混凝土结构裂缝的成因及控制处理方法

吴东云

【摘要】 通过对混凝土结构裂缝产生原因的分析，探讨在施工中如何采取有效的措施来进行防治。

【关键词】 混凝土结构 裂缝 成因 控制处理方法

1.引 言

混凝土是由多种材料组成的一种混合物，是一种脆性材料，在受到温度、压力和外力的作用下，都有出现裂缝的可能性。在实际工程中混凝土结构的裂缝的成因复杂、类型多样，多种因素相互影响。因此在施工中应尽可能的弄清裂缝产生的原因，采取有效措施预防裂缝产生，或尽量减少裂缝的数量和宽度，特别是避免出现有害裂缝，以确保工程质量。

2.混凝土裂缝产生的原因

2.1直接应力裂缝

直接应力裂缝是指外荷载引起的直接应力超过了规定值后产生的裂缝，这类裂缝一般是沿着直接应力的方向产生。主要为设计、施工和使用不合理引起。

2.2结构变形引起的裂缝

结构变形引起的裂缝大多是由于外界作用引起的结构变形，包括温度变形、收缩变形及地基不均匀沉降变形等。由于这些裂缝是因结构变形受到约束引起的应力超过混凝土的抗拉强度而产生的。

2.2.1温度变形引起的裂缝

混凝土具有热胀冷缩的性质，当外部环境或结构内部温度发生变化，混凝土将发生变形，若变形受到约束，则在结构内部将产生应力，当应力超过混凝土抗拉强度时即产生裂缝。温度变形引起的裂缝区别于其他裂缝的最主要特征是将随温度变化而扩张和合拢。引起温度变化的主要因素有（混凝土水化热；施工养护措施不当使得混凝土骤冷骤热，内外温度不均；火灾等原因引起的温度突变等）。

2.2.2混凝土收缩裂缝

混凝土浇筑后4～5 小时左右，此时水泥水化反应激烈，分子链逐渐形成，出现泌水和水分急剧蒸发，混凝土失水收缩的混凝土塑性收缩。为减少混凝土塑性收缩，施工时应控制水灰比，避免过长时间的搅拌，下料不宜太快，振捣要密实，竖向变截面处宜分层浇筑。

混凝土结硬以后，随着表层水分逐步蒸发，湿度逐步降低，混凝土体积减小，称为缩水收缩（干缩） 。因混凝土表层水分损失快，内部损失慢，因此产生表面收缩大、内部收缩小的不均匀收缩，表面收缩变形受到内部混凝土的约束，致使表面混凝土承受拉力，当表面混凝土承受拉力超过其抗拉强度时，便产生收缩裂缝。

2.2.3地基基础变形引起的裂缝

由于基础竖向不均匀沉降或水平方向位移，使混凝土结构中产生附加应力，超出混凝土结构的抗拉能力，导致结构开裂。

2.3外界环境引起的裂缝

2.3.1钢筋锈蚀

在钢筋混凝土结构中，如果混凝土质量较差或保护层厚度不足，钢筋混凝土保护层受二氧化碳侵蚀炭化，使钢筋周围混凝土碱度降低，或由于氯化物介入，钢筋周围氯离子含量较高，都会引起钢筋表面氧化膜破坏，钢筋中铁离子与侵入到混凝土中的氧气和水分发生锈蚀反应，其锈蚀物氢氧化铁体积比原来增长2～4 倍，从而对周围混凝土产生膨胀力，导致保护层混凝土开裂、剥离，沿钢筋纵向产生裂缝，并有锈迹渗到混凝土表面。

2.3.2气温過低

当大气温度<0℃时，吸水饱和的混凝土出现冰冻，游离的水转变成冰，体积膨胀9%，因而混凝土产生膨胀力；同时混凝土凝胶孔中的过冷水在微观结构中迁移和重分布引起渗透压，使混凝土中膨胀力加大，混凝土强度降低，并导致裂缝出现。

2.4混凝土材料质量不合格引起的裂缝

2.4.1水泥

水泥安定性不合格，水泥中游离的氧化钙含量超标，氧化钙在凝结过程中水化很慢，在水泥混凝土凝结后仍然继续起水化作用，可破坏已硬化的水泥混凝土；水泥出厂时强度不足，水泥受潮或过期，可能使混凝土强度不足，从而导致混凝土开裂。

2.4.2砂、石骨料及碱骨料反应

砂石的粒径、级配、杂质含量，砂石粒径太小、级配不良、空隙率大，将导致水泥和拌和水用量加大，影响混凝土的强度，使混凝土收缩加大，如果使用超出规定的特细砂，后果更严重。砂石中云母的含量较高，将削弱水泥与骨料的粘接力，降低混凝土强度。

3.控制混凝土裂缝发生的措施

3.1设计方面

为了简化计算， 根据现行混凝土规范， 可采取一些简单的配筋构造措施以代替裂缝宽度的计算。

3.1.1采用合理的钢筋布置和正确的构造

根据钢筋有效约束区的概念， 采用合理的钢筋布置是控制和减小裂缝宽度的有效措施。工程实践表明， 在保证钢筋净间距的前提下， 采用直径略小、根数略多， 并沿截面受拉边均匀布置的钢筋较之直径大、根数少的配筋方式， 可以有效地分散裂缝、减小裂缝宽度。

3.1.2利用钢筋的表面特征

采用带肋钢筋较光面钢筋可减小裂缝宽度30%，因此如果有条件尽可能采用带肋钢筋。

3.2施工方面

3.2.1严格控制混凝土的质量

要严格控制混凝土的质量，首先控制好坍落度和水灰比。现场如发现离析现象，可进行二次搅拌或采用新拌混凝土；选择合适的骨料，控制好级配，还要注意粗细骨料的含泥量，并随时做好检验。

3.2.2严格执行有关施工规范

要严格执行有关施工规范，掌握正确的混凝土保湿、保温养护的技术；控制合理的养护时间；合理选择覆盖物，并浇水保证经常性湿润；早期养护时间越长收缩越小；气温骤降时要进行表面保温，另外冬季施工时要特殊注意构件保温，避免受冻。

3.2.3施工预控措施

混凝土施工时可划小混凝土施工面，或根据实际情况设置后浇带、预埋钢丝网、钢筋，以避免混凝土裂缝的产生。

3.2.4注意天气的变化

要掌握混凝土浇筑期间的气候，混凝土浇筑尽量安排在日温差变化较小的时间段内；当温度持续处于零下时，现场不应安排混凝土施工，以免混凝土施工后早期受冻，出现裂缝。

4.裂缝的处理

在结构未施工前，可以采取一定的措施来控制裂缝的发生，但有些构件难免会出现裂缝，现场通常采用以下处理方法。

4.1表面处理法

构件表面裂缝很细很浅，未达到钢筋表面，不漏水的情况下可采用高标号的砂浆进行表面涂抹。如果表面裂缝贯通底部，出现漏水的情况，可在构件表面贴补防水片等方法来解决。

4.2填充法

当裂缝宽度小于0.3mm时，可采用专用的混凝土封堵材料来填充裂缝。混凝土裂缝封堵材料采用无机材料与有机材料相复合制成，具有较高的抗压强度、抗拉强度、粘结强度、早期强度和良好的抗渗防水性能，同时具有一定的弹性性能，能达到良好的修补效果。

4.3化学灌浆法

当裂缝宽度大于0.3mm时，可采用化学灌浆处理。一般是埋设灌浆管，用空压机加压灌浆，此种方法处理效果好，应用范围广。目前国内有很多新技术、新产品，例如AB 系列灌浆树脂，是由低粘度、高强度、可挠性、低收缩的改性环氧树脂、改性聚氨酯树酯等组成，可对裂缝进行混凝土化学灌浆修复，已经过大量的工程应用，建立了一套完整的工艺操作技术。

4.4结构补强法

因外部因素造成的较大裂缝，严重影响使用，如不及时采取措施，会危及整个建筑物的安全。例如外荷载超出设计的承载力、地震、爆炸、火灾等因素引起的裂缝，通常采取结构补强法，可根据具体实际情况采取钻孔植筋加固混凝土截面或在混凝土体外施加预应力等措施处理。

5.小结

由上述可知，在实际工程中，混凝土裂缝普遍存在，必须引起高度重视。但是，它是一个十分复杂而又难以控制的问题；因此，对混凝土裂缝要进行调查、分析和验算，以判断裂缝的性质以及对结构的影响，进而提出合理的工程整治措施。

参考文献

[1] 公路桥涵施工技术规范（JTJ041—2000）[S].人民交通出版社，2000.10.1.

[2] 桥梁工程师手册. 人民交通出版社.

[3] 混凝土结构设计规范（GB 50010-2010）.中国建筑工业出版社，2011.5.1