浅谈混凝土结构裂缝成因和预防措施？

~ 近年来，现浇混凝土结构因其整体性强，抗震性好，以及商品混凝土和高强、高性能混凝土的大量使用，我国现浇混凝土结构得到了广泛地推广和应用。但是，由于混凝土是一种脆性材料，早期强度低，施工过程中极易出现裂缝缺陷，影响建筑结构的整体性和耐久性，文章分析了混凝土结构裂缝成因和预防措施。
1. 前言
混凝土是现代城市建设中广泛使用的结构材料，但是伴随这类材料的生产研究与应用，混凝土结构的裂缝问题一直受到人们关注。混凝土结构的裂缝不仅影响到结构的美观，也可能影响结构的正常使用与耐久性。当裂缝宽度达到一定数值时，可能危及结构的安全。大量科研和实践都证明了混凝土结构出现裂缝是不可避免的，科学的要求是将其有害程度控制在允许范围(国家有关规范)内。
2. 混凝土结构裂缝成因
混凝土是一种抗拉能力很低的脆性材料，在施工和使用过程中，当发生温度、湿度变化、地基不均匀沉降时，极易产生裂缝。
2.1 材料质量
材料质量问题引起的裂缝是较常见的原因。
2.2 结构受荷
结构受荷后产生裂缝的因素很多，施工中和使用中都可能出现裂缝。如：拆模过早或方法不当、构件堆放、运输、吊装时的垫块或吊点位置不当、施工超载、张拉预应力值过大等等均可能产生裂缝。而最常见的是钢筋混凝土梁、板等受弯构件，在使用荷载作用下往往出现不同程度的裂缝。普通钢筋混凝土构件在承受了30%—40%的设计荷载时，就可能出现裂缝，肉眼一般不能察觉，而构件的极限破坏荷载往往在设计荷载的1.5倍以上。所以在一般情况下钢筋混凝土构件是允许带裂缝工作的(这类裂缝有的文献称之为无害裂缝)。在钢筋混凝土设计规范中，分别不同情况规定裂缝的最大宽度为0.2mm～0.3mm，对那些宽度超过规范规定的裂缝，以及不允许开裂的构件上出现裂缝，则应认为有害，需加以认真分析，慎重处理。
2.3 设计构造
结构构件断面突变或开洞、留槽引起应力集中；构造处理不当、现浇主梁在搁次梁处如没有设附加箍筋、或附加吊筋以及各种结构缝设置不当等因素容易导致混凝土开裂。
2.4 温度变形
混凝土是具有热胀冷缩的性质，当环境温度发生变化时，就会产生温度变形，由此产生附加应力，当这种应力超过混凝土的抗拉强度时，就会产生裂缝。在工程中，这类裂缝较多见，譬如现浇屋面板上的裂缝，大体积混凝土的裂缝等。
2.5 湿度变形
混凝土在空气中结硬时，体积会逐渐减小，称为干缩。收缩裂缝较普遍，常见于现浇墙板式结构、现浇框架结构等，通常是因为养护不良造成。
2.6 地基变形
在钢筋混凝土结构中，造成开裂主要原因是不均匀沉降。裂缝的大小、形状、方向决定于地基变形的情况，由于地基变形造成的应力相对较大，使得裂缝一般是贯穿性的。
2.7 施工工艺
(1) 混凝土是一种人造混合材料，其质量好坏的一个重要标志是成型后混凝土的均匀性和密实程度。因此混凝土的搅拌、运输、浇灌、振实各道工序中的任何缺陷和疏漏，都可能是裂缝产生的直接或间接成因。(2)水分蒸发、水泥结石和混凝土干缩通常是导致混凝土裂缝的重要原因。(3)模板构造不当，漏水、漏浆、支撑刚度不足、支撑的地基下沉、过早拆模等都可能造成混凝土开裂。施工过程中，钢筋表面污染，混凝土保护层太小或太大，浇灌中碰撞钢筋使其移位等都可能引起裂缝。(4)混凝土养护，特别是早期养护质量与裂缝的关系密切。早期表面干燥或早期内外温差较大更容易产生裂缝。
2.8 徐变
混凝土徐变造成开裂或裂缝发展的例子工程中也很常见。据文献记载受弯构件截面混凝土受压徐变，可以使构件变形增加2倍～3倍；预应力结构因徐变会产生较大的应力损失，降低了结构的抗裂性能。
3. 混凝土结构裂缝的预防措施
通过以上分析，在工程裂缝中有很大一部分是可以通过设计手段、施工手段来克服的。
3.1 材料方面措施
(1) 水泥
根据工程条件不同，尽量选用水化热较低、强度较高的水泥，严禁使用安定性不合格的水泥。
(2) 粗骨料：适用表面粗糙、级配良好、空隙率小、无碱性反应；有害物质及泥土含量和压碎指标值等满足相关规范及技术规范规定。
(3) 细骨料：一般采用天然砂。宜用颗粒较粗、空隙较小的2区砂、对运送混凝土宜选用中砂；所选的砂有害物质及混凝土含量和坚固指标等应满足相关规范及技术规程规定。
(4) 外掺加料：宜采用减水剂及膨胀剂等外加剂，以改善混凝土工作性能，降低用水量，减少收缩。3.2 混凝土配料、搅拌、运输及浇筑措施
(1) 配合设计应尽量采有低水灰比、低水泥用量、低用水量。投料计量应准确，搅拌时间应保证；禁止任意增加水泥用量。
(2) 混凝土运输过程中，车鼓保持在每分钟约6转，并到工地后保持搅拌车高速运转到4至5分钟，以使混凝土浇筑前充分再次混合均匀。如遇塌落度有所损失，可以掺一定的外加剂以达到理想效果。
(3) 浇筑分层应合理，振捣应均匀、适度、不得随意留置施工缝。
3.3 设计方面措施
(1) 建筑平面造型在满足使用要求的前提下，力求简单，平面复杂的建筑物，容易产生扭曲等附加应力而造成墙体及楼板开裂；控制建筑物的长高比，增强整体刚度和调整不均匀沉降的能力。
(2) 正确设置变形缝，位置和宽度选择要适当，构造要合理。
(3) 合理地调整各部分承重结构的受力情况，使荷载分布均匀，尽量防止受力过于集中。
(4) 限制伸缩缝间距。对体形复杂、地基不均匀沉降值大的建筑物更应严格控制，可以和其它结构缝合并使用。
(5) 构件配筋要合理，间距要适当。断面较大的梁应设置腰筋。大跨度、较厚的现浇板，上面中心部位宜配置构造钢筋。主梁在集中应力处，宜增加附加横向钢筋。
(6) 减少地基的不均匀沉降，在基础设计中可以采取调整基础的埋置深度，不同的地基计算强度和采用不同的垫层厚度等方法，来调整地基的不均匀变形。
(7) 层层设置圈梁、构造柱，可以增加建筑物的整体性，提高砖石砌体的抗剪、抗拉强度，防止或减少裂缝。
3.4 施工方面措施
(1) 模板工程的模板构造要合理，以防止模板各构件间的变形不同而导致混凝土裂缝；模板和支架要有足够的刚度，防止施工荷载作用下，模板变形过大造成开裂；合理掌握拆模时机，尽可能不要错过混凝土水化热峰值，即不要错过最佳养护介入时机。
(2) 合理设置后浇带，较长的墙、板、基础等结构和主楼与裙房之间等高低层错落处，均应设置后浇带。
(3) 加强混凝土的早期养护，并适当延长养护时间，以减少混凝土的收缩变形。
(4) 大体积混凝土施工，应做好温度测控工作，采取有效的保温措施，保证构件内外温差不超过规定。
(5) 钢筋绑扎位置要正确，保护层厚度要尽量准确，不要超出规范规定；钢筋表面应洁净，钢筋代换必须考虑对构件抗裂性能的影响。
(6) 加强地基的检查与验收，复杂地基，应做补充勘探。异常地基处理必须谨慎，尽可能使其处理后的承载力与本工程正常地基承载力相同或相近。
(7) 合理安排施工顺序。当相邻建(构)筑物间距较近时，一般应先施工较深的基础，以防基坑开挖破坏已建基础的地基础。当建(构)筑物各部分荷载相差较大时，一般应施工重、高部分，后施工轻、低部分。
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