商品混凝土主體結(jié)構(gòu)裂縫成因及對策

0.引言混凝土作為主要的建筑材料已廣泛應(yīng)用于工業(yè)與民用建筑之中，混凝土的裂縫問題成為設(shè)計單位、混凝土公司、施工單位頭疼而又不得不面對的問題?，F(xiàn)在混凝土普遍采用泵送技術(shù)，使混凝土的高水泥用量、大坍落度、大砂率、低水膠比，使得混凝土的收縮變大，是造成混凝土早期開裂的內(nèi)在原因；施工單位為了縮短施工周期和模板周轉(zhuǎn)周期，較少考慮現(xiàn)代混凝土的特性，過早拆模，早期養(yǎng)護(hù)、振搗不到位等施工工藝不匹配，是造成混凝土裂縫的直接原因；結(jié)構(gòu)工程設(shè)計人員過度地從結(jié)構(gòu)強(qiáng)度出發(fā)，未能充分考慮混凝土的自身收縮特性；當(dāng)然，少數(shù)砼公司的混凝土離析、跑漿、扳結(jié)也是造成結(jié)構(gòu)質(zhì)量問題的原因之一。我們指的“可見裂縫”，是指肉眼正常視力在明視距離（約1m）能目視到的可見裂縫。對這種裂縫在≥0.2mm時，視為有害裂縫，在常壓下對≤0.1mm的，稱之為無害裂縫。混凝土本來就是一個多組分、無機(jī)有機(jī)相結(jié)合、多種孔隙的不連續(xù)的復(fù)合固體材料。從宏觀到微觀完全消除孔隙是不可能的。筆者認(rèn)為混凝土界為此討論了三十多年，特別是商品混凝土出現(xiàn)以后，裂縫成為混凝土科技界的議論焦點(diǎn)，而且經(jīng)久不衰。裂縫是混凝土結(jié)構(gòu)中普遍存在的一種現(xiàn)象，它的出現(xiàn)不僅會降低建筑物的抗?jié)B能力，影響建筑物的使用功能，而且會引起鋼筋的銹蝕，混凝土的碳化，降低材料的耐久性，影響建筑物的承載能力，因此要對混凝土裂縫進(jìn)行認(rèn)真研究、區(qū)別對待，采用合理的方法進(jìn)行處理，并在施工中采取各種有效的預(yù)防措施來預(yù)防裂縫的出現(xiàn)和發(fā)展，保證建筑物和構(gòu)件安全、穩(wěn)定地工作。對此問題的研究不少專家學(xué)者做了很有價值的貢獻(xiàn)，特別值得提出的是清華大學(xué)的廉慧珍和覃維祖兩位資深教授，他們在裂縫問題上從試驗(yàn)到理論做了深入的探討，筆者從他們的著作中學(xué)到不少有關(guān)這一問題的知識；浙江大學(xué)的錢小倩教授針對現(xiàn)代混凝土的特點(diǎn)，在總結(jié)工程實(shí)際和理論研究的基礎(chǔ)上提出的“八小時內(nèi)養(yǎng)護(hù)理念”；甘昌成高工在總結(jié)大量工程實(shí)踐的基礎(chǔ)上提出混凝土早期的“完美濕養(yǎng)護(hù)”；同濟(jì)大學(xué)的孫振平教授對現(xiàn)代混凝土工作環(huán)境的復(fù)雜性及早期裂縫形成的原因深入研究分析，總結(jié)出“混凝土早期開裂的三位一體的預(yù)防體系”。這些研究成果為我們更好認(rèn)識混凝土裂縫、預(yù)防裂縫具有很好的指導(dǎo)意義。1.混凝土墻體裂縫在建筑工程中常見的墻體結(jié)構(gòu)高厚比為1/15～1/8。主要結(jié)構(gòu)形式：高層建筑地下室土墻擋土墻和剪力墻的墻體，混凝土的強(qiáng)度等級常為C30～C50。墻體混凝土內(nèi)分布雙排雙向鋼筋，模板體系常用木模板或鋼模板，用穿墻螺栓固定模板，混凝土通過泵管下料，振搗密實(shí)，混凝土凝結(jié)硬化，經(jīng)保溫、保濕養(yǎng)護(hù)后，脫模形成混凝土墻體結(jié)構(gòu)。1.1垂直地面的裂縫1.1.1裂縫特點(diǎn)墻體垂直裂縫通常在拆模時或拆模后隔數(shù)日出現(xiàn)，相鄰兩裂縫間的距離2～4m，基本裂縫寬度0.1～0.3mm，垂直向下中間寬兩端細(xì)直至消失。當(dāng)墻兩側(cè)外露在大氣環(huán)境中，墻體內(nèi)外裂縫呈對稱分布，墻體厚度300～400mm，裂縫寬度大于0.3mm時，裂縫就貫穿了。1.1.2混凝土墻體垂直裂縫形成的原因墻體結(jié)構(gòu)屬于薄壁結(jié)構(gòu)，面積也比較大，表面溫度散失也快?；炷潦且环N準(zhǔn)脆性材料，抗壓強(qiáng)度高，抗拉強(qiáng)度低，拉壓比在1/7～1/15之間?；炷恋燃壌笥贑30，厚度為300～400mm的墻體，墻體混凝土澆筑早期﹙1～3d﹚內(nèi)部的水化熱，可使溫度可以達(dá)到40℃～50℃，墻體施工時，在春、秋季節(jié)，晝夜溫差變化大，白天15～20℃，夜間降溫至5～10℃，此時如過早拆模，勢必造成墻體內(nèi)外溫差超過25℃，增加混凝土開裂的機(jī)率。因之，施工單位未根據(jù)墻體的強(qiáng)度等級和施工季節(jié)對模板采取保溫措施，拆模過早。墻柱變截面轉(zhuǎn)角降溫收縮不均勻，而未采取相應(yīng)措施，是墻體裂縫的重要原因。另一種常見的墻體裂縫，是由于一次澆筑的墻體過長。混凝土墻體因其底部受基礎(chǔ)約束，上部自由收縮而開裂。因此，一般情況下，墻體澆筑長度一般不超過6m。1.1.3垂直裂縫控制措施在混凝土配合比設(shè)計時，根據(jù)工程結(jié)構(gòu)情況充分考慮混凝土內(nèi)部溫升，控制膠凝材料總量、摻合料的摻量，水膠比和漿骨比。水泥品種的應(yīng)優(yōu)先選用水泥比表面積小，放熱量小的中熱水泥或低熱水泥，用粉煤灰、礦渣粉等礦物摻和料替代部分水泥，降低混凝土水化熱。使用緩凝型高效減水劑（如萘系、脂肪族與葡萄糖酸鈉、三聚磷酸鈉復(fù)合），延緩水泥的水化速度，控制溫升速度。結(jié)構(gòu)設(shè)計人員對于長墻結(jié)構(gòu)應(yīng)設(shè)置伸縮縫，采用細(xì)而密的墻體構(gòu)造筋，高強(qiáng)度等級的混凝土墻體宜加入有肌纖維或增加鐵絲網(wǎng)片，增加混凝土的抗裂性能。在春、秋季節(jié)晝夜溫差變化大的情況下進(jìn)行墻體施工時，應(yīng)選擇在低溫和無風(fēng)的傍晚澆筑混凝土，澆筑的混凝土，終凝一般發(fā)生在太陽快升起的時候，混凝土的溫升和空氣的溫升同步上升，這樣混凝土內(nèi)外溫差較小。施工人員應(yīng)根據(jù)當(dāng)時的氣溫，做好測溫工作，若發(fā)現(xiàn)混凝土內(nèi)外溫差超過25℃，混凝土表面溫度與大氣溫差超過20℃，立即采取保溫措施，并適當(dāng)推遲拆模時間。對已完全終凝的混凝土墻體應(yīng)及時灑水養(yǎng)護(hù)，應(yīng)注意混凝土表面溫度與養(yǎng)護(hù)水的溫差控制在15℃以內(nèi)。在秋季轉(zhuǎn)冬季或有寒流氣溫劇降時，混凝土日平均降溫速率建議不超過3℃/d?？刂撇鹉r混凝土表面與最低環(huán)境溫度的差值，建議不小于10℃時方可拆模。封閉通風(fēng)口，防止冷風(fēng)快速冷卻墻體形成新的溫差裂縫。1.2墻體水平裂縫1.2.1墻體水平裂縫與斜裂縫特點(diǎn)墻體水平裂縫一般寬度0.1～0.5mm，分布高度在1～3米，長度由數(shù)米到十多米不等，走向基本水平或走向與地面成45o～60o夾角斜裂縫，長度較長，非連續(xù)撕裂狀裂縫。1.2.2水平裂縫成因混凝土澆注過程中，在澆筑混凝土?xí)r，同一下料點(diǎn)澆筑厚度過大，用振動棒驅(qū)趕混凝土流動，造成混凝土離析分層，接縫處欠振；拌合物粘稠，在施工過程中為加快施工，在工地加水增大混凝土坍落度造成混凝土離析，在水化過程中混凝土收縮不同；泵送混凝土連續(xù)澆注入模，分層振搗不夠，拌和物供應(yīng)不及時，形成水平施工冷縫；沉降不勻，造成拉裂；鋼筋保護(hù)層厚度不夠，拌合物沿模板下滑較慢，從而形成撕裂狀裂縫。1.2.3控制措施對連續(xù)澆注高度超過3m的墻體時，一般每層不超過500mm，澆筑高度以不離析為準(zhǔn)，兩下料口間的距離不大于3m，澆注混凝土?xí)r應(yīng)移動下料，使料面均勻上升，以利于墻體內(nèi)混凝土均勻，強(qiáng)度發(fā)展均勻，不造成薄弱環(huán)節(jié)；分層振搗，使混凝土充滿端頭角落，應(yīng)留有等待時間，讓墻體內(nèi)拌合物充分均勻沉降；應(yīng)在下一層混凝土初凝前將上一層混凝土澆筑完畢，在澆筑上層混凝土?xí)r，必須將振搗器插入下一層混凝土5cm左右以便形成整體，盡量不留施工縫。2.樓板裂縫控制2.1、沉降、泌水及塑性收縮裂縫2.1.1現(xiàn)象受重力影響，沉降、泌水是泵送混凝土的必然現(xiàn)象。在此一過程中混凝土體積因下沉而收縮，并形成泌水開口毛細(xì)管通路；塑性收縮是發(fā)生在泌水被吸收和蒸發(fā)以后，裂縫大多在混凝土初凝后，當(dāng)外界的風(fēng)速大、氣溫高、空氣濕度低的情況下，蒸發(fā)量大于1～1.5kg／（m2·h)時，構(gòu)件表面有可能出現(xiàn)，寬度為0.05～0.2mm的裂縫，中間寬兩端細(xì)，其走向呈雞爪型、平行線狀、網(wǎng)狀，裂縫較淺，如果裂縫出現(xiàn)后不采取及時抹壓收光措施進(jìn)行控制，有可能形成貫穿性裂縫。裂縫分布不均，梁、板類構(gòu)件多沿短方向分布，整體結(jié)構(gòu)多發(fā)生在結(jié)構(gòu)變截面處；地下大體積混凝土，因濕度較大，受風(fēng)速影響較小較為少見，但側(cè)面也常出現(xiàn)；預(yù)制構(gòu)件多產(chǎn)生在箍筋位置。

2.1.2原因分析混凝土表面失水是造成混凝土塑性收縮裂縫的主要原因，混凝土表面失水的速度及程度取決于混凝土自身保水性，氣溫和風(fēng)速產(chǎn)生的水分蒸發(fā)速率。

當(dāng)泌水速率＜蒸發(fā)速率時，混凝土有可能因失水而開裂。現(xiàn)代混凝土普遍采用低水膠比，大量使用粉煤灰、礦粉等摻和料，混凝土密實(shí)性好，泌水量小，即使在蒸發(fā)速率小于0.2～0.7kg/（m2·h)的環(huán)境下，混凝土泌水率仍小于混凝土表面蒸發(fā)量，如果不采取保濕養(yǎng)護(hù)，仍有出現(xiàn)塑性收縮裂縫的可能?；炷帘砻娴乃终舭l(fā)速率主要和相對濕度、空氣溫度、風(fēng)速和太陽輻射等環(huán)境因素有關(guān)。在蒸發(fā)量大于1～1.5kg/（m2·h）的高溫、大風(fēng)天氣，混凝土泌水速度小于蒸發(fā)速度，表面游離水被迅速蒸發(fā)，產(chǎn)生急劇的體積收縮，而此時混凝土強(qiáng)度很低，還不足以抵抗這種變形應(yīng)力從而導(dǎo)致混凝土塑形開裂。另外，混凝土過度振搗，造成石子下沉漿體上浮，破壞混凝土的勻質(zhì)性，造成混凝土表面收縮過大，增加開裂的可能性。2.1.3塑性收縮裂縫控制措施混凝土樓板施工時，混凝土應(yīng)振搗密實(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，振搗時間以5～10s/次為宜，采用快插、慢拔的方式，適度振搗。欠振不利于密實(shí)成型，過振造成混凝土離析，都對強(qiáng)度增長不利。不振搗則達(dá)不到設(shè)計強(qiáng)度。適度振搗的標(biāo)志是：氣泡不再顯著發(fā)生，混凝土不再顯著下沉，并已充滿模型?；炷脸尚秃罅⒓催M(jìn)行養(yǎng)護(hù)，做到混凝土不失水，這樣才算養(yǎng)護(hù)充分。在夏季高溫、大風(fēng)天氣，宜采用聚丙烯彩條布覆蓋以遮陽和防風(fēng)，在高氣溫時，還應(yīng)在其上灑水降溫，減少混凝土表面蒸發(fā)和混凝土表面的陽光直射，因其溫度過高凝結(jié)化過快而成“肚皮現(xiàn)象”。由于塑性收縮裂縫在混凝土初凝前后均有出現(xiàn)的可能，必須進(jìn)行二次抹壓。二次抹壓的作用是壓實(shí)混凝土表面并將浮漿趕走，堵住毛細(xì)孔，防止內(nèi)部水分繼續(xù)蒸發(fā)出現(xiàn)表面塑性裂縫，增強(qiáng)混凝土的密實(shí)度和抗裂性能并起到消除混凝土表面已經(jīng)形成的塑性裂縫。初凝（手指按壓混凝土，可以按出1～2mm小坑，不粘手為初凝）至終凝（按壓混凝土表面不能按壓下去為終凝）這段時間，應(yīng)注意觀察混凝土表面情況，并根據(jù)需要在進(jìn)行一次或一次以上的收光。抹壓過遲，混凝土表面干硬，難以消除裂縫。特別是對于使用緩凝型減水劑并大摻量使用粉煤灰的混凝土更需要多次收光，施工面積大時宜用平板振動器或抹光機(jī)壓實(shí)?；炷帘砻鏋⑺B(yǎng)護(hù)工藝，一定在混凝土終凝后發(fā)熱前不要到峰值出現(xiàn)時進(jìn)行。終凝前過早的養(yǎng)護(hù)對混凝土強(qiáng)度發(fā)展有害無益。并以灑水養(yǎng)護(hù)濕草簾進(jìn)行保濕為主，或塑料簿膜覆蓋保濕。2.2、沉降收縮裂縫

2.2.1現(xiàn)象在混凝土澆筑后1～3h，裂縫多沿結(jié)構(gòu)上表面鋼筋通長方向或箍筋上斷續(xù)出現(xiàn)，或在埋設(shè)件的附近周圍出現(xiàn)，裂縫中部較寬、兩端較窄、呈梭狀呈棱形，寬度不等，裂縫的深度通常達(dá)到鋼筋上表面。多在混凝土澆筑后發(fā)生，混凝土硬化后即停止。2.2.2原因分析這種裂縫產(chǎn)生的原因主要是混凝土保護(hù)層過薄，混凝土坍落度過大、流動性過大，混凝土過振造成離析分層，粗骨料下沉、水泥漿上浮。上浮的水泥漿導(dǎo)致混凝土表面收縮率增大，致使混凝土表面出現(xiàn)裂縫。下沉的粗骨料被鋼筋阻隔而產(chǎn)生不均勻下沉，致使被阻隔的部位出現(xiàn)裂縫。2.2.3沉陷裂縫的防治措施嚴(yán)格按照混凝土設(shè)計配合比攪拌混凝土，混凝土攪拌時間要適當(dāng)，時間過短、過長都會造成拌合物均勻性變壞而增大沉陷。要嚴(yán)格控制混凝土單位用水量，在滿足泵送和澆筑要求時，宜盡可能減少坍落度；混凝土澆筑時，下料不宜太快，防止堆積或振搗不充分。由于上部鋼筋阻擋混凝土沉降不均產(chǎn)生的裂紋，做好混凝土的養(yǎng)護(hù)工作，在混凝土達(dá)到終凝前必須完成二次抹面、收漿、壓實(shí)的工序。若等到混凝土終凝后，在灑水抹面，但裂縫已經(jīng)形成。對混凝土進(jìn)行二次抹壓程序。在炎熱的夏季和大風(fēng)天氣，采取緩凝或覆蓋等措施，減少因表層水分迅速蒸發(fā)而形成的內(nèi)外硬化不均勻而造成的裂縫?；炷劣不蟊ＫB(yǎng)護(hù)不低于七天，頭三天是很重要，第一天是關(guān)鍵。2.3板面45o斜裂縫2.3.1現(xiàn)象在兩個相交的外墻角處的現(xiàn)澆樓板，時常會出現(xiàn)與兩個外墻呈45o的條形裂縫。裂縫與外墻角垂直距離在50～100cm，寬度0.1～0.3mm左右，中間寬兩端窄，端頭消失在梁邊，多數(shù)是沿樓板厚度的貫穿性裂縫。這種裂縫對多層住宅從第3層開始到頂層為常見，沿各樓層45o夾角裂縫在頂層從上部樓層比下部樓層裂縫的寬度要大，越往下層，裂縫寬度逐漸減小，直至消失。2.3.2

45o裂縫產(chǎn)生的原因這種裂縫產(chǎn)生的原因是：由于氣溫高，混凝土水灰比大和養(yǎng)護(hù)不良，快速失水形成的收縮裂縫，另外因框架梁、柱的相對剛度大，約束了板的自由收縮而形成與墻體45o的板角裂縫。2.3.3控制措施現(xiàn)行設(shè)計規(guī)范側(cè)重于滿足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，在樓板的配筋量和構(gòu)造配筋方面較少考慮混凝土收縮性和溫差變形等多種因素，尤其是未考慮在平面變化處（如陽角）的配筋，應(yīng)采用雙向雙層加密或設(shè)置放射筋等措施，在施工過程中注意保濕、保溫養(yǎng)護(hù)，減少內(nèi)部應(yīng)力。3.梁柱的裂縫3.1梁側(cè)面豎向裂縫和龜裂縫豎向裂縫一般沿梁長度方向基本等距，呈中間大兩頭小的趨勢，深度不一，嚴(yán)重時裂縫深度可達(dá)100～200mm，更嚴(yán)重時則出現(xiàn)穿透裂縫；龜裂縫沿梁長非均勻分布，裂縫深度淺，為表層裂縫，多在梁上下表面邊緣出現(xiàn)。豎向裂縫產(chǎn)生的原因是混凝土養(yǎng)護(hù)時澆水不夠，特別是在拆模后未做潮濕養(yǎng)護(hù)，夏季施工容易發(fā)生，是一種干縮裂縫；龜裂縫產(chǎn)生的原因是模板澆水不夠，特別是采用未經(jīng)水濕透的模板時，容易產(chǎn)生這類裂縫。3.2柱子水平裂縫和水紋裂縫這類裂縫特征是一般都在拆?；虿鹉：蟀l(fā)生。水紋裂縫多沿柱四角出現(xiàn)，多為不規(guī)則龜裂裂紋；嚴(yán)重者則沿柱高每個一段距離出現(xiàn)一條橫向裂縫，這種裂縫寬度大小不一，小的如發(fā)絲，嚴(yán)重的縫寬可達(dá)2～3mm，裂縫深度一般不超過30mm，屬于塑性收縮裂縫。裂縫產(chǎn)生的主要原因有：一是木模板干燥吸收了混凝土的水分，致使產(chǎn)生水紋裂縫；其二是未經(jīng)行充分潮濕養(yǎng)護(hù)，致使產(chǎn)生橫向裂紋。3.3梁、柱裂縫的控制措施梁、柱、墻的養(yǎng)護(hù)存在著困難，灑水不易保留。成功的經(jīng)驗(yàn)是:柱子在折模澆透水后，用塑料薄膜包裏，而梁與墻的養(yǎng)護(hù)可用噴涂養(yǎng)護(hù)劑的方法。養(yǎng)護(hù)劑是一種高分子塑料乳液，噴涂于梁、墻結(jié)構(gòu)的表面，待乳液中水份蒸發(fā)后，相當(dāng)于包裹一層半滲透性的塑料簿膜，可阻止水份蒸發(fā)。利用混凝土自身多余的水份，起到自養(yǎng)護(hù)作用，可不必再灑水養(yǎng)護(hù)。4.裂縫處理一般網(wǎng)狀小裂縫盡量在梁板結(jié)構(gòu)做面層時將其消除，水泥砂漿中加入防水劑、膨脹劑防止?jié)B漏和鋼筋銹蝕。如果裂縫較深可采用灌注法或防水涂料處理。（1）灌注法①第一種方法：采用冶金部建筑科學(xué)院工程裂縫處理中心研制的自動低壓灌漿器及配套AB灌漿樹脂，處理0.05～3mm裂縫。該設(shè)備采用6kg彈簧作壓力源，可在無電源、有障礙、高空環(huán)境下作業(yè)。②第二種方法：自配環(huán)氧樹脂注漿法a.材料準(zhǔn)備。環(huán)氧樹脂、稀釋液（一般為丙酮）、固化劑（乙二胺因有毒和刺激性氣體，現(xiàn)不在采用）、獸用20mL針管和針頭。b.注漿液配制。環(huán)氧樹脂加溫至30℃，環(huán)氧樹脂加