浅析混凝土裂缝的成因及控制-建筑设计论文发表

浅析混凝土裂缝的成因及控制
高延祥
摘要：本文简要论述了混凝土结构裂缝的类型和成因，从设计、原材料、施工、养护几个方面提出了控制措施。
关键词：混凝土裂缝；成因；类型；控制措施
1引言
混凝土材料在现代建筑工业中的应用越来越广泛，混凝土结构在建筑工程中占据着主导地位。但是在混凝土结构的使用过程中，混凝土构件出现裂缝的问题一直困扰着人们，混凝土结构裂缝是一个相当普遍的质量问题，不仅会影响到建筑物的外观，而且会影响到混凝土构件的刚度并导致建筑物结构的整体抵抗能力下降，从而影响到工程的使用和安全。当裂缝宽度超出一定限度时，会导致钢筋锈蚀，降低结构构件的耐久性能，甚至导致建筑物的破坏倒塌。裂缝问题越来越引起国内外学者和工程界很大的重视。为了确保工程质量，应从设计、材料选用及施工等各个方面采取综合措施有效防止裂缝。
2混凝土结构裂缝的类型及成因
造成混凝土裂缝的原因是多方面的，我们从以下几方面简要叙述下混凝土结构裂缝的类型及成因。
2.1外荷载引起的裂缝
外荷载引起的裂缝一般由两种情况造成：一是在混凝土结构还未达到设计要求的强度时，被车辆或重物碾压而造成的裂缝；二是混凝土结构已经达到了设计强度，而受超载或撞击而造成的裂缝。当混凝土构件中的主应力超过混凝土抵抗强度时，混凝土就会出现裂缝。构件因受力状态不同，裂缝形态不同，且裂缝方向大致与主拉应力方向正交。产生荷载裂缝的主要原因有：
⑴设计方面。计算模型不合理；内力与配筋计算出现误差；结构安全系数不够；设计断面或结构刚度不足；构造处理不当等。
⑵施工方面。不按设计图纸施工，擅自改变结构受力模式；忽视预制构件受力特点，预制构件起吊、运输、安装等不规范；任意堆放施工机具、材料；不做强度验算等。
2.2原材料不良引起的裂缝
混凝土主要由水泥、骨料、拌和水及外加剂组成。由于材料本身质量不合格，可导致混凝土结构出现裂缝。比如，水泥安定性不良引起的龟裂；骨料粒径超标、级配不良、杂质含量超标等而影响混凝土的强度，从而产生不规则的网状裂缝；采用氯化物等杂质含量较高的拌和水及含碱的外加剂等，产生裂缝。
2.3混凝土自身特性引起的裂缝
2.3.1收缩裂缝
混凝土自身收缩是其固有的物理特性，如果混凝土的体积变化受到束约，且混凝土自身抵抗这种变形的抗拉性能过低时，就会产生开裂。
⑴干缩裂缝。这种裂缝一般出现在混凝土较薄的结构，如现浇楼板混凝士、道路混凝士、地坪等混凝土。混凝土结构的蒸发干燥，其长度或体积会有所减少，称为干燥收缩。混凝土的干燥收缩主要是由于水泥石的干缩引起的。引起干缩裂缝的主要原因有：
⒈内因。水泥用量、用水量、水灰比及构件大小等设计不合理，导致混凝土拌合物内部的水分分泌出流失，产生裂缝。
⒉外因。外界环境干热、风大，相对湿度、干燥时间不适宜等，导致水分别蒸发，产生裂缝。
⑵塑性收缩裂缝。塑性收缩裂缝是指浇筑后还处于塑性状态的混凝土当受到外界环境影响时，内外形成很大的温差，使结构产生较大的拉应力而产生裂缝。此种裂缝常出现在结构的变截面处，梁板交接处，梁柱交接处及板肋交接处。塑性裂缝产生原因主要有：
⒈混凝土的流动性不足或流动性过大，在塑性阶段沉缩不均，产生裂缝。
⒉硬化前没有沉实或沉实不足不均，收缩不均，导致产生裂缝。
⑶自身收缩裂缝。混凝土自身收缩是指在外部无水分供应时，随着水泥水化反应的逐步完成，由水消耗而形成弯液面发生负压收缩，从而产生裂缝。主要原因是水泥的水化作用。
2.3.2应力裂缝
⑴温度应力裂缝。混凝土在凝结硬化过程中，由于混凝土拌合物内的水泥水化释放大量的水化热，在表面和内部先后出现较大的温差变化而引起拉应力；外部气温变化也会在混凝土表面引起较大的拉应力，当混凝土内外温差产生的应力超出混凝土的抗裂能力时便会产生温度应力裂缝。
⑵冻胀应力裂缝。当大气温度低于零度时，吸水饱和的混凝土出现冰冻，游离的水转变成冰，混凝土产生膨胀应力，导致混凝土出现裂缝。
⑶自应力裂缝。在混凝士硬化后，即使混凝土没有受任何荷重的作用，也会因其自身的收缩而产生裂缝。原因是凝土在水泥水化热达到一定温度的时候，混凝土的膨胀应力开始消失，混凝土开始产生均匀收缩，产生规律性的裂缝。
2.4地基不均匀沉陷引起的裂缝
地基不均匀沉陷引起的裂缝，指地基受到上部传递的压力，产生不均匀沉降变形导致产生裂缝。主要原因有：
⑴地基处理时采用的方法不当。比如，采用桩基时，独立基础、条形基础、筏形基础及箱型基础的选择不当。
⑵对土体加固不足，导致土体滑移产生裂缝。
3混凝土结构裂缝的控制措施
混凝土结构裂缝的控制主要是指对设计、原材料、施工及养护方面进行控制，具体控制措施如下。
3.1 设计方面的控制措施
⑴设计时应避免局部结构断面突变而产生应力集中。当无法回避时，应做局部处理，如转角处做圆角，突变处做成渐变过渡等。
⑵设计时应做好构造钢筋的配置，合理地选用钢筋直径和间距。选用直径细而间距密的配筋方案，能较好的提高混凝土的抗裂性。
⑶设计时做好裂缝的控制宽度。确定各种混凝土的允许裂缝宽度后，根据其裂缝宽度要求进行设计，也是控制混凝土裂缝的有效措施之一。
⑷设计时应做好混凝土结构内管线的预埋。混凝土结构内不应预埋水管，其它管线预埋宜与钢筋成斜交布置，应避免管线立体交叉。
3.2 原材料方面的控制措施
⑴做好水泥品种的选用和水泥用量的控制。选择低水化热水泥，并尽量减少水泥用量，从而减少因水化作用产生的混凝土内外温差而出现的裂缝。一般选择普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥等。
⑵做好骨料的选择。保证粗骨料有良好的级配并增大粗骨料的比例，减少骨料的孔隙率，可以降低水化热，提高混凝土的整体抗裂性能，防止裂缝出现。
⑶做好外加剂的使用。选择具有减水、增强和缓凝作用的外加剂，可提高混凝土的流动性、粘聚性及泵送性能。实践表明采用合适的外加剂，可以降低用水量和水泥用量，降低水化热，减少裂缝的产生。
⑷做好水灰比的设计。应采用低水灰比、低用水量，以减少水泥用量。混凝土材料用水量过大，会造成混凝土水灰比和坍落度过大，引起混凝土表面浮浆过厚，产生干缩裂缝和沉陷裂缝，因此要严格控制混凝土的水灰比。
3.3 施工方面的控制措施
⑴严格按配合比要求进行掺和和搅拌，混凝土搅拌要均匀，从而保证混凝土质量；
⑵严格控制混凝土坍落度，同时控制混凝土车运输和停留时间，减少水分损失；
⑶混凝土施工时振捣要密实，以排除泌水及内部的水分和气泡，避免漏振和过振现象，以防止混凝土不均而分层离析。保证混凝土密实，提高混凝土的抗裂性。
3.4 养护方面的控制措施
养护混凝土主要是为了保证混凝土正常凝结硬化，即要保持混凝土裸露面充分潮湿，防止水分蒸发，又要保持混凝土体表温度变化适宜，避免混凝土内外出现较大的温差。具体措施有：
⑴混凝土浇注后的温度是随水化热释放而升高，所以在浇筑初期应对表面进行降温，比如埋设散热孔、通水排热、对钢模的洒水降温等。
⑵浇捣成型后，应采取必要的蓄水保温措施，比如表面覆盖薄膜、湿麻袋等，以防止由于混凝土内外温差过大而引起的温度裂缝。。
⑶当凝土硬化至可上人时，要进行保湿养护，防止混凝土表面脱水而产生干缩裂缝。
5小结
混凝土结构裂缝的危害是巨大的，它将直接影响工程的质量、安全、使用功能和美观，所以我们必须通过对各种裂缝的调查测试，找出裂缝出现的主要原因，并通过综合分析，控制好混凝土结构的裂缝。
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