗不良，環境溫度高，表面失水大等都能導致混凝土塑性收縮而發生表面開裂現象。

　　以上是從水泥混凝土物理化學特性分析其各種收縮現象，早期塑性收縮會導致結構出現表面裂縫，混凝土進入硬化階段后，混凝土水化熱使結構產生溫差收縮和干燥收縮(包括自干收縮)，這是誘發裂縫的主要原因。

　　2.2設計方面

　　2.2.1選用合理的設計模型及適宜的長度或體積。特別考慮溫度變化和混凝土收縮對結構的影響。現行《混凝土結構設計規范》GB50011-2002中對此提出了幾項具體措施：一是設置伸縮縫,對不同結構形式、外露環境有不同的要求。二是混凝土澆筑采用后澆帶分段施工。這只能解決混凝土收縮應力問題,不能解決溫度縫問題。三是采用專門的預加應力措施,以此抵消溫度、收縮應力的影響。還有其它措施,如加強結構的薄弱環節,以提高其抗裂性能;采用可靠的滑動措施,以減小約束變形的摩擦阻力等。

　　2.2.2適當加強構造配筋,提高配筋率,盡量配置細而密的鋼筋,以減少裂縫的寬度。在溫度收縮應力較大的地方配置溫度收縮鋼筋。但對大體積混凝土,提高配筋率沒有太大效果,因為其配筋率往往很低。

　　筆者認為，控制裂縫應該防患于未然，首先盡量預防有害裂縫，重點在防。我國混凝土結構工程向長大化、復雜化發展，混凝土設計強度等級向C40～C60發展，設計師多注重結構安全，而對變形裂縫控制考慮不周，這也是結構裂縫發生增多的原因之一。

　　2.3施工管理問題

　　混凝土配合比設計是否科學合理，水泥與外加劑是否相適應，砂石級配及其含泥量是否符合規范要求，混凝土坍落度控制是否合理，這些都影響到混凝土的質量及其收縮變形。

　　混凝土澆筑震搗不均勻密實，施工縫和細部處理馬虎，會帶來結構開裂的后患;過震則使浮漿過厚，抹壓又不及時，則混凝土表面出現塑性裂縫，十分難看。邊墻拆摸板過早(1～3d)，混凝土水化熱正處于高峰，內外溫差最大;混凝土易“感冒”開裂。混凝土養護十分重要，但許多施工單位忽視這一環節，尤其是墻體和柱梁的保溫保濕養護不到位，容易產生收縮裂縫。某些露天構筑物盡管當地濕度很大，但由于吹風影響，加速了混凝土水分蒸發速度，亦即增加干縮速度，容易引起早期表面裂縫。這也許是夏季比秋冬季，南方比北方出現結構裂縫較多的原因。從已建工程調查中發現，底板養護較好，出現裂縫概率較低，而底板上外墻裂縫概率很高約占80%，這與保溫保濕養護不足有很大關系。

　　除上述技術因素外，施工管理不嚴，趕進度，偷工減料，工人素質差，施工馬虎等也是造成結構裂縫的人為因素。

　　2.4對維護缺乏認識

　　我們發現不少結構是在澆筑完3～6個月，甚至在l～2年內出現裂縫。除荷載問題外，主要是環境溫度和風速引起的收縮變形所致。有些地下室不及時復土;上部結構不及時做好封閉;出人口長期敞開，屋面防水層破壞不及時修補等。這些與施工和業主對結構維護缺乏認識有關。鋼筋混凝土結構與其他物件一樣都存在“熱脹冷縮”的特征，尤其超長結構更為明顯，所以，應重視已澆結構的保溫保濕維護工作。

　　3混凝土構件裂縫的處理

　　在現實工程實踐中,裂縫是不可能避免的。對裂縫的處理,首先要分析其形成原因,是由設計、施工、材料還是其它因素引起的。混凝土構件的裂縫大致分三類。第一類是很細小的裂縫,或者說是規范所允許范圍內的裂縫。這種裂縫一般不需要處理,第二類是超出規范允許范圍內的,但并不影響結構安全問題的裂縫。這種裂縫一般需處理才能滿足使用功能以及結構耐久性等,第三類是裂縫較大,影響到結構安全性的裂縫,這種裂縫的構件往往需要進行結構加固處理或拆除重建。處理方法大致兩種,一是抹面處理,材料可為高強微膨脹砂漿,抗滲聚合物砂漿或用環氧玻璃封閉;二是壓力灌漿法,材料可為水泥灌漿,水泥—水玻璃灌漿,環氧樹脂以及現在所應用的一些化學聚合物等。

　　4結語

　　因為使用的混凝土是多種材料組成的一種混合體，且又是一種脆性材料，在受到溫度、壓力和外力的作用下，都有出現裂縫的可能性。筆者認為,查清引起混凝土裂縫產生的全部原因是解決裂縫這個“重癥”的基礎。只要我們全體混凝土工作者共同努力,先查清原因,后解決問題,裂縫問題最終總有一天會得到解決。相信我們在設計、施工和選材方面做好各項控制措施,防裂于未來,混凝土這種材料,必將更廣泛的應用于工程實踐,更好的服務于社會。

　　參考文獻

　　[1] 王鐵夢.工程結構裂縫控制[M].北京:中國建筑工業出版社,1999.

　　[2]建筑施工手冊(第四版)縮印本中國建筑工業出版社出版、發行2003，北京。

　　[3] 混凝土結構設計規范GB 50010一2002.中國建筑工業出版社2002,北京。

　　[4]王昭元.水泥混凝土收縮裂縫問題成因分析(內部交流資料)

　　[5]普通混凝土拌合物性能試驗方法標準GB/T 50080━2002中華人民共和國建設部2003。

　　[6]混凝土外加劑應用技術規范GB50119-2003中國建筑工業出版社出版、發行2003。