如何有效控制大体积混凝土的裂缝

摘 要： 本文综合论述了钢筋混凝土结构裂缝产生的原因及其控制处理技术的研究， 对于不同类别的裂缝的成因进行了归纳， 同时对目前常用的裂缝控制处理措施进行了总结和分析。

关键词：混凝土裂缝 变形裂缝 控制措施

1 前言

混凝土是一种由砂石骨料、 水泥、 水及其他外加材料混合而形成的非均质脆性材料。 在施工及其本身特性的影响下，混凝土硬化过程中会产生众多的微孔隙、气穴和微裂缝。这类裂缝的分布是不规则且不贯通的，但在荷载作用下或进一步产生温差收缩的情况下，裂缝开始扩展， 最终形成肉眼可见的宏观裂缝， 也就是砼工程中常说的裂缝。如果不能及时修复和处理，随着裂缝的扩展及外部水的渗入最终导致钢筋的锈蚀， 降低砼结构的结构性能和使用寿命。

2 钢筋混凝土裂缝的成因

大部分裂缝产生的原因是变形作用， 如温度变形、 收缩变形、 基础不均匀沉降变形等因素， 统称为变形作用引起的裂缝问题， 此类裂缝几乎占全部裂缝的 80%以上; 而由荷载引起的裂缝占全部裂缝的20%左右。

2.1勘察、 设计引起的裂缝

地质勘察、 设计不准， 引起地基不均匀沉降所造成的斜裂缝、 八字裂缝等; 设计中对构造缝的处理不当所引起的裂缝; 设计中断面突变导致应力集中产生的构件裂缝; 设计中对构件施加预应力不当; 造成构件的裂缝(偏心应力过大等); 设计中构造钢筋配置过少或过粗等引起构件裂缝(如墙板、 楼板); 设计中未充分考虑钢筋砼构件的收缩变形以及设计中采用的砼等级过高造成用灰量过大，对收缩不利造成的裂缝等等。

2.2外荷载(动、 静荷载)作用所产生的裂缝

在外荷载的直接应力及次应力直接作用下，在受力构件中所产生的受力缝隙， 一般呈契形， 属于非贯通裂缝， 受力裂缝的产生、 发展及裂缝宽度往往是钢筋应力水平及构件受力状态的反应，而且与结构的破坏形态和安全性能有关。 国内外调查资料显示， 该类裂缝占裂缝总量的 20%， 应该引起重视。

2.3变形作用(非荷载作用)引起的裂缝

混凝土结构因温度湿度变化、 体积收缩或膨胀、 沉陷位移等非荷载因素作用引起的裂缝， 该类裂缝一般为平行裂缝， 往往贯穿截面， 从而引起渗漏等影响使用功能的后果。 其特征是结构要求变形， 当受到约束和限制时产生内应力， 应力超过一定数值后产生裂缝， 裂缝出现后即得到满足， 内应力松懈。该类裂缝对砼的承载力影响不大， 一般情况下也不表明结构将产生安全问题， 但是对耐久性损害极大。 调查表明， 非荷载作用裂缝(变形裂缝)在目前可观察到的可见裂缝中占绝大多数。

2.4施工过程中引起的裂缝

(1)材料原因： 施工材料引起的裂缝主要是由于配置的混凝土所采用的材料质量不合格所导致的，主要有集料颗粒级配不良或采用不恰当的间断级配; 砼外加剂 (如防冻剂、 早强剂、 缩水剂等) 和掺和剂 (如粉煤灰、 高炉矿渣等) 选择不当或掺量不当; 水泥品种原因; 水泥等级和砼强度等级原因。

(2) 混凝土配合比： 设计中水泥等级或品种选用不当; 配合比中水灰比过大; 单方水泥用量越大， 用水量越高， 表现为水泥浆体积越大、 坍塌度越大、 收缩越大; 配合比设计中砂率、 水灰比选择不当造成砼和易性偏差。

(3)施工及现场养护： 现场浇筑混凝土时， 振捣不足或漏振等均会影响混凝土的密实性和均匀性， 诱导裂缝产生; 浇筑时风速过大、 蒸发量大，混凝土收缩值大; 钢筋被扰动、 保护层过厚; 大体积混凝土浇筑， 对水化热计算不准、 保温工作不到位而产生的温度裂缝; 为赶抢工期初凝阶段的砼被荷载、 震动而产生的裂缝; 现场养护不到位， 砼早期脱水引起的收缩裂缝; 模板变形、 拆除不当造成的裂缝; 预应力张拉不当引起的张拉裂缝等。

3 混凝土裂缝的控制

3.1结构设计方面

(1)采用补偿收缩砼技术。 常见的砼裂缝中， 相当部分是由于砼收缩而造成的。要解决此类问题，可在砼中掺用膨胀剂来补偿砼的收缩。实践证明这是一种行之有效的处理措施。

(2)设计中应尽量避免结构断面突变所带来的应力集中。

(3)结构约束问题。结构物的变形有三种： 自由变形、 约束变形和实际变形(显现变形)， 其中只有约束变形产生约束应力。约束变形产生的约束应力超过建筑材料的极限拉伸(抗拉强度)， 便引起裂缝。变形作用引起的作用力有最大值，设计者可以采取 "抗与放 "或 "抗放兼施"进行结构形式的设计。留伸缩缝与不留伸缩缝的方法都是以放或抗为主的方法， 做得合适， 都可以使结构不产生有害裂缝。

(4)加强构造配筋问题。 在结构设计中， 设计人员应该重视对于构造钢筋的配置， 尤其是对楼面、 墙板等薄壁构件更应注意构造钢筋直径与数量的选择。 对连续式板不易采用分离式配筋， 应采用上下两层(包括受压区)连续式配筋; 对转角处的楼板(受双向约束较大)宜配上下两层放射筋， 孔洞处配置加强配筋; 对砼梁的腰部增加构造钢筋。

(5) 混凝土结构形式与强度等级问题。在水平结构(如梁、 板、 墙等)中，尽量采用中低档砼的强度等级(C25~C35); 在结构设计当中应当特别注意混合结构的约束状态， 尽可能降低结构的约束度(约束变形与自由变形之比); 钢筋保护层厚度过薄， 对于耐久性不利， 过厚会增加开， 所以应当根据耐久性要求的最小允许厚度确定。

3.2混凝土原料选用及配合比

(1)合理选择级配优良的砂、 石原材料， 含泥量应符合规范要求。

(2)合理选择水泥品种、 配合比、 施工方法， 尽量避免采用早强高的水泥。

①对膨胀剂的用量要通过大量的试验来确定。

②应根据施工现场的具体情况， 及时调整施工配合比。

③对于大体积砼配合比设计时，在保证砼具有良好工作性能的情况下， 应尽可能的降低砼的单位用水量， 采用"三低(低砂率、 低坍落度、 低水灰比)二掺(掺高效减水剂和高性能引气剂)一高(高粉煤灰掺量)"的设计准则， 生产出 "高强、 高韧性、 中弹、 低热和高极拉值 "的抗裂砼。

4 砼混凝土结构裂缝的处理

(1)表面封闭法

该法主要通过在微细裂缝表面涂膜以提高其防水性及耐久性的方法，它主要适用于稳定和对结构承载能力没有影响的表面裂缝及深进裂缝的处理。 通过在裂缝的表面涂抹水泥浆、 环氧胶泥或油漆沥青等防腐材料， 以防止水分、 二氧化碳以及其他有害介质的侵入。但是该法不适用于有明显水压的裂缝，和修复工作无法深入到裂缝内部的裂缝。

(2)灌浆、 嵌缝封堵法

常见的封堵方法有下列几种： 化学灌浆法、 嵌缝法、 封堵法、 涂膜堵漏法等。该法主要适用于对结构整体性有影响或有防渗要求的砼裂缝的修补， 它是利用压力设备将胶结材料压入砼的裂缝中， 胶结材料硬化后与砼形成一个整体， 从而起到封堵加固的作用。 目前比较成熟的裂缝修补技术主要有 YJ - 自动压力灌浆技术、 SR 塑性防水材料的嵌缝修补、 PBM聚合物封堵、 无压力的涂膜堵漏法等。

(3)结构加固法

一般通过加大砼结构的截面面积、 预应力加固、 外包型钢、 喷射砼补强加固等措施。

(4) 混凝土置换法

具体工艺是：剔除砼→砼面层及钢筋处理→置换材料的配置→ 养护及粉刷。 常用的置换材料有： 水泥砂浆、 聚合物或改性聚合物砼。

(5)电化学防护法

电化学防护法主要有三种： 阴极防护法、 氯盐提取法、 碱性复原法。 它通过施加电场， 改变砼或钢筋砼所处的环境， 防止钢筋锈蚀， 从而达到防护的目的。

(6)仿生自愈合法

此法是模仿生物组织对受创伤部位自动分泌某种物质，而使创伤部位得到愈合的机能， 在砼传统组分中加入特殊组分(如含黏结剂的液芯纤维或胶囊)在砼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， 部分液芯纤维可使砼裂缝重新愈合。混凝土的自修复系统对基体微裂缝的修补和有效延缓潜在危害提供了一种新的思路和方法。

5 结论

通过对钢混凝土砼结构裂缝产生的原因的了解，以及对裂缝控制和处理措施的最新进展的掌握， 可在施工中针对各种不同的情况， 采用各种有效的措施， 来预防和减少裂缝的产生， 以保证构筑物结构的安全和使用寿命。

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