钢筋混凝土结构中常见质量通病、成因及防治措施
摘要：混凝土的病害是多种多样的，最为常见的病害是裂缝。裂缝产生的原因是多种多样的。本文就针对混凝土产生的裂缝成因进行分析。
关键词：混凝土质量通病 裂缝成因 裂缝防治 控制措施
Abstract: Concrete diseases are diverse; the most common disease is a crack. The causes of cracks are varied. This paper analyzes the reasons of concrete cracks.
Key words: quality of concrete, a common problem; crack causes; Cracks; control measures
中图分类号：TU375 文献标识码： A 文章编号：
一、 混凝土结构裂缝的类型和成因
混凝土裂缝的成因复杂而繁多，甚至是多种因素相互影响，但每一条裂缝均有其产生的一种或几种主要原因。对于各种裂缝，就其产生的主要原因及影响因素，大大致可分为以下几类。
(一) 荷载引起的裂缝
钢筋混凝土结构在荷载作用下变形过大而产生的裂缝。一般多出现在构件的受拉区域、受剪区域或振动严重等部位。产生的主要原因是结构设计、施工错误、承载能力不足、地基不均匀沉降等等。
钢筋混凝土结构是由混凝土和钢筋共同承担极限状态的承载力,结构设计师需根据地基情况,静、动荷载,环境因素、结构耐久性等控制荷载裂缝。从国内外有关规范可知,对结构变形作用引起的裂缝问题,存在着两类学派:一是设计规范规定很灵活,没有验算裂缝的明确规定,而由设计人员自由处理。另一类则是设计规范有明确规定,对于荷载裂缝有计算公式并有严格的允许宽度限制,如我国《混凝土结构设计规范》(GB50010 - 2002) ,工程师对结构变形裂缝控制考虑不周,是结构荷载裂缝发生过多的主要原因。
(二) 温度变化引起的裂缝
混凝土具有热胀冷缩的性质，当外部环境或结构内部温度发生变化时，混凝土将发生变形，若变形遇到约束，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。引起温度裂缝的主要因素如下。
(1) 年温差：一年四季温度不断变化，尤其是像青海这样温差较大的地区，拿桥梁结构来说，影响主要是导致桥梁的纵向位移，一般可通过桥面伸缩缝、支座位移或设置柔性墩等结构措施加以解决，只有结构的位移受到限制时才会引起温差裂缝。
(2)日照温差：对于桥面板、箱梁顶板或桥墩侧面在受到太阳暴晒后，温度明显高于其他部位，混凝土从表面到内部的温度变化梯度呈非线性分布。尤其是现在大部分桥梁都采用桥面黑色化(沥青混凝土铺装)，沥青材料在大量吸收热量温度升高，更容易造成桥梁主体结构各部位较大温差。由于结构受到自身的约束作用，导致局部结构拉应力增大，超过其极限抗拉强度时就会出现裂缝。日照升温和骤然降温是导致结构温度裂缝的最常见原因。
(3)骤然降温：突降大雨、冷空气袭击、日落等可导致结构外表温度突然下降，但因为内部温度变化相对较慢而产生温差裂缝。
(4)水化热：出现在施工过程中，大体积混凝土(厚度超过2.0m)浇筑之后由于水泥水花放热集中，致使内部温度很高(可达摄氏70℃以上)而由于体积大散热缓慢。施工中采取的其他散热技术措施又不当，内外温差太大，导致表面出现裂缝。
(5)蒸汽养护或冬季施工时措施不当：采用蒸汽养护或在冬季施工时所采取的施工措施不当，升温降温速度太快，使混凝土骤冷骤热，结构内外温度不均，而出现裂缝。
(6)施工气候炎热：试验研究表明，高温下的混凝土强度随温度的升高而明显降低，钢筋与混凝土的粘结力也随之下降。由于受热，混凝土体内的游离水大量蒸发也可产生急剧收缩而产生裂缝。
(7)构件较长儿两端受到较大约束力或构件与底模摩擦力较大，由于周围环境温度变化产生附加温度应力儿产生裂缝。
(8)新旧混凝土接缝处，沿接缝面中部的垂直方向开裂。新混凝土由于硬化时的水化热与已经硬化并冷却的旧混凝土之间有温差;另外由于旧混凝土龄期较长，收缩大部分已经完成，而新浇筑混凝土的收缩又受到旧混凝土的约束而产生裂缝，这在浇筑桥面铺装混凝土时由于其厚度较小而面积较大尤为明显。
(9)混凝土结构中预埋件焊接措施不当，使钢件附近混凝土产生过大温差，致使预埋件混凝土局部产生裂缝。
(三) 收缩引起的裂缝
混凝土是由气态、液态、固态三相组成的假固体(指浇筑过程到养护)，其中尚有未水化的水泥颗粒，还需吸收周围水分。液、固相间的胶凝体，因水分散失，体积会缩小，引起收缩裂缝。混凝土的收缩主要有塑性收缩、缩水收缩(干缩)和自身收缩及碳化收缩。
(1)塑性收缩：塑性收缩发生在施工过程中，混凝土浇筑后约4~5h，此时水泥水化反应激烈，分子链逐渐形成，出现泌水和水分急剧急剧蒸发，混凝土失水收缩，同时骨料因自重下沉，而此时混凝土尚未硬化，可产生塑性收缩。
(2)缩水收缩(干缩)：混凝土硬结以后，随着表层水分的逐步蒸发，湿度逐步降低，混凝土体积缩小，发生缩水收缩。因混凝土表层水分损失快，内部水分损失慢，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，当表面拉应力超过其抗拉极限强度时，便产生收缩裂缝。混凝土硬化后收缩主要就是缩水收缩。如配筋率较大的构件(超过3%)，钢筋对混凝土收缩的约束比较明显，混凝土表面容易出现龟裂裂纹。
(3)自身收缩：混凝土在硬化过程中，水泥与水发生水化反应生成新的物质，导致自身体积缩小。这种收缩与外界温度无关，有时候是正的(即收缩)，也可以是负的(即膨胀)。
(4)碳化收缩：大气中的二氧化碳与水泥的水化物发生化学反应引起的收缩变形。其中有的在湿度50%左右才能发生，且随二氧化碳浓度增加而加快。碳化收缩量级不大，一般可不予考虑。
将收缩裂缝作为引起裂缝的原因之一，一般来说与温差引起的裂缝相比作用小的多。特别是在非炎热的季节这种作用基本上可以忽略不计。而在热而干燥环境中，构件面积大而厚度小(如桥面铺装混凝土)，养护不及时，收缩就会引起新混凝土的开裂。
(四) 基础变形引起的裂缝
由于基础竖向不均匀沉降或水平方向位移，使结构物中产生附加应力，超过结构物的抗拉能力，导致整个结构开裂。主要的原因有以下几点。
(1)地质勘查精度不够，试验资料不准。在没有充分掌握地质资料的情况下就设计、施工，这是造成地基不均匀沉降的主要原因。
(2)地基地质差别太大：建造在山区沟谷大的桥梁，河沟处的地质与山坡处的相对变化较大，河沟中甚至存在着软弱地基，地基由于不同的压缩性能引起不同的沉降。
(3)结构荷载差异太大：在地质情况较均匀的情况下，各部分基础荷载差异太大时，也可能引起不均匀沉降。
(4)结构基础类型差别大：如在同一联桥梁中，使用不同的基础类型(如桥台为扩大基础，桥墩为桩基础)，或同时采用桩基础但桩径或桩长差别较大时，或同时采用扩大基础但基底标高差异较大时，也可能引起不均匀沉降。
(5)分期建造的基础：在原有桥梁附近新建桥梁时或者对于旧桥加固或加宽改造工程，新建桥梁荷载或基础处理时引起地基土重新固结，均有可能对原有桥梁基础造成较大沉降。
(6)地基冻胀：在低于零度的条件下含水率较高的地基土因冰冻膨胀;一旦温度回升，冻土融化，地基出现下沉。
(7)桥梁基础置于滑坡体、溶洞或活动断层等不良地质时，可能造成不均匀沉降。
(8)构造物建成后原有地质条件发生变化。大多数天然地基和人工地基浸水后，尤其是素黄土、黄土、膨胀土等特殊地基土，土体强度遇水下降，压缩变形较大。在软体地基中，因人工抽水或干旱季节导致地下水位下降，地基土重新固结下沉，同时对基础的上浮力减小，负摩擦力增加，使地基承受的荷载增大，最终造成基础产生不均匀的沉降而出现裂缝。
(五) 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，二氧化侵蚀碳化至钢筋表面，使钢筋周围混凝土碱度降低，或由于氯化物浸入，钢筋周围氯离子含量较高，均可能引起钢筋表面氧化膜破坏，钢筋中铁离子与浸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、剥落，沿钢筋纵向产生裂缝，并有锈迹渗到混凝土表面。另外由于锈蚀，使钢筋有效断面积减小，钢筋与混凝土粘结力削弱，结构承载力下降，将会诱发其他形式的裂缝，加剧钢筋锈蚀，甚至最终导致结构破坏。
(六) 冻胀引起的裂缝
大气温度在低于零度时，吸水饱和的混凝土出现冰冻，游离的水变成冰，体积膨胀9%，因而混凝土产生膨胀应力;同时混凝土胶孔中的过冷水(结冰温度在-78℃以下)在微观结构中迁移和重分布引起渗透压，使混凝土强度降低，并导致裂缝出现。温度低于零度和混凝土吸水饱和是发生冻胀破坏的必要条件。当混凝土中骨料空隙多、吸水性强，骨料中含泥土等杂志过多，水灰比偏大、振捣不密实，养护不良，是混凝土早期受冻等，均可导致混凝土产生冻胀裂缝。
(七) 原材料质量不良引起的裂缝
混凝土主要由水泥、砂、粗骨料、拌合水及外加剂组成。混凝土所采用的原材料质量不合格，可能导致结构出现裂缝。
(1)水泥：使用不合格水泥会出现早期不规则的裂缝。
(2)砂石材料：砂石料含泥量超标、级配差或骨料含有酸性硅化物质，会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。
(3)拌合水及外加剂：拌合水或外加剂中氯化物等杂志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，对碱骨料反应也有影响。
(八) 施工工艺质量引起的裂缝
一座构造物从施工到建成使用，牵涉到设计、施工、监理、营运管理各个方面，那一方面不慎均可能使工程质量失控而出现裂缝。因此，严格按照国家有关规范、技术标准进行设计、施工和监理，是保证结构安全耐用的前提和基础。在营运管理中，进一步加强巡查和管理，及时发现和处理问题，也是相当重要的一个环节。
在构件或结构浇筑、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，可能产生各种形式的裂缝，特别是细长薄壁结构更容易出现裂缝。裂缝出现的部位和走向、裂缝宽度因产生的原因不同而异，比较典型且常见的如下：
(1)保护层过厚或由于操作人员乱踩已经绑扎好的上层钢筋，使承受负弯矩的钢筋保护层加厚，导致构件的有效高度减小，降低结构抗弯承载能力，形成与受力钢筋垂直方向的裂缝。此种裂缝是属于严重的内部质量问题;
(2)混凝土振捣不密实、不均匀，出现蜂窝、麻面或空洞，导致钢筋锈蚀或形成其他其他荷载裂缝的起源点;
(3)混凝土浇筑过快，混凝土流动性较低，在硬化前因混凝土振捣不足，硬化后沉实过大，容易在浇筑数小时后发生裂缝，即塑性收缩裂缝;
(4)混凝土拌制、运输时间过长，水分蒸发过多，引起混凝土坍落度过低，使得混凝土表面出现不规则裂缝;
(5)混凝土初期养护不好，致使表面急剧干燥，使得混凝土与大气接触面上出现不规则收缩裂缝;
(6)用泵送混凝土施工时，为保证混凝土的流动性，增加水和水泥用量，或因其他原因加大了水灰比，导致混凝土硬结硬化时收缩量增加，混凝土表面出现不规则裂缝;
(7)混凝土配合比不理想，设计时未充分考虑混凝土的收缩变形因素;
(8)夏季高温季节施工未采取有效措施，导致结构产生裂缝;
(9)片面追求施工进度，提高混凝土早期强度，致使水泥水化热集中在早期的很短时间内，产生温度裂缝;
(10)混凝土分层浇筑时，接头部位处理不好，易在新、旧混凝土的施工方之间出现裂缝;
(11)施工前对支架基础压实不足、支架刚度不够或未按要求进行荷载预压或预压荷载不足，浇筑混凝土后支架发生不均匀下沉，导致混凝土出现裂缝。
(12)施工人员操作不当，质量意识差，不能很好贯彻技术人员的意图。
二、混凝土结构裂缝的防治措施
混凝土结构的裂缝出现也是不可避免的，有些裂缝直接影响到结构的质量，有些裂缝不宜察觉，在结构营运过程中，如果不加以妥善的处理，也会给混凝土结构造成隐患，影响混凝土结构的使用年限。混凝土结构出现裂缝，是有多种因素造成的，除了设计原因外，施工质量是主要原因。
混凝土裂缝虽然不可能完全避免，但可以尽最大努力减少裂缝。
(一) 在大跨径预应力钢筋混凝土中施工时张拉必须严格按照程序进行。
(二) 要注意支架和模板的沉陷及变形。混凝土浇筑前对支架和模板做预压可减少或消除底板出现贯通裂缝。
(三) 要注意混凝土的浇筑质量及养护。混凝土浇筑过程，因振捣不好或漏振等，都是导致混凝土出现裂缝的原因，所以在施工时要特别注意，后期养护也一定要做好。
(四) 要注意混凝土原材料的质量和配合比的选择。严把原材料质量关，是保证混凝土质量的关键环节之一。首先在配置混凝土配合比时应考虑施工季节、结构形状、模板形式(在混凝土浇筑和拆模之前，钢板模要比木模散热快的多)，混凝土强度等级、配筋率及钢筋抗裂性等不易改变的因素对结构抗裂想性能的影响，对于其他一些可以改变的因素就应尽力提高标准，如尽量使砂中的含泥量少，级配良好，慎用早强剂，采用较小的水灰比和较小的坍落度等。或采取其他有效措施，如掺加钢纤维或石棉、矿棉、玻璃棉等纤维，掺加粉煤灰、沸石粉或硅粉等活性掺合物。
(五)炎热季节施工时，在各种不利因素的综合作用下，容易产生裂缝，在施工中应采取多种方法措施以预防混凝土开裂，一般的措施有以下几种：
(1)可将原材料降温，可以在砂石料中加入冰块;
(2)采用含泥量尽可能小的粗细骨料;
(3)水泥用量不宜过大;
(4)不宜采用水化热比较集中的早强水泥;
(5)水灰比不能过大，坍落度不能过大;
(6)混凝土浇筑尽量安排在夜间温度较低的时间进行;
(7)尽量使用钢模板，不但混凝土表面光洁度好，而且钢模板较木模板散热快，对防止开裂有帮助;
(8)将模板降温，在浇筑混凝土之前及初期养护时间内用水浇湿模板，使模板加快表面散热速度，从而使混凝土体内散热加快，温度降低;
(9)加强养护，使混凝土结构始终保持湿润状态;
(10)在混凝土内部预先设置降温循环水管，以循环水带走混凝土体内的热量。
三、结束语：综上所述，混凝土结构的裂缝产生的原因是多种的，我们可以通过改善施工环境，加强施工管理来防止和减少混凝土结构的裂缝，也可能在以后的施工中通过施工技术的提高或掺加新型的掺加剂来防止和减少混凝土结构的裂缝;这需要科研人员的不懈努力和工程技术人员的经验积累才能达到。最主要是在施工中采取各种有效的预防措施来预防裂缝的出现和扩展，钢筋混凝土结构裂缝问题将会逐渐在设计、施工和营运当中得到圆满的解决。这样才能保证建筑物和构件安全、稳定的工作。
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