论文部分内容阅读
摘 要：文章从外在因素和内在因素不同角度阐述建筑工程中混凝土结构裂缝产生的原因,提出预防混凝土结构裂缝问题的措施。
关键词：裂缝；产生原因；控制措施
一、混凝土结构产生裂缝的原因
1．荷载引起的裂缝。
混凝土结构在常规静、动荷载及次应力下产生的裂缝称荷载裂缝，归纳起来主要有直接应力裂缝、次应力裂缝两种。
直接应力裂缝是指外荷载引起的直接应力产生的裂缝。裂缝产生的原因有：
（1）设计计算阶段，结构计算时不计算或部分漏算；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。
（3）使用阶段，超出设计载荷的重型机械搬运安置过程中的接触、撞击；发生大风、大雪、地震、爆炸等。
次应力裂缝是指由外荷载引起的次生应力产生裂缝。裂缝产生的原因有：
（1）在设计外荷载作用下，由于结构物的实际工作状态同常规计算有出入或计算不考虑，从而在某些部位引起次应力导致结构开裂。
（2）结构中经常需要凿槽、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，产生巨大的应力集中。在长跨预应力连续梁中，经常在跨内根据截面内力需要截断钢束，设置锚头，而在锚固断面附近经常可以看到裂缝。因此，若处理不当，在这些结构的转角处或构件形状突变处、受力钢筋截断处容易出现裂缝。
2. 温度变化引起的裂缝。
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。气温的降低也会在混凝土表面引起很大的拉应力,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。
3. 收缩引起的裂缝。
在混凝土收缩种类中，塑性收缩和缩水收缩（干缩）是发生混凝土体积变形的主要原因。
（1）塑性裂缝：是指混凝土浇筑成型后还未硬化，仍处于可塑状态时产生的裂缝，塑性裂缝的出现不仅会影响混凝土构件的外观质量，更重要的是会造成混凝土防水性能下降、钢筋容易锈蚀等不良后果，影响混凝土结构的使用年限。
（2）缩水收缩（干缩）: 混凝土结硬以后，随着表层水分逐步蒸发，湿度逐步降低，混凝土体积减小，称为缩水收缩（干缩）。因混凝土表层水分损失快，内部损失慢，因此产生表面收缩大、内部收缩小的不均匀收缩，表面收缩变形受到内部混凝土的约束，致使表面混凝土承受拉力，当表面混凝土承受拉力超过其抗拉强度时，便产生收缩裂缝。混凝土硬化后收缩主要就是缩水收缩。
4. 钢筋锈蚀引起的裂缝。
由于混凝土质量较差或保护层厚度不足，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，钢筋周围氯离子含量较高，均可引起钢筋表面氧化膜破坏，钢筋中铁离子与侵入到混凝土中的氧气和水分发生锈蚀反应，其锈蚀物氢氧化铁体积比原来增长约2～4倍，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，并有锈迹渗到混凝土表面。由于锈蚀，使得钢筋有效断面面积减小，钢筋与混凝土握裹力削弱，结构承载力下降，并将诱发其它形式的裂缝，加剧钢筋锈蚀，导致结构破坏。
5．冻胀引起的裂缝。
大气气温低于零度时，吸水饱和的混凝土出现冰冻，游离的水转变成冰，体积膨胀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（结冰温度在-78度以下）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。尤其是混凝土初凝时受冻最严重，成龄后混凝土强度损失可达30%～50%。冬季施工时对预应力孔道灌浆后若不采取保温措施也可能发生沿管道方向的冻胀裂缝。
6．材料质量引起的裂缝。
混凝土主要由水泥、砂、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，可能导致结构出现裂缝。在混凝土结构浇筑、构件制作、起模、运输、堆放、拼装及吊装过程中，若施工工艺不合理、施工质量低劣，容易产生纵向的、横向的、斜向的、竖向的、水平的、表面的、深进的和贯穿的各种裂缝，特别是细长薄壁结构更容易出现。
7．化学反应引起的裂缝。
碱骨料反应裂缝和钢筋锈蚀引起的裂缝是钢筋混凝土结构中最常见的由于化学反应而引起的裂缝。主要的预防措施：一是选用碱活性小的砂石骨料；二是选用低碱水泥和低碱或无碱的外加剂；三是选用合适的掺和料抑制碱骨料反应。 由于混凝土浇筑、振捣不良或者是钢筋保护层较薄，有害物质进入混凝土使钢筋产生锈蚀，锈蚀的钢筋体积膨胀，导致混凝土胀裂，此种类型的裂缝多为纵向裂缝，沿钢筋的位置出现。通常的预防措施有：一是保证钢筋保护层的厚度；二是混凝土级配要良好；三是混凝土浇注要振捣密实；四是钢筋表层涂刷防腐涂料。
二、裂缝的控制措施
影响开裂的因素很复杂，往往不是单一因素造成的。控制裂缝也不只是施工人员和混凝土生产者的事，而是涉及包括设计、混凝土及其原材料生产、施工甚至监理和业主在内各方面的责任。
1．建筑与结构设计要求
建筑工程的基础和主体结构设计应采取加强整体性的方案，对于建在软弱地基上的建筑，宜采用整体性能好的基础型式或采取加强基础整体性的措施。在抗震设防区，建筑工程的场地选择，液化土和软土地基地处理，应符合《建筑抗震设计规范》GB50011-2001的有关规定。建筑基础的选型与设计，应尽量采取措施减少上部结构所引起沉降量防可能的不均匀沉降。当新建工程附近存在已有建筑时，新建建筑工程的设计应考虑新建工程的沉降对已有建筑的影响。应根据已有建筑的类型和新建工程对其基础沉降的影响程度，采取留置足够的距离距离或采取有效措施。建筑工程的伸缩缝设置应满足《混凝土结构设计规范》GB50010-2002的规定。建筑工程楼（屋）盖的设计，应考虑温度变化、混凝土收缩对这些结构变形、开裂减轻裂缝的加强措施。建筑工程（屋）盖的设计应进行热工性能计算并选择适合本地区特点的保温隔热措施。应对顶屋两个边单元的构件采取增强温度应力的构造措施。
2．建筑材料的要求
建筑工程所采用的建筑材料应符合有关标准的规定和设计文件的要求。对于混凝土工程的水平构件（梁、板）和较大面积的墙体等构件，所用的建筑材料在满足材料强度要求前提下，应尽量选择收缩小、抗裂性能好的材料。混凝土材料中的掺加剂，应选择与水泥等材料适应性好收缩量小的品种，可通过不同品种的试验进行优选。
3．建筑工程施工的要求
建筑工程施工必须满足《建筑工程施工质量验收统一标准》GB50300-2001及其相应专业规范的要求。建筑工程的施工单位应根据建筑结构的类型、建筑结构所采用材料的特性和施工环境的实际情况，确定施工方案中有关裂缝控制的措施。建筑基础的施工技术方案，应根据建筑场地土基土的层状特点、地下水位及建筑工程周围的环境状况，制定防止土基基础下沉和防止周围已有建筑物开裂的具体措施。建筑工程施工技术方案应有根据建筑工程所在地点的施工季节，制订防止和减轻裂缝的季节性措施。
4．养护与成品保护时注意事项
混凝土初凝后应及时洒水保湿养护，重要部位养护宜采用保水较好的草袋、麻袋或编制物湿润接触覆盖。对于表面积较大的板类构件或大体积混凝土，可采用蓄水养护。混凝土表面不便浇水或采用覆盖养护时，宜涂刷养护剂。冬季施工应根据天气情况，避免干雨天施工。必要时应加盖覆盖，防止刚浇筑完的混凝土被雨水浇淋。混凝土强度未达到1.2Mpa前，不得在其中踩踏或安装模板及支架。拆模或进行其它作业时，严禁撞击混凝土构件。混凝土楼面、地面装修需要打也钻眼时，必须要有设计认可的施工方案。
5．裂缝检测与处理的要求
对出现裂缝的建筑工程应及时进行观测和量测。当裂缝较严重时应进行检测分析。对于正在发展中的裂缝，应进行跟踪量测。应通过观察、检测及分析查明裂缝形成的原因并采取针对性的措施。对于已查明原因且已经稳定的裂缝，应采取闭合裂缝的有效措施处理。对标志承载力不足的受力裂缝应及时采用加固措施。
6．建筑装修和改造的要求
建筑工程在使用过程中，应控制使用荷载不超过设计荷载的取值。在建筑增层和增加荷载的装修、改造，应对已有建筑的现状进行调查，必要时应对建筑结构质量和性能进行检测鉴定。还应坚持先设计后施工的原则。在设计中应考虑地基基础或某些构件因荷载增加对变形或开裂的影响，征订相应的措施。
三、结语
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。
参考文献：
［1］王铁梦．建筑物的裂缝控制［M］．上海科技出版社，1987．
［2］艾伦．砼建筑物修补［M］．水利电力出版社，1992．
［3］珀金斯．混凝土结构修补、防水与防护［M］．中国建筑工业出版社，1982．
［4］赵国藩．钢筋混凝土结构的裂缝控制［M］．海洋出版社，1991．
［5］富文权．混凝土工程裂缝分析与控制［M］．中国铁道出版社，2002．
［6］建筑施工手册［M］．中国建筑工业出版社，1992．
［7］建筑结构设计综合手册［M］．河南科学技术出版社，1990．
［8］混凝土结构设计规范GB50010-2002［M］．北京：中国建筑工业出版社，2002．
［9］地下工程防水技术规范GB50108-2001［M］．北京：中国计划出版社，2001．
关键词：裂缝；产生原因；控制措施
一、混凝土结构产生裂缝的原因
1．荷载引起的裂缝。
混凝土结构在常规静、动荷载及次应力下产生的裂缝称荷载裂缝，归纳起来主要有直接应力裂缝、次应力裂缝两种。
直接应力裂缝是指外荷载引起的直接应力产生的裂缝。裂缝产生的原因有：
（1）设计计算阶段，结构计算时不计算或部分漏算；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。
（3）使用阶段，超出设计载荷的重型机械搬运安置过程中的接触、撞击；发生大风、大雪、地震、爆炸等。
次应力裂缝是指由外荷载引起的次生应力产生裂缝。裂缝产生的原因有：
（1）在设计外荷载作用下，由于结构物的实际工作状态同常规计算有出入或计算不考虑，从而在某些部位引起次应力导致结构开裂。
（2）结构中经常需要凿槽、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，产生巨大的应力集中。在长跨预应力连续梁中，经常在跨内根据截面内力需要截断钢束，设置锚头，而在锚固断面附近经常可以看到裂缝。因此，若处理不当，在这些结构的转角处或构件形状突变处、受力钢筋截断处容易出现裂缝。
2. 温度变化引起的裂缝。
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。气温的降低也会在混凝土表面引起很大的拉应力,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。
3. 收缩引起的裂缝。
在混凝土收缩种类中，塑性收缩和缩水收缩（干缩）是发生混凝土体积变形的主要原因。
（1）塑性裂缝：是指混凝土浇筑成型后还未硬化，仍处于可塑状态时产生的裂缝，塑性裂缝的出现不仅会影响混凝土构件的外观质量，更重要的是会造成混凝土防水性能下降、钢筋容易锈蚀等不良后果，影响混凝土结构的使用年限。
（2）缩水收缩（干缩）: 混凝土结硬以后，随着表层水分逐步蒸发，湿度逐步降低，混凝土体积减小，称为缩水收缩（干缩）。因混凝土表层水分损失快，内部损失慢，因此产生表面收缩大、内部收缩小的不均匀收缩，表面收缩变形受到内部混凝土的约束，致使表面混凝土承受拉力，当表面混凝土承受拉力超过其抗拉强度时，便产生收缩裂缝。混凝土硬化后收缩主要就是缩水收缩。
4. 钢筋锈蚀引起的裂缝。
由于混凝土质量较差或保护层厚度不足，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，钢筋周围氯离子含量较高，均可引起钢筋表面氧化膜破坏，钢筋中铁离子与侵入到混凝土中的氧气和水分发生锈蚀反应，其锈蚀物氢氧化铁体积比原来增长约2～4倍，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，并有锈迹渗到混凝土表面。由于锈蚀，使得钢筋有效断面面积减小，钢筋与混凝土握裹力削弱，结构承载力下降，并将诱发其它形式的裂缝，加剧钢筋锈蚀，导致结构破坏。
5．冻胀引起的裂缝。
大气气温低于零度时，吸水饱和的混凝土出现冰冻，游离的水转变成冰，体积膨胀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（结冰温度在-78度以下）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。尤其是混凝土初凝时受冻最严重，成龄后混凝土强度损失可达30%～50%。冬季施工时对预应力孔道灌浆后若不采取保温措施也可能发生沿管道方向的冻胀裂缝。
6．材料质量引起的裂缝。
混凝土主要由水泥、砂、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，可能导致结构出现裂缝。在混凝土结构浇筑、构件制作、起模、运输、堆放、拼装及吊装过程中，若施工工艺不合理、施工质量低劣，容易产生纵向的、横向的、斜向的、竖向的、水平的、表面的、深进的和贯穿的各种裂缝，特别是细长薄壁结构更容易出现。
7．化学反应引起的裂缝。
碱骨料反应裂缝和钢筋锈蚀引起的裂缝是钢筋混凝土结构中最常见的由于化学反应而引起的裂缝。主要的预防措施：一是选用碱活性小的砂石骨料；二是选用低碱水泥和低碱或无碱的外加剂；三是选用合适的掺和料抑制碱骨料反应。 由于混凝土浇筑、振捣不良或者是钢筋保护层较薄，有害物质进入混凝土使钢筋产生锈蚀，锈蚀的钢筋体积膨胀，导致混凝土胀裂，此种类型的裂缝多为纵向裂缝，沿钢筋的位置出现。通常的预防措施有：一是保证钢筋保护层的厚度；二是混凝土级配要良好；三是混凝土浇注要振捣密实；四是钢筋表层涂刷防腐涂料。
二、裂缝的控制措施
影响开裂的因素很复杂，往往不是单一因素造成的。控制裂缝也不只是施工人员和混凝土生产者的事，而是涉及包括设计、混凝土及其原材料生产、施工甚至监理和业主在内各方面的责任。
1．建筑与结构设计要求
建筑工程的基础和主体结构设计应采取加强整体性的方案，对于建在软弱地基上的建筑，宜采用整体性能好的基础型式或采取加强基础整体性的措施。在抗震设防区，建筑工程的场地选择，液化土和软土地基地处理，应符合《建筑抗震设计规范》GB50011-2001的有关规定。建筑基础的选型与设计，应尽量采取措施减少上部结构所引起沉降量防可能的不均匀沉降。当新建工程附近存在已有建筑时，新建建筑工程的设计应考虑新建工程的沉降对已有建筑的影响。应根据已有建筑的类型和新建工程对其基础沉降的影响程度，采取留置足够的距离距离或采取有效措施。建筑工程的伸缩缝设置应满足《混凝土结构设计规范》GB50010-2002的规定。建筑工程楼（屋）盖的设计，应考虑温度变化、混凝土收缩对这些结构变形、开裂减轻裂缝的加强措施。建筑工程（屋）盖的设计应进行热工性能计算并选择适合本地区特点的保温隔热措施。应对顶屋两个边单元的构件采取增强温度应力的构造措施。
2．建筑材料的要求
建筑工程所采用的建筑材料应符合有关标准的规定和设计文件的要求。对于混凝土工程的水平构件（梁、板）和较大面积的墙体等构件，所用的建筑材料在满足材料强度要求前提下，应尽量选择收缩小、抗裂性能好的材料。混凝土材料中的掺加剂，应选择与水泥等材料适应性好收缩量小的品种，可通过不同品种的试验进行优选。
3．建筑工程施工的要求
建筑工程施工必须满足《建筑工程施工质量验收统一标准》GB50300-2001及其相应专业规范的要求。建筑工程的施工单位应根据建筑结构的类型、建筑结构所采用材料的特性和施工环境的实际情况，确定施工方案中有关裂缝控制的措施。建筑基础的施工技术方案，应根据建筑场地土基土的层状特点、地下水位及建筑工程周围的环境状况，制定防止土基基础下沉和防止周围已有建筑物开裂的具体措施。建筑工程施工技术方案应有根据建筑工程所在地点的施工季节，制订防止和减轻裂缝的季节性措施。
4．养护与成品保护时注意事项
混凝土初凝后应及时洒水保湿养护，重要部位养护宜采用保水较好的草袋、麻袋或编制物湿润接触覆盖。对于表面积较大的板类构件或大体积混凝土，可采用蓄水养护。混凝土表面不便浇水或采用覆盖养护时，宜涂刷养护剂。冬季施工应根据天气情况，避免干雨天施工。必要时应加盖覆盖，防止刚浇筑完的混凝土被雨水浇淋。混凝土强度未达到1.2Mpa前，不得在其中踩踏或安装模板及支架。拆模或进行其它作业时，严禁撞击混凝土构件。混凝土楼面、地面装修需要打也钻眼时，必须要有设计认可的施工方案。
5．裂缝检测与处理的要求
对出现裂缝的建筑工程应及时进行观测和量测。当裂缝较严重时应进行检测分析。对于正在发展中的裂缝，应进行跟踪量测。应通过观察、检测及分析查明裂缝形成的原因并采取针对性的措施。对于已查明原因且已经稳定的裂缝，应采取闭合裂缝的有效措施处理。对标志承载力不足的受力裂缝应及时采用加固措施。
6．建筑装修和改造的要求
建筑工程在使用过程中，应控制使用荷载不超过设计荷载的取值。在建筑增层和增加荷载的装修、改造，应对已有建筑的现状进行调查，必要时应对建筑结构质量和性能进行检测鉴定。还应坚持先设计后施工的原则。在设计中应考虑地基基础或某些构件因荷载增加对变形或开裂的影响，征订相应的措施。
三、结语
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。
参考文献：
［1］王铁梦．建筑物的裂缝控制［M］．上海科技出版社，1987．
［2］艾伦．砼建筑物修补［M］．水利电力出版社，1992．
［3］珀金斯．混凝土结构修补、防水与防护［M］．中国建筑工业出版社，1982．
［4］赵国藩．钢筋混凝土结构的裂缝控制［M］．海洋出版社，1991．
［5］富文权．混凝土工程裂缝分析与控制［M］．中国铁道出版社，2002．
［6］建筑施工手册［M］．中国建筑工业出版社，1992．
［7］建筑结构设计综合手册［M］．河南科学技术出版社，1990．
［8］混凝土结构设计规范GB50010-2002［M］．北京：中国建筑工业出版社，2002．
［9］地下工程防水技术规范GB50108-2001［M］．北京：中国计划出版社，2001．