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【摘要】裂缝是钢筋混凝土结构中常见的一种作用效应，混凝土结构裂缝是较难避免的。针对混凝土结构中出现的裂缝问题，从设计、施工、原材料等方面对产生裂缝的各种成因进行分析，并提出预防及治理对策。
【关键词】结构裂缝；裂缝治理；混凝土
随着我国国民经济的发展，建造了大量各类钢筋混凝士结构建筑物。在这些钢筋混凝土建筑中，结构的裂缝问题是一个相当普遍的质量问题，严重的已影响到工程的使用和安全，是一个需要探讨和解决的技术难题。尽管裂缝问题引起了业界重视，但仍未得到很好解决。本文通过对裂缝产生原因的分析，并从实践中总结出一些预防及裂缝出现后相应治理措施，希望对我国建筑行业发展起到促进作用。
1. 混凝土结构裂缝的成因
结构裂缝的成因复杂而繁多，比如：温湿度的变化，混凝土的不均匀性，结构不合理，原材料不符合要求，水灰比过大，基础不均匀沉降和模板变形，养护不及时等。混凝土结构裂缝的成因，大致可划分如下几类：
1.1 施工引起的裂缝。在混凝土结构浇筑、制作、拆模、运输、吊装等过程中，若施工不规范，工艺不合理，容易产生裂缝。比较常见的有：
(1)混凝土保护层过厚，或踩塌已绑扎的上层钢筋，使承受负弯矩的受力筋保护层加厚，而形成与受力钢筋垂直方向的裂缝。
(2)混凝土振捣不密实，出现空洞，导致钢筋锈蚀或其他荷载裂缝的起源点。
(3)混凝土搅拌、运输时间过长，使水分蒸发过多，引起塌落度过低，或加大水灰比，出现不规则的收缩裂缝。
(4)混凝土初期养护不到位，使得混凝土表面出现不规则的收缩裂缝。
(5)支架预压不够，或模板刚度不够，或拆模过早等使结构产生裂缝。
1.2 荷载引起的裂缝。钢筋混凝土结构在常规静、动荷载及次应力下产生直接应力和次应力两种裂缝。
(1)直接应力裂缝是指外荷载引起的直接应力产生的裂缝。在设计方面，计算模型不合理；内力与配筋计算错误；设计断面或结构剐度不足等。 在施工方面，对设计意图理解不清，改变结构受力模式；预制构件起吊、运输、安装等不规范。
(2)次应力裂缝是指由外荷载引起的次生应力产生裂缝。在设计外荷载作用下，由于结构物的实际工作状态与常规计算有出入，从而在某些部位引起次应力导致结构开裂。 结构中的凿槽、开洞、设置牛腿等，在常规计算中难以用准确的图式进行模拟计算，一般根据经验设置受力钢筋。研究表明，受力构件挖孔后，力流将产生绕射现象，在孔洞附近密集，产生大的应力集中。在这些结构的转角处或构件形状突变处容易出现裂缝。实际工程中，次应力裂缝是产生荷载裂缝的最常见原因。
1.3 温度变化和混凝土收缩引起的裂缝。混凝土在凝结硬化过程中，由于水泥释放大量的水化热，在表面和内部先后出现较大的温差变化而引起拉应力；外部气温骤降也会在混凝土表面引起较大的拉应力，当这些拉应力超出混凝土的抗裂能力时即会出现裂缝。
1.4 冻胀引起的裂缝。温度低于零度和混凝土吸水饱和是发生冻胀破坏的必要条件。大气气温低于零度对，吸水饱和的混凝土出现冰冻，游离的水转变成冰，体积膨胀，因而混凝土产生膨胀应力，使混凝土出现裂缝。
1.5 材料质量引起的裂缝。混凝土主要由水泥、骨料、拌和水及外加剂组成。配置混凝土所采用材料质量不合格，可导致结构出现裂缝。 水泥安定性不良，过期受潮，含碱量较高；骨料粒径超标、级配不良、杂质含量超标等而影响混凝土的强度，使混凝土收缩加大；采用氯化物等杂质含量较高的拌和水及含碱的外加剂等均可能影响结构出现裂缝。
2. 裂缝的预防措施
预防混凝土裂缝的主要措施是通过对设计、施工、原材料等方面进行综合控制。包括：选择合理结构形式，加强构造配筋，减小水灰比、降低砂率，增加骨料粒径，选用适宜的外加剂和掺合料，采取保温保湿的养护措施等。这样把预防工作提前，有效防止裂缝的出现。
2.1 设计方面的控制措施。
(1)设计中应尽量避免结构断面突变带来的应力集中。当无法回避时，应做局部处理，如转角处做圆角，突变处做成渐变过渡，同时加强构造配筋，转角处增配斜向钢筋。
(2)在结构设计中，应重视对于构造钢筋的配置，特别是对于现浇箱梁、楼面、墙板等薄壁构件更应注意构造钢筋的直径和数量的选择。
(3)控制混凝土板内管线的预埋，板内不应预埋水管。其他管线预埋宜与钢筋成斜交布置，应避免管线立体交叉，严禁多层管线交错叠放，必要时宜在管线集散处增设垂直于管线的钢丝网，增加双层双向抗裂构造配筋等加强措施。
(4)对于大体积混凝土，可考虑采用60天龄期强度值作为设计值，以减少混凝土单方用灰量，并积极采用混凝土掺合料。
2.2 原材料及配比的控制。
(1)水泥品种的选用和水泥用量的控制。选择低水化热水泥和在保证混凝土强度的前提下尽量减少水泥用量是有效降低水化热，减少混凝土内外温差而出现裂缝的有效途径。比如选择矿渣硅酸盐、普通硅酸盐等低水化热水泥。
(2)掺合料和外加剂。粉煤灰具有减水、润滑作用，能改善混凝土的粘聚性和流动性，减少水泥用量降低水化热，减少混凝土收缩。大量研究实践表明，在泵送混凝土中掺入适量高等级的粉煤灰能替代部分水泥。 选用具有减水、增强和缓凝的外加剂，可提高混凝土的流动性、粘聚性及泵送性能。实践表明，采用高效减水剂能提高混凝土的泵送性能，降低用水量和水泥用量，降低水化热，减少温度裂缝。
(3)骨料的选择。增大粗骨料的比例并保证粗骨料有良好的级配，减少骨料的孔隙率，可以减少胶结材料数量，降低水化热，提高混凝土的抗裂性能，以保证板面混凝土的整体性，防止裂缝出现。
(4)水灰比的控制。由于商品混凝土生产厂家为便于混凝土的运输和泵送，往往会增大用水量，造成混凝土水灰比和坍落度过大，引起混凝土表面浮浆过厚，产生干缩裂缝和沉陷裂缝，因此严格控制混凝土的水灰比是解决混凝土裂缝最有效途径之一。 2.3 施工过程工艺控制。严格按配合比要求计量称重和控制搅拌时间，混凝土搅拌均匀，从而保证混凝土质量；严格控制混凝土坍落度，对商品混凝土应逐车检查泵车泄料口混凝土坍落度；同时控制混凝土车运输和停留时间，避免因运输、停留时间过长，减少水分损失；对较大跨度的桥梁箱梁和高层建筑板面混凝土施工时，混凝土泵出料口宜采用布料机施工作业，使作业面布料均匀，避免混凝土不均的离析现象；施工时应要求做到振捣密实，防止出现混凝土漏振和过振现象。保证混凝土密实，提高混凝土的抗裂性能。
2.4 养护、保护。早期养护。刚浇筑后的混凝土尚处于凝固硬化阶段，水化速度较快，须采取覆盖保湿措施防止混凝土表面脱水而产生干缩裂缝。因此加强混凝土早期养护，尤其在7 d内始终保持混凝土湿润状态是防止裂缝出现的重要环节；成品保护。混凝土浇筑完后，待混凝土达到一定强度后方可允许在混凝土表面进行施工作业；严格控制拆模时间，待混凝土强度达到设计和规范要求后方可拆模，避免因拆模过早而产生裂缝。
3. 裂缝处理
裂缝的出现不但会影响结构的整体性和强度，还会引起钢筋的锈蚀、加速混凝土的碳化、降低混凝土的耐久性和抗疲劳、抗渗能力。综合我国现状，目前的混凝土裂缝修补措施主要有：
3.1 开槽法修补裂缝。该法适合于修补较宽裂缝大于0.5 mm，采用环氧树脂：10。聚硫橡胶：3，水泥：12.5，砂：28。首先用人工将晒干筛后的砂、水泥按比例配好搅拌均匀后，将环氧树脂、聚硫橡胶也按配比拌匀。然后掺入已拌好的砂、水泥当中，再用人工继续搅拌。最后用少量的丙酮将已拌好的砂浆稀释到适中稠度(约0.4斤丙酮就可以了)。及时将已拌好的改性环氧树脂砂浆用橡胶桶装到已凿好洗净吹干后的混凝土凿槽内进行嵌入。
3.2 低压洼浆法修补裂缝。低压注浆法适用于裂缝宽度为0.2mm～0.3mm的混凝土裂缝进行修补。修补工序如下：裂缝清理——试漏——配制注浆液——压力注浆——二次注浆——清理表面。 当裂缝数量较多时，先要在裂缝位置上贴医用白胶布，再用窄毛刷沾浆沿裂缝来回涂刷封缝，使裂缝封闭，大约10 min后，揭去胶布条，露出小缝，粘贴注浆嘴用键包严。固化后周边可能有裂口，必须反复用浆补上，以避免注浆漏浆。注浆操作一般在粘嘴的第二天进行，若气温高的话，半天就可注浆。操作时先用补缝器吸取注浆液，插入注浆嘴，用手推动补缝器活塞，使浆液通过注浆嘴压人裂缝，当相邻的嘴中流出浆液时，就可拔出补缝器，堵上铝铆钉。一般由上往下注浆，水平缝一般从一端到另一端逐个注浆。为了保证浆液充满，在注浆后约半小时可以对每个注浆嘴再次补浆。
3.3 表面覆盖法修补裂缝。这是一种在微细裂缝(一般宽度小于0.2mm)的表面上涂膜，以达到修补混凝土微细裂缝的目的。分涂覆裂缝部分及全部涂覆两种方法，这种方法的缺点是修补工作无法深入到裂缝内部，对延伸裂缝难以追踪其变化。表面覆盖法所用材料视修补目的及建筑物所处环境不同而异，通常采用弹性涂膜防水材料，聚合物水泥膏、聚合物薄膜(粘贴)等。施工时，首先用钢丝刷子将混凝土表面打毛，清除表面附着物，用水冲洗干净后充分干燥，然后用树脂充填混凝土表面的气孔，再用修补材料涂覆表面。
4. 结束语
裂缝是混凝土结构中普遍存在的一种现象，它的出现不仅会降低建筑物的抗渗能力，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，降低材料的耐久性，影响建筑物的承载能力，因此严格按规程、规范要求施工，严把质量关，防患于未然，尽可能地降低混凝土裂缝的出现；对混凝土裂缝进行认真研究、区别对待，采用合理的方法进行处理，并在施工中采取各种有效的预防措施来预防裂缝的出现和发展。这样才能有效降低和杜绝混凝土裂缝的出现，从而保证工程的质量和安全。
【关键词】结构裂缝；裂缝治理；混凝土
随着我国国民经济的发展，建造了大量各类钢筋混凝士结构建筑物。在这些钢筋混凝土建筑中，结构的裂缝问题是一个相当普遍的质量问题，严重的已影响到工程的使用和安全，是一个需要探讨和解决的技术难题。尽管裂缝问题引起了业界重视，但仍未得到很好解决。本文通过对裂缝产生原因的分析，并从实践中总结出一些预防及裂缝出现后相应治理措施，希望对我国建筑行业发展起到促进作用。
1. 混凝土结构裂缝的成因
结构裂缝的成因复杂而繁多，比如：温湿度的变化，混凝土的不均匀性，结构不合理，原材料不符合要求，水灰比过大，基础不均匀沉降和模板变形，养护不及时等。混凝土结构裂缝的成因，大致可划分如下几类：
1.1 施工引起的裂缝。在混凝土结构浇筑、制作、拆模、运输、吊装等过程中，若施工不规范，工艺不合理，容易产生裂缝。比较常见的有：
(1)混凝土保护层过厚，或踩塌已绑扎的上层钢筋，使承受负弯矩的受力筋保护层加厚，而形成与受力钢筋垂直方向的裂缝。
(2)混凝土振捣不密实，出现空洞，导致钢筋锈蚀或其他荷载裂缝的起源点。
(3)混凝土搅拌、运输时间过长，使水分蒸发过多，引起塌落度过低，或加大水灰比，出现不规则的收缩裂缝。
(4)混凝土初期养护不到位，使得混凝土表面出现不规则的收缩裂缝。
(5)支架预压不够，或模板刚度不够，或拆模过早等使结构产生裂缝。
1.2 荷载引起的裂缝。钢筋混凝土结构在常规静、动荷载及次应力下产生直接应力和次应力两种裂缝。
(1)直接应力裂缝是指外荷载引起的直接应力产生的裂缝。在设计方面，计算模型不合理；内力与配筋计算错误；设计断面或结构剐度不足等。 在施工方面，对设计意图理解不清，改变结构受力模式；预制构件起吊、运输、安装等不规范。
(2)次应力裂缝是指由外荷载引起的次生应力产生裂缝。在设计外荷载作用下，由于结构物的实际工作状态与常规计算有出入，从而在某些部位引起次应力导致结构开裂。 结构中的凿槽、开洞、设置牛腿等，在常规计算中难以用准确的图式进行模拟计算，一般根据经验设置受力钢筋。研究表明，受力构件挖孔后，力流将产生绕射现象，在孔洞附近密集，产生大的应力集中。在这些结构的转角处或构件形状突变处容易出现裂缝。实际工程中，次应力裂缝是产生荷载裂缝的最常见原因。
1.3 温度变化和混凝土收缩引起的裂缝。混凝土在凝结硬化过程中，由于水泥释放大量的水化热，在表面和内部先后出现较大的温差变化而引起拉应力；外部气温骤降也会在混凝土表面引起较大的拉应力，当这些拉应力超出混凝土的抗裂能力时即会出现裂缝。
1.4 冻胀引起的裂缝。温度低于零度和混凝土吸水饱和是发生冻胀破坏的必要条件。大气气温低于零度对，吸水饱和的混凝土出现冰冻，游离的水转变成冰，体积膨胀，因而混凝土产生膨胀应力，使混凝土出现裂缝。
1.5 材料质量引起的裂缝。混凝土主要由水泥、骨料、拌和水及外加剂组成。配置混凝土所采用材料质量不合格，可导致结构出现裂缝。 水泥安定性不良，过期受潮，含碱量较高；骨料粒径超标、级配不良、杂质含量超标等而影响混凝土的强度，使混凝土收缩加大；采用氯化物等杂质含量较高的拌和水及含碱的外加剂等均可能影响结构出现裂缝。
2. 裂缝的预防措施
预防混凝土裂缝的主要措施是通过对设计、施工、原材料等方面进行综合控制。包括：选择合理结构形式，加强构造配筋，减小水灰比、降低砂率，增加骨料粒径，选用适宜的外加剂和掺合料，采取保温保湿的养护措施等。这样把预防工作提前，有效防止裂缝的出现。
2.1 设计方面的控制措施。
(1)设计中应尽量避免结构断面突变带来的应力集中。当无法回避时，应做局部处理，如转角处做圆角，突变处做成渐变过渡，同时加强构造配筋，转角处增配斜向钢筋。
(2)在结构设计中，应重视对于构造钢筋的配置，特别是对于现浇箱梁、楼面、墙板等薄壁构件更应注意构造钢筋的直径和数量的选择。
(3)控制混凝土板内管线的预埋，板内不应预埋水管。其他管线预埋宜与钢筋成斜交布置，应避免管线立体交叉，严禁多层管线交错叠放，必要时宜在管线集散处增设垂直于管线的钢丝网，增加双层双向抗裂构造配筋等加强措施。
(4)对于大体积混凝土，可考虑采用60天龄期强度值作为设计值，以减少混凝土单方用灰量，并积极采用混凝土掺合料。
2.2 原材料及配比的控制。
(1)水泥品种的选用和水泥用量的控制。选择低水化热水泥和在保证混凝土强度的前提下尽量减少水泥用量是有效降低水化热，减少混凝土内外温差而出现裂缝的有效途径。比如选择矿渣硅酸盐、普通硅酸盐等低水化热水泥。
(2)掺合料和外加剂。粉煤灰具有减水、润滑作用，能改善混凝土的粘聚性和流动性，减少水泥用量降低水化热，减少混凝土收缩。大量研究实践表明，在泵送混凝土中掺入适量高等级的粉煤灰能替代部分水泥。 选用具有减水、增强和缓凝的外加剂，可提高混凝土的流动性、粘聚性及泵送性能。实践表明，采用高效减水剂能提高混凝土的泵送性能，降低用水量和水泥用量，降低水化热，减少温度裂缝。
(3)骨料的选择。增大粗骨料的比例并保证粗骨料有良好的级配，减少骨料的孔隙率，可以减少胶结材料数量，降低水化热，提高混凝土的抗裂性能，以保证板面混凝土的整体性，防止裂缝出现。
(4)水灰比的控制。由于商品混凝土生产厂家为便于混凝土的运输和泵送，往往会增大用水量，造成混凝土水灰比和坍落度过大，引起混凝土表面浮浆过厚，产生干缩裂缝和沉陷裂缝，因此严格控制混凝土的水灰比是解决混凝土裂缝最有效途径之一。 2.3 施工过程工艺控制。严格按配合比要求计量称重和控制搅拌时间，混凝土搅拌均匀，从而保证混凝土质量；严格控制混凝土坍落度，对商品混凝土应逐车检查泵车泄料口混凝土坍落度；同时控制混凝土车运输和停留时间，避免因运输、停留时间过长，减少水分损失；对较大跨度的桥梁箱梁和高层建筑板面混凝土施工时，混凝土泵出料口宜采用布料机施工作业，使作业面布料均匀，避免混凝土不均的离析现象；施工时应要求做到振捣密实，防止出现混凝土漏振和过振现象。保证混凝土密实，提高混凝土的抗裂性能。
2.4 养护、保护。早期养护。刚浇筑后的混凝土尚处于凝固硬化阶段，水化速度较快，须采取覆盖保湿措施防止混凝土表面脱水而产生干缩裂缝。因此加强混凝土早期养护，尤其在7 d内始终保持混凝土湿润状态是防止裂缝出现的重要环节；成品保护。混凝土浇筑完后，待混凝土达到一定强度后方可允许在混凝土表面进行施工作业；严格控制拆模时间，待混凝土强度达到设计和规范要求后方可拆模，避免因拆模过早而产生裂缝。
3. 裂缝处理
裂缝的出现不但会影响结构的整体性和强度，还会引起钢筋的锈蚀、加速混凝土的碳化、降低混凝土的耐久性和抗疲劳、抗渗能力。综合我国现状，目前的混凝土裂缝修补措施主要有：
3.1 开槽法修补裂缝。该法适合于修补较宽裂缝大于0.5 mm，采用环氧树脂：10。聚硫橡胶：3，水泥：12.5，砂：28。首先用人工将晒干筛后的砂、水泥按比例配好搅拌均匀后，将环氧树脂、聚硫橡胶也按配比拌匀。然后掺入已拌好的砂、水泥当中，再用人工继续搅拌。最后用少量的丙酮将已拌好的砂浆稀释到适中稠度(约0.4斤丙酮就可以了)。及时将已拌好的改性环氧树脂砂浆用橡胶桶装到已凿好洗净吹干后的混凝土凿槽内进行嵌入。
3.2 低压洼浆法修补裂缝。低压注浆法适用于裂缝宽度为0.2mm～0.3mm的混凝土裂缝进行修补。修补工序如下：裂缝清理——试漏——配制注浆液——压力注浆——二次注浆——清理表面。 当裂缝数量较多时，先要在裂缝位置上贴医用白胶布，再用窄毛刷沾浆沿裂缝来回涂刷封缝，使裂缝封闭，大约10 min后，揭去胶布条，露出小缝，粘贴注浆嘴用键包严。固化后周边可能有裂口，必须反复用浆补上，以避免注浆漏浆。注浆操作一般在粘嘴的第二天进行，若气温高的话，半天就可注浆。操作时先用补缝器吸取注浆液，插入注浆嘴，用手推动补缝器活塞，使浆液通过注浆嘴压人裂缝，当相邻的嘴中流出浆液时，就可拔出补缝器，堵上铝铆钉。一般由上往下注浆，水平缝一般从一端到另一端逐个注浆。为了保证浆液充满，在注浆后约半小时可以对每个注浆嘴再次补浆。
3.3 表面覆盖法修补裂缝。这是一种在微细裂缝(一般宽度小于0.2mm)的表面上涂膜，以达到修补混凝土微细裂缝的目的。分涂覆裂缝部分及全部涂覆两种方法，这种方法的缺点是修补工作无法深入到裂缝内部，对延伸裂缝难以追踪其变化。表面覆盖法所用材料视修补目的及建筑物所处环境不同而异，通常采用弹性涂膜防水材料，聚合物水泥膏、聚合物薄膜(粘贴)等。施工时，首先用钢丝刷子将混凝土表面打毛，清除表面附着物，用水冲洗干净后充分干燥，然后用树脂充填混凝土表面的气孔，再用修补材料涂覆表面。
4. 结束语
裂缝是混凝土结构中普遍存在的一种现象，它的出现不仅会降低建筑物的抗渗能力，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，降低材料的耐久性，影响建筑物的承载能力，因此严格按规程、规范要求施工，严把质量关，防患于未然，尽可能地降低混凝土裂缝的出现；对混凝土裂缝进行认真研究、区别对待，采用合理的方法进行处理，并在施工中采取各种有效的预防措施来预防裂缝的出现和发展。这样才能有效降低和杜绝混凝土裂缝的出现，从而保证工程的质量和安全。