混凝土结构裂缝产生的主要原因

在结构混凝土施工过程中，混凝土表面常会出现各种病害，其中混凝土裂缝是很普遍的结构性病害之一。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使用寿命，给人们的生活、生产带来不便。因此，对引发结构混凝土裂缝的成因进行分析、归纳及采取预防措施很有必要。1裂缝的成因在施工和使用过程中，引起建筑混凝土结构开裂的原因很多，当发生温度和湿度变化、结构受荷、地基不均匀沉降、施工方式不当时，都非常容易产生裂缝，具体原因有以下几方面：1.1设计构造在设计时考虑不周，结构构件断面突变或因开洞、留槽引起应力集中；在构造处理不当时，现浇主梁在搁次梁处如果没有设置附加箍筋或附加吊筋；以及各种结构缝设置不当等因素均容易导致混凝土开裂。1.2地基变形建筑工程基础不均匀沉降是造成钢筋混凝土开裂的主要原因：①房屋建于土质差别较大或软弱土质上。②建筑物基础深浅不一。③房屋相邻部分的高度、荷重、结构刚度差别较大。④建筑物平面形状复杂、立面变化过大、长度过大等原因造成基础不均匀沉降。裂缝的大小、形状、方向与地基变形的情况有关，由于地基变形的应力相对较大，使得裂缝一般是贯穿性的，危害较大。1.3施工方面施工工艺不当是造成钢筋混凝土开裂的另一个主要原因。由于施工原因造成裂缝出现的因素很多，主要有：①水泥、砂、石等质量不好是引起裂缝较常见的因素。若工程上用了这些不合格的材料就会导致“豆腐渣工程”，所以说只有把好材料的质量关，工程质量才会在根本上得到保证。②混凝土是一种人造混合材料，其质量好坏的一个重要标志是成型后混凝土的均匀性和密实程度。因此混凝土的搅拌、运输、浇灌、振实各道工序中的任何缺陷和疏漏，都可能使裂缝产生的直接或间接原因。③水分蒸发、水泥结石和混凝土干缩通常是导致混凝土裂缝的重要原因。混凝土养护，特别是早期养护质量与裂缝关系密切。早期表面干燥可使其内外温度较大更容易产生裂缝。④模板构造不当，漏水、漏浆、支撑刚度不足、支撑的地基下沉、过早拆模等都有可能造成混凝土开裂。施工过程中，钢筋表面污染，混凝土保护层太大或太小，浇灌中碰撞钢筋使其移位等都可能引起裂缝。1.4结构受荷在施工中和使用中由于结构受荷都可能出现裂缝。例如早期受震、构件堆放、运输、吊装时的垫块或吊点位置不当、施工超载、张拉应力值过大等均可能产生裂缝。而最常见的是钢筋混凝土梁、板等受弯构件，在使用荷载作用下往往出现不同程度的裂缝。普通钢筋混凝土构件在承受了30-40%的设计荷载，就可能出现裂缝，肉眼一般不能察觉，而构件的极限破坏荷载往往都在设计荷载的1.5倍以上。所以在一般情况下钢筋混凝土构件是允许带裂缝工作的（这类裂缝也称为无害裂缝）。在钢筋混凝土设计规范中，分别不同情况规定裂缝的最大宽度为0.2-0.3mm，对那些宽度超过规范规定的裂缝，以及不允许开裂的构件上出现裂缝则是有害的，需加以认真分析，慎重处理。1.5温湿度变化当温度变化时，由于材料热胀冷缩，房屋各部分构件将产生各自不同的变形，引起彼此制约而产生应力。因屋面混凝土与墙体的线膨胀系数不一致，屋面变形较大，当屋盖和墙体之间构造处理不当，会使墙体受拉，当其剪力和拉应力大于砌体的抗剪抗拉强度时，产生温差裂缝。普通混凝土在空气中硬结，湿度发生变化时，体积会有所收缩，由此而在构件内产生拉应力，在早期混凝土强度较低时，混凝土收缩值最大。因此，若构件早期养护不良，极易产生收缩裂缝。2裂缝的控制措施2.1设计方面①设计中的“抗”与“放”。在建筑设计中应处理好构件中“抗”与“放”的关系。所谓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，而所谓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。设计人员应灵活地运用抗放结合、或以抗为主、或以放为主的设计原则来选择结构方案和使用的材料。②设计中应尽量避免结构断面突变带来的应力集中。如因结构或造型方面原因等而不得以时，应充分考虑采用加强措施。③积极采用补偿收缩混凝土技术。在常见的混凝土裂缝中，有相当部分都是由于混凝土收缩而造成的。要解决由于收缩而产生的裂缝，可在混凝土中掺用膨胀剂来补偿混凝土的收缩，实践证明，效果是很好的。④重视对构造钢筋的认识。在结构设计中，设计人员应重视对于构造钢筋的配置，特别是于楼面、墙板等薄壁构件更应注意构造钢筋的直径和数量的选择。⑤对于大体积混凝土，建议在设计中考虑采用60天龄期混凝土强度值作为设计值，以减少混凝土单方用灰量，并积极采用各类行之有效的混凝土掺合料。2.2材料选择和混凝土配合比设计方面①根据结构的要求选择合适的混凝土强度等级及水泥品种、等级，尽量避免采用早强的水泥。②选用级配优良的砂、石原料，含泥量应符合规范要求。③积极采用掺合料和混凝土外加剂。掺合料和外加剂目标已作为混凝土的第五、六大组份，可以明显地起到降低水泥用量、降低水化热、改善混凝土的工作性能和降低混凝土成本的作用。④正确掌握好混凝土补偿收缩技术的运用方法。对膨胀剂应充分考虑到不同品种、不同掺量所起到的不同膨胀效果。应通过大量的试验确定膨胀剂的最佳掺量。⑤模板构造要合理，以防止模板间的变形不同而导致混凝土裂缝；模板和支架要有足够的刚度，防止施工荷载作用下，模板变形过大造成开裂，合理掌握拆模时机，拆模时间不能过早，应保证早龄期混凝土不损坏或不开裂，但也不能太晚，尽可能不要错过混凝土水化热峰值，即不要错过最佳养护时机。⑥配合比设计应采用低水灰比、低用水量，以减少水泥用量。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。应严格按选定的配合比施工，配制混凝土时计量应准确，要严格控制水灰比和水泥用量，搅拌均匀。2.3现场操作方面①浇捣工作：浇捣时，振捣棒要快插慢拔，根据不同的混凝土坍落度正确掌握振捣时间，避免过振或漏振，应提倡采用二次振捣、二次抹面技术，以排除混凝土内部的水分和气泡。②混凝土养护：在混凝土裂缝的防治工作中，对新浇混凝土的早期养护工作尤为重要，以保证混凝土在早期尽可能少产生收缩。主要是控制好构件的湿润养护，对于大体积混凝土，有条件时宜采用蓄水或流水养护，养护时间为14-28天。③混凝土的降温和保温工作：对于厚大体积混凝土，施工时应充分考虑水泥水化热问题。采取必要的降温措施，避免水化热高峰的集中出现、降低峰值。浇捣成型后，应采取必要的蓄水保温措施，表面覆盖薄膜、湿麻袋等进行养护，以防止由于混凝土内外温差过大而引起的温度裂缝。④避免在雨中或大风中浇灌混凝土。⑤对于地下结构混凝土，尽早回填土，对减少裂缝有利。⑥夏季应注意混凝土的浇捣温度，采用低温人模、低温养护，必要时经试验可采用冰块，以降低混凝土原材料的温度。以上是对混凝土裂缝的成因及控制进行了理论和实践上的初步探讨，虽然学术界对于混凝土裂缝的成因和计算方法有不同的理论，但对于具体的预防和改善措施意见还是比较统一，同时在实践中的应用效果也是比较好的，具体施工中要靠我们多观察、多比较，出现问题后多分析、多总结，结合多种预防处理措施，混凝土的裂缝是完全可以避免的。