鋼筋混凝土裂縫產(chǎn)生的原因
混凝土的開裂主要是由于混凝土中拉應(yīng)力超過了抗拉強(qiáng)度，或由于拉伸應(yīng)變達(dá)到或超過了極限拉伸值而引起的。其成因十分復(fù)雜，從內(nèi)因上講，有原材料不佳、均勻性不好、配合比不優(yōu)、水化熱溫、自身體積變形及其熱學(xué)、力學(xué)性能達(dá)不到抗裂能力的要求；有結(jié)構(gòu)形式不合理，容易造成過大的應(yīng)力集中；分縫、分塊不恰當(dāng)，難以承受外界條件和荷載的影響等。從外因上講，有溫度、濕度等環(huán)境變化，有基礎(chǔ)、老混凝土的約束，有基礎(chǔ)不均勻沉陷和外荷超載等，具體表現(xiàn)為如下。
2.1內(nèi)因
2.1.1混凝土收縮
混凝土在空氣中凝固期間，由于水泥的水化作用和自由水的蒸發(fā)，體積會收縮。水泥等級高、用量多、水灰比大、骨料差、振搗不密實(shí)，構(gòu)件施工時最大連續(xù)邊長較長，則混凝土收縮量大，產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力，易導(dǎo)致裂縫。此外值得注意的是具有高體積穩(wěn)定性的高性能混凝土其早期的收縮要比普通混凝土還要大得多。
2.1.2混凝土徐變
混凝土在長期荷載作用下會發(fā)生徐變現(xiàn)象?；炷恋男熳兪侵钙湓陂L期恒載作用下，隨著時間的延長，沿著作用力的方向發(fā)生的變形，一般要延續(xù)2年～3年才逐漸趨向穩(wěn)定，這種變形隨時間而發(fā)展?；炷敛徽撌鞘軌骸⑹芾蚴軓?，均會產(chǎn)生徐變現(xiàn)象。這種變形產(chǎn)生的應(yīng)力超過混凝土抗拉強(qiáng)度時，就可能產(chǎn)生裂縫，一般情況下可達(dá)3xl0—4～15xl0—4。
2.1.3混凝土與鋼筋之間粘結(jié)錨固能力不足
粘結(jié)錨固能力是混凝土與鋼筋接觸界面上所產(chǎn)生的沿鋼筋縱向的剪應(yīng)力，是鋼筋與混凝土兩者進(jìn)行應(yīng)力傳遞和協(xié)調(diào)變形的保證?；炷翉?qiáng)度等級低；錨固長度不足；保護(hù)層厚度和鋼筋凈間距較大；鋼筋銹蝕嚴(yán)重，肋紋咬合作用降低；澆筑混凝土?xí)r，因水分氣泡逸出和混凝土的泌水下沉，頂部鋼筋與混凝土接觸不緊密，形成強(qiáng)度較低的空隙層，都會造成鋼筋混凝土裂縫。
2.2 外因
2.2.1荷載效應(yīng)的直接作用
混凝土構(gòu)件受到單調(diào)短期荷載、多次重復(fù)荷載或長期荷載作用時，當(dāng)混凝土中拉應(yīng)力超過了抗拉強(qiáng)度，或由于拉伸應(yīng)變達(dá)到或超過了極限拉伸值會出現(xiàn)裂縫。裂縫的開展是由于鋼筋外圍混凝土的回縮。裂縫寬度與穿越裂縫的鋼筋應(yīng)力近乎成正比。在鋼筋混凝土出現(xiàn)可見裂縫后，鋼筋約束區(qū)內(nèi)裂縫截面上原混凝土承受的大部分拉應(yīng)力便轉(zhuǎn)由穿越裂縫截面的鋼筋承擔(dān)。
2.2.2溫度變化的影響
溫度裂縫：混凝土和其它材料一樣，會隨著溫度的變化而產(chǎn)生熱脹冷縮變形。混凝土的溫度膨脹系數(shù)為0.6x10－5～1.3xl0—5之間，一般取1.0xl0—5，即溫度每改變1℃，1m混凝土將產(chǎn)生0.01mm的膨脹或收縮變形?；炷恋臏囟茸冃螌Υ篌w積混凝土(指最小邊尺寸在1m以上的混凝土結(jié)構(gòu))、縱長的混凝土結(jié)構(gòu)及大面積混凝土工程等極為不利，易使這些混凝土造成溫度裂縫?；炷潦遣涣紝?dǎo)體，傳熱很慢，因此在大體積混凝土硬化初期，由于內(nèi)部水泥水化放熱而積聚較多熱量，造成混凝土內(nèi)外溫差很大，從而導(dǎo)致混凝土內(nèi)部熱脹大大超過混凝土表面的膨脹變形，使混凝土表面產(chǎn)生較大拉應(yīng)力而遭開裂破壞。新老混凝土的送合面處常出現(xiàn)裂縫，是由新澆筑混凝土的水化熱與已冷卻的老混凝土的構(gòu)件溫差造成的。
2.2.3基礎(chǔ)不均勻沉降引起的裂縫
建筑地基不均勻；在基礎(chǔ)上及其附近有地面堆載或相鄰基礎(chǔ)荷截差異較大；軟弱地基上的相鄰建筑距離過近；地基內(nèi)有厚度較大或厚薄不均勻的填土，其自重固結(jié)尚未完成時，建筑結(jié)構(gòu)或基礎(chǔ)類型不同時都會引起基礎(chǔ)不均勻沉降，使混凝土結(jié)構(gòu)發(fā)生開裂。
2.2.4外界環(huán)境的腐蝕作用
酸堿鹽腐蝕造成鋼筋混凝土裂縫地基土壤中含鹽量過多(＞0.3％)，即謂鹽漬土，對混凝土和鋼筋都有損害。氯鹽主要是氯離子引起鋼筋銹蝕造成鋼筋混凝土裂縫；硫酸鹽主要是與混凝土中的水化物起化學(xué)反應(yīng)引起鋼筋銹蝕造成鋼筋混凝土裂縫?；?、燃?xì)獾裙I(yè)部門中，酸、堿、鹽的跑冒滴漏，對鋼筋混凝土均有腐蝕作用，也會造成鋼筋混凝土裂縫。
混凝土碳化造成鋼筋混凝土裂縫混凝土水化過程中生產(chǎn)的氫氧化鈣，水化硅酸鈣與大氣中的二氧化碳發(fā)生反應(yīng)，生成碳酸鈣，使鋼筋失去堿性環(huán)境的保護(hù)，引起鋼筋銹蝕膨脹，使混凝土發(fā)生順筋開裂。
此外，若混凝土保護(hù)層過薄，受酸、堿、鹽、水、氧等介質(zhì)的腐蝕時，容易引起鋼筋銹蝕。鋼筋銹蝕引起鋼筋的體積膨脹，沿鋼筋周圍產(chǎn)生壓應(yīng)力，導(dǎo)致鋼筋混凝土發(fā)生縱向劈裂裂縫，甚至造成保護(hù)層混凝土脫落。
2.2.5施工、設(shè)計(jì)不當(dāng)
施工過程中偷工減料造成材料、強(qiáng)度、構(gòu)件尺寸不符合設(shè)計(jì)要求。施工方法、程序不符合施工規(guī)范要求等都會降低混凝土的抗裂能力。如混凝土攪拌不均勻，振搗不密實(shí)，養(yǎng)護(hù)不及時；鋼筋除銹不夠，保護(hù)層過小；在現(xiàn)澆混凝土未達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度時，拆除支撐模板或堆載過重；任意留設(shè)施工縫，且不認(rèn)真處理。如模板支撐剛度不足或拆模過早，可能引起混凝土開裂；混凝土養(yǎng)護(hù)不當(dāng)，特別是早期養(yǎng)護(hù)不好也可能引起裂縫。施工工藝低下是大體積混凝土產(chǎn)生裂縫的最重要原因之一。
設(shè)計(jì)不當(dāng)也可能造成混凝土結(jié)構(gòu)開裂，如開洞或斷面突變引起應(yīng)力集中、構(gòu)造處理不當(dāng)或各種構(gòu)造縫設(shè)置不當(dāng)?shù)取?br>
3. 預(yù)防措施
3.1內(nèi)因
3.1.1 混凝土收縮、徐變引起的裂縫預(yù)防
合理選用水泥品種，減少水灰比，減少水泥用量；增大骨料含量，選用級配良好且較硬的骨料；提高混凝土的密實(shí)度；加強(qiáng)混凝土養(yǎng)護(hù)，減少早期收縮裂縫；配置適量的分布構(gòu)造鋼筋，減小混凝土收縮，分散裂縫，控制裂縫寬度；合理設(shè)置施工縫和預(yù)留后澆帶，減小構(gòu)件成型時過大的連續(xù)邊長。
3.1.2混凝土與鋼筋之間粘結(jié)錨固能力不足引起的裂縫預(yù)防
采取防止或減少鋼筋銹蝕，鋼筋銹蝕越輕或未銹蝕，粘結(jié)力越好；變形鋼筋表面的肋與混凝土的咬合作用比光面鋼筋與混凝土界面上的摩擦力高，粘結(jié)力更好；適當(dāng)配置橫向鋼筋也可提高粘結(jié)強(qiáng)度；足夠的錨固長度也不容忽視。
3.2 外因
3.2.1荷載效應(yīng)的直接作用引起裂縫的預(yù)防
合理的截面配筋形式是控制裂縫寬度的最有效方法。當(dāng)按承載力極限狀態(tài)確定鋼筋的截面后，還應(yīng)按照規(guī)范規(guī)定的構(gòu)造要求布置受力鋼筋和構(gòu)造鋼筋，就基本上能控制裂縫寬度。如當(dāng)梁的截面高度＞700 mm時，在梁的兩側(cè)面沿高度每隔300—400 mm設(shè)置一根直徑＞10 mm的縱向鋼筋，并在梁兩側(cè)配置腰筋，對控制路中裂縫很有效；本著紉而密的原則布置箍筋．既滿足受剪承載力計(jì)算值，又滿足最大箍筋間距的構(gòu)造要求，就能間接的控制斜裂縫的寬度；滿足受拉縱筋的水平錨固長度是控制節(jié)點(diǎn)邊緣垂直裂縫寬度的有效措施。最大裂縫寬度計(jì)算公式為 ，式中： －構(gòu)件受力特征系數(shù)； －裂縫間縱向受拉鋼筋不均勻系數(shù)； —按荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值組合計(jì)算的鋼筋混凝土構(gòu)件縱向受拉鋼筋的應(yīng)力； －鋼筋彈性模量；c－最外層縱向受拉鋼筋邊緣至受拉區(qū)底邊的距離； －按有效受拉混凝土截面面積計(jì)算的縱向受拉鋼筋配筋率； 一鋼筋直徑；”從上式不難看出 隨 、 、 、 c 、 增大而增大，隨 、 增大而減小。
3.2.2溫度變化引起裂縫的預(yù)防
溫度應(yīng)力主要集中在結(jié)構(gòu)的頂部和底部。頂部主要是由屋蓋和建筑物內(nèi)部的溫差引起，底部則田地基和建筑物溫度的不同引起。屋面采取保溫隔熱措施，改善建筑物的熱工性能，降低混凝土內(nèi)外的溫差；選擇夜間或氣溫較低時，澆搗新老混凝土的迭合面，降低新老混凝土之間的溫差；底層采取架空樓板，降低地基和建筑物間的溫差；結(jié)構(gòu)或構(gòu)件較長時，合理設(shè)置伸縮縫避免混凝土內(nèi)內(nèi)應(yīng)力過大；建筑物平面布置盡量勻稱，電梯間等剛度大的部分盡量放在建筑物中部，減少兩端邊界的約束。
3.2.3基礎(chǔ)不均勻沉降引起裂縫的預(yù)防
采取合理的建設(shè)措施：建筑的體型應(yīng)力求簡單，復(fù)雜體型常常削弱建筑物整體剛度，加劇不均勻沉降；調(diào)整相鄰建筑物基礎(chǔ)間距，減少地基中附加應(yīng)力產(chǎn)生的不均勻沉降。采取合理的結(jié)構(gòu)措施：采用非敏感性結(jié)構(gòu)，避免采用剛性屋面防水層；采用整體剛度大的基礎(chǔ)；減小或調(diào)整地基附加壓力；增強(qiáng)結(jié)構(gòu)整體剛度和強(qiáng)度；在建筑物的適當(dāng)部位設(shè)置沉降縫。
3.2.5外界環(huán)境的腐蝕作用引起裂縫的預(yù)防
針對不同的腐蝕介質(zhì)，合理選用與腐蝕環(huán)境相適應(yīng)的水泥品種及耐腐蝕混凝土；定期在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)表面涂80保護(hù)層；采用耐腐蝕鋼筋或涂刷鋼筋阻銹劑；盡可能提高混凝土的密實(shí)度，適當(dāng)選用強(qiáng)度等級較高的混凝土，增加水泥用量，添加密實(shí)劑、減水劑，減少水灰比，適當(dāng)加大混凝土保護(hù)層厚度。
對混凝土碳化引起的裂縫，可通過提高混凝土的抗壓強(qiáng)度；合理選用水泥品種，確定水泥用量及摻加料量；減少水灰比；控制混凝土的孔隙結(jié)構(gòu)、含濕狀態(tài)和溫度；注重混凝土的施工、早期養(yǎng)護(hù)和使用中的維護(hù)。
對鋼筋銹蝕引起的裂縫，則要降低混凝土中氯鹽等腐蝕介質(zhì)含量，提高混凝土抗腐蝕的能力及密實(shí)度；適當(dāng)加大混凝土保護(hù)層厚度。
3.2.6施工、設(shè)計(jì)不當(dāng)引起裂縫的預(yù)防
對施工方面引起的裂縫，根據(jù)設(shè)計(jì)要求嚴(yán)格驗(yàn)收材料、強(qiáng)度、構(gòu)件尺寸，避免或減少偷工減料現(xiàn)象；按照施工規(guī)范要求，確定合理的施工方法、程序，混凝土攪拌均勻，振搗密實(shí)，養(yǎng)護(hù)及時；鋼筋除銹，保護(hù)層適中；在現(xiàn)撓混凝土未達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度時，不得拆除支撐、模板或加載過重；正確留設(shè)施工縫，在混凝土澆搗前，確定施工縫位置，并留沒在結(jié)構(gòu)受剪力較小且便于施工的位置；加強(qiáng)混凝土的早期養(yǎng)護(hù)，并適當(dāng)延長養(yǎng)護(hù)時間。養(yǎng)護(hù)合理能提高混凝土的抗拉強(qiáng)度和極限拉伸應(yīng)變，要掌握最佳養(yǎng)護(hù)時機(jī)，特別是在氣溫高、濕度低或風(fēng)速大的情況下，更要及早養(yǎng)護(hù)；采用平板振搗器振搗混凝土，為保證混凝土密實(shí)，宜施行二次振搗；混凝土終凝前，應(yīng)采用鐵抹子抹壓一遍，以減少塑性收縮裂縫；避免在極端天氣條件下施工，可以減小混凝土結(jié)構(gòu)開裂的概率。
設(shè)計(jì)方面的預(yù)防措施主要有，建筑平面選型在滿足使用要求的前提下要力求簡單。平面復(fù)雜的建筑物，容易產(chǎn)生扭曲等附加應(yīng)力而造成墻體及樓板開裂；合理布置縱橫墻，縱墻開洞應(yīng)盡可能小；控制建筑物的長高比；正確地設(shè)置沉降縫，沉降縫位置和縫寬的選定應(yīng)合適，構(gòu)造要合理，可以和其它結(jié)構(gòu)縫合并設(shè)置；減少地基的不均勻沉降，在基礎(chǔ)設(shè)汁中可以來取調(diào)整基礎(chǔ)的埋置深度、不同的地基計(jì)算強(qiáng)度和采用不同的墊層厚度等方法來控制地基的不均勻變形；合理地調(diào)整各部分承重結(jié)構(gòu)的受力情況，使荷載分布均勻，盡量防止受力過于集中；對于板的配筋，應(yīng)盡量使用焊接鋼筋網(wǎng)片，網(wǎng)片可以提高板的抗裂度，加工由機(jī)械操作，負(fù)筋位置也可保證。
4. 裂縫的處理
對不同的裂縫，處理的方法、時段和材料也應(yīng)有所不同。一般對穩(wěn)定的死縫，宜選用剛性材料；對隨季節(jié)和荷載周期性變化的活縫，則使用彈性材料。對發(fā)展緩慢不穩(wěn)定的裂縫，首先應(yīng)消除引起延伸變形的因素，然后再作處理。對于處理過的裂縫重新被拉開、漏水或在老裂縫旁拉開新縫等問題應(yīng)慎重研究其原因后再處理，這一般是選材不當(dāng)所致。對處理裂縫用的材料，當(dāng)以恢復(fù)結(jié)構(gòu)整體性為目的，應(yīng)選用具有較高強(qiáng)度和粘結(jié)力的材料，如環(huán)氧、甲凝等材料；而以阻水防滲為目的的，則應(yīng)選用丙凝、彈性聚氨酯、水溶性聚氨酯或水玻璃類材料。裂縫處理應(yīng)用最廣泛的方法是化學(xué)灌漿。施工時段在過去大都選在氣溫最低、裂縫張開度最大時進(jìn)行，造成了工期緊、處理質(zhì)量不佳等缺陷。近年來實(shí)踐證明，在裂縫張開度中等偏大時灌漿最好，有利于提高施工質(zhì)量。
5. 總結(jié)
混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫不但會影響構(gòu)件的耐久性、疲勞強(qiáng)度，還會使預(yù)應(yīng)力混凝土發(fā)生預(yù)應(yīng)力損失以及使一些超靜定結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利的影響，只有從設(shè)計(jì)和施工兩方面共同努力，才能正確的預(yù)估混凝土裂縫可能出現(xiàn)的各種原因，采取有效措施，控制混凝土的裂縫，將其不利影響降到最低限度。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時，根據(jù)使用要求選用不同的裂縫控制等級更要重視伸縮縫、沉降縫、施工縫、混凝土保護(hù)層、鋼筋的錨固接頭和最小配筋率等構(gòu)造措施(抗震地區(qū)要正確設(shè)置抗震縫)；在施工過程中，從原材料的選用到施工工藝、技術(shù)的改進(jìn)，想辦法盡量避免裂縫的產(chǎn)生，保證結(jié)構(gòu)安全，不能偷工減料和野蠻施工，還要重視經(jīng)濟(jì)合理的施工程序和方法。
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