混凝土裂缝的原因分析及防治措施 1.docx
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混凝土裂缝的原因分析及防治措施1
摘要
随着我国建设事业的迅速发展，像高层建筑、水坝、道路、桥梁和地下工程等大型工程被广泛需要，对混凝土的使用量也越来越大。
混凝土裂缝产生的原因很多，有变形引起的裂缝；有外载作用引起的裂缝；有养护环境不当和化学作用引起的裂缝等等。
本文将对混凝土裂缝的原因及危害,混凝土裂缝的防治,从混凝土裂缝的种类入手，提出混凝土裂缝的危害,对混凝土裂缝成因进行分析，并对如何防治混凝土裂缝谈一些粗浅的见解。
关键词：
混凝土，裂缝，原因分析，防治措施
一、混凝土裂缝的种类与危害
（一）混凝土裂缝的种类
1、按裂缝产生的时间划分裂缝，一般可分为两大类：
①施工期间出现的裂缝；②使用期间出现的裂缝
2、根据引起裂缝的原因可分为：
①材料选配不当；②施工控制不当；③温差作用；④荷载作用；⑤钢筋锈蚀作用；⑥地基不均匀沉降；⑦冻胀作用；⑧地震作用；⑨火灾作用；⑩碰撞及其他作用等。
3、按照裂缝的产生规律、形态、容易发生的部位分部划分：
①塑性收缩裂缝；②塑性沉降裂缝；③温差裂缝；④不规则龟裂；⑤纵向裂缝；⑥横向裂缝；⑦斜向裂缝；⑧X形交叉裂缝；⑨八字和倒八字裂缝；⑩扭转裂缝等。
4、按照裂缝深度的不同可分为：
①贯穿裂缝；②深层裂缝；③表面裂缝。
（二）混凝土裂缝的危害
钢筋混凝土结构物一旦产生裂缝，对本身会产生安全上及使用上的影响。
外部环境的有害成分侵入，会使裂缝部分持续扩大及劣化，造成使用性能的降低，而导致使用寿命的缩短，甚至会影响结构物的安全性。
1、结构强度的影响：
结构物裂缝发生后，其本身的刚性、剪力强度、拉力
强度、抗弯强度都会降低，并可能导致结构行为发生应力重分配，造成进一步的破坏。
2、对耐久性能的影响：
裂缝对耐久性的影响最主要的是加速混凝土中性化，
使钢筋腐蚀速度变快，并因漏水、渗水，造成发霉、渗斑而使得保护层剥落，而缩短结构物的使用年限。
3、对气密性能的影响：
裂缝对于气密性能的破坏，主要是针对需要高气密
性能的结构物而言的，如医院、核电厂或一些疫苗培植性能的结构物。
一旦发生裂缝，就会造成气密性降低，造成辐射线或疫苗类外泄，影响到人们的安全。
二、混凝土裂缝的原因分析
（一）原材料质量引起的裂缝
混凝土是一种收缩性材料。
虽然其收缩的绝对值不大，但由于其较高的弹性模量和很低的抗拉强度，即使很小一点的收缩变形也会产生很大的拉应力。
当拉应力超过其抗拉强度时，混凝土即出现开裂。
因此，我们应该做的事情就是设法尽最大可能地降低混凝土的收缩值和最大程度地提高混凝土的抗拉强度。
一是要尽量少用收缩量大的水泥，如矿渣水泥。
矿渣硅酸盐水泥的收缩比普通硅酸盐水泥大25%左右。
二是在满足施工和易性的条件下，应尽量减小混凝土的水灰比，尽量减小单位体积水泥浆量和砂浆量。
众所周知，混凝土水灰比越大，收缩将显著增加，同时抗拉强度降低。
混凝土所采用材料的质量不合格，可能导致结构出现裂缝。
1、砂石含泥量超过规定，不仅降低混凝土的强度和抗渗性，还会使混凝土干燥时产生不规则的网状裂缝。
砂石的级配差，或砂颗粒过细，用这种材料拌制的混凝土常造成侧面裂缝。
碱骨料反应。
骨料中含有泥性硅化物质与碱性物质相遇，水、硅反应会生成膨胀的胶质，吸水后造成局部膨胀和拉应力，则构件产生爆裂状裂缝，在潮湿的地方较为多见。
2、拌和用水及外加剂拌和用水或外加剂中氯化物等杂质含量较高时对钢筋锈蚀有较大影响。
采用海水或含碱泉水拌制混凝土，或采用含碱的外加剂，可能对碱骨料反应有影响。
（二）载荷引起的裂缝
混凝土构件在常规静、动载荷及次应力下产生的裂缝称载荷裂缝，归纳起来主要有直接应力裂缝、次应力裂缝两种。
1、直接应力裂缝是指外载荷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；计算模计算错误；型不合理；结构受力假设与实际力不符；载荷少算或漏算；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（宁波跨海大桥）；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；不了解预制结构受力特点，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，超出设计载荷的作用于楼地面、墙面；工业厂房超负荷使用；发生大风、大雪、地震、爆炸等。
2、次应力裂缝是指由外载荷引起的次生应力产生裂缝。
裂缝产生的原因有：
①在设计外载荷作用下，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工业建筑中经常需要凿槽、开洞、设置牛腿等，在常规计算中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。
研究表明构件挖孔后，力流将产生绕射现象，在空洞附近密集，产生巨大的应力集中。
某电信局综合楼，地上七层，每层十间，地下为一半地下室。
地上的一半
除东西边上两间外，其余每间都开有一个气窗。
间与间之间有一根大梁横跨南北，
大梁由与地下室外墙连在一起的边柱支撑着，中间无柱。
工程竣工后两个月，每
个气窗的下角处都出现了“八”字形的裂缝。
而边上两间由于没留窗洞，就没有
出现开裂。
后经分析，认为是基础不均匀沉降引起的。
因为气窗下面的地基只需
承受不足两米高的墙体的重量，而气窗两侧的地基则要承受七层楼的份量，沉降
自然不一样。
裂缝即从最薄弱的窗角处开始。
（三）温度变化引起的裂缝
混凝土具有热胀冷缩性质，当外部环境或结构构内部温度发生变化，混凝土将发生变形，若变形遭到约束，则在结构内将产生应力，当应力超过混凝土抗拉强度时即产生温度裂缝。
在某些大跨径梁中，温度应力可以达到甚至超出活载应力。
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。
曾看到某电子厂的一大型车间二层楼面的泵送施工。
楼面面积达1万m2左右，混凝土强度等级为C30，并掺加了膨胀剂。
时值盛夏，气温很高，混凝土的水分蒸发很快，施工人手不够多，浇筑好的混凝土在烈日下曝晒。
结果混凝土是前浇后裂。
同样的情况笔者还在嘉兴某商务楼的三层楼面上见到过。
新浇的混凝土在似火骄阳下晒了二天，一点遮盖都没有，表面就出现了裂缝，而施工方只是派人隔几小时上去浇一次水。
试想混凝土表面被太阳晒得高达四、五十度，冰冷的自来水浇上去无疑是雪上加霜。
冷缩促使裂缝更快扩展。
正确的做法是在第一次抹平后，立即用塑料薄膜覆盖，不让水分跑掉，依靠混凝土自身的水分进行保湿养护。
需进行第二次抹光时，揭开薄膜，抹完了仍要盖好。
某大厦地下室墙板工程上，浇筑顶板前，墙板完好，等到顶板浇筑后没几天，墙板外侧即出现许多裂缝。
经分析，一致认为是温差湿差双重因素造成的。
因为当时正值冬季，墙板浇筑后又没有及时回填土，顶板一浇，地下室里面由于地温地湿而保持着较好的温湿度，外墙则处在凛冽的寒风中，温湿度都很低，墙板内外两侧由于环境因素造成了温湿度差而产生裂缝。
因此，对于像地下室墙板这样的虽非大体积却存在环境温湿度差的混凝土结构，更要注意防止温差裂缝的发生。
三、混凝土裂缝的预防措施
（一）混凝土材料的选用
1、水泥：
应选用水化热较低的水泥，具体可以采用中热硅酸盐水泥等。
且可以在水泥中可以添加—定比例的粉煤灰，既降低水化热，又可使混凝土变得细密从而提高密实度。
2、集料：
在施工中避免使用含泥量高的集料，因使用含泥量高的集料会导致集料表面与水泥石的机械粘结力降低，而且会增加混凝土拌合物的用水量，不仅增加了混凝土的收缩，同时降低了混凝土的抗拉强度，导致收缩裂缝发生。
粗骨料宜用表面粗糙、质地坚硬的石料：
级配良好，孔隙率小，无碱性反；有害物质及粘土含量不超过规定，细骨利肩佣颗粒较粗、孔隙较小，含泥量较低的中砂。
3、外加剂：
在混凝土中适当掺入减水剂可以降低用水量、减少收缩，提高了混疑土的强度，而且减少水泥用量，相应的减少水热化。
（二）混凝土的施工
1、混凝土配合比：
混凝土的制备需要严格控制混凝土的配合比设计，混凝土应根据实际采用的原材料按工程要求进行配合比设计，并按普通混凝土拌和物性能试验方法等标准进行式验、试配，以满足混凝土强度、耐久性和工作性能（坍落度等）的要求，严格控制水灰和水泥用量，选择符合工程强度要求的级配良好的石子，减小空隙率和砂率以减少收缩量，提高混凝土抗裂强度。
2、混凝土搅拌：
为了拌制出均匀优质的混凝土，除合理地选择搅拌机外，还必须正确地确定搅拌制度，即一次投料量、搅拌时间和投料顺序等。
这些细节部分都会影响到混凝土工程的质量，应该严格按照工程要求做好设计。
3、混凝土浇筑：
在混凝土浇筑前，应检查模板的标高、位置、尺寸、强度和刚度是否符合要求；检查钢筋和预埋件的位置、数量和保护层厚度，清除模板内的杂物和钢筋的油污；对模板的缝隙和孔洞应堵严。
混凝土的浇筑，应由低处往高处分层浇筑。
每层的厚度应根据捣实、结构的配筋情况等因素确定。
①在浇筑竖向结构混疑土前，应先在底部填入与混凝土内砂浆成分相同的水泥砂浆。
②浇筑中不得发生离析现象，当浇筑高度超过3m时，应采用串筒、溜管或振动溜管使混凝土下落。
3在混凝土浇筑过程中应经常观察模板、支架、钢筋、预埋件、预留孔洞的情况，当发现有变形、移位时，应及时采取措施进行处理。
4混凝土浇筑后，必须保证混凝士均匀密实，充满整个模板空间，新旧混凝土结合良好，拆模后，混凝土表面平整光洁。
为保证混疑土的整体性，浇筑混凝土应连续进行。
当必须间歇时，其间歇时间宜缩短，并应在前层混凝土凝结前将次层混凝土浇筑完毕。
混凝土运输、浇筑及间歇的全部时间不应超过混凝土的初凝时间。
4、混凝土捣实：
混凝土的捣实就是使入模的混凝土完成成型与密实的过程，从而保证混凝土结构构件外形正确，表面平整，混凝土的强度和其他性能符合设计的要求。
混疑土浇筑模后应立即进行充分的振捣，使新入模的混凝土充满模板的每一角落，排出气泡，使混凝土拌和物获得最大的密实度和均匀性。
通常施工方法是在浇注进行强力振捣，这样也可避免浇注过程中的跑浆，而由于施工中受多种因素影响，只能用泵送商品混凝土，加上泵送混凝土坍落度较大，水灰比达不到要求，为此要采用混凝土二次振捣技术，以保证混凝土的抗渗质量、几次振捣对加强混凝土的密实度和提高强度都有明显的效果、二次振捣可使丹落度已经消失的混凝土拌合物重新振倒液化，消除粗骨料、水平钢筋及子埋件下面的积水和周围的水膜，使这些水分与周围的砂浆再次搅拌均匀。
这样既提高了混凝土的强度，又防止了因水分蒸发而形成的渗水通道，减少了孔隙和气泡，提高了混凝土的密实度。
5、混凝土养护：
混凝土早期处于潮湿环境下，对收缩变形很大影响。
施工中均采用草帘浇水法养护，是比较行之有效的。
同时，还要注意在施工时突然刮大风，将刚浇捣完毕的混凝土表面水分迅速蒸发，而产生的干缩裂缝。
在混凝土构件成型后，表面作2～3mm的沥青涂层，不使混凝土失水，减少其收缩。
国家建筑研究院曾作过保水试验，当保水140和240再解封后，收缩值比未保水的情况分别减少28％和34％。
某医院医疗综合大楼地下室混凝土长墙东西长152.264m、南北长107.464m的不规则平面，总长432.181m，如图所示。
其中负二层高3.9m，负一层高3.6m，壁厚400mm，混凝土强度等级C35、S8和C35、S12，外墙受到地下室多截面大体积混凝土底板、地下室夹层楼板的约束，长墙的大长度也约束其自身受力。
因此，长墙的裂缝防治有极大难度，防止这类地下室混凝土长墙非荷载裂缝的发生更是难中之难。
图1混凝土长墙平面布置图
施工单位以混凝土结构裂缝防治的“抗”和“放”基本原则为理论基础，采用混凝土结构裂缝控制策略，通过分析医疗综合大楼地下室混凝土长墙的原材料选择、混凝土配合比的设计与优化、混凝土的浇筑与养护等控制内容，制定了实施关键技术，认真落实到混凝土长墙工程施工，取得了良好防裂效果。
、材料选择
医院医疗综合大楼地下室混凝土长墙工程选用旋窑生产的质量良好的湖南韶峰水泥、优质的珠海电厂Ⅱ级粉煤灰（烧失量少、需水量少）、北江中砂（Mx＝2.6，含泥量≤0.5%）和番禺花岗岩二级配碎石（规格5～31.5mm和5～16mm，含泥量≤0.2%）。
在胶结材料中减少水泥用料增加粉煤灰的用量，对于减少混凝土收缩、提高混凝土自身的抗裂性有良好作用。
、优化配合比设计
通过正交试验进行配合比优化，测定了混凝土的干缩值作为参数，优选出地下室混凝土长墙的配合比，见表1所示。
表1地下室长墙C35混凝土配合比优选表
名称
水
水泥
粉煤灰
砂
碎石
外加剂
备注
产地
湖南韶峰
珠海电厂
北江中砂
番禺花岗石
北京
规格
自来水
P.O42.5
Ⅱ级
Mx＝2.6
5～
16mm
5～
31.5mm
减水剂
30％
用量
kg/m3
185
292
102
728
164
929
9.85
塌落度160mm±20
比例
0.634
1
0.349
2.493
0.562
3.182
0.034
、后浇带的设置
除了对应于地下室底板后浇带位置设置有长墙后浇带外，并另外增设了7条长墙后浇带，将长墙划分为13个混凝土墙体浇筑单元，降低了长墙的自身约束程度，组织了方便有序的施工，发挥了混凝土防治裂缝的“放”作用。
、墙体结构优化
施工单位认真讨论后建议设计单位将原设计的Ф16＠150长墙水平筋更改为布置在竖向受力筋的外侧，而且采用为Ф12＠110的细而密的配筋方式，如图2所示。
更改后的布筋方式在一定程度上抑制了混凝土长墙的收缩变形，相当于发挥了混凝土“抗”的效果，有效防止了混凝土长墙裂缝的发生和发展。
、长墙浇筑
混凝土长墙浇筑期间，采用的商品混凝土拌和物性能良好，浇筑速度适宜，振捣恰到好处，没有漏振和过振，二次振捣及时适度，混凝土上下质量均匀，没有顶部浮浆聚集现象。
、养护条件
施工的养护措施对混凝土长墙收缩裂缝的控制有积极作用。
混凝土终凝后随即不停浇水缓慢养护，带模养护14天。
“小水慢淋”使混凝土在养护期间始终处于潮湿状态，减少了混凝土的干缩。
而且，由于养护水经楼板和模板缝流下，水和长墙面没有明显的温差，墙面不会因为浇水冷却出现裂缝。
墙面顶部采用麻袋覆盖养护.
图2地下室混凝土长墙壁结构优化
使用情况
图3“三段式”对拉螺杆
、“三段式”对拉螺杆
长墙采用的“三段式”对拉螺杆（如图3所示），拆模方便，没有常见的翘、拔问题，不需要对长墙敲凿和氧割出墙面的螺杆，很好地保护墙面质量，混凝土不会出现损伤，不会因损伤处的应力集中诱发裂缝。
在底板上距长墙内侧1500mm处设置一圈钢筋，用于水平施工缝以上长墙模板的定位固定，保证水平施工缝上下墙体混凝土的平整严密、无缺陷，不会因损伤而产生裂缝。
图4地下室混凝土长墙施工效果
医院医疗综合大楼地下室混凝土长墙施工，在没有采取预应力等特殊措施和掺加抗裂纤维等特殊材料的情况下，通过采取最优配合比、使用“三段式”对拉螺杆，控制浇筑和养护方法等措施，成功浇筑了地下室混凝土长墙，未出现肉眼可见裂缝，达到了裂缝控制的理想效果，如图4所示。
四、混凝土裂缝的处理方法
混凝土裂缝出现后，为了保证建筑物的安全、改善建筑物的美观和延长建筑物的使用年限，就要对裂缝进行处理。
主要以下几种方法：
（一）表面修补法
这是一种极简单和最普通的修补方法。
主要用于修补对结构影响不大的静止裂缝。
通常的处理措施是在裂缝的表面涂抹水泥浆、环氧胶泥或在混凝土表面涂刷油漆、沥青等防腐材料，在防护的同时为了防止混凝土受各种作用的影响继续开裂，通常可以采用在裂缝的表面粘贴玻璃纤维布等措施。
（二）灌浆、嵌缝封堵法
灌浆法主要适用于对结构整体性有影响或有防渗要求的混凝土裂缝的修补，它是利用压力设备将胶结材料压入混凝土的裂缝中，胶结材料硬化后与混凝土形成一个整体。
从而起到封堵加固的目的。
常用的胶结材料有水泥浆、环氧树脂、甲基丙烯酸酯、聚氨酯等化学材料。
嵌缝法是裂缝封堵中最常用的一种方法，它通常是沿裂缝凿槽，在槽中嵌填塑性或刚性止水材料，以达到封闭裂缝的目的。
常用的塑性材料有聚氯乙烯胶泥、塑料油膏、丁基橡胶等等；常用的刚性止水材料为聚合物水泥砂浆。
（三）结构加固法
当裂缝影影响到混凝土结构的性能时，就要考虑采取加固法对混凝土结构进行处理。
结构加固中常用的主要有以下几种方法：
加大混凝土结构的截面面积．在构件的角部外包型钢、采用预应力法加固、粘贴钢板加固、增设支点加固以及喷射混凝土补强加固。
（四）混凝土置换法
该方法是将严重损坏或失效的混凝土除掉，置换新的混凝土或其他材料。
其具体工艺是：
1、剔除混凝土
2、混凝土面层及钢筋处理
3、置换材料的配置
4、养护及粉刷
其中置换材料应根据使用条件和处理要求选择，主要考虑其环境适应性、耐久性、耐腐蚀性、弹性模量、强度、热膨胀系数和与基层的结构性能等。
目前常用的置换材料有：
水泥质混凝土或砂浆、混合物或改性聚合物混凝土（砂浆）
（五）电化学防护法
电化学防护是利用施加电场在介质中的电化学作用，改变混凝土或钢筋混凝土所处的环境状态，钝化钢筋，以达到防腐的目的。
（六）仿生自愈法
此法是模仿生物组织对受创部位自动分泌某种物质，而使创伤部位得到愈合的机能，在混凝土传统组分中复合特殊组分（如含粘结剂的液芯纤维或胶囊）在混凝土内部形成智能型仿生自愈合神经网络系统，当混凝土材料出现裂缝时部分液芯纤维可使混凝土裂缝重新愈合。
五、结束语
目前混凝土裂缝的问题，是工程建设中存在的一个普遍的问题，近年来随着超长、超大混凝土结构的发展，高强度及各种外加剂、外掺料混凝土的广泛应用，使混凝土裂缝控制变得更为复杂。
大量的工程实践及现代混凝土科学的研究表明，混凝土裂缝是难以避免的。
混凝土裂缝的问题虽然成因很多，影响因素错综复杂，但还是有规律可寻的。
具体施工中要靠我们多观察、多比较，出现问题后多分析、多总结，结合多种预防处理措施，基本上控制裂缝缺陷，从而保证混凝土结构质量。
混凝土的裂缝是一项世界性的难题，探索出有效的裂缝控制措施和修复方法是很有意义的，还需要广大研究工作者进一步努力。
主要参考文献
1、《混凝土外加剂应用技术规范》GB50119-2003中国建筑工业出版社2003年4月
2、罗永青《浅析混凝土裂缝》城市建设理论研究2012年第20期
3、鞠丽艳《混凝土裂缝抑制措施的研究进展》混凝土2002年第5期
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5、混凝土质量专业委员会编写《钢筋混泥土结构裂缝控制指南》化学工业出版社2004年4月第1版
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7、全国二级建造师执业资格考试用书编写委员会编写《水利水电工程管理与实务》中国建筑工业出版社2010年3月第三版
8、全国一级建造师执业资格考试用书编写委员会编写《市政公用工程管理与实务》中国建筑工业出版社2011年4月第三版
9、伍必庆主编《道路建筑材料》人民交通出版社2007年第1版（2011年7月第6次印刷）
10、全国一级建造师执业资格考试用书编写委员会编写《公路工程管理与实务》中国建筑工业出版社2010年4月第二版
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