浅析钢筋混凝土结构产生裂缝的原因及控制

浅析钢筋混凝土结构产生裂缝的原因及控制

孙杰

浙江国泰建设集团有限公司  浙江杭州  311202

摘要：随着建筑业的迅猛发展，钢筋混凝土结构在建筑行业中的应用越来越广泛，随之而来的钢筋混凝土裂缝这一通病却如影随形，它不仅影响结构的美观，也会降低结构混凝土的强度，影响结构的使用性能和寿命。混凝土是一种非匀质材料，脆性较大，具有较高的弹性模量、较低的抗拉强度，加之外部因素的影响，使现浇钢筋混凝土裂缝产生的原因较为复杂。本文主要结合工程经验，从设计、材料、施工等几个方面分析裂缝产生的原因，并对其技术防治措施提出了相关的对策和建议。

关键词：钢筋混凝土裂缝成因    防治及处理

1裂缝产生的原因
1.1设计不当产生的裂缝

从理论上来说，在无约束的条件下，构件的温度裂缝不会产生，但绝对的无约束几乎是不存在的，只是约束的形式不同、大小不同，如建筑物受地基的约束，砖混结构的楼屋盖与墙体之间的约束等。如果设计时没有充分考虑这种温度变化引起的约束应力，裂缝就会产生。特别是对于大体积、大面积的构件有的设计人员并没有针对性地提出防止裂缝的措施也是原因之一。
1.2混凝土材料使用不当产生的裂缝
　　(1)使用导致混凝土收缩性较高的矿渣水泥、快硬水泥、低热水泥及水泥标号低或水灰比高均易产生裂缝。此外，在施工过程中，将不同厂家的水泥混用，都是产生裂缝的重要因素。
　　(2)混凝土中粗骨料的用量大，针片状石子含量过高，这会造成混凝土内部孔隙增多。细骨料的粒径及含泥量超标，夏季施工时骨料温度偏高，到达施工面上的混凝土质量得不到保证，从而使混凝土出现裂缝。此外，不同集料对混凝土的收缩有不同影响。
　　(3)混凝土出现离析、泌水等不良现象，造成混凝土各种组份分布不均匀，水化反应差异性大，混凝土整体强度低，容易产生裂缝。另外，混凝土中大量加入粉煤灰以减少水泥用量，此时混凝土强度不足以抵抗早期的内部拉应力而出现裂缝。
1.3施工过程产生的裂缝
　　(1)混凝土钢筋保护层较小、混凝土坍落度较大以及混凝土表面收浆不好，易产生沉淀裂缝。
　　(2)塑性收缩是由于混凝土浇筑完毕后养护不及时造成的，一般在干热或大风天气出现，裂缝多呈中间宽两端细且长短不一、互不连贯状态。其产生的主要原因为：在混凝土凝结硬化时就会有大量的水分蒸发到空气中，导致混凝土的体积出现急剧的收缩，因混凝土早期的抗拉强度无法抵抗其变形作用，因而导致混凝土裂缝的产生。
　　(3) 混凝土坍落度的大小对裂缝的产生有一定的影响，混凝土在具有较大坍落度情况下，由于浆体过多，会引起更多的体积变化和收缩裂缝，同时会削弱表层与下层混凝土的粘结，混凝土就会产生裂缝及剥落。

（4）干缩裂缝是由于混凝土凝结硬化过程中，多余的水分会由表及里的蒸发出去，在混凝土构件的截面上就会出现温度差值，使得混凝土构件横截面出现不均匀的干缩。混凝土由于受到收缩作用进而在内部出现拉应力，当拉应力超过混凝土的抗拉强度时就会导致裂缝的产生。
   （5）在混凝土内部的一些危害性化学反应也可导致混凝土产生裂缝。如水泥熟料存在较多游离氧化钙，当混凝土已凝结硬化，而其中的氧化钙继续水化产生体积膨胀，就可以导致在混凝土表面出现龟裂等。此外，混凝土集料中的活性材料与水泥中的碱产生化学反应，生成遇水膨胀的凝胶体，也会造成混凝土结构破坏。

(6) 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。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。
　　(7)施工方法不规范会导致混凝土产生裂缝。在建筑物施工过程中，由于施工工艺、操作方法不当等就容易出现施工裂缝，这种裂缝的分布没有规律可言。造成这种裂缝出现的原因有：管道设置不当、混凝土强度不满足要求、楼板厚度不够、混凝土养护条件差、混凝土浇注方法和顺序不对、浇注速度过快、混凝土模板过早拆除、施工缝未妥善处理、施工缝设置不合理、钢筋保护层过大、浇注前钢筋变形过大、施工现场缺乏有效的管理等。

2裂缝控制的主要技术防治措施

2.1设计方面

（1）在设计中应处理好构件中“抗”与“放”的关系。“抗”就是处于约束状态下的结构，没有足够的变形余地时，为防止裂缝所采取的有力措施；而“放”就是结构完全处于自由变形无约束状态下，有足够变形余地时所采取的措施。

（2）收缩裂缝的产生随着时间的推移而不断增大，而且混凝土强度越高越容易出现收缩裂缝，因此，在建筑物设计中尽量避免选用高强度混凝土。对于建筑物容易出现裂缝的地方，应按照构造要求配置抗裂钢筋。

（3）积极采用补偿收缩混凝土技术。常见混凝土裂缝中，相当部分是由于混凝土收缩而造成的。要解决此问题，可在混凝土中掺用膨胀剂来补偿混凝土的收缩。

（4）在建筑物设计过程中，应当尽量避免非承重性裂缝的产生；对于容易出现裂缝的地方，应尽量使温度作用与收缩作用同时出现，这样有助于建筑物变形的协调性。

2.2选材和配合比设计方面

（1）根据结构要求选择合适的混凝土强度等级及水泥品种、等级，选用收缩性较低的水泥，合理搭配水泥强度等级与混凝土强度等级之间关系。一般情况下，水泥强度比所使用的混凝土强度大一个等级。如配置C30混凝土，使用强度等级为42.5的水泥比较合适，可以达到合理的水灰比，保证施工质量。切忌不能只为片面追求经济效益，使用高标号水泥、大水灰比的配合比。在现场一定要设置与施工规模和进度相匹配的水泥库，严禁不同厂家的水泥同时混用。

（2）选用级配良好的粗、细骨料，粗骨料中针片状石子严禁超标，细骨料不能使用细砂，含泥量严格控制在规范要求范围之内。尽量选用收缩率小的骨料。夏季骨料温度高时，采用洒水等降温措施，减缓混凝土水化反应速度，降低混凝土入模温度。

（3）积极采用掺合料和混凝土外加剂。

（4）配合比设计人员应深入施工现场，依据施工现场的浇捣工艺、操作水平、构件截面等情况，合理选择好混凝土的设计坍落度，针对现场的砂、石原材料质量情况及时调整施工配合比，协助现场搞好构件的养护工作。

2.3施工方面

（1）在进行混凝土拌制时，在确保混凝土强度满足使用要求的基础上，尽量降低绝对用水量以及水泥的用量。在混凝土中的水泥石凝结硬化时容易出现大量的水分蒸发，降低混凝土拌合时的用水量，就可以降低混凝土的的水分蒸发量，进而降低混凝土的收缩。因此，在施工过程中要严格控制拌合混凝土的用水量，条件允许时可以添加高效减水剂。

（2）重点加强楼面钢筋网的有效保护措施。根据施工实践，楼面双层双向钢筋安装（包括分离式配置的负弯矩筋）必须设置钢筋小马凳，以防楼板负筋下陷，其横向间跨不应大于700毫米（即每平方米不得少于2只）,对于Φ8以下的细小钢筋，小马凳的间距应控制在600毫米以内（即每平方米不得少于3只），尽可能合理和科学地安排好各工种交叉作业时间，及时做好管线预埋的隐蔽验收工作，做到不留或少留尾巴，以减少板面钢筋绑扎后的作业人员数量。

（3）预埋线管处的裂缝防治。预埋线管，特别是多根线管的集中处容易导致裂缝。当预埋线管直径较大，开间宽度较大，且线管的敷设走向重合时，很容易发生楼面裂缝。因此对于较粗的管线或多根线管的集中处须加强。

（4）当楼层混凝土浇筑完毕后不足24小时的养护时间，就忙着钢筋、钢管、模板等材料吊运施工，这就给大开间部位的房间雪上加霜。在强度不足的情况下受材料吊卸冲击振动及荷载的作用而引起不规则的受力裂缝。并且这些裂缝一旦形成，就难于闭合，形成永久性裂缝，这种情况在高层住宅主体快速施工时较常见。

（5）注重混凝土的养护。在混凝土浇注结束以后，要尽快用草帘等进行覆盖并进行浇水养护，这样就能够降低混凝土的收缩量，防止混凝土裂缝的产生，混凝土的养护时间应当不少于14d。混凝土浇注、养护过程中所用的模板起到支撑混凝土自重、保证混凝土形状的作用，因而在进行模板拆除时应当确保混凝土自身的强度能够承受外部荷载作用。混凝土模板的拆除时间应当依据混凝土的强度发展过程、养护条件等确定，避免拆模过早而导致荷载裂缝的产生。

（6）采用保温或保湿养护，延缓混凝土降温速度为减少混凝土浇筑后所产生的内外温差，夏季应采用保湿养护，冬季应保温养护。大体积混凝土结构终凝后，其表面蓄存一定深度的水，具有一定的隔热保温效果，缩小了混凝土内外温差，从而控制裂缝的开展。而基础工程大体积混凝土结构拆模后，宜尽快回填土，避免气温骤变，亦可延缓降温速率，避免产生裂缝。

（7）改善施工工艺，提高混凝土抗裂能力。方法一：采用分层分段法浇筑混凝土，有利于混凝土消化热的散失，减小内外温差。方法二：改善配筋，避免应力集中，增强抵抗温度应力的能力。孔洞周围、变断面转角部位、转角处都会产生应力集中。需要注意的是，配筋要尽可能应用小直径和小间距，按全截面对称配置。方法三：设置后浇带。对于平面尺寸过大的大体积混凝土应设置后浇带，以减少外约束力和温度应力；同时也有利于散热，降低混凝土的内部温度。

3混凝土裂缝的处理方法
3.1在裂缝不降低承载力的情况下的处理方法

3.1.1表面修补法

该法适用于缝较窄，用以恢复构件表面美观和提高耐久性时所采用，常用的是沿混凝土裂缝表面铺设薄膜材料，一般可用环氧类树脂或树脂浸渍玻璃布。
3.1.2充填法

当裂缝较宽时，可沿裂缝混凝土表面凿成V形或U形槽，使用树脂砂浆材料进行填充，也可使用水泥砂浆或沥青等材料。

3.2如果裂缝影响到结构安全，采取的方法

3.2.1粘贴加固法

将钢板或型钢用改性环氧树脂和粘结剂，粘结到构件混凝土裂缝部位表面，使钢板或型钢与混凝土连成整体共同工作。粘结前，钢材表面进行喷砂除锈，混凝土刷净干燥，粘结层厚度为1～4毫米；将抗拉强度极高的碳纤维用环氧树脂预浸成为复合增强材料（单向连续纤维）；用环氧树脂粘结剂沿受拉方向或垂直于裂缝方向粘贴在要补强的结构上，形成一个新的复合体，使增强粘贴材料与原有钢筋混凝土共同受力增大结构的抗裂或抗剪能力，提高结构的强度、刚度、抗裂性和延伸性。

3.2.3围套加固法

在周围尺寸允许的情况下，在结构外部一侧或数侧外包钢筋混凝土围套，以增加钢筋和截面，提高其承载力；对构件裂缝严重，尚未破碎裂透或一侧破裂的，将裂缝部位钢筋保护层凿去，外包钢丝网一层；大型设备基础一般采取增设钢板箍带，增加环向抗拉强度的方法处理。
3.2.2钢箍加固法

在结构裂缝部位四周加U型螺栓或型钢套箍将构件箍紧，以防止裂缝扩大和提高结构的刚度及承载力。加固时，应使钢套箍与混凝土表面紧密接触，以保证共同工作。
3.1.3注入法

当裂缝宽度较小且较深时，可采用将修补材料注入混凝土内部的修补方法，首先裂缝处设置注入用管，其他部位用表面处理法封住，使用低粘度环氧树脂注入材料，用电动泵或手动泵注入修补。

综上所述，混凝土构件产生裂缝的原因比较复杂，设计、材料外，施工不当或经验不足等是混凝土裂缝产生的主要形成原因。因此，混凝土裂缝应针对成因，要坚持预防为主的原则，完善设计及加强施工等方面的管理，使结构尽量不出现裂缝或尽量减少裂缝数量和宽度，避免破坏性的裂缝产生，以确保结构安全。

参考文献

[1]混凝土结构设计原理中国建筑工业出版社，2017，（12）

[2]混凝土结构工程施工质量验收规范（2011年版）北京：中国建筑工业出版社，2011

[3] 混凝土质量控制标准GB501642011《建筑施工手册》编写组.建筑施工手册(第7版).北京：中国建筑工业出版社.2018年

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