朱书城的论文裂缝的原因与防治

混凝土裂缝原因探析及预防措施随着我国改革开放，特别是经济领域的发展，人民生活水平空前提高，人们对住宅建设的品质要求也在不断提高。特别是近十年来，政府为改善人民的住房条件，建设大量的经济适用住房和商品房。以前由于受经济条件的制约，以前的住宅建设中的一般采用砖混结构加盖预制板，一般为多层结构。砖混结构的整体性及抗震性效果较差，且布局及层数受限，不能满足人们对住宅品质的需求，同时也达不到安全性能的要求。因此近几年房屋建设中逐渐被框架、框剪以及筒体结构替代，新形的结构必须采用现浇钢筋混凝土。随着现浇钢筋混凝土在房屋建设工程中的大量推广和应用，同时现场浇注的混凝土楼板常常会出现大小不等，深浅不一的裂缝；现浇混凝土的裂缝现象的不断出现,降低了建筑物的抗渗能力，影响建筑物的使用功能，而且会引起钢筋的锈蚀、混凝土的碳化、破坏结构的整体性、降低其刚度；同时大大降低了房屋结构的耐久性及承载能力等诸多问题，这些裂缝不仅影响建筑物的美观，而且影响建筑物的使用功能，给房主带来了诸多不便,投诉、纠纷、索赔现象时有发生，成为人们关注的焦点。本文对混凝土程中常见的一些混凝土裂缝问题进行了认真研究、探讨分析，针对混凝土的原材料、结构受力、浇筑、养护等几方面具体情况提出了一些预防及整改措施。一、裂缝的分类混凝土出现的裂缝按深度的不同，分为贯穿裂缝、深层裂缝及表面裂缝三种。1．表面裂缝主要是温度裂缝，一般危害性较小，但影响外观质量。2．深层裂缝部分地切断了结构断面，对结构耐久性产生一定危害。3．贯穿裂缝是由混凝土表面裂缝发展为深层裂缝，最终形成贯穿裂缝；它切断了结构的断面，可能破坏结构的整体性和稳定性，其危害性是较严重的。二、裂缝发生原因1．水泥水化热影响产生的裂缝水泥在水化过程中产生了大量的热量，因而使混凝土内部的温度升高，当混凝土内部与表面温差过大时，就会产生温度应力和温度变形。温度应力与温差成正比，温差越大，温度应力越大，当温度应力超过混凝土内外的约束力时，就会产生裂缝。混凝土内部的温度与混凝土的厚度及水泥用量有关，混凝土越厚，水泥用量越大，内部温度越高。2．内外约束条件的影响产生的裂缝混凝土在早期温度上升时，产生的膨胀受到约束而形成压应力。当温度下降，则产生较大的拉应力。另外，混凝土内部由于水泥的水化热而形成中心温度高，热膨胀大，因而在中心区产生压应力，在表面产生拉应力。若拉应力超过混凝土的抗拉强度，混凝土将会产生裂缝。3．外界气温变化的影响产生的裂缝混凝土在施工阶段，常受外界气温的影响。混凝土内部温度是由水泥水化热引起的绝热温度，浇筑温度和散热温度三者的叠加。当气温下降，特别是气温骤降，会大大增加外层混凝土与混凝土内部的温度梯度，产生温差和温度应力，使混凝土产生裂缝。4．混凝土的收缩变形产生的裂缝混凝土中的80%水分要蒸发，约20%的水分是水泥硬化所必需的。而最初失去的30%自由水分几乎不引起收缩，随着混凝土的陆续干燥而使20%的吸附水逸出，就会出现干燥收缩，而表面干燥收缩快，中心干燥收缩慢。由于表面的干缩受到中心部位混凝土的约束，因而在表面产生拉应力而出现裂缝。在设计上，混凝土表层布设抗裂钢筋网片，可有效地防止混凝土收缩时产生干裂。5．混凝土的沉陷产生的裂缝沉陷裂缝的产生是由于结构构件坐落在未经处理或软弱地基上。混凝土浇灌完后，因地基侵水引起不均匀沉降而导致。另外，支架、支撑变形下沉会引发结构裂缝，过早拆除模板支架易使未达到强度的混凝土结构发生裂缝和破损。混凝土因模板刚度不足，支撑间距过大或底部松动以及过早拆模也可以引起沉陷裂缝，特别是在冬季，模板支撑在冻土上，冻土化冻后产生不均匀沉降，致使混凝土结构产生裂缝。此类裂缝的主要表现形式多位深进或贯穿性，其位置与沉陷方向一致，较大的沉陷裂缝往往有一定的错位，裂缝宽度与沉陷值成正比。裂缝宽度受温度变化的影响较小。地基变形稳定之后，沉陷裂缝也基本趋于稳定。6.混凝土结构应力产生的裂缝多分布在房屋外墙转角所在房间的楼板上，裂缝一般成45o斜向，裂缝基本上为上下贯通。楼板跨中裂缝的分布和数量呈现一定的随机性；有时板面会出现无规则的龟裂。大部分楼板贯穿裂缝主要出现在混凝土浇筑后一年左右的时间内，在各部位裂缝中，多数板角、跨中裂缝都是或者最终发展为完全贯穿型的，而板面龟裂则主要为面层裂缝。原因从连续梁、板的受力特点分析：现浇肋形楼板中的板、次梁和主梁，一般均为多跨和连续梁（板）。内力计算有两种方法。主梁按弹性理论计算，次梁和板可考虑塑形变形内力重分布的方法计算。弹性理论的计算是把材料看成是弹形的，用结构力学的方法，考虑荷载的不利组合，计算内力，画出受力图，进行配筋计算。连续梁、板的受力特点是：跨中有正弯矩，支座有负弯矩。如下图：端支座实际上有负弯矩因此，跨中按最大正弯矩计算正筋，支座按最大负弯矩计算负筋。负筋配筋一般较小且不连续，施工时容易被工人踩踏贴近底板筋，使负筋失去受力作用，构件不能承受负弯矩从而产生裂缝。7.材料原因产生的裂缝（1）水泥：我国建筑工程中常用的是通用硅酸盐水泥，通用硅酸盐水泥的化学指标有不溶物、烧失量、三氧化硫、氧化镁、氯离子和碱含量，水泥中碱含量以Na2O+0.65K2O计算值来表示，水泥中碱含量高时，如果配置混凝土的骨料具有碱活性，可能产生碱骨料反应，导致混凝土因不均匀膨胀而破坏。水泥熟料矿物组成中游离氧化钙或氧化镁过多，或者水泥粉磨时石膏掺量过多，水泥熟料中所含的游离氧化钙或氧化镁都是过烧的，熟化很慢，在水泥已经硬化后还在慢慢水化并产生体积膨胀，引起不均匀的体积变化，导致水泥开裂。石膏掺量过多时，水泥硬化后过量的石膏还会继续与已固化的水化铝酸钙作用，生成高硫型水化硫铝酸钙（俗称钙矾石），体积约增大1.5倍，引起水泥石开裂。（2）细骨料砂：粒径在4.75mm以下的骨料称为细骨料，砂的颗粒级配是指砂中大小不同的颗粒相互搭配的比例情况，大小颗粒搭配的好时砂粒之间的空隙最小。在相同质量条件下，细砂的总表面积较大，而粗砂的总表面积较小。在混凝土中，砂子的表面需要由水泥浆包裹，沙粒之间的空隙需要由水泥填充，为达到少用水泥和提高强度的目的，应尽量减少砂的总表面积和砂粒之间的空隙，即选用级配良好的粗砂或中砂比较好。粗骨料石子：粒径在5mm以下的骨料称为粗骨料，当骨料粒径增大时，其比表面积减少，混凝土的水泥用量也减少，固在满足技术要求的前提下，粗骨料的最大粒径应尽量选大一些，以减少水泥的用量。（3）水、外加剂、掺合料：混凝土拌合用的水、外加剂、掺合料的有害物质同样要加以限制。三、裂缝的防治根据以上分析的七种裂缝产生的原因，采取相应的防治措施。1．水泥水化热影响导致混凝土产生裂缝（1）水泥拟选用矿渣水泥或低标号水泥尽量降低水泥的水化热；若遇炎热天气施工时应对混凝土骨料进行降温处理；采用粉煤灰技术替换部分水泥用量来增加混凝土的后期强度，也会减少了水化热的产生。（2）混凝土浇筑控制：混凝土应分层浇筑，振捣密实。其分层浇筑厚度不宜大于50cm，便于混凝土的及时散热。（3）混凝土的养护控制：应遵循以下原则即内外温差不超过25度；降温梯度不得大于2度/天，延缓降温速度。养护时加强保湿保温处理。（4）混凝土配合比控制：配合比控制中除了原材料控制外还应注意合理规定混凝土的水灰比，掺加相应的外加剂。2.内外约束条件产生裂缝的防治措施（1）主要采取控制混凝土的浇筑温度、温升、减少温差、改进施工操作工艺、改善结构约束入手来消减温度应力。（2）改善骨料级配掺加块石。（3）拌和水掺冰降低水温，对骨料预冷降温，以便于降低混凝土的入模温度。（4）对于大体积混凝土而言，可采用循环冷水管对混凝土进行降温，使其内外温差不超过25度。（5）合理分缝分块，对较长结构应设置后浇带；对基岩或老混凝土垫层应在表面铺设50~100MM砂垫层，以消除基岩约束和嵌固作用。（6）应当适当配置温度钢筋，减少混凝土温度应力。（7）加强混凝土的养护，适当延长养护时间和拆模时间，使混凝土表面缓慢冷却。3．外界气温变化产生的裂缝的防治措施（1）优化混凝土配合比，充分利用混凝土的中后期强度，尽可能降低水泥用量，严格控制集料的级配及其含泥量。选用合适的外加剂延长混凝土的凝结时间，控制好混凝土坍落度。（2）浇筑与振捣措施：采取分层浇筑混凝土，利用浇筑面散热，以大大减少施工中出现裂缝的可能性。选择浇筑方案时，除应满足每一处混凝土在初凝以前就被上一层新混凝土覆盖并捣实完毕外，还应考虑结构大小、钢筋疏密、预埋管道和地脚螺栓的留设、混凝土供应情况以及水化热等因素的影响，常采用的方法有以下几种：○a、全面分层：即在第一层全面浇筑完毕后，再回头浇筑第二层，此时应使第一层混凝土还未初凝，如此逐层连续浇筑，直至完工为止。采用这种方案，适用于结构的平面尺寸不宜太大，施工时从短边开始，沿长边推进比较合适。必要时可分成两段，从中间向两端或从两端向中间同时进行浇筑。○b、分段分层：混凝土浇筑时，先从底层开始，浇筑至一定距离后浇筑第二层，如此依次向前浇筑其他各层。由于总的层数较多，所以浇筑到顶后，第一层末端的混凝土还未初凝，又可以从第二段依次分层浇筑。这种方案适用于单位时间内要求供应的混凝土较少，结构物厚度不太大而面积或长度较大的工程。○c、斜面分层：要求斜面的坡度不大于1/3，适用于结构的长度大大超过厚度3倍的情况。混凝土从浇筑层下端开始，逐渐上移。混凝土的振捣也要适应斜面分层浇筑工艺，一般在每个斜面层的上、下各布置一道振动器。上面的一道布置在混凝土卸料处，保证上部混凝土的捣实。下面一道振动器布置在近坡脚处，确保下部混凝土密实。随着混凝土浇筑的向前推进，振动器也相应跟上。（3）养护措施：大体积混凝土养护的关键是保持适宜的温度和湿度，以便控制混凝土内外温差，促进混凝土强度的正常发展的同时防止混凝土裂缝的产生和发展。大体积混凝土的养护，不仅要满足强度增长的需要，还应通过温度控制，防止因温度变形引起混凝土开裂。○a混凝土的中心温度与表面温度之间、混凝土表面温度与室外最低气温之间的差值均应小于20℃；当结构混凝土具有足够的抗裂能力时，不大于25～30℃。○b混凝土拆模时，混凝土的表面温度与中心温度之间、表面温度与外界气温之间的温差不超过20℃。○c采用内部降温法来降低混凝土内外温差。内部降温法是在混凝土内部预埋水管，通人冷却水，降低混凝土内部最高温度。冷却在混凝土刚浇筑完时就开始进行。还有常见的投毛石法，也可以有效控制混凝土开裂。○d保温法是在结构外露的混凝土表面以及模板外侧覆盖保温材料（如草袋、锯木、湿砂等）．在缓慢的散热过程中，保持制混凝土的内外温差小于20℃。根据工程的具体情况，尽可能延长养护时间，拆模后立即回填或再覆盖保护，同时预防近期骤冷气候影响，防止混凝土早期和中期裂缝。4．混凝土的收缩变形的防治措施（1）选用干缩值较小早期强度较高的硅酸盐或普通硅酸盐水泥。（2）严格控制水灰比，掺加高效减水剂来增加混凝土的坍落度和和易性，减少水泥及水的用量。（3）浇筑混凝土之前，将基层和模板浇水均匀湿透。（4）及时覆盖塑料薄膜或者潮湿的草垫、麻片等，保持混凝土终凝前表面湿润，或者在混凝土表面喷洒养护剂等进行养护。（5）在高温和大风天气要设置遮阳和挡风设施，及时养护。（6）采用二次振捣的施工工艺，特别是对表面积大而厚度小的混凝土板，通过振捣使混凝土的体积收缩减小而且均匀。5．混凝土的沉陷裂缝的防治措施（1）对松软土、填土地基在上部结构施工前应进行必要的夯实和加固。（2）保证模板有足够的强度和刚度，且支撑牢固，并使地基受力均匀。（3）防止混凝土浇灌过程中地基被水浸泡。（4）模板拆除的时间不能太早，且要注意拆模的先后次序。（5）在冻土上搭设模板时要注意采取一定的预防措施。6.混凝土结构应力裂缝的防治措施（1）板角多配置放射构造钢筋以防止板角45o裂缝的产生。（2）工程施工过程中严格管理，严禁踩塌负筋、错位支模、雨天浇筑混凝土等现象。（3）保证现浇板的厚度；确保楼板的配筋量，防止现浇板在受弯抗拉处产生裂缝。特别是悬挑构件：如阳台、雨棚、挑檐等，由于工人在浇注混凝土过程中，将现浇板上的负弯矩钢筋踩到，使构