【技术】钢筋混凝土结构裂缝的产生与防治

在现代的工程建设中，商品混凝土的应用极其广泛。而较长时期以来，人们以为钢筋商品混凝土坚固耐久，无需维护保养，而忽视了钢筋商品混凝土的耐久性问题，尤其是商品混凝土结构裂缝的问题。本文结合平时工作中工程经验，简单总结了钢筋商品混凝土结构产生裂缝的原因、如何预防裂缝的产生以及出现裂缝后的一些处理方法。

1.1 产生裂缝的原因

商品混凝土产生裂缝有多种原因，主要是温度和湿度的变化、商品混凝土的脆性和不均匀性以及结构不合理、原材料不合格（如碱骨料反应）、模板变形等。

商品混凝土硬化期间水泥放出大量水化热，内部温度不断上升，在表面引起拉应力；后期在降温过程中，由于受到基础或老商品混凝土的约束，又会在商品混凝土内部出现拉应力；气温的降低也会在商品混凝土表面引起很大的拉应力。当这些拉应力超出商品混凝土的抗裂能力时，就会出现裂缝。

另外，当商品混凝土表面湿度变化较大或发生剧烈变化（如养护不周、时干时湿，表面干缩形变受到内部商品混凝土的约束），也往往导致裂缝；由于原材料不均匀，水灰质量比不稳定及运输和浇筑过程中的离析现象，在同一块商品混凝土中其抗拉强度又是不均匀的，存在着许多抗拉能力很低，易于出现裂缝的薄弱部位。

在钢筋商品混凝土结构中，主要有钢筋来承受拉应力，商品混凝土只是承受压力，设计时，一般均要求不出现拉应力或者只出现很小的拉应力。但在施工中商品混凝土由最高温度冷却到运转时期的稳定温度，往往在商品混凝土内部会引起相当大的拉应力，有时温度应力可超过其他外荷载所引起的应力，从而形成裂缝。

1.2 裂缝的分类

根据裂缝产生的原因可将裂缝分为以下几类：

1）塑性收缩裂缝。在商品混凝土硬化前，水分从商品混凝土表面以极快的速度被蒸发而引起的。

2）塑性沉降裂缝。在施工过程中商品混凝土尚未具有任何强度时，因基础发生沉陷、模板移动或商品混凝土表面出现大量泌水现象所引起的。

3）龟裂。对商品混凝土结构没有进行合理的养护和休整所引起的。

4）收缩裂缝。在商品混凝土硬化期间或硬化后出现的表面裂缝，与构件表面垂直。

5）结构裂缝。由于配筋不足，施工中不合理等原因造成的裂缝。

6）早期冻胀引起的裂缝。这种裂缝在结构件表面沿主筋方向出现，宽窄不一，深度一般到主筋。

7）温度作用产生的裂缝。

大体积混凝土表面或环境温差较大地区的混凝土结构中易发生温度裂缝。由于较大的温差造成混凝土内部与外部热账冷缩的程度不同，使混凝土表面产生一定的拉引力。当此拉应力大于混凝土的极限抗拉强度时，混凝土表面会产生裂缝，造成开裂。

图为不同浇筑温度下温度应力与龄期的关系，从图中不难发现，随着混凝土龄期的增加，温度应力呈单峰变化趋势，龄期大约为12d时温度应力达到最大值；此外，随着浇筑温度的增加，各个龄期混凝土的温度应力与浇筑温度呈正相关性。

8）纵向锈蚀裂缝。通常是在结构使用一定时期后，沿着钢筋位置出现的纵向裂缝，是表明钢筋正在生锈的一个重要征兆。这种裂缝是钢筋生锈膨胀后产生的，会导致商品混凝土开裂，保护层完全脱落，并引起钢筋严重锈蚀。

9）冻融循环作用引起的裂缝。

10）盐类及酸类侵蚀引起的裂缝。

11）碱骨料反应引起的裂缝。

碱—骨料反应是指混凝土孔溶液中由水泥或含碱外加剂、矿物掺合料及环境等释放出来的Na+，K+，OH-与骨料中的有害活性矿物发生膨胀性反应导致混凝土膨胀并发生开裂的现象。

通常按反应类型将碱-骨料反应分为碱-硅酸反应（ASR）和碱-碳酸盐反应（ACR）两种。由于活性骨料分布均匀，所以当混凝土发生碱骨料反应之后，混凝土各个部分均产生膨胀应力和形变，尤其当外界自由水渗透至混凝土微孔隙内，其体积约膨胀2～4倍，使混凝土结构产生裂缝导致开裂。图2箭头所示为碱-硅酸反应产物填充至混凝土粗骨料中，造成粗骨料结构缺失，最终导致开裂。

混凝土发生碱-骨料反应具备三个条件：

（1）混凝土原材料（主要是胶凝材料和集料）中含碱量高；

（2）骨料中有较高的活性成份；

（3）有较多的自由水和湿度的环境条件。

上述几种裂缝中，塑性收缩裂缝和龟裂对结构的影响较小，其他裂缝对结构影响较大，需要采取一定的措施防止裂缝产生。

商品混凝土结构一但出现裂缝将会给结构的使用带来严重的威胁，特别是贯穿裂缝，出现后要恢复其结构的整体性是十分困难的，因此预防商品混凝土结构裂缝尤其是贯穿性裂缝的产生是十分重要的。

具体预防措施如下：

1）设置伸缩缝。根据结构的形式、外露环境，合理设置伸缩缝能有效的减少裂缝的产生。以商品混凝土护坡为例，设计时一般按照每隔10m设置一道伸缩缝，缝内填塞沥青麻丝。

2）采用商品混凝土后浇带分段浇筑商品混凝土。此方法用来解决商品混凝土收缩应力问题。

3）采用预应力措施消减裂缝产生的机率。

4）构造配筋时适当加强，以提高配筋率，配置细而密的钢筋,以减少裂缝的宽度。适当的时候配置温度收缩筋。

5）采用改善骨料级配，根据商品混凝土所处的环境类别，适当增加引气剂或塑化剂等措施以减少商品混凝土中水泥用量。

6）拌和商品混凝土时加水将碎石冷却以降低商品混凝土的浇筑温度。

7）热天浇筑商品混凝土时降低浇筑层的厚度，利用浇筑层面散热。

8) 在商品混凝土中埋设水管，通入冷水降温。

9) 规定合理的拆模时间，气温骤降时进行表面保温，以免商品混凝土表面发生急剧的温度梯度。

10) 施工中应采取相应的冬季施工措施。

11) 合理地安排施工工序，避免过大的高差和侧面长期暴露。

现浇商品混凝土工程,特别是大体积商品混凝土工程。因施工因素、材料因素、工艺因素、环境因素会产生商品混凝土结构裂缝。裂缝会使钢筋商品混凝土的结构性能降低,裂缝严重将影响结构安全。地下工程则会产生渗水现象,严重影响使用功能的正常发挥。商品混凝土工程的裂缝控制必须分析裂缝原因,再采取有效措施。

具体方法列举如下：

1) 对承载能力无影响的表面大面积细裂缝进行防渗漏水处理，可采用表面修补方法。如表面涂抹砂浆法、表面涂环氧胶泥法、表面凿槽嵌补法和表面贴条法等。

2) 当裂缝对结构整体性有影响时，或者结构有防水和防渗要求时，可采用水泥灌浆或化学灌浆等内部修补法。

3) 对结构整体性、承载能力有较大影响的裂缝，需要采用结构加固方法。如围套加固、钢箍加固、预应力钢板加固和喷浆加固等方法。

4) 对结构耐久性有影响的纵向锈蚀铁锈裂缝，应凿除主筋周围含盐商品混凝土，用喷砂法清除铁锈，然后用喷浆或加围套方法修补。

随着商品混凝土材料的广泛使用,这种材料的性能也越来越为人们所熟悉和掌握。商品混凝土构件的裂缝问题也一直为工程技术人员所讨论。查清引起商品混凝土裂缝产生的全部原因是解决裂缝这个“癌症”的基础。只要我们全体商品混凝土工作者共同努力,先查清原因,后解决问题,裂缝问题最终总有一天会得到解决。相信我们在设计、施工和选材方面做好各项控制措施,防裂于未来,商品混凝土这种材料,必将更广泛的应用于工程实践,更好的服务于社会

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