钢筋混凝土结构裂缝原因及其处理
时间：2020-12-13 08:06:10 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
(包头铁道职业技术学院，内蒙古 包头 014040)
摘要：文章结合实例和有关理论，从结构设计、混凝土施工工艺等方面，详细分析了钢筋混凝土结构裂缝形成的原因，同时提出了裂缝的处理方法及减小钢筋混凝土结构裂缝的措施。
关键词：钢筋混凝土结构；
裂缝；
处理
中图分类号：T528.1 文献标识码：A 文章编号：1007—6921(2009)21—0063—02
许多钢筋混凝土结构在施工过程和使用过程中，常出现不同程度、不同形式的裂缝，既是建筑工程中十分常见的现象，也是长期困扰着建筑工程技术人员的技术难题。当钢筋混凝土结构一旦出现肉眼明显可见的、宽度超过一定数值的裂缝时，会给使用者在心理上造成较大压力，因为钢筋混凝土结构的破坏和倒塌都是从裂缝的扩展开始的。钢筋混凝土结构裂缝的出现，不仅影响建筑物的外观，还可以引起结构渗漏、混凝土保护层的脱落、加剧混凝土碳化，导致混凝土化学腐蚀和钢筋锈蚀加快，从而影响结构的安全性、使用性和耐久性，因此我们必须十分重视钢筋混凝土结构裂缝形成的原因及其处理,在结构设计与施工中应尽量采取有效措施控制裂缝产生，使结构尽可能不出现裂缝或尽量减少裂缝的数量和宽度，确保工程质量。
1 钢筋混凝土结构裂缝形成的原因
1.1 结构设计方面
1.1.1 构件承载力不足。由于对构件传力方向、受力特点不明确而导致结构设计计算存在错误，致使钢筋混凝土构件中受力钢筋数量太少、构件抗剪强度不够而产生裂缝，裂缝通常出现在应力最大位置附近。如受弯构件正截面承载力不足会造成梁跨中下部和连续梁支座附近上部的竖向裂缝；
斜截面承载力不足，在剪力和弯矩共同作用下会造成支座附近或集中荷载作用点附近的斜向裂缝；
因构件截面尺寸太小，配筋率过高会造成梁弯矩最大处附近受压区的裂缝。
1.1.2 地基不均匀沉降。一般情况下，地基因受到上部传递的压力作用而引起地基面的沉降变形呈凹形，常称之为“盆形沉降曲面”，这是由于中部压力相互影响高于边缘处相互影响，以及边缘处非受载区地基对受载区下沉有剪切阻力等共同作用的结果，它使地基反压力在边缘区偏高。如上图所示。当建筑物的形状及刚度不同、地基土质存在差异时，使地基具有不同的反压力分布规律和变形曲线形状。如果建筑物的整体刚度越小，即柔性越大，则地基反压力的分布越接近于附加荷载的分布，此时不均匀沉降越大，在结构中产生较大的附加应力。如果结构的配筋较少，将导致在上部结构中产生裂缝。裂缝的位置一般位于沉降曲线曲率较大处，裂缝的方向与地基变形所产生的主应力方向垂直。如建筑物墙面上多为斜裂缝，梁或板上多为垂直裂缝，柱上多为水平裂缝。
1.1.3 材料性能不能充分发挥。长期以来人们一直认为混凝土的强度与其耐久性成正比关系，认为混凝土强度越高，抗裂能力就越强，这种观念使设计人员对混凝土开裂的原因有了主观上的错误认识，在结构设计中盲目追求使用高强度混凝土而不是使用高性能混凝土，特别是对强度要求不高、而对抗渗性能要求较高的一些结构，如地下室的底板及墙壁、给水管道等，混凝土设计强度等级往往达到C60，其后果就是使水泥用量大幅度提高，然而水泥用量的增加，水泥在水化时产生的水化热也大幅度提高，造成干燥收缩和温度收缩增大，引起混凝土开裂。另外混凝土强度提高，混凝土弹性模量增大，徐变系数减小，使混凝土的延伸率(抗裂性)减小，加剧混凝土开裂。
1.2 混凝土施工工艺方面
1.2.1 原材料选用不当。混凝土是一种复合材料，由水泥、骨料、掺合料、外加剂、水等不同性质的材料组合而成。原材料的选用如不合理，不仅对混凝土的性能有直接影响，而且还可以影响到混凝土的施工操作，导致混凝土开裂。
①水泥的选用。提高混凝土早期强度可以缩短工程建设时间，加快施工进度，可以给施工单位带来明显的经济效益，因此在选用水泥时存在一种盲目使用高强度等级水泥现象。水泥强度等级越高，水泥矿物组成中硅酸三钙含量越高，水泥细度越大，致使水泥在进行水化反应时水化速度加快，水化时短时间内放出的热量就越多，而在短时间内产生过高的水化热会造成混凝土结构中心与表面之间存在较大的温差，这样就会导致混凝土在浇筑过程中出现开裂。
②骨料的选用。选用骨料时往往忽略骨料的级配及颗粒形状。骨料的级配及颗粒形状对混凝土密实度影响较大，骨料级配差、含泥量高，会使骨料内部空隙率增大。为提高混凝土密实度，用于填充混凝土内部孔隙的水泥浆体数量会增多。水泥浆在凝结硬化过程中容易在较大骨料颗粒与砂浆或水泥石接触面上形成微小裂缝。
③外加剂的使用。在混凝土施工操作过程中掺入一定数量的外加剂，可以改善混凝土的各项性能，以获取良好的经济效果，然而所使用的外加剂与水泥之间应具有良好的相容性。因外加剂使用不当，易使混凝土产生裂缝。在使用外加剂时，应合理选用外加剂品种，控制外加剂的掺量。如在使用高效减水剂时应该严格控制其掺量，掺量过大会造成严重的泌水现象，消弱混凝土抗渗透能力，使混凝土内部出现开裂。
1.2.2 混凝土施工操作不当。施工单位在进行混凝土施工操作时，因混凝土浇筑顺序及方法不合理、施工速度过快、振捣不充分、模板沉陷及移动、钢筋保护层过大或过小、施工技术措施不当、过早地加荷或施工超载均会导致混凝土内部出现裂缝。
例如钢筋混凝土雨蓬裂缝一般出现在雨蓬的根部，究其原因多为施工人员在进行施工操作时将雨蓬板受力主筋脚踩下移所致。由于雨蓬板受力主筋多伸入过梁或圈梁内，受力主筋在梁内无固定点，难以保证位置准确，施工时如被施工人员脚踩，可以降低雨蓬根部截面的有效高度，致使雨蓬的抗裂能力大大降低。
1.3 混凝土养护方面
混凝土浇筑后会发生各种收缩，这些收缩往往是相互叠加、相互作用的，会使混凝土产生开裂，其中温度收缩和干燥收缩是导致混凝土开裂的主要原因。
1.3.1 温度收缩。建筑物在正常使用过程中因所处季节不同，受不均匀收缩影响而产生温度应力；
混凝土在施工过程中因水泥水化产生大量水化热，而结构外表面散热较快，结构内部散热较慢，内部温度不断升高，使混凝土结构内外产生较大温差，内部混凝土受热胀变形而产生压应力，外部混凝土因冷却收缩而产生拉应力。如果温度应力大于混凝土抗拉强度，很容易在拉应力作用下产生开裂。
混凝土结构温度变化可用下式表示：
研究表明，混凝土内外表面之间的温差大于30℃时，就可以在混凝土内部产生微小裂缝。
1.3.2 干燥收缩。混凝土在硬化过程中，随着水泥水化反应的不断进行，水化产物分子链逐渐形成，混凝土表面出现泌水和水份急剧蒸发现象。当水从水泥浆的毛细孔向外蒸发时会对毛细孔壁造成压力，水泥石在这种压力作用下体积产生收缩。在自由状态下混凝土的收缩不会产生裂缝，但在超静定结构中，混凝土收缩会产生较大应力。
根据我国《混凝土与徐变的试验研究》专题协作组推荐的混凝土收缩量计算公式可知，混凝土干燥收缩会随空气相对湿度的降低、空气温度的升高、混凝土强度等级的提高而增大。混凝土干燥收缩量计算可用下式表示：
2 钢筋混凝土结构裂缝的处理
钢筋混凝土结构出现裂缝后，会降低结构的耐久性和影响建筑物的正常使用，因此要根据裂缝形成的原因、裂缝的性质、裂缝的宽度和长度是否超过国家规范要求，采取有效的处理措施进行修补。
2.1 表面修补法
对结构承载力没有影响的细微裂缝(裂缝宽度≤0.2mm)，可以采用表面修补法进行处理。常用的方法有压实抹平、涂抹环氧胶粘剂、喷涂水泥砂浆或细石混凝土、压抹环氧胶泥、环氧树脂粘贴玻璃丝布、增加整体面层、钢锚栓缝合等。施工时应先清理混凝土表面附着污物，并在裂缝的表面先粘贴玻璃纤维布，再用所选修补材料进行处理。
2.2 灌浆法或填充法
裂缝宽度对结构整体性有影响，或结构有防水防渗要求时，可以采用灌浆法或填充法进行修补处理。
灌浆法又称之为“注入法”，分水泥压力灌浆和化学灌浆，是采用各种树脂浆液、水泥浆液或聚合物水泥浆液灌入裂缝深部，胶结材料硬化后与混凝土形成一个整体，以提高结构整体性及防水性。该方法适用于裂缝宽度较大、深度较深的裂缝修补。
填充法又称之为“凿槽法”，是沿裂缝将混凝土开凿成“U”型或“V”型槽，然后嵌填各种修补材料，达到恢复耐久性及防水性，以及部分恢复结构整体性的目的。该方法适用于裂缝数量少但裂缝宽度较大(裂缝宽度＞0.5mm)及钢筋锈蚀所产生的裂缝修补。
2.3 仿生自愈合法
模仿生物组织对受创伤部位自动分泌某种物质，而使创伤部位得到愈合的机能，在混凝土的传统组分中加入某些特殊组分(如含粘结剂的液芯纤维或胶囊)，在混凝土内部形成智能型仿生自愈合神经网络系统，当混凝土出现裂缝时分泌出部分液芯纤维可使裂缝重新愈合。
2.4 加固法
对结构整体性、承载力有较大影响的裂缝，除应对裂缝进行必要的修补处理外，还应采用结构加固法对结构进行加固处理，常用加固方法有钢箍加固、预应力加固、增加钢筋、外包钢筋混凝土、外包钢、粘贴钢板，以增加结构整体刚度。
3 结论
通过对钢筋混凝土结构裂缝形成的原因分析可知，虽然钢筋混凝土结构中的裂缝是难以完全避免的，是各种因素共同作用的结果，但在结构设计时如果做到合理选材并采取适当的构造措施，在施工过程中优化施工工艺、设置合适的后浇带，加强混凝土早期养护，尽可能对裂缝的宽度和发展进行控制，就会保证结构的正常使用性能及耐久性。
［参考文献］
［1］王铁梦.工程结构裂缝控制［M］.北京：中国建筑工业出版社，1997.
［2］刘群.房屋维修与管理［M］.北京：高等教育出版社，2003.
