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浅析混凝土结构裂缝的成因及防治措施

　　摘要：文章采用理论与工作实践相结合的形式，主要从外荷载、温度、混凝土内部结构、外界环境影响等方面对混凝土的裂缝进行分类，并就混凝土原材料、组成设计、养护条件、施工工艺等方面进行探讨，分析混凝土结构裂缝的影响因素及产生原因，从而提出混凝土裂缝的合理防治措施及治理方法，确保整个工程质量的安全、稳定。
关键词：混凝土；裂缝；成因；防治措施
近年来，我国基础建设得到迅猛发展，各地兴建了大量的混凝土建筑。在建筑物的建造和使用过程中，有关因出现裂缝而影响工程质量甚至导致结构垮塌的报道屡见不鲜。混凝土开裂可以说是“常发病”和“多发病”，经常困扰着工程技术人员。其实，如果采取一定的设计和施工措施，很多裂缝是可以克服和控制的。
1混凝土裂缝种类及成因分析
实际上，混凝土结构裂缝的成因复杂而繁多，甚至多种因素相互影响，但每一条裂缝均有其产生的一种或几种主要原因，比如：温度和湿度的变化，混凝土的脆性和不均匀性，以及结构不合理，原材料不合格等。混凝土结构裂缝的种类，就其产生的原因，大致可划分如下几种：
外荷载引起裂缝
①设计计算阶段，计算模型不合理；结构受力假设与实际受力不符；荷载少算或漏算；内力与配筋计算错误；结构安全系数不够。结构设计时不考虑施工的可能性；设计断面不足；钢筋设置偏少或布置错误；结构刚度不足；构造处理不当；设计图纸交代不清等。
②施工阶段，不加限制地堆放施工机具、材料；不了解预制构件受力特点，随意翻身、起吊、运输、安装；不按设计图纸施工，擅自更改结构施工顺序，改变结构受力模式；不对结构做机器振动下的疲劳强度验算等。
温度裂缝
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，由于受到基础或原有混凝上的约束，又会在混凝土内部出现拉应力。有时温度应力可超过其它外荷载所引起的应力，当这些拉应力超出混凝土的抗裂能力时即会出现裂缝。温度裂缝区别其它裂缝最主要特征是将随温度变化而扩张或合拢。
收缩裂缝
收缩是砼的一个主要特性，对砼的性能有很大影响。产生收缩裂缝的原因，一般认为在施工阶段因水泥水化热及外部气温的作用引起砼收缩而产生的裂缝。多为规则的条状，很少交叉。常发生在结构变截面处，往往与受力钢筋平行。收缩裂缝多发生在大体积砼中，梁、板、柱等小块体构件，砼收缩裂缝危害较大，尤其是暴露在大气中的构筑物，影响更大。
塑性裂缝
塑性裂缝是混凝土硬化以前形成的裂缝，塑性裂缝根据成因的原理分为塑性沉降裂缝和塑性收缩裂缝。塑性沉降裂缝是混凝土硬化前因骨料等比重大的颗粒下沉，竖向体积缩小而产生的塑性变形裂缝，塑性收缩裂缝是指浇筑后还处于塑性状态的混凝土当表面受风吹日晒的影响发生剧烈的温度变化时，由于其内部的温度变化很小，内外形成了很大的温差，使结构产生较大的拉应力而产生裂缝。
2裂缝产生的影响因素
组成材料的影响
水泥的影响
水泥的安定性、强度和含碱量的高低等会导致混凝土的裂缝产生。①安定性不合格，水泥中游离的氧化钙含量超标，造成混凝土抗拉强度的下降。②水泥的强度不够，水泥受潮或超期，使混凝土强度达不到设计值，从而导致混凝土开裂。③当水泥含碱量较高(如超过%)，同时使用含碱活性的骨料，在混凝土拌和中产生碱离子，造成混凝土酥松、膨胀开裂。
砂、石骨料的影响
①砂石的粒径、级配、杂质含量。
②砂石粒径太小、级配不良、空隙率大，将导致水泥和拌和水用量加大，影响混凝土的强度，使混凝土收缩加大。砂石中云母的含量较高，将削弱水泥与骨料的粘结力，降低混凝土强度。砂石中含泥量高，造成水泥和拌和水用量加大，降低了混凝土强度和抗冻性、抗渗性。
外加剂、掺和料的影响
首先，混凝土外加剂、掺和料选择不当或掺量不当，会严重增加混凝土收缩。其次，外加剂、掺和料的氯化物等杂质含量较高，可引起钢筋表面氧化膜破坏，钢筋中铁离子与侵入的氧气和水分发生锈蚀反应。
混凝土配合比设计的影响
配合比设计不当直接影响砼的抗拉强度，是造成砼开裂不可忽视的原因。配合比不当指水泥用量过大，水灰比大，含砂率不适当，骨料种类不佳，选用外加剂不当等，这几个因素是互相关联的。有关试验资料显示：用水量不变时，水泥用量每增加10%，混凝土收缩增加5%；水泥用量不变时，用水量每增加10%，混凝土强度降低20%，混凝土与钢筋的粘结力降低10%。　
施工方面的影响
施工条件的影响
施工现场，骨料一般露天堆放，夏季高温时，运达工地的水泥、砂、石常是滚烫的，搅拌后有时还要经长距离运输才能到达浇筑点，这样浇筑的混凝土构件常因内外温差过大而在凝结硬化早期出现温度裂缝。再者，在高空浇注混凝土，风速过大、烈日暴晒，混凝土收缩值增大，可导致裂缝的产生。或运输时漏浆改变了浆骨比、运距较远而受烈日照射或雨淋改变了水灰比。
施工质量的影响
①混凝土振捣不密实、不均匀，出现蜂窝、麻面、空洞，导致钢筋锈蚀或其它荷载裂缝的起源点。②混凝土保护层过厚，或乱踩已绑扎的上层钢筋，使承受负弯矩的受力筋保护层加厚，导致构件的有效高度减小，形成与受力钢筋垂直方向的裂缝，③混凝土浇筑过快，混凝土流动性较低，在硬化前因混凝土沉实不足，硬化后沉实过大，容易在浇筑数小时后发生裂缝，既塑性收缩裂缝。④温度控制设计不合理，浇筑温度过高，通水冷却不及时，对水化热计算不准，新浇混凝土气温骤降又无保温措施或保温效果太差，引起混凝土内部温度过高或内外温差过大，从而产生温度裂缝。⑤混凝土初期养护时急剧干燥，使得混凝土与大气接触的表面上出现不规则的 收缩裂缝。
　　养护条件的影响
养护条件对裂缝的出现有着关键的影响。在标准养护条件下，砼硬化正常，不会开裂，但只适用于试块或是工厂的预制件生产，现场施工中不可能拥有这种条件。但是必须注意到，现场砼养护越接近标准条件，砼开裂可能性就越小。
3混凝土裂缝的防治措施
根据大量研究和工程实际，从原材料选择，改进组成设计、改善施工工艺等方面着手，可以预防混凝土裂缝的产生。
合理设计
①适当地加强构造配筋，合理地选用钢筋直径和间距。选用直径细而间距密的配筋方案，能较好的提高混凝土的抗裂性。②确定裂缝的控制宽度。确定各种混凝土的允许裂缝宽度后，根据其裂缝宽度要求进行设计,也是控制混凝土裂缝的有效措施之一。③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‘抗一放’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。
优先原材料
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，尽量避免采用早强高的水泥。②减少水泥的用量，将水泥用量尽量控制在450kg/m3以下，以减少水化热量。③用级配优良的砂、石原材料，含泥量应符合规范要求。
改进组成设计
①应采用低水灰比、低用水量，以减少水泥用量。②利用混凝土的后期强度，降低水泥用量。③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、石原材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。
现场操作方面
①浇捣工作：浇捣时，振捣捧要快插慢拔，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，以排除泌水、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(埋设散热孔、通水排热等)，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。
综上所述，对于混凝土裂缝的控制是一个综合性的问题，需要经过设计、监理、施工及使用方等多方面的配合。随着当今我们对混凝土耐久性研究的不断深入，材料科学的不断发展和建筑技术水平的不断提高，相信混凝土裂缝问题将会逐渐得以圆满地解决。
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