混凝土结构裂缝的成因分析与处理-论文网

摘要：混凝土作为当今建筑结构中使用最广泛、应用量最大的一种材料，它可以配制成不同强度、不同性能和不同形状的各种混凝土结构物，并有较好的耐久性，但实践证明，混凝土的抗拉强度低，是由于混凝土构件在拉应力很小的时候就开裂的缘故，本文主要论述了混凝土施工期间裂缝的形成原因,并给出了施工期间混凝土裂缝的处理措施。
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随着使用年数的增长，钢筋混凝土结构及构件的问题逐渐暴露出来，钢筋锈蚀致使混凝土保护层开裂、剥落的现象到处可见，使用期十几年的结构或必须大修或被拆除的例子不胜枚举，因钢筋锈蚀造成房屋倒塌、人员伤亡的恶性事故时有发生。
一、混凝土结构性裂缝成因分析与处理
2．1建筑物的使用和管理问题
按照常规，建筑物一旦发生问题人们自然地把问题归咎于设计人员和施工人员，很少想到使用和管理人员。实际上，使用和管理对房屋的寿命和突发事故有很大影响；合理使用，管理得当，房屋的寿命长，事故的隐患可以得到及时的治理，事故的发生率大大下降；相反，使用不和理，管理不当，即使是高质量建筑物的寿命也会缩短而那些存有各种隐患的建筑物则有可能发生事故。
（1）使用问题
使用中常见的问题是对水管理不善，通过调查发现，工业厂房中对水的管理极不重视，地面潮湿、泥泞的现象极其普遍，有的厂房地面和楼面上肆意流淌，更有甚者各种废水从建筑物上的各种孔洞排出，如洞口、砖墙上未堵的脚手眼、楼板上凿孔等。在这里，应该着重说明的是：凡是受水冲淋的构件其破损速度远比其他构件快。
（2）使用过程中的其他问题
人为的破坏是造成结构使用寿命缩短的另一常见现象。人为破坏包括：在构件上随意焊接、凿孔穿管、车辆碰撞、起吊重物碰撞及生产操作不当造成构件的破坏等。生产工艺变更而未增加相应的防护措施对厂房的危害极大。常见的高温炉体在厂房内的位置变更，从有隔温防护的部位移到没有防护的部位，其后果是在高温作用下，构件的破损极快，甚至引发事故。旧建筑物在使用过程中存在的问题较多，这与过去对使用过程和管理的重要性认识不够有关，近年来，随着旧建筑物使用和管理的标准和规范的出台，这些问题逐渐得到解决。
2.2施工问题
施工质量不好造成房屋倒塌事故的实力举不胜举，施工质量对房屋的寿命影响极大，很多建筑物都存在着不同的质量问题，严重影响了房屋的使用寿命。对于混凝土结构来说，影响混凝土结构使用寿命最普遍的问题是保护层厚度、混凝土质量和节点处理问题。
（1）保护层厚度问题
在混凝土结构中，钢筋保护层得不到保证的现象非常普遍特别是箍筋保护层更是如此。箍筋外露，主筋的保护层一般也达不到设计要求。设计尺寸小的构件，对施工的要求更高，如大型屋面板，板面总厚度只有20-3Omm，设计保护层只能有10mm左右，施工时稍不注意，保护层就不能保证。调查数据表明，大多数大型屋面板保护层厚度不足10mm，约有20%的板的钢筋保护层几乎为零。没有保护层的钢筋锈蚀速度很快，影响整个结构的安全使用。
（2）构件的节点问题
装配整体式结构的节点也是容易出现施工质量问题的部位，如北京石景山电厂冷却塔，72个梁柱的节点只有3个基本完好，38个节点钢筋溃锈，其余节点钢筋外露有不同程度的锈蚀，结构使用年数约17年，其原因是节点混凝土强度偏低，约lOMpa.应该说节点区一般是结构受力的关键部位，但通常也是容易出现问题的部位。
（3）混凝土的质量问题
提起混凝土的质量，强度总是要放在首位，但是对于混凝土结构的耐一久性来说，其密实性与强度有同等的重要性。建研院的调查表明：在混凝土设计强度相同，环境情况相同的前提下，大跃进时期成型的混凝土的碳化速度约为其他时期混凝土碳化速度的1.45-1.77倍。混凝土的质量对其耐一久性能有很大影响。低质量的混凝土抗碳化、抗腐蚀的能力差，构件的寿命低。
2.3设计问题
设计是保证建筑物质量的第一道防线，设计一旦出了问题，要想彻底的补救是非常困难的，造成的经济损失是比较大的。目前有所谓“五倍定律”（设计过程中纠正偏差所消耗的费用是1，在施工过程中纠偏所耗的费用为5）的说法形象的说明了设计的重要性。
（1）安全度
我国的设计规范都有结构或构件的抗力大于或等于作用效应的规定（R；S）。设计者往往取R略大于S，甚至R等于S。这样做无疑可在当时使结构的造价略有下降，取得了经济效益。但是随着设计规范的改进，这些当时比较经济的结构，用现在的规范去校核，其安全度一般都不满足，可以说我国有一大批旧的建筑物属于这种类型。
（2）耐久问题
过去一段时间的设计是不大重视结构的耐久性的，结构构件的设计都是以抗力为主并考虑稳定等性能。构件的尺寸小，混凝土强度低，抗腐蚀和侵蚀的能力极低，加上施工偏差，使用管理不当等因素的影响，这些构件破损的速度极快，使用寿命较短。混凝土强度偏低是我国钢筋混凝土结构设计中普遍存在的问题。因此，适当提高混凝土的设计等级是一个极为重要的问题。
三、混凝土非结构性裂缝成因分析及处理
3.1收缩裂缝
混凝土施工中，为保证混凝土浇捣的和易性，混凝土中加入的水分往往比水泥水化作用需要的水分要多4-5倍。这部分游离水蒸发后，在混凝土内部留下许多毛细孔，混凝土会产生体积收缩，一般称为游离水蒸发收缩。另外水泥水化作用也会引起混凝土体积的收缩。称为混凝土自收缩（或称混凝土干缩）。后者是前者的1/5-1/10。所以说混凝土本身存在肉眼看不见的细微裂缝是它固有的一种特性。
（1）塑性收缩裂缝
一般在干热或刮风天气易于出现，裂缝多为中间宽，两端细且长短不一，互不连惯。裂缝产生原因是由于混凝土在塑性状态时，刚开始终凝，而由于天气炎热，阳光直射，刮大风，使混凝土表面水分蒸发过快，混凝土表面产生急剧的体积收缩，此时混凝土尚未有强度，而致使混凝土表面出现龟裂。为控制塑性收缩的产生，可采取以下防治措施：首先要严格控制混凝土配合比、水灰比和砂率，宜掺加高效减水剂来增加混凝土的坍落度和和易性；同时将基层和模板浇水均匀湿透；再次混凝土浇灌后及时覆盖，终凝后尽早进行养护；当如遇风季，需设置挡风设施。
（2）沉降收缩裂缝
该裂缝一般多沿主筋通长方向，在混凝土表面出现，常在浇灌后发生，硬化后停止。裂缝产生原因是混凝土浇捣后骨料颗粒沉落，水泥浆上浮，受到钢筋或大骨料的阻挡，而使混凝土互相分离。另外混凝土本身组成材料沉落不均匀造成开裂，防治措施如下：（1）可采用稠度适当的低流动性混凝土；（2）加强混凝土振捣，不能漏振：（3）对于断面相差大的结构物和混凝土剪力墙孔洞处，先浇灌较深部位，静止1-2h，让混凝土沉落后，在与断面或孔洞上部混凝土一起浇注；（4）初凝前两次振捣和两次抹压混凝土表面。
（3）干燥收缩裂缝
多在混凝土养护完毕一段时间后才出现，为表面性的较浅较细裂缝，多沿短方向分布。裂缝产生的原因主要是混凝土养护不周，受风吹日晒，表面水分散失过快，而混凝土内部湿度变化小，表面干缩变形受到混凝土内部的约束，而产生较大拉应力后产生裂缝。另外如后张法预应力构件，在露天堆放过久，不进行张拉也会出现次类裂缝。防治措施如下：（1）严格控制混凝土配合比提高混凝土抗裂度；（2）加强混凝土构件的早期养护和覆盖，适当延长养护时间；（3）采取密封保水养护措施；（4）长期露天堆放的混凝土构件，应经常适当浇水养护；（5）后张法预应力构件及时张拉；（6）素混凝土结构每6m设置1条收缩缝；（7）发现混凝土结构有微小裂缝，应马上撒水养护。
3.2温度裂缝
（1）内约束裂缝
由于混凝土内外温差过大而引起的。例如，混凝土养护期间受寒流侵袭，使混凝土表面急剧降温超过7-10℃就有可能引起混凝土表面裂缝，但其裂缝深度一般只有30mm左右，表层以下仍保持结构完整性。
（2）外约束裂缝
由于混凝土体积过大，混凝土绝热温度与浇灌温度之差超过25℃以上而引起的。当混凝土结构厚度超过20m以上时，混凝土在硬化期间放出大量水化热，内部温度上升很快，一般在混凝土浇注后72h达到最高温度（可达800C左右），由于混凝土内部散热慢而混凝土表面散热快，这种温差在混凝土表面引起拉应力。而后期均匀降温冷却时，受到基岩或老混凝土垫层约束，又会在混凝土内部出现拉应力。当拉应力超过混凝土的抗拉强度时，混凝土产生温度裂缝。外约束裂缝多发生在施工后2-3各月或更长时间，多在结构中部出现。裂缝为较深或贯穿性的，破坏结构的整体性。
3.3 沉陷裂缝
裂缝多为深进或贯穿性的，其位置与沉陷方向一致。较大的沉陷裂缝，往往有一定的错位，裂缝宽度与沉降值成正比。裂缝产生的原因是结构构件落在未经处理的回填土或松软地基上。混凝土浇灌后，因地基侵水引起不均匀沉降而导致裂缝。特别是平卧生产的钢筋混凝土构件（如薄腹梁），由于侧向刚度差，配筋少，最易引起弦、腹杆或梁的侧面产生裂缝。另外因模板刚度不足，模板支撑间距过大或支撑底部松动以及过早拆模，也常导致此类沉降裂缝出现，对次类裂缝防治措施如下：（1）避免在松软土或填土上制作构件，如确实需要，必须经夯实处理后再作预制场地；（2）保证模板有足够的强度和刚度，支撑牢固。并使地基受力均匀；（3）防止混凝土浇注过程中地基被水侵泡。
总之，在工程结构领域中混凝土结构裂缝问题一直是该领域探讨的重点。从桥梁、路面等交通设施到沿海的海港工程；从民用建筑、商业建筑到一些化工、冶金工业建筑，开裂问题极其广泛，因此，迫切需要深入开展混凝土结构开裂问题，混凝土结构加固等方面问题的研究。
参考文献
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