混凝土裂缝原因分析及预防措施.pdf

第 3 0卷第 2期 2 0 1 0年 6月 黑 龙 江 冶 金 He i l o n g j i a n g Me t a l l u r g y V o 1 3 O No 2 J u n e 2 0 l 0 混凝 土裂缝原 因分析及预 防措施 王 久 林 ( 东北轻合金有限责任公司 ， 哈尔滨1 5 0 0 6 0 ) 摘要： 本文从混凝土内外应力的角度深刻分析了混凝土裂缝产生的原因， 提出了预防措施， 供与 构设计、 工 程管理 同行交流 。 关键词 ： 混凝土 裂缝 ； 原因分析 ； 预 防措施 Ca u s e An a l y s i s a nd Pr e v e nt i v e M e a s ur e s o f Co n c r e t e Cr a c k Wa n g J i u l i n ( No r t h e a s t L i g h t Al l o y C o ，L t d ，Ha r b i n 1 5 0 0 6 0 C h i n a ) Abs t r ac t ： T hi s p a p e r c a r r i e s o u t a n i n d e p t h a n a l y s i s o f t h e c a u s e s o f c o n c r e t e c r a c k s f r o m t h e p e r s p e c t i v e o f s t r e s s e s i n s i d e a n d o u t s i d e t h e c o n c r e t e Th e p r e v e n t i v e me a s u r e s h a v e be e n p r o p o s e d f o r c o m mu n i c a t i o n w i t h e x p e r t s i n s t r u c t u r a l d e s i g n a n d p r o j e c t m a n a g e me n t Ke yW o r ds： Co n c r e t e c r a c k；Ca u s e a n a l y s i s ；Pr e v e n t i o n me a s u r e s 在工程建设 中， 主体结构主要有现浇混凝土 结构 、 砖混结构 、 全钢结构、 钢与混凝土复合结构 四种形式 。由于现浇混凝土结构具有较好的结构 整体性和对不同施工条件及建筑造型的适应性 ， 目前仍被大量建筑工程所采用。但是 ， 由于混凝 土 自身的固有特性 和外部因素的影响， 现浇钢筋 混凝土结构又很容易出现裂缝 ， 至使钢筋锈蚀 ， 混 凝土碳化 ， 降低材料的耐久性 ， 影响建筑物的承载 能力 。本文试图从混凝土 内应力和外应力角度对 不同性质的裂缝 加以分析 ， 提 出产生 的原 因和可 采取得预防措施。 1 微裂产生及 对混凝 土的影 响 从裂缝大小上可分为“ 宏 观裂缝” ( 以下简称 裂缝 ) 和“ 微观裂缝 ” ( 以下简称微裂) 。裂缝 肉眼 即可直观看见 ， 容易引起人们的重视 ； 而微裂是 在 混凝 土尚末承受荷载 时产生 的， 一般在 0 0 5 m m 以下， 肉眼不 易看见 ， 但通过实体显微镜 、 x光 照 相 、 超声仪、 渗透观测等手段可证 明其确实存在。 微裂构造模型分为三种 ： 黏着裂缝 ， 是骨料与水泥 黏着面上的裂缝 ， 主要沿着骨料周围出现 ； 水泥裂 缝 ， 是水泥浆 中的裂缝 ， 在骨料与骨料之间 出现 ； 骨料裂缝 ， 骨料本身的裂缝。在这三种裂缝 中， 前 两种远多于第三种 。产生微裂的原 因， 从混凝土 构造理论上讲 ， 由于混凝土为非匀质材料构成 ， 在 温度 、 湿度变化条件下 ， 混凝土逐步硬化 ， 同时产 生体积变形。在变形过程 中， 水泥收缩较大 ， 骨料 收缩较小； 水 泥的热膨胀 系数较大， 骨料较小 ， 这 就使他们之 间形成 内应力 ， 这种 内应力 可引起黏 着微裂和水泥微裂。 混凝土中微裂的存 在 ， 同样对其基本物理力 学性质 ( 如弹塑性 、 徐变 、 各种强度 、 变形 、 波桑 比、 结构刚度及 化学反应等 ) 产生重要影 响。当混凝 土受压 、 荷载在 3 0 极限强度以下时 ， 微裂几乎不 变动 ； 荷载到 3 0 7 0 时 ， 微裂开 始扩展并增 加 ； 到 7 0 9 0 以上荷载时 ， 裂缝显著扩展 ， 并 迅速增加相互串联 ， 甚至完全破坏混凝土。 由于微 裂 分布 是 不规 则 的 ， 沿截 面不 惯 穿 ， 因 此 ， 具有微裂的混凝 土是可以承受拉力的。但是 ， 某些结构受拉较大 的薄弱环节 ， 微 裂在拉 力的作 用下很容易扩展并 串联成全截 面， 从 而较早的导 致混凝土断裂。以前人们对混凝土 的抗压强度给 予 了足够 的重视 ， 而对 抗 拉方 面 的研 究 不 足 ， 实 际 上混凝土材 料的非均 匀性对混凝 土抗 拉最为敏 感 ， 实际工程裂缝绝 大多数是 由抗 拉强度和抗 拉 变形( 极限拉伸 ) 不足而引起的。 当混凝土抗剪时 ， 微裂扩展串联之前 ， 混凝土 截面有 良好 的抗剪能力 ， 既使微裂扩展并 串联横 贯截面时 ， 尚可依靠摩擦力及咬合维持工作， 但如 收稿 日期 ： 2 0 1 0 0 2 0 l 作者简介： 王久林 ， 男， 4 0岁， 毕业于北方工业大学工民建专业 ， 从事工程设计和工程管理工作。现任东北轻合金有限责任 公 司工程科科长 ， 工程 师。 4 8 第 2期 王久林 ： 混凝土裂缝原因分析及预防措施 果微裂进一步扩展将失去抗剪 能力 ， 欲维持继续 工作必须加 配钢筋 。在现实 中， 结 构物纯抗剪破 坏 比较少 ， 而更多的是剪拉破坏。 由于微裂是混凝土 自身 固有 的特性 ， 绝对消 除是不可能 的 ， 只能把微 裂控制 在一 定 的范 围。 随着混凝土预制工艺的不断改进和各种外添加剂 的使用 ， 会使微裂逐步减少 ， 从而获得较高强度 的 构件。热拌混凝土 由于在塑性状态时产生了不均 匀热膨胀， 减少了初始应力 ， 可使 微裂显著减少。 处于长期潮湿状态下养生的混凝土初始 内应力也 较小 ， 可减轻微裂。而在 我们北 方常见 的蒸汽养 生的混凝土承受着初始凝 固后 的激烈 温差 ， 容易 产生较多的微裂。 2 裂缝的种类和原 因分析 当混凝土微裂宽度超过 0 0 5 ra m以上时即形 成 了裂缝 。混凝土 的裂缝按产生的原 因可分为两 大类 ： 一是外荷载引起 的裂缝 。此类 裂缝包括按 常规计算 的主要应力引起的“ 荷载裂缝” 以及由结 构应力引起的“ 荷载次应力裂缝” ， 二者通称为结 构性受力裂缝 ； 二是变形 、 变化引起 的裂缝。此类 裂缝包括温度、 湿度 、 收缩和膨胀 、 不 均匀沉降等 因素引起 的裂缝 ， 也称 非结构性裂缝。结构性受 力裂缝从外荷载的作用 、 结构 内力的形成 ， 直至裂 缝的出现与扩展几乎都在同一瞬间发生并一次完 成 ； 而非结构性裂缝从 环境的变化 ， 变形 的产生到 约束应力的形成 ， 裂缝的 出现与扩展是有一个逐 次产生和发展过程的。应 当特别注意的是这种裂 缝起因是结构首先要求 变形 ， 当变形得不 到满足 时才引起应力 ， 应力超过一定数值 即引起裂缝 ， 出 现裂缝后变形要求得到满足 。这种裂缝 占据裂缝 总量的 8 0 一8 5 。笔者认 为， 引起此类裂缝既 有人为原因， 也有客观原 因。 2 1 结构性质产生的裂缝 。在砖混结构中， 混凝土楼板在硬化 过程 中由于水分蒸发 ， 体积逐 渐缩小， 而板的端部受到支座的约束 ， 不能 自由伸 展 ， 而当混凝土的收缩所引起 的约束力超过一定 程度时， 必然引起钢筋混凝土现浇板楼板的开裂 ， 开裂的部位往往产生在剪力相对 集 中的地方 ； 当 下层砌体强度还较低时， 楼板 已开始浇筑 ， 当浇筑 的砼强度还很低 时， 上层墙身 又开 始砌筑了。上 下层砌体强度增长及竖向压缩阻止了现浇楼板 的 水平位移也最终导致裂缝 的存在。框架结构现浇 楼板之所 以很少裂缝 ， 是因为结构体为同性材料 ， 楼板较厚 ， 配筋率相对较大 ， 变化率基本相同的缘 故。 2 2 温差过大产生 的裂缝 。一是水泥水化热 ， 引 起大体积混凝 土内部 温差过大而产生 的裂缝 ； 二 是混凝土浇筑 ， 捣固后又末及时浇水 养护， 直接导 致混凝土在较高温下失水收缩 ， 水 化热释放量较 大 ， 又未及 时得到水 分 的补充 ， 因而 在硬化 过程 中， 钢筋混凝土现浇板受到支座 的约束 ， 势必产生 温度裂缝 ， 这些裂缝也首先产生在较薄弱 的部位 ， 即板角处。随着质 量意识 的提高 ， 人们 已越来越 清楚的认识到了温差对混凝土裂缝 的影响 ， 例如 ， 在我公 司“ 二七” 熔铸工程 中， 由于采用了全覆盖、 勤浇水 、 调环温等措施 ， 使近千立方进 口设备基础 混凝土表面几乎没有裂缝。 2 3 施工工艺不当产生裂缝。如 ， 在施工过程 中 由于施工工艺不当， 至使支座负筋下陷， 保护层过 大 ， 固定支座变成塑性铰支座 ， 负筋不能发挥应有 作用而导致支 座产 生裂缝 ； 混凝 土钢筋保护层较 小 、 混凝土坍落度较大以及混凝土表面收浆不好 ， 易产生沉淀裂缝 。这种裂缝外观表现为沿钢筋纵 向出现条状规则裂缝 ， 在预埋件 正上方 以预埋件 为中心出现辐射状 裂缝 ， 裂缝部位 略高于周围混 凝土表面。 2 4设计不 当产生 的裂缝。如 ， 结构设计 中梁、 板构件抗剪钢筋少 或设计 无抗 裂要求 ， 而引起梁 支座附近的斜裂缝 ； 混凝土截面面积太小 ， 而配筋 超量引起的受压 区裂缝 ； 为追求建筑物 的外 观样 式 ， 建筑物表面存在过多 凹凸角 ， 产生 的凹角应力 集中导致出现裂缝 ； 使 用导致混凝土收缩性较高 的矿渣水泥 、 快硬水泥、 低热水泥及水泥标号低或 水灰比高均易产生裂缝。 2 5 材质问的化学反应 引起 的裂缝。由于混凝 土保护层受二氧化碳侵蚀炭化 至钢筋表面 ， 使钢 筋周围混凝土碱度降低 ， 或 由于氯化物介入 ， 均可 引起钢筋表面氧化膜破坏 ； 钢筋 中铁离子与侵人 到混凝土中的氧气和水分发生锈蚀反应 ， 从 而对 周 围混凝土产生膨 胀应力 ， 导致保 护层 混凝 土开 裂 、 剥离 ， 沿钢筋纵向产生裂缝 。 3 裂缝对渗水 的影响 根据调查 统计 ， 由裂缝 引起 的各种不利后果 中， 渗水 占6 0 ， 因此 ， 笔者认 为有 必要对裂缝 与 渗水 的关系加 以阐述 ， 以引起人们的重视。 从理论上讲 ， 水分 子 的直 径约 为 0 31 0 mm( O 3 x 1 0 mm) ， 只要裂缝大于此值 ， 水就能穿 过 ， 形成渗漏。但实验 又表 明， 裂缝具有 自愈 、 自 封现象 ， 即 0 10 2 ra m宽 的裂缝 随着 时间的延 长 ， 即可 自愈 、 自封 ， 减 少甚至 阻止 了水 的渗 漏。 当裂缝超出自 愈、 自封范围时， 渗水量与裂缝宽度 成正比例三次方上升关系。如果在设计时通过合 理配筋把裂缝分散 ， 使 一条较长 的裂缝在 同一平 面上分散为多条 ， 此 时的渗水量 即与分散 的条数 4 9 黑龙江冶金 第 3 0卷 成反比例二次方下降关系。可见 ， 除在施工 中采 取措施外 ， 合理 的设计是控制混凝 土裂缝渗水 的 关键。 4 预 防裂缝的措施 有学者将裂缝从产生的原 因上划分为干缩裂 缝 、 塑性收缩裂缝 、 沉 陷裂缝 、 温度裂缝和化学反 应引起的裂缝 ， 并从设计选料上论述 了各 自的预 防措施 ， 对此笔 者完全赞同。本文结合笔者在工 程管理中的实践， 从施工角度提出以下预防措施 ： 4 1 严格控制混凝土原材料质量和配合 比设计。 对混凝土中粗细 骨料 的级配 ， 杂质的质量分数及 砂率严格控制 ， 可以达到减少用水量 ， 水泥用量的 目的， 从而可 以减少混凝 土 自身收缩 。对泵送混 凝土要严格控制减水剂 、 各种辅料的掺入量 。 4 2配置微膨胀混凝 土消除混凝 土收缩 。在现 浇钢筋混凝土结构施工 中， 因现场条件不利等各 种因素 ， 经常采用泵送商 品混凝土 ， 混凝土坍落度 达到 1 6 c m以上。为防止混凝土干缩和温差 收缩 产生裂缝 ， 在混凝土拌合 物中掺人一定量的膨胀 剂， 增加密实度， 使混凝土产生膨胀 ， 补偿 混凝土 收缩 ， 提高混凝土抗裂防渗能力。 4 3 严格控制混凝 土坍落度 。混凝土坍落度增 大会降低混凝土 的强度 ， 同时也会造成混凝土失 水过快而产生裂缝。因此 ， 在施工过程 中要 严格 控制混凝土的坍落度 ， 不能随意增加用水量 ， 在保 证混凝土浇筑 和泵送 的前提下 ， 严格按混凝 土配 合比设计要求进行混凝土拌制。 4 4 严格按混凝土施工规 范要求进行施工 。对 混凝土的搅拌 、 运输及振 捣均需严格按 照规 范要 求进行施工 。同时， 在楼板混凝土施工 中， 采用二 次持压 ， 消除混凝土干缩 、 沉缩 和塑性收缩产生的 表面裂缝 ， 增加混凝土 内部的密实度。 4 5 加强混凝土的养护。混凝土浇筑完成后 ， 对 柱墙等混凝 土结构应在拆 模后立 即浇水并 用草 帘 、 塑料薄膜等捆围， 确保混凝土 的水分不要过快 散失， 对基础楼板等混凝土结构在二次抹压后 ， 立 即覆盖塑料薄膜 ， 防止表面水分蒸发 ， 保持混凝土 处于潮湿状态下养护。 4 6 严格控制混凝 土的空载养护时间。在混凝 土浇注完成后 ， 必须保证混凝土强度达到设计及 规范要求的强度后 ， 方可在混凝土表面上堆放施 工材料及进行下道工序施工 ， 并且不能集中堆放 。 4 7对混凝土构件 中的预埋管线 ， 应严格控制管 径 ， 并避免 重叠。由于这是水暖和 电气专业施工 范围， 在结构设计、 施工中不应忽视。 4 8 在板 角增 加放射 筋。板 的四角在设计说明 上都要求 配置 放射筋 ， 但在施 工 中往往被忽 略。 针对绝大多数裂缝产生 在板角这一现象 ， 在板角 四周应增加辐射筋 ， 让混凝土裂缝 的应力方 向与 辐射筋相一致 ， 能有效 的抑制裂缝。裂缝距板角 辐射长度为 2 O m左右。 参考文献 1 工业建筑可靠度评定及改造加固技术 J 冶金工业部 建筑研究总院 ， 1 9 8 9 盎 盒 客 盎 盒 盎 套 盎 盘 盎 套 客 套 套 客 客 盎 客 客 客 窘 采 盒 客 客 客 套 客 客 盎 度 穴 客 客 客 客 客 盒 客 ( 上接第 4 5页) 的申请或索赔 ， 作为造 价控制 ， 也 可 以实施 反索 赔 ， 这都是正常 的。 竣工决算时由于“ 价” 依据合 同不可变 ， 此时 的控制重点是核实实体工程的“ 量” 是否够数。对 原材料 、 半成品构建不仅要对照图纸 ， 还要对照进 场报验单 ， 有一项不符时就要查清原 因。 对于超出施工 图纸部分 的索赔 ， 不在数量多 少 ， 关键是看其合理性。笔者认为， 对于在施工期 间按照 申请程序批准的用于工程实体的工作应 给 予认 可 ； 对后 来 提 出 的措 施 性 的工 作 应 对 照 承 包 合同严加把握 。有的承包企业决算时感觉没挣 到 钱 ， 甚至赔 了钱 ， 就想方 设法 编造措施 费提 出索 赔。如 ， 提出增加高空作业费多少 ， 受现场施工条 件影响多花费 了多少费用 ， 受上道工序影 响延 长 了工期多少 ， 运输距离增加了多少等等。 3 结语 5 0 建设工程的复杂性 和差异性决定 了工程造价 控制的系统性 和准确性 。对发包方业 主来说， 由 于工程量清单报价允许 “ 合理低标价 、 不低于( 各 自企业 自己认为 的) 成本价” 竞标 ， 加之 工程量在 初期不可能 1 0 0 准确 ， 这在招标过程 中和项 目实 施 中各种现 象都会 出现。如何趋利避害 ， 科学确 定和控制工程造价 ， 尚需一定时 日的积累和总结 ， 也期待政府有关部门对基础性配套工作进一步的 完善。当前业主 ， 特别是 中小企业应根据工程 的 具体规模和建设条件 ， 本着上文中“ 三个有利于” 的宗 旨， 灵活选取工程量清单报价中全单价、 工料 单 价 和成本 单价这 三 种定 价 模 式 ， 在事 前 、 事 中和 事后三个阶段各有侧重的做好造价控制工作。 参考文献 1 王红贤 工程量清单报价与传统报价模式 比较研究 J 科技情报开发与经济， 2 0 0 6 ： 1 8 2 Q n r C n 工程量清单报价及造价控制的四个阶段 J 青年 人 ， 2 0 0 9 ： 5 ( 1 1 )