裂缝产生的成因与防治措施分析

2015-04-16陆荣钦

建材与装饰 2015年15期

关键词：水泥石宽度受力

陆荣钦

（恒晟集团有限公司）

裂缝产生的成因与防治措施分析

陆荣钦

（恒晟集团有限公司）

随着建筑技术的发展，混凝土结构的大量应用，其自身存在的一些问题也逐渐暴露出来其中最为明显的就是裂缝问题。由于房屋建筑结构在施工过程中和使用过程中会受到各种各样的因素影响，因此这在一定程度上制约了房屋建筑的使用寿命。本文将具体探讨裂缝产生的成因与预防措施。

裂缝产生；成因；防治；措施

混凝土作为一种复合型的建筑材料，其本身具有的弹性强度低，因此裂缝就与其形影相随，虽然裂缝产生的原因多种多样，但是裂缝的宽度是可以采用相应的措施对其进行控制。在一般的情况下宽度较大的裂缝是人类肉眼能够看见的，如果不对其进行处理，其会继续发展下去将会贯穿建筑，严重时会影响建筑的使用或危及使用者的人身财产安全。

1　荷载作用引起的裂缝

1.1荷载作用引起的应力

混凝土结构承受外界荷载作用，并在构件内部引起各种内力——拉、压、弯、剪、扭、局压、冲切等。然而对于混凝土内部应力场中的任何微小单元而言，其均可分解为拉应力和压应力两种内应力场中互相垂直的主拉压应力迹线和主压应力迹线。混凝土是一种脆性材料，抗压强度较高，但是抗拉强度却很低。两者强度相差一个数量级，并且随着时间的推移，混凝土强度等级也随之提高，而抗拉强度却随之减小，于是两者的差距不断加大。当混凝土结构承载受力时，应力场中某处主拉应力超过其抗拉强度时，混凝土就会在垂直于主拉应力的方向上开裂而产生裂缝，而该方向一般又恰好是主压应力的方向。因此在混凝土结构中，承载受力的裂缝总是沿着受压方向产生和延伸的。

1.2受力裂缝的发展

在混凝土结构承载受力之初，混凝土内部应力较小，混凝土中已有的缺陷——微小裂缝尚处于相对稳定的阶段，这时混凝土的宏观表现仍为弹性状态。但随着荷载的增加随之应力也逐渐增大，并已存在的裂隙发展、延伸。由于应力集中和能量原理，其大多数沿原有裂隙两端以及已有的缺陷发展。基于水泥石中已有内应力（拉应力）的集聚，因此裂隙往往伸入水泥石体中。如果荷载继续增加，则这些微小裂隙将互相衔接、交叉、连贯起来，将水泥石在垂直于主拉应力（平行于主压应力）的方向上切割破碎，成为不连续的块体。这时的混凝土宏观上已基本失去弹性而呈非线性的受力状态了。而在此时将荷载继续加大，随之应力也将不断增加，则这些内部微小裂隙将沿主压应力方向继续延伸、变宽，最后发展到构件表面，就成为了肉眼可见的，通常也称为“裂缝”的结构表面可见裂缝。这种由荷载作用引起的裂缝称为受力裂缝，也可称为直接裂缝。由于构件承受荷载形式的多样性，所引起裂缝形态也多种多样，反映了各自受力性质的特征。但其都有一个共同的特点：裂缝宽度与应力丰满程度有关。因此裂缝的形态和裂缝宽度间接反映了结构抗力消耗的程度。某些裂缝形态，以及过大的裂缝宽度，都预示着结构抗力已经有了相当程度的消耗，也有可能作为发生破坏（甚至是突发脆性破坏）的先兆标志。故有时遇到某些特殊的裂缝形态，以及较宽的裂缝，则有可能是安全隐患的标志或破坏的预兆，应该引起使用者的注意。混凝土设计规范已列出对受力裂缝宽度计算方法，以及控制裂缝宽度的限值。

2　间接作用引起的裂缝

2.1混凝土的脆性

混凝土时一种脆性材料，除抗拉强度很低以外，承受拉应变的能力同样很差，很小的强迫受拉变形即可能造成其断裂。间接作用尽管并非由外力直接作用引起，但却可能造成很大的约束内力。当超静定结构处于受约束的状态时，温度、收缩、强迫位移等间接作用都会产生内部拉应力（或应变）。这对于抗拉能力很低的混凝土，就很难避免产生裂缝了。

2.2混凝土的收缩

水泥胶体结晶—凝固为水泥石的过程中，不可避免地会发生体积收缩。我国传统混凝土的总收缩量不超过300με。自20世纪90年代推广商品混凝土以及相应的混凝土泵送施工工艺以来，收缩量已增大到400～500με；免振的自流平混凝土甚至已达到800～1000με，甚至更大。造成收缩量大幅度增加的原因是为了满足泵送、免振等新的施工工艺，对混凝土的原材料及配合比做了很大的调整：粗骨料减少，粒径也大幅度减小；细骨料、粉剂含量大大增加；大量使用掺和料、外加剂等。组成成分的变化，造成了混凝土体积稳定性变化，收缩量大幅度增加。对于装配式结构的预制构件，由于收缩早已完成，切构件伸缩变形未受约束，故基本可以避免这种由于收缩引起的裂缝。但对于近年大力推广应用的现浇混凝土结构，由于多为超静定结构，混凝土的收缩变形受到制约，不可避免地会引起约束拉应力（或拉应变），从而导致混凝土开裂。

2.3温差引起的约束应力

混凝土在温度升降变化时体积会膨胀或收缩，在常温条件下其线膨胀系数∝c约为1×10-5/℃。如果混凝土处于受约束的状态而无法自由伸缩变形，特别是对于尺度很大的现浇超静定结构，在温差比较大时就很容易开裂。温度变化引起的裂缝有两类：由于阳光暴晒-暴雨冲淋或季节温差引起的裂缝，多见于屋盖、山墙等环境温度变化剧烈的部位；由于水泥水化热积聚而引起的内部和表层的温度差裂缝，则多见于大体积混凝土结构的表层。

3　裂缝的防治措施

3.1温度的控制

温度应力引起的裂缝是目前温度裂缝产生的主要原因，因此应当注意以下事项：尽量选择用低热或者中热水泥，如矿渣、粉煤灰水泥等；采用改善骨料级配，用于硬性混凝土，掺混合料并加入引气剂或塑料剂等措施以此减少混凝土中的水泥用量；降低水灰比，一般混凝土的水灰比一般控制在0.6以下；改善混凝土的搅拌加工工艺，在混凝土中掺加一定量的具有减水、增塑、缓解等作用的外加剂，改善混凝土拌合物的流动性、保水性、降低水化热，推迟热峰的出现时间；在混凝土养护期间应当加强混凝土的养护，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。

3.2控制缝的设置

与其让裂缝无规则地随意发展，不如加以引导使其在指定位置开裂并对可能产生的后果加以控制。控制缝（引导缝）就是结构缝的一种，他是认为地将结构的某些部分削弱，以诱导裂缝沿着这些预先选择好的截面发生，并预先采取有效措施，消除开裂的影响。在不能自由收缩的混凝土中，收缩和温度下降引起的拉应力可以通过控制缝来释放，或者减小到可以接受的程度。

3.3优化浇捣方法

混凝土可采用混凝土运输车运到现场，汽车泵或混凝土输送泵运送入仓。大体积混凝土必须根据当地中长期天气预报，选择最佳天气条件进行浇筑，应尽量安排在低温时段浇筑，以最大限度降低混凝土的初凝温度。在浇筑过程中，应遵循“同时浇捣、分层推进，一次到顶循序渐进”的成熟工艺，以提高混凝土的密实度。