论文部分内容阅读
[摘要]介绍了混凝土建筑工程结构裂缝的分类，从混凝土材料、预埋管线位置、温度、支座负筋移位、钢筋锈蚀、冻胀等方面分析了裂缝的形成原因，并给出了预防裂缝的方法及裂缝的常见补救方法，以减少混凝土裂缝的产生。
[关键词]混凝土；结构裂缝；支座负筋移位；钢筋
1、混凝土建筑工程结构裂缝的分类与成因
大量研究和工程实践经验表明，混凝土结构物的裂缝是不可避免的。以下主要对裂缝的种类及成因进行论述。
1.1按大小分类
微观裂缝小于0.05mm，数量多，固有裂缝，无害。主要存在于混凝土骨料与水泥的粘结面上和水泥浆中，微观裂缝的存在对混凝土的弹塑性、徐变、强度、变形、结构刚度、化学反应等性能有影响。宏观裂缝大于0.05mm，产生原因多，数量有限，应控制。宏观裂缝是微观裂缝扩展的结果，混凝土结构中宏观裂缝的存在对混凝土的强度、变形及结构刚度等性能有重要影响，特别是在有水或其他化学物质存在的环境中，应重视该类裂缝的存在。
1.2混凝土建筑工程结构裂缝的成因
产生裂缝的原因很多而且复杂，既有设计因素，又有施工质量和使用不当方面的问题。如何准确地区分裂缝的种类及形成的原因，势必需要全面地掌握相关的判断方法，由现象推理到本质，从产生的根源着手，才能合理而正确地解决裂缝问题，处理好现场状况。
1.2.1混凝土材料引起的裂缝。在湿度低的环境中浇筑的混凝土未进行合理的养护，而在混凝土中水分失去后还未终凝完毕，由于混凝土的收缩，将在混凝土中形成收缩裂缝。
1.2.2材料吊卸引起的裂缝。因施工速度要求，在楼面混凝土强度未达到规定值时，为了满足工期要求，迅速向浇筑完24h左右的楼面堆加上一层施工时所需要的钢筋、模板、施工设备，堆放不均匀或者大量堆放在大开间楼面，引起楼板开裂。
1.2.3预埋管线位置引起开裂。在多根管线集中布设的位置或是直径偏大的管线位置引起大开间楼面开裂。这些裂缝一般是沿着管线的走向形成且平行状分布。
1.2.4温度开裂。在建筑平面长度超过规范允许值而未在设计中采取加强措施时，将在长方向的楼面中间部位的板带中由于温度应力超过混凝土中的拉应力，相应位置的板中将形成温度裂缝，一般垂直于建筑平面的长向。
1.2.5结构平立面严重不规则引起的裂缝。出于功能需要及艺术造型，加上消费群体对建筑美观及样式的不断追求，产生了各种各样的建筑平、立面，在住宅建筑方面形成了跃层、错层及复式户型，在公共建筑方面，上部急剧收进下部大底盘的样式，多塔楼高低相差悬殊的建筑也层出不穷。对结构而言，这类建筑存在以下缺陷：①竖向刚度和质量突变；②平面质心和刚心严重偏离。从而在水平的风荷载和地震作用下，在平面转角部位、上下刚度或质量突变的楼层楼面因应力集中产生裂缝。
1.2.6施工中支座负筋移位引起的裂缝。施工中，由于作业工种多，加上工人技术水平不一，在反复踩踏中，常常使得板或梁支座负筋下沉移位，造成上部受拉钢筋没有得到充分利用，混凝土保护层偏厚，由于混凝土抗拉强度很低，无法承担很大的拉力，从而在支座负筋上部的保护层中产生拉应力超限引起的裂缝。
1.2.7碱集料反应引起的裂缝。由于材料选择不当发生碱集料反应。其特征是混凝土经拌和，水泥中的碱不断溶解，这种碱液与骨料中的活性氧化硅起化学反应，析出胶状的碱——硅胶，从周围介质中吸水膨胀，其体积增大2—3倍，使混凝土体胀裂。
1.2.8钢筋锈蚀引起的裂缝。由于微观裂缝的天然存在，施工时浇筑不够密实，加上水分的入侵以及混凝土材料中氯离子的参与，钢筋将被锈蚀，形成铁锈颗粒而膨胀，引起混凝土裂缝的扩张和保护层的开裂。
1.2.9冻胀引起的裂缝。大气气温下降到0℃以下，吸水饱和的混凝土会发生冻胀现象，混凝土中的游离水结冰而体积增大9%，因而混凝土产生膨胀应力；同时混凝土凝胶孔中的过冷水，在微观结构中迁移和重分布引起渗透压，使混凝土中膨胀力加大，混凝土强度降低，并导致裂缝出现。冬季施工时预应力孔道灌浆后若不采取保温措施，也可能发生沿管道的冻胀裂缝。
1.2.10不均匀沉降引起的裂缝。由于地基位于不同的地质条件之上，加上建筑不同高度的影响，在高低错落或地质发生变化的位置将由于竖向荷截作用下产生沉降差而可能引起拉应力，当该应力超过混凝土结构的承载力时，将产生不均匀沉降裂缝。
2、混凝土建筑工程结构裂缝的治理策略
通过上述裂缝成因的分析，以下主要从施工角度阐述应对各种裂缝的方法和策略，分别从预防产生裂缝和出现裂缝后的补救问题进行研究。
2.1施工中预防结构裂缝的方法
2.1.1预防材料质量引起的裂缝。材料的选择，对预防裂缝的开展有着重要的影响，因为混凝土主要是由水泥、砂、骨料、水及外加剂混合并经过物理化学反应而形成的一种复合材料。当采用的这些材料不合格或相互之间的比例不协调时，可导致结构出现裂缝。为了防止材料质量引起的裂缝，主要做到以下几点：①严格控制砂石含泥量，当含泥量超过规定时，在降低混凝土的强度和抗渗性的同时，还使混凝土干燥时产生网状裂缝；②严格遵循砂石的级配要求，级配差时，易引起混凝土构件侧面开裂；③采用符合要求的水泥品种，尽量选用高强度的水泥，减少水泥用量，降低混凝土发热量，对大体积混凝土，首选低热的硅酸盐水泥或矿渣水泥；④采用低泥性硅化物质的骨料，因为硅化物质与混凝土的碱性物质相遇，在水的作用下，硅化物生成膨胀的胶质而引起构件的爆裂状裂缝；⑤严格控制拌合用水中氯离子的含量，以免引起钢筋锈蚀而降低构件的刚度；⑥外加剂选用应遵循减小混凝土收缩变形的原则，如采用低碱性的减水剂等。
2.1.2预防材料吊卸堆放引起的裂缝。必须等已浇筑的结构混凝土强度达到规定值后，才可在其上面进行钢筋、模板、设备的堆放。吊装材料时，应轻堆轻放，分散均匀布置。尽量少堆放在大开间楼面上。
2.1.3预防温度裂缝。温度裂缝的形成，除了材料质量因素外，此处主要从施工方法和技术上进行分析。对超长结构，预防混凝土裂缝的措施有：①加强混凝土的养护，特别是在极端环境下，应采用有效的养护方法。如在高温环境时，在结构表面采用蓄水养护或覆盖薄膜（草席）洒水养护，养护时间不宜少于14d；②设置施工后浇带；③设置温度伸缩缝；④设置无缝膨胀加强带，由于建筑功能和工程进度要求，无法设置变形缝和后浇带时，在结构温度应力集中的区域设置膨胀加强带。
2.1.4预防建筑平立面不规则引起的裂缝。由于建筑师或开发商的要求，无法从设计上改变平立面不规则布局时，在施工中，应特别注意加强平面上凸出部位转角位置楼面的施工质量，为防止转角位置出现裂缝，应添加足够数量的抗裂钢筋；对由于立面不规则造成上下部楼层刚度突变，在水平荷载的作用下，刚度突变处上下楼层将出现应力集中，同样应在施工中对这些楼层采取加强措施，如楼板设置双层双向钢筋。特别要保证施工质量，防止楼板支座上部钢筋移位下沉，在浇筑混凝土之前应由专人进行检查。
2.1.5预防不均匀沉降引起的裂缝。由于建筑各部位的高度和使用功能的不同，象大底盘多塔楼结构，容易在使用功能不同或高低塔楼相关部位（未设置沉降缝时）产生裂缝，特别是地质条件差异较大时更易出现。预防措施主要有：①设置沉降缝；②调整施工顺序，先施工塔楼，待塔楼的沉降量趋于稳定时，再施工裙楼部分，可以减少不均匀沉降裂缝的产生。
2.1.6预防钢筋锈蚀引起的裂缝。施工中，应控制混凝土保护层的厚度，不宜过薄或过厚。过薄容易在拉应力的作用下开裂，在空气中H2O和CO2的共同参与下，将引起钢筋锈蚀。过厚，不能充分发挥钢筋的受力性能，引起构件承载力的下降。所以在布置钢筋及模板定位时应准确无误。
2.2混凝土建筑工程结构裂缝的常见补救方法
2.2.1化学灌浆法。化学灌浆法是采用一种化学灌浆料来解决混凝土中贯通的线型渗、漏的裂缝。堵漏时要采取化学灌浆料与快速凝结水泥和无收缩水泥砂浆配合使用，才能真正达到堵漏效果。
2.2.2表面处理法。包括表面涂抹法和表面贴补法。表面涂抹法适用范围是浆材难以灌入的细而浅的裂缝，深度未达到钢筋表面的发丝裂缝、不漏水的缝、不伸缩的裂缝以及不再活动的裂缝。表面贴补（土工膜或其他防水片）法适用于大面积漏水（蜂窝、麻面等或不易确定具体漏水位置、变形缝）的防渗堵漏。
2.2.3填充法。用修补材料直接填充裂缝，适应于修补较宽的裂缝，作业简单，费用低。
2.2.4结构补强法。因超荷载产生的裂缝、裂缝长时间不处理导致的混凝土耐久性降低、火灾造成的裂缝等影响结构强度可采取结构补强法。包括断面补强法、锚固补强法、预应力法等。裂缝处理效果的检查包括修补材料试验、钻芯取样试验、压水试验、压气试验等。
通过对混凝土结构裂缝产生的原因进行分析，从施工预防和事后处理两方面较完整地提出了预防裂缝产生的具体方法及对已存在的混凝土裂缝的处理措施，对指导实际工程具有较强的参考意义。
参考文献
[1]龙安,石龙.混凝土工程的施工技术研究[J].时代建筑,2006(3):35-36.
[2]胡晓光,张柱.混凝土工程施工中产生裂缝的成因与对策[J].建筑结构,2005 (5):51-53.
[3]李国胜.多高层钢筋混凝土结构设计中疑难问题的处理及案例[M].北京:中国建筑工业出版社,2004,197-204.
作者简介
黄忠强（1973.5.9-），男，工程师，大学本科，工学学士，1996年7月、2004年7月先后分别毕业于西南交通大学桥梁工程专业和天津建筑学院土木工程专业，现任中铁十九局集团第一工程有限公司第八项目管理部常务副经理/总工程师，主要从事中国铁道建筑工程的施工生产管理与技术研究工作。辽宁辽阳，111000。
[关键词]混凝土；结构裂缝；支座负筋移位；钢筋
1、混凝土建筑工程结构裂缝的分类与成因
大量研究和工程实践经验表明，混凝土结构物的裂缝是不可避免的。以下主要对裂缝的种类及成因进行论述。
1.1按大小分类
微观裂缝小于0.05mm，数量多，固有裂缝，无害。主要存在于混凝土骨料与水泥的粘结面上和水泥浆中，微观裂缝的存在对混凝土的弹塑性、徐变、强度、变形、结构刚度、化学反应等性能有影响。宏观裂缝大于0.05mm，产生原因多，数量有限，应控制。宏观裂缝是微观裂缝扩展的结果，混凝土结构中宏观裂缝的存在对混凝土的强度、变形及结构刚度等性能有重要影响，特别是在有水或其他化学物质存在的环境中，应重视该类裂缝的存在。
1.2混凝土建筑工程结构裂缝的成因
产生裂缝的原因很多而且复杂，既有设计因素，又有施工质量和使用不当方面的问题。如何准确地区分裂缝的种类及形成的原因，势必需要全面地掌握相关的判断方法，由现象推理到本质，从产生的根源着手，才能合理而正确地解决裂缝问题，处理好现场状况。
1.2.1混凝土材料引起的裂缝。在湿度低的环境中浇筑的混凝土未进行合理的养护，而在混凝土中水分失去后还未终凝完毕，由于混凝土的收缩，将在混凝土中形成收缩裂缝。
1.2.2材料吊卸引起的裂缝。因施工速度要求，在楼面混凝土强度未达到规定值时，为了满足工期要求，迅速向浇筑完24h左右的楼面堆加上一层施工时所需要的钢筋、模板、施工设备，堆放不均匀或者大量堆放在大开间楼面，引起楼板开裂。
1.2.3预埋管线位置引起开裂。在多根管线集中布设的位置或是直径偏大的管线位置引起大开间楼面开裂。这些裂缝一般是沿着管线的走向形成且平行状分布。
1.2.4温度开裂。在建筑平面长度超过规范允许值而未在设计中采取加强措施时，将在长方向的楼面中间部位的板带中由于温度应力超过混凝土中的拉应力，相应位置的板中将形成温度裂缝，一般垂直于建筑平面的长向。
1.2.5结构平立面严重不规则引起的裂缝。出于功能需要及艺术造型，加上消费群体对建筑美观及样式的不断追求，产生了各种各样的建筑平、立面，在住宅建筑方面形成了跃层、错层及复式户型，在公共建筑方面，上部急剧收进下部大底盘的样式，多塔楼高低相差悬殊的建筑也层出不穷。对结构而言，这类建筑存在以下缺陷：①竖向刚度和质量突变；②平面质心和刚心严重偏离。从而在水平的风荷载和地震作用下，在平面转角部位、上下刚度或质量突变的楼层楼面因应力集中产生裂缝。
1.2.6施工中支座负筋移位引起的裂缝。施工中，由于作业工种多，加上工人技术水平不一，在反复踩踏中，常常使得板或梁支座负筋下沉移位，造成上部受拉钢筋没有得到充分利用，混凝土保护层偏厚，由于混凝土抗拉强度很低，无法承担很大的拉力，从而在支座负筋上部的保护层中产生拉应力超限引起的裂缝。
1.2.7碱集料反应引起的裂缝。由于材料选择不当发生碱集料反应。其特征是混凝土经拌和，水泥中的碱不断溶解，这种碱液与骨料中的活性氧化硅起化学反应，析出胶状的碱——硅胶，从周围介质中吸水膨胀，其体积增大2—3倍，使混凝土体胀裂。
1.2.8钢筋锈蚀引起的裂缝。由于微观裂缝的天然存在，施工时浇筑不够密实，加上水分的入侵以及混凝土材料中氯离子的参与，钢筋将被锈蚀，形成铁锈颗粒而膨胀，引起混凝土裂缝的扩张和保护层的开裂。
1.2.9冻胀引起的裂缝。大气气温下降到0℃以下，吸水饱和的混凝土会发生冻胀现象，混凝土中的游离水结冰而体积增大9%，因而混凝土产生膨胀应力；同时混凝土凝胶孔中的过冷水，在微观结构中迁移和重分布引起渗透压，使混凝土中膨胀力加大，混凝土强度降低，并导致裂缝出现。冬季施工时预应力孔道灌浆后若不采取保温措施，也可能发生沿管道的冻胀裂缝。
1.2.10不均匀沉降引起的裂缝。由于地基位于不同的地质条件之上，加上建筑不同高度的影响，在高低错落或地质发生变化的位置将由于竖向荷截作用下产生沉降差而可能引起拉应力，当该应力超过混凝土结构的承载力时，将产生不均匀沉降裂缝。
2、混凝土建筑工程结构裂缝的治理策略
通过上述裂缝成因的分析，以下主要从施工角度阐述应对各种裂缝的方法和策略，分别从预防产生裂缝和出现裂缝后的补救问题进行研究。
2.1施工中预防结构裂缝的方法
2.1.1预防材料质量引起的裂缝。材料的选择，对预防裂缝的开展有着重要的影响，因为混凝土主要是由水泥、砂、骨料、水及外加剂混合并经过物理化学反应而形成的一种复合材料。当采用的这些材料不合格或相互之间的比例不协调时，可导致结构出现裂缝。为了防止材料质量引起的裂缝，主要做到以下几点：①严格控制砂石含泥量，当含泥量超过规定时，在降低混凝土的强度和抗渗性的同时，还使混凝土干燥时产生网状裂缝；②严格遵循砂石的级配要求，级配差时，易引起混凝土构件侧面开裂；③采用符合要求的水泥品种，尽量选用高强度的水泥，减少水泥用量，降低混凝土发热量，对大体积混凝土，首选低热的硅酸盐水泥或矿渣水泥；④采用低泥性硅化物质的骨料，因为硅化物质与混凝土的碱性物质相遇，在水的作用下，硅化物生成膨胀的胶质而引起构件的爆裂状裂缝；⑤严格控制拌合用水中氯离子的含量，以免引起钢筋锈蚀而降低构件的刚度；⑥外加剂选用应遵循减小混凝土收缩变形的原则，如采用低碱性的减水剂等。
2.1.2预防材料吊卸堆放引起的裂缝。必须等已浇筑的结构混凝土强度达到规定值后，才可在其上面进行钢筋、模板、设备的堆放。吊装材料时，应轻堆轻放，分散均匀布置。尽量少堆放在大开间楼面上。
2.1.3预防温度裂缝。温度裂缝的形成，除了材料质量因素外，此处主要从施工方法和技术上进行分析。对超长结构，预防混凝土裂缝的措施有：①加强混凝土的养护，特别是在极端环境下，应采用有效的养护方法。如在高温环境时，在结构表面采用蓄水养护或覆盖薄膜（草席）洒水养护，养护时间不宜少于14d；②设置施工后浇带；③设置温度伸缩缝；④设置无缝膨胀加强带，由于建筑功能和工程进度要求，无法设置变形缝和后浇带时，在结构温度应力集中的区域设置膨胀加强带。
2.1.4预防建筑平立面不规则引起的裂缝。由于建筑师或开发商的要求，无法从设计上改变平立面不规则布局时，在施工中，应特别注意加强平面上凸出部位转角位置楼面的施工质量，为防止转角位置出现裂缝，应添加足够数量的抗裂钢筋；对由于立面不规则造成上下部楼层刚度突变，在水平荷载的作用下，刚度突变处上下楼层将出现应力集中，同样应在施工中对这些楼层采取加强措施，如楼板设置双层双向钢筋。特别要保证施工质量，防止楼板支座上部钢筋移位下沉，在浇筑混凝土之前应由专人进行检查。
2.1.5预防不均匀沉降引起的裂缝。由于建筑各部位的高度和使用功能的不同，象大底盘多塔楼结构，容易在使用功能不同或高低塔楼相关部位（未设置沉降缝时）产生裂缝，特别是地质条件差异较大时更易出现。预防措施主要有：①设置沉降缝；②调整施工顺序，先施工塔楼，待塔楼的沉降量趋于稳定时，再施工裙楼部分，可以减少不均匀沉降裂缝的产生。
2.1.6预防钢筋锈蚀引起的裂缝。施工中，应控制混凝土保护层的厚度，不宜过薄或过厚。过薄容易在拉应力的作用下开裂，在空气中H2O和CO2的共同参与下，将引起钢筋锈蚀。过厚，不能充分发挥钢筋的受力性能，引起构件承载力的下降。所以在布置钢筋及模板定位时应准确无误。
2.2混凝土建筑工程结构裂缝的常见补救方法
2.2.1化学灌浆法。化学灌浆法是采用一种化学灌浆料来解决混凝土中贯通的线型渗、漏的裂缝。堵漏时要采取化学灌浆料与快速凝结水泥和无收缩水泥砂浆配合使用，才能真正达到堵漏效果。
2.2.2表面处理法。包括表面涂抹法和表面贴补法。表面涂抹法适用范围是浆材难以灌入的细而浅的裂缝，深度未达到钢筋表面的发丝裂缝、不漏水的缝、不伸缩的裂缝以及不再活动的裂缝。表面贴补（土工膜或其他防水片）法适用于大面积漏水（蜂窝、麻面等或不易确定具体漏水位置、变形缝）的防渗堵漏。
2.2.3填充法。用修补材料直接填充裂缝，适应于修补较宽的裂缝，作业简单，费用低。
2.2.4结构补强法。因超荷载产生的裂缝、裂缝长时间不处理导致的混凝土耐久性降低、火灾造成的裂缝等影响结构强度可采取结构补强法。包括断面补强法、锚固补强法、预应力法等。裂缝处理效果的检查包括修补材料试验、钻芯取样试验、压水试验、压气试验等。
通过对混凝土结构裂缝产生的原因进行分析，从施工预防和事后处理两方面较完整地提出了预防裂缝产生的具体方法及对已存在的混凝土裂缝的处理措施，对指导实际工程具有较强的参考意义。
参考文献
[1]龙安,石龙.混凝土工程的施工技术研究[J].时代建筑,2006(3):35-36.
[2]胡晓光,张柱.混凝土工程施工中产生裂缝的成因与对策[J].建筑结构,2005 (5):51-53.
[3]李国胜.多高层钢筋混凝土结构设计中疑难问题的处理及案例[M].北京:中国建筑工业出版社,2004,197-204.
作者简介
黄忠强（1973.5.9-），男，工程师，大学本科，工学学士，1996年7月、2004年7月先后分别毕业于西南交通大学桥梁工程专业和天津建筑学院土木工程专业，现任中铁十九局集团第一工程有限公司第八项目管理部常务副经理/总工程师，主要从事中国铁道建筑工程的施工生产管理与技术研究工作。辽宁辽阳，111000。