混凝土工程裂缝浅析与预防

　　摘要：本文作者介绍了混凝土裂缝的分类，分析了形成裂缝的原因，并提出了裂缝防治的预防措施。
　　关键词：混凝土裂缝；浅析；预防
　　
　　混凝土裂缝问题是项技术难题，长期困扰工程界。近年来，随着高早强型水泥的大量使用、商品混凝土泵送施工的大力推广、混凝土强度等级的提高、大体积混凝土的涌现，在取得成效的同时也使裂缝问题更为突出，甚至成为混凝土质量问题的焦点。而目前混凝土裂缝主要是收缩变形和温度变形所致，控制这些裂缝除了广大工程建设人员在设计与施工方面采取相应措施外，从而将裂缝问题降低到最小限度。
　　1混凝土工程裂缝的分类
　　1.1按裂缝的成因划分
　　根据混凝土裂缝产生的原因，可分为结构性裂缝与非结构性裂缝两大类：
　　1.1.1结构性裂缝是由各种外荷载引起的裂缝，也称荷载裂缝。它包括由外荷载的直接应力引起的裂缝和在外荷载作用下结构次应力引起的裂缝。
　　1.1.2非结构性裂缝是由各种变形变化引起的裂缝。它包括温差，干缩湿胀和不均匀沉降等因素引起的裂缝。这类裂缝是在结构的变形受到限制时引起的内应力造成的。从国内外的研究资料以及大量的工程实践看，非结构性裂缝在工程中占了绝大多数，约为80%，其中以收缩裂缝为主要类型。
　　1.2按裂缝产生的时间划分
　　1.2.1施工期间出现的裂缝。包括沉降收缩裂缝、自身收缩裂缝、温度裂缝、施工操作不当或养护不到位而出现的裂缝、早期冻胀作用引起的裂缝以及一些其它形式的不规则裂缝。
　　1.2.2使用期间出现的裂缝。包括钢筋锈蚀膨胀产生的裂缝、盐碱类介质及酸性侵蚀气液引起的裂缝、碱骨料反应引起的裂缝以及循环动荷载作用下损伤累积引起的疲劳裂缝等。
　　1.3按裂缝的形状划分可分为
　　1.3.1纵向裂缝，平行于构件底面，顺筋分布，主要由钢筋锈蚀作用引起；
　　1.3.2横向裂缝，垂直于构件底面，主要由荷载作用、温差作用引起；
　　1.3.3剪切裂缝，由于竖向荷载或震动位移引起；
　　1.3.4斜向裂缝、八字形或倒八字形裂缝，常见于墙体与混凝土梁，主要因地基的不均匀沉降以及温差作用或抗剪承载力不足引起；
　　1.3.5各种不规则裂缝，此外，还有因混凝土拌和或运输时间过长引起的网状裂缝，现浇楼板四角出现的放射状裂缝或板面出现的十字形裂缝等等。
　　1.4按裂缝的发展状态划分
　　根据裂缝所处的运动状态及其发展趋势，可分为以下两类:
　　1.4.1稳定裂缝。这种裂缝不影响持久应用，包括两类：一类是在运动过程中可以自愈合的裂缝，常见于一些新建的防水工程中，这是由于裂缝处水泥颗粒在渗漏过程中与水进一步化合，两者形成的凝胶物质将胶合裂缝封闭，从而渗漏停止，裂缝达到自愈。另一类是处于稳定运动中的裂缝，如在周期性荷载作用下产生的周期性扩展和闭合的裂缝。
　　1.4.2不稳定裂缝。这种裂缝将产生不稳定性的扩展，影响结构物的持久使用，应视其扩展部位，采取相应的措施。
　　2混凝土常见裂缝的成因分析
　　收缩裂缝是由湿度变化引起的，它占混凝土非结构性裂缝中的主要部分。混凝土是以水泥为主要胶结材料，以天然砂、石为骨料加水拌合，经过浇筑成型、凝结硬化形成的人工石材。在施工中，为保证其和易性，往往加入比水泥水化作用所需的水分多4～5倍的水。多出的这些水分以游离态形式存在，并在硬化过程中逐步蒸发，从而在混凝土内部形成大量毛细孔、空隙甚至孔洞，造成混凝土体积收缩。此外，混凝土硬化过程中水化作用和碳化作用也会引起混凝土体积收缩。一般来说，水灰比越大、水泥强度越高、骨料越少、环境温度越高、表面失水越大，则其收缩值越大，也越易产生收缩裂缝。
　　3混凝土裂缝的预防措施
　　3.1设计措施
　　3.1.1混凝土配合比
　　精心设计混凝土配合比。在保证混凝土具有良好工作性能的情况下，应尽可能降低混凝土的单位用水量，采用“三低二掺一高”的设计准则，生产出“高强、高韧性、中弹、低热和高抗拉值”的抗裂混凝土。
　　3.1.2构造及结构设计
　　3.1.2.1增配构造筋，提高抗裂性能。应采用小直径、小间距的配筋方式，全截面的配筋率应在0.3～0.5%之间。
　　3.1.2.2避免结构突变生产应力集中。在易产生应力集中的薄弱环节采取加强措施。
　　3.1.2.3在易裂的边缘部位设置暗梁，提高该部位的配筋率，提高混凝土的极限抗拉强度。
　　3.1.2.4在结构设计中应充分考虑施工时的气候特征，合理设置后浇缝，在正常施工条件下，后浇缝间距20～30Ｍ，保留时间一般不小于６０天。如不能预测施工时的具体条件，也可临时根据具体情况作设计变更。
　　3.2原材料控制措施
　　3.2.1水泥的选择与应用
　　3.2.1.1尽量选用低热或中热水泥（如矿渣水泥、粉煤灰水泥），或利用混凝土的后期强度（９０Ｄ～８０Ｄ）以降低用量，减少水化热（因为每加减１０kg水泥，温度会相应增减１℃，水化热与水泥用量成正比）。在条件许可的情况下，应优先选用收约定俗成性小的或具有微膨胀性的水泥。因为这种水泥在水化膨胀期（１～5d）可产生一定的预压应力，而在水化后期预压应力可部分抵消温度徐变应力，减少混凝土内的拉应力，提高混凝土的抗裂能力。
　　3.2.1.2适当搀加拌好煤灰。混凝土中掺用粉煤灰后，可提高混凝土的抗渗性、耐久性，减少收缩，降低胶凝材料体系的水化热，提高混凝土抗拉强度，抑制碱骨料反应，减少新拌混凝土的泌水等。
　　3.2.2选择级配良好的骨料
　　3.2.2.1骨料在混凝土中所占比例一般为混凝土绝对体积的80%~83%，因此在选择骨料时，应选择线膨胀系数小、岩石弹模较低、表面清洁无弱包裹层、级配良好的骨料。一般来说，可以选用粒径4mm~40mm的粗骨料，尽量采用中砂，严格控制砂、石子的含泥量（石子在1%以内，砂在2%以内）。控制水灰比在0.6以下。还可以在混凝土中掺缓凝剂，减缓浇筑速度，以利于散热。另外还可以考虑在大体积混凝土中掺加坚实无裂缝、冲洗干净、规格为150mm~300mm的大块石。掺加大块石不仅减少了混凝土总用量，降低了水化热，而且石块本身也吸收了热量，使水化热能进一步降低，对控制裂缝有一定好处。
　　3.2.2.2砂除满足骨料规范要求外，应适当放宽石粉或细粉含量，这样不仅有利于提高混凝土的工作性，而且可以提高混凝土的密实性、耐久性和抗裂性。有研究表面，砂子中石粉比例一般在之间15%～18%为宜。
　　3.2.3适当选用外加剂
　　适当选用高效减水剂和引气剂，这对减少混凝土单位用水量和胶凝材料用量，改善新拌混凝土的工作度，提高硬化混凝土的力学、热学、变形、耐久性等性能起着极为重要的作用。
　　3.3施工方法控制措施
　　3.3.1预留孔道、分层浇筑等
　　对于大体积混凝土施工在适当预留一些孔道，在内部通循环冷水或冷气冷却。对大型设备基础可采用分块分层浇筑（每层间隔时间5d~7d），分块厚度为1.0m～1.5m，以利于水化热散发和减少约束作用，也可在砼中抛一定量的块石，降低水化热。
　　3.3.2控制温度
　　混凝土温度和温度变化对混凝土裂缝是极其敏感的。当混凝土从零应力温度降低到混凝土开裂温度时，混凝土拉应力超过了此时的混凝土极限拉应力。因此，通过应降低混凝土内水化热温度和混凝土初始温度，减少和避免裂缝风险。
　　在这些防治控制的措施中，我认为施工方法的控制措施是较容易实施的，从施工的角度来讲，便于操作和实施，在设计允许、施工条件满足的情况下，预留空洞、分层浇筑、分段施工等都是非常好的措施，要注意的是分层或分段浇筑要避开结构应力较大位置、受力大的部位，满足使用要求。合理科学的控制措施会受到效益和工期的双赢的效果。
　　4结束语
　　混凝土是目前用量最大的一种建筑材料，广泛应用于工业与民用建筑、农林与城市建设、水利与海港工程。然而，许多混凝土结构在建设与使用过程中出现了不同程度、不同形式的裂缝。这不仅影响建筑物的外观，更危及建筑物的正常使用和结构的耐久性。因此，裂缝问题倍受人们关注。
　　参考文献：
　　［1］袁广林，王来《建筑工程事故诊断与分析》2007年8月版；
　　［2］王赫《关于混凝土裂缝处理界限的探讨与建议》2009年1月版；
　　［3］王铁梦《工程结构裂缝控制的综合方法》2008年5月版；
　　

《混凝土工程裂缝浅析与预防》

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