质量通病—混凝土裂缝产生的原因分析

质量通病—混凝土裂缝产生的原因分析及预防措施摘要：建筑工程中的大体积混凝土结构中，由于结构截面大，水泥用量多，水泥水化所释放的水化热会产生较大的温度变化和收缩作用，由此形成的温度收缩应力是导致钢筋混凝土产生裂缝的主要原因。这种裂缝由表面裂缝和贯通裂缝两种。表面裂缝是由于混凝土表面和内部散热条件不同，温度外底内高，形成了温度梯度，使混凝土内部产生压应力，表面产生拉应力，表面的拉应力超过混凝土抗拉强度而引起的。贯通裂缝是由于大体积混凝土在强度发展到一定程度，混凝土逐渐降温，这个降温差引起的变形加上混凝土失水引起的体积收缩变形，受到地基和其他结构边界条件的约束时引起的拉引力，超过混凝土抗拉强度时所可能产生的贯通整个截面的裂缝。这两种裂缝不同程度上，都属于有害裂缝关键词：混凝土、裂缝、产生、现象、原因、措施正文建筑工程质量通病是指建筑工程中经常发生的、普遍存在的一些工程质量问题。由于其量大面广，因此对建筑工程质量危害大。混凝土是一种非均质脆性材料，由骨料、水泥石以及存留其中的气体和水组成。在高温和湿度变化的条件下，硬化并产生体积变形，由于各种材料变形不一致，混凝土结构物的裂缝可分为微观裂缝和宏观裂缝。微观裂缝是指那些肉眼看不到见的裂缝，主要有三种，一是骨料与水泥石粘合面上的裂缝，称为粘着裂缝；而是水泥石中自身的裂缝，称为水泥石裂缝；三是骨料本身的裂缝，称为骨料裂缝。微观裂缝在混凝土结构中的分布是不规则的、不贯通的。反之，肉眼看的见的裂缝称为宏观裂缝，这类裂缝的范围一般不小于0.05mm。宏观裂缝是微观裂缝扩展而来的。因此在混凝土结构中裂缝是绝对存在的，只是应将其控制在符合规范要求范围内，以不致于发展到有害裂缝。混凝土结构的宏观裂缝产生的原因主要有三种，一是有外荷载引起的，只是发生最为普遍的一种情况，即按常规计算的主要应力引起的；而是结构次应力引起的裂缝，这是由于结构的实际工作状态与计算假设模型的差异引起的；三是变形应力引起的裂缝，只是有温度、收缩、膨胀、不均匀沉降等因素引起的结构变形，当变形受到约束时便产生应力，当此应力超过混凝土抗拉强度时就产生裂缝。当混凝土结构物产生变形时，在结构的内部、结构与结构之间，都会受到相互影响、相互制约，这种现象称为约束。当混凝土结构截面较厚时，其内部温度和湿度分布不均匀，引起内部不同部位的变形相互约束，这样的约束称之为内约束；当一个结构物的变形受到其他结构的阻碍所受到的约束称之为外约束。外约束又可分为自由体、全约束和弹性约束。建筑工程中的大体积混凝土结构所承受的变形，主要是因温差和收缩而产生的。建筑工程中的大体积混凝土结构中，由于结构截面大，水泥用量多，水泥水化所释放的水化热会产生较大的温度变化和收缩作用，由此形成的温度收缩应力是导致钢筋混凝土产生裂缝的主要原因。这种裂缝由表面裂缝和贯通裂缝两种。表面裂缝是由于混凝土表面和内部散热条件不同，温度外底内高，形成了温度梯度，使混凝土内部产生压应力，表面产生拉应力，表面的拉应力超过混凝土抗拉强度而引起的。贯通裂缝是由于大体积混凝土在强度发展到一定程度，混凝土逐渐降温，这个降温差引起的变形加上混凝土失水引起的体积收缩变形，受到地基和其他结构边界条件的约束时引起的拉引力，超过混凝土抗拉强度时所可能产生的贯通整个截面的裂缝。这两种裂缝不同程度上，都属于有害裂缝。高强度的混凝土早期收缩较大，这是由于高强度混凝土中以30％~60％矿物细掺和料代替水泥，高效减水剂掺量为胶凝材料总量的1%~2%，水胶比为0.25~0.40，改善了混凝土的微观结构，给高强混凝土带来许多优良特性，但其负面效应最突出的是混凝土收缩裂缝几率增多。高强混凝土的收缩，主要是干燥收缩、温度收缩、塑性收缩、化学收缩和自收缩。混凝土初现裂缝的时间可以作为判断裂纹原因的参考;塑性收缩裂纹大约在浇筑后几小时到十几小时出现；温度收缩裂纹大约在浇筑后2h到10h出现；自收缩主要发生在混凝土凝结硬化后的几天到几十天；干燥收缩裂缝出现在接近一年龄期内。裂缝按产生的原因有：外荷载（包括施工和使用阶段的静荷载、动荷载）引起的裂缝；物理因素（包括温度、湿度变化、不均沉降冻胀等）引起的裂缝；化学因素(包括钢筋锈蚀、化学反应膨胀等)引起的裂缝；施工操作（如制作、脱模、养护、预应力张拉、堆放、运输、吊装等）引起的裂缝。按裂缝的方向、形状有：水平裂缝、垂直裂缝、纵向裂缝、横向裂缝、斜向裂缝、龟裂以及放射状裂缝等。按裂缝深浅有：表面裂缝、深进裂缝和贯穿裂缝等。1.1.1塑性收缩裂缝1、现象裂缝多在新浇筑并暴露于空气中的结构、构件表面出现，形状很规则，且长短不一，互不连贯，裂缝较浅，类似干燥的泥浆面。大多在混凝土初凝后(一般在浇筑后4h左右)，当外界气温高，风速大，气候很干燥的情况下出现。2、原因分析（1）混凝土浇筑后，表面没有及时覆盖，受风吹日晒，表面游离水分蒸发过快，产生急剧的体积收缩，而此时混凝土早期强度低，不能抵抗这种变形应力而导致开裂（2）使用收缩率较大的水泥，水泥用量过多，或使用过量的粉砂，或混凝土水灰比过大。（3）混凝土水灰比过大，模板、垫层过于干燥，吸水大。（4）浇筑在斜坡上的混凝土，由于重力作用有向下流动的倾向，也是导致这类裂缝出现的因素。3、预防措施（1）配置混凝土时，应严格控制水灰比和水泥用量，选择级配良好的石子，减小孔隙率和砂率；同时要振捣密实，以减少收缩量，提高混凝土抗裂强度。（2）浇筑混凝土前，将基层和模板浇水湿透，避免吸收混凝土中的水分。（3）混凝土浇筑后，对裸露表面应及时用潮湿材料覆盖，认真养护，防止强风吹袭和烈日暴晒。（4）在气温高、湿度低或风速大的天气施工，混凝土浇筑后，应及早进行喷水养护，使其保持湿润；大面积混凝土宜浇完一段，养护一段。在炎热季节，要加强表面的抹压和养护工作。（5）在混凝土表面喷一度氯偏乳液养护剂，或覆盖塑料薄膜或湿草袋，使水分不易蒸发。（6）加挡风设施，先浇筑墙体后做地面，以降低混凝土表面的风速。4、治理方法（1）如混凝土任保持塑性，可采取及时压抹一遍或重新振捣的办法来消除，在加强覆盖养护。（2）如混凝土已硬化，可向裂缝内装入干水泥粉，然后加水湿润，或在表面抹薄层水泥砂浆进行处理。（3）对于预制构件，也可以在裂缝表面涂环氧胶泥或粘贴环氧玻璃布进行封闭处理。1.1.2沉降收缩裂缝1、现象裂缝多沿结构上表面钢筋通厂方向或箍筋上断续出现，或在埋设件的附近周围出现。裂缝呈梭形，宽度1~4mm，深度不大，一般到钢筋上表面为止。多在混凝土浇筑后发生，混凝土硬化后即停止。2、原因分析、混凝土浇筑振捣后，粗骨料沉落，挤出水分、空气，表面呈现沁水，而形成竖向体积缩小沉落，这种沉落受到钢筋、预埋件、模板、大的粗骨料以及先期凝固混凝土的局部阻碍或约束，或混凝土本身各部位相互沉降量相差过大而造成的裂缝。3、预防措施（1）加强混凝土配置和施工操作控制，不使水灰比、砂率、坍落度过大；振捣要充分，但避免过度。（2）对于截面相差较大的混凝土构筑物，可先浇筑较深部位，静停2~3h，待沉降稳定后，在与上部薄截面混凝土同时浇筑，以避免沉降过大导致裂缝。（3）适当增加混凝土保护层的厚度。4、治理方法（1）如混凝土任保持塑性，可采取及时压抹一遍或重新振捣的办法来消除，在加强覆盖养护。（2）如混凝土已硬化，可向裂缝内装入干水泥粉，然后加水湿润，或在表面抹薄层水泥砂浆进行处理。（3）对于预制构件，也可以在裂缝表面涂环氧胶泥或粘贴环氧玻璃布进行封闭处理。1.1.3凝缩裂缝1、现象混凝土表面呈现碎小的六角形花纹装裂缝，裂缝很浅，常在初凝期间出现。2、原因分析混凝土过度的抹平压光，使水泥和细骨料过多地浮到表面，形成含水量很大的砂浆层，它比下层混凝土有较大的干缩性能，水分蒸发后，产生凝缩而出现裂缝。有时在混凝土表面撒干水泥压光，也会产生这种裂缝。3、预防措施（1）混凝土表面刮抹应限制到最少程度。（2）防止混凝土表面撒干水泥刮抹，如表面粗糙，可撒较稠水泥砂浆在压光。4、治理方法裂缝不影响强度，一般可不处理。如对表面有美观要求，可在表面加抹一层薄砂浆进行处理。1.1.4碳化收缩裂缝1、现象在结构的表面，呈现花纹装，无规律性，裂缝一般较浅，深1~6mm，有的至钢筋保护层全深，裂缝宽0.05~0.2mm，少数大于1.0mm，多发生在混凝土浇筑完后数月或更长时间.2、原因分析混凝土水泥浆中的氢氧化钙与空气中的二氧化碳作用生成碳酸钙，引起表面体积收缩，受到结构内部未碳化混凝土的约束而导致表面发生的龟裂，在空气相对湿度较小（30%~50%）的干燥环境中最为显著。有时在密不透风的地方，使火炉加热保温产生大量二氧化碳，常会使混凝土表面加快碳化，造成裂缝。3、预防措施（1）避免过度振捣混凝土，不使表面形成砂浆层，同时加强养护，提高表面温度。（2）避免在不通风的地方采用火炉加热保温。4、治理方法（1）如混凝土已硬化，可向裂缝内装入干水泥粉，然后加水湿润，或在表面抹薄层水泥砂浆进行处理。（2）对于预制构件，也可以在裂缝表面涂环氧胶泥或粘贴环氧玻璃布进行封闭处理。1．1.5干燥收缩裂缝1、现象裂缝为表面性的，宽度较细，多在0.05~0.2mm之间。走向纵横交错，没有规律性，裂缝分布不均。相对较薄的梁、板类构件或桁架杆件，多沿短方向分布；整体性结构多发生在结构变截面处，平面裂缝多延伸到变截面部位或块体边缘，大体积混凝土在平面部位较为多见，侧面也有时出现，预制构件多产生在箍筋位置。这类裂缝一般在混凝土露天养护完毕经一段时间后，在上表面或侧面出现，并随湿度的变化而变化，表面强烈收缩可使裂缝由表及里、由小到大逐步向深部发展。2、原因分析（1）混凝土成型后，养护不当，受到风吹日晒，表面水分散失快，体积收缩大，而内部湿度变化很小，收缩也小，因而表面收缩变形受到内部混凝土的约束，出现拉应力，引起混凝土表面开裂；或者平卧薄型构件水分蒸发，产生的体积收缩受到地基或垫层的约束，而出现干缩裂缝。（2）混凝土构件长期露天堆放，时干时湿，使表面湿度经常发生剧烈变化。（3）采用含泥量大的粉砂配置混凝土，收缩大，抗拉强度低。（4）混凝土经过度振捣，表面形成水泥含沙量较多的砂浆层，收缩量增大。（5）后张法预应力构件露天生产后长久不张拉等。3、预防措施（1）混凝土水泥用量、水灰比和砂率不能过大；提高粗骨料含量，以降低干缩量；严格控制沙石含泥量，避免使用过量粉砂；混凝土应振捣密实，并注意对板面进行抹压，可在混凝土初凝后，终凝前，进行二次抹压，以提高混凝土抗拉强度，减少收缩量。（2）加强混凝土早期养护，并适当延长养护时间。长期露天堆放的预制构件，可覆盖草垫，草袋，避免暴晒，并定期适当喷水，保持湿润。薄壁构件则应在阴凉地方堆放并覆盖，避免发生过大湿度变化。（3）浇筑混凝土前，将基层和模板浇水湿透，避免吸收混凝土中的水分。混凝土浇筑后，对裸露表面应及时用潮湿材料覆盖，认真养护，防止强风吹袭和烈日暴晒。在气温高、湿度低或风速大的天气施工，混凝土浇筑后，应及早进行喷水养护，使其保持湿润；大面积混凝土宜浇完一段，养护一段。在炎热季节，要加强表面的抹压和养护工作。在混凝土表面喷一度氯偏乳液养护剂，或覆盖塑料薄膜或湿草袋，使水分不易蒸发。4、治理方法（1）如混凝土已硬化，可向裂缝内装入干水泥粉，然后加水湿润，或在表面抹薄层水泥砂浆进行处理。（2）对于预制构件，也可以在裂缝表面涂环氧胶泥或粘贴环氧玻璃布进行封闭处理。1.1.6温度裂缝1、现象表面温度裂缝走向无一定规律；梁板类或长度尺寸较大的结构构件，裂缝多平行于短边；大面积结构裂缝纵横交错。深进的或贯穿的温度裂缝，一般与短边方向平行或接近于平行，裂缝沿全长分段出现，中间较密。裂缝宽度大小不一，一般在0.05mm以下，沿全长没有多大变化。表面温度裂缝多发生在施工期间，进深的或贯穿的多发生在浇筑后2~3个月或更长时间，缝宽受温度变化影响较明显，冬季较宽，夏季较细。沿截面高度，裂缝大多呈上宽下窄状，但个别也有上窄下宽情况，遇顶部或底板配筋较多的结构，有时也出现中间宽两端窄的梭形裂缝。2、原因分析（1）表面温度裂缝，多由于温差较大引起的。混凝土结构构件