裂縫產(chǎn)生的原因及防治措施

對鋼筋混凝土梁裂縫的分析與解決裂縫是固體材料中的某種不連續(xù)現(xiàn)象，屬于材料強度理論范疇。工程裂縫現(xiàn)象是各類建(構)筑物中普遍存在的一種質(zhì)量缺陷。裂縫及其擴展是結構破壞和倒塌的先兆，裂縫減少了結構的承載力，裂縫引起鋼筋銹蝕、混凝土碳化、保護層脫落、滲漏及構件持久強度的減少等。對混凝土的細觀研究及工程實踐證明，裂縫是難于避免的，是一種材料特性，如對建筑物抗裂規(guī)定過高，將會付出巨大的經(jīng)濟代價。結構設計是以極限承載力為基礎，但大多數(shù)工程的合用標準卻是由裂縫控制，世界上絕大多數(shù)國家都是以其經(jīng)濟能力來決定對建筑物裂縫控制的寬嚴限度。裂縫按成因分為主應力裂縫、次應力裂縫和變形(溫度、濕度、地基變形)裂縫；按形狀分為表面裂縫、貫穿裂縫、豎向裂縫、水平裂縫、斜裂縫、外寬內(nèi)窄裂縫、上寬下窄裂縫、上窄下寬裂縫、棗核形裂縫和對角線式裂縫；按裂縫擴展狀態(tài)分為愈合裂縫、閉合裂縫、運動裂縫、穩(wěn)定裂縫和不穩(wěn)定裂縫。

按極限狀態(tài)設計理論，工程設計必須滿足承載力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)。承載力極限狀態(tài)是建筑物安全需要，正常使用極限狀態(tài)是從生產(chǎn)、生活、精神方面的規(guī)定?；炷两Y構最大裂縫寬度控制標準根據(jù)環(huán)境和使用條件來制定(無腐蝕介質(zhì)、無防滲規(guī)定期為0.3—0.4mm；輕微腐蝕、無防滲規(guī)定期為0.2—0.3mm；嚴重腐蝕、有防滲規(guī)定期為0.1—0.2mm)。普通鋼筋混凝土構件內(nèi)力接近30％極限荷載(混凝土應力達成抗拉強度、鋼筋應力達成50一60MPa)時出現(xiàn)裂縫，裂縫寬度在0.05—0.1mm，這種裂縫不影響結構安全，還可承受70％-一80％極限荷載；許多工程的梁式結構、框架結構僅在自重作用下出現(xiàn)受拉區(qū)開裂或剪力區(qū)主拉應力裂縫；有的因拆模過早、抗拉強度局限性，裂縫是常見的，但其極限承載力不會減少，總的安全度不變。變形裂縫較多余現(xiàn)在剛架、特種結構、組合結構等超靜定結構中，但這類結構承載力安全儲備充足，韌性良好，能適應較大變形而不致倒塌。解決這類裂縫時，可根據(jù)裂縫出現(xiàn)后應力衰減情況從寬控制。

實踐表白，有些裂縫是無害的，或者其害處是可為人類所控制的。對工程結構裂縫特性、機理和控制的研究，是有現(xiàn)實意義的。雖然，國內(nèi)外的專家、學者在這方面積累了一些經(jīng)驗和技術資料，但尚嫌局限性，為此，本文作者經(jīng)長期系統(tǒng)地實驗和整理，并提高到理論高度進行了綜合分析。現(xiàn)就對于混凝土梁裂縫特性、開裂因素的分析和裂縫解決方法總結如下。2鋼筋混凝土梁式構件裂縫與解決

2．1鋼筋混凝土梁側(cè)面豎向裂縫和龜裂縫鋼筋混凝土梁側(cè)面豎向裂縫和龜裂縫如圖1所示。這類裂縫特性：豎向裂縫一般沿梁長度方向基本等距，裂縫高度多在梁高中部，呈中間大兩頭小的趨勢，深淺不一，嚴重時，裂縫深度可達100—200mm，更嚴重時，則出現(xiàn)穿透裂縫；龜裂縫多在梁上下邊沿出現(xiàn)，且沿梁長非均勻分布，裂縫深度淺，為表層裂縫。開裂因素：產(chǎn)生豎向裂縫的因素是混凝土養(yǎng)護時澆水不夠，特別是在拆模后未做潮濕養(yǎng)護，夏季施工時易于發(fā)生，是一種干縮裂縫；產(chǎn)生龜裂縫的因素是模板澆水不夠，特別是采用未經(jīng)水濕透的木模時，容易產(chǎn)生這種裂縫?？刂平鉀Q：對這類裂縫，裂縫寬度小于0.1mm的可不解決；裂縫寬度為0.1～0.3mm的作表面封閉解決；裂縫寬度為0.3～1.0mm的可用環(huán)氧樹脂漿液灌注；裂縫寬度大于1．0mm的可用微膨脹水泥漿液修補，修補前，應在裂縫表面涂刷一層水泥漿界面劑。對比較嚴重的龜裂縫，因其混凝土強度較低，甚至出現(xiàn)剝皮掉角現(xiàn)象，則應將疏松部分清除并鑿毛，用高強度水泥砂漿嵌補。

鋼筋混凝土梁水平順筋裂縫如圖2所示。這類裂縫特性：裂縫與鋼筋方向一致，較多余現(xiàn)在已交工使用一段時間后的鋼筋混凝土梁上，隨著時間的推移，有逐漸發(fā)展的趨勢。裂縫因素：鋼筋銹蝕、氧化鐵膨脹所致，更進一步是混凝土保護層過薄，使用了含氯外加劑，使用環(huán)境中富含腐蝕性氣體或液體侵入混凝土，工業(yè)廠房中常見這種裂縫。鋼筋混凝土梁水平順筋裂縫會導致鋼筋和混凝土之間的粘結率減少，甚至危及結構安全和耐久性，因此，需進行補強加固解決。防止措施涉及：設計時，考慮加大保護層厚度；施工時，將鋼筋骨架固定好后，主筋下部加墊塊，保證混凝土保護層厚度；使用不含氯化物的外加劑；對鋼筋混凝土梁做好防腐解決并做好維護。

加固解決：一般情況下，先將裂縫用環(huán)氧膠泥嵌補，然后，采用外包型鋼加固、外包鋼筋混凝土套加固、預應力水平拉桿加固、預應力下?lián)问嚼瓧U加固、粘鋼加固等技術措施進行加固解決。2．3鋼筋混凝土梁集中荷載處的裂縫鋼筋混凝土梁集中荷載處的裂縫如圖3所示。這類裂縫特性：在次梁與主梁交接處，次梁下面兩側(cè)出現(xiàn)斜向裂縫，屬荷載作用裂縫。裂縫因素：設計或施工混凝土強度過低，設計加密箍筋或吊筋配筋局限性，施工時鋼筋上移。防止措施：按規(guī)范規(guī)定設計橫向鋼筋，施工時，應保證混凝土施工質(zhì)量和鋼筋定位準確。這類裂縫通常需進行加固解決。解決方法：采用粘鋼板加固技術措施進行加固解決。

2．4鋼筋混凝土主梁兩端上部斜裂縫

鋼筋混凝土主梁兩端上部斜裂縫如圖4所示。這類裂縫特性：裂縫分布在主梁兩端上部，呈斜向裂縫，裂縫寬度表現(xiàn)為上口大下口小裂縫多在交工使用后出現(xiàn)。裂縫因素：主梁兩端有較強約束導致，如薄腹梁兩端上部有剛性較大的天窗架，由于天窗架與薄腹梁兩端預埋件焊牢，則當薄腹主梁在荷載作用下變形時，在梁兩端產(chǎn)生一定的彎矩和剪力，導致梁端出現(xiàn)裂縫。防止措施：在梁端配置一定數(shù)量的構造鋼筋。解決方法：一般情況下，采用粘鋼加固技術措施進行加固解決。

2．5鋼筋混凝土連續(xù)梁負彎矩裂縫

鋼筋混凝土連續(xù)梁負彎矩裂縫如圖5所示。這類裂縫特性：裂縫出現(xiàn)在近支座部位或主次梁交接部位，裂縫寬度上大下小，至梁下口受拉主筋處閉合。裂縫因素：鋼筋混凝土梁上口負彎矩過大，導致負彎矩受拉區(qū)開裂。防止措施：在梁端配置一定數(shù)量的構造鋼筋。解決方法：采用粘鋼加固技術措施進行加固解決。2．6鋼筋混凝土梁垂直裂縫和斜裂縫

鋼筋混凝土梁垂直裂縫和斜裂縫如圖6所示。這類裂縫特性：垂直裂縫多余現(xiàn)在梁跨中部位，鋼筋混凝土梁垂直裂縫和斜裂縫多余現(xiàn)在梁兩端；這類裂縫多在施工階段或使用階段出現(xiàn)，屬典型的荷載裂縫。裂縫因素：重要有設計和施工兩個方面的因素，設計截面尺寸選擇不妥、正截面受拉主筋配筋局限性、斜截面橫向箍筋配筋局限性等因素，均可導致產(chǎn)生鋼筋混凝土梁垂直裂縫和斜裂縫；施工時，混凝土實際強度偏低、受拉主筋上浮移位或少放、斜截面橫向箍筋少放、施工荷載超載等因素，也會導致產(chǎn)生鋼筋混凝土梁垂直裂縫和斜裂縫；使用荷載過大，也會產(chǎn)生這類裂縫。鋼筋混凝土梁垂直裂縫和斜裂縫是典型的荷載裂縫，嚴重時，將危及結構安全使用，因此，需查明產(chǎn)生裂縫的因素，針對不同情況和危害限度進行補強加固解決。解決方法：一般情況下，先將裂縫用環(huán)氧膠泥嵌補，然后，采用外包型鋼加固、外包鋼筋混凝土套加固、預應力水平拉桿加固、預應力下?lián)问嚼瓧U加固、粘鋼加固、u形箍加固等技術措施進行加固解決。

2．7鋼筋混凝土梁受壓區(qū)裂縫鋼筋混凝土梁受壓區(qū)層狀裂縫如圖7所示。這類裂縫特性：裂縫出現(xiàn)在鋼筋混凝土梁受壓區(qū)附近，水平裂縫和垂直裂縫交織，形成網(wǎng)狀。裂縫因素：鋼筋混凝土梁受壓區(qū)配筋局限性，設計截面尺寸選擇不妥；施工時，混凝土實際強度偏低，受壓區(qū)主筋下浮移位或少放，施工荷載超載，使用荷載過大，也會產(chǎn)生這類裂縫。鋼筋混凝土梁受壓區(qū)層狀裂縫，是典型的荷載裂縫，嚴重時，將危及結構安全使用。解決方法：一般情況下，在受壓區(qū)采用粘鋼加固技術措施進行加固解決。

2．8鋼筋混凝土圈梁、框架梁、基礎梁斜裂縫

這類裂縫特性一般呈斜向裂縫，較集中在跨中部位，但有時也也許出現(xiàn)在端部(如框架梁)，且貫穿整個梁高。裂縫因素：重要是基礎不均勻沉降所引起，裂縫高端指向地基不均勻沉降方向。圖8所示鋼筋混凝土圈梁、框架梁、基礎梁斜裂縫，是比較典型的基礎不均勻沉降裂縫，嚴重時，將危及建筑物安全使用。因此，在解決這類裂縫以前，一方面應查明基礎下沉的因素，并采用措施保證地基不再繼續(xù)下沉，再進行補強加固解決。解決方法：采用外包型鋼加固和粘鋼板加固技術措施進行加固解決。2．9鋼筋混凝土屋面梁溫度裂縫

對176根屋面大梁檢查，其中，82根薄腹梁、88根花籃梁、6根預制裝配梁均有貫穿性裂縫。用矩形梁和花籃梁比對實驗，結果矩形梁因表面用油氈隔離、屋面板熱膨脹而梁溫度應力極小而未開裂，花籃梁開裂。裂縫形態(tài)如圖9所示。A型裂縫，因素是梁的跨度大而配筋率較小，裂縫一直延伸到梁底，裂縫間距0.7～1.0m左右，跨中集中，最大寬度1～2mm，大梁初看很危險，其實裂縫對大梁撓度的增長相對于正常使用荷載下的撓度仍很小。B型裂縫重要出現(xiàn)在跨度較小、配筋率較高的大梁上，裂縫寬度較小，間距0.7～1.0m左右，形狀兩頭小中間大。C型裂縫重要出現(xiàn)在跨度小、配筋高的大梁上，裂縫寬度小于0.3mm，間距一般均在0.7～1.0m左右，裂縫位置均在主筋以上。治理方案：可增長屋面大梁的配筋率，縮小開間，在梁底端部增長正彎矩鋼筋在梁的腹部增長溫度筋，梁板問用油氈作隔離層，消除溫度應力的影響，裂縫超過規(guī)范規(guī)定期，則用粘接材料修補，以免鋼筋銹蝕。

3小結

以上對工程中常見的鋼筋混凝土梁式結構裂縫進行了歸納，對其裂縫特性、開裂因素、防止措施和治理方法進行了總結，對鋼筋混凝土梁式結構裂縫控制技術的研究，在實際過程中積極防止，對已出現(xiàn)的質(zhì)量問題有針對性的進行解決，保證工程施工質(zhì)量。一、引起混凝土開裂的因素：混凝土作為一種復合型的建筑材料，自身就具有不連續(xù)性，所以裂縫是其與生俱來的本性，混凝土結構帶裂縫工作是業(yè)界的共識，裂縫產(chǎn)生的因素多種多樣，但是裂縫寬度應當加以控制，一般寬度較大的肉眼可見裂縫以及貫穿截面也許引起滲漏的裂縫，由于已經(jīng)影響到使用功能觀感、密封和耐久性，作為質(zhì)量缺陷應當加以解決。

形成可見裂縫的因素錯綜復雜，從技術的角度大體有以下幾個方面：

設計不妥引起的裂縫；②、混凝土材料自身缺陷引起的裂縫；③、施工質(zhì)量問題引起的裂縫；④、使用和維護不妥引起的裂縫；⑤、受到環(huán)境侵蝕而產(chǎn)生的耐久性裂縫；⑥、偶爾作用后產(chǎn)生的殘余裂縫；二、混凝土開裂的機理：混凝土結構裂縫問題，通常是指混凝土結構表面出現(xiàn)的開裂現(xiàn)象，這是由混凝土內(nèi)部的微裂縫通過外部作用發(fā)展而形成的，其中外部作用涉及兩個方面，一是外部荷載對混凝土結構的直接作用；二是混凝土收縮、溫差、逼迫位移等間接作用?；炷两Y構表面的可見裂縫，是由上述外部作用引起內(nèi)部微裂縫發(fā)展、延伸的結果?；炷敛煌阡摬?、木材或其他建筑材料，它是多相體的非勻質(zhì)材料。由于組成成分的多樣化，以及特殊的結構成型方式，決定了其不可避免地會存在裂縫，并且在正常情況下，混凝土結構事實上是帶裂縫承載受力的。三、荷載作用引起的裂縫：混凝土結構承受外界荷載作用，并在構件內(nèi)部引起各種內(nèi)力-拉、壓、彎、剪、扭、局壓、沖切等。然而，對于混凝土內(nèi)部應力場中的任何微小單元而言，其均可分解為拉應力和壓應力兩種內(nèi)應力狀態(tài)，并且可以作出應力場中互相垂直的主拉應力跡線和主壓應力跡線。彎曲裂縫：表現(xiàn)為次梁或集中荷載下局部區(qū)域八字形裂縫，形成因素，主梁截面較小，混凝土強度不卟，局部配筋局限性，混凝土受拉開裂。斜壓裂縫：當剪跨比較小時，如截面薄弱且混凝土強度局限性，則往往在對剪力之間發(fā)生斜壓裂縫。裂縫由集中荷載處直接傳向支座，隨著荷載增長，由于混凝土承載力局限性而導致發(fā)生若干沿壓肢方向的平行、短小、間斷的斜壓裂縫，最后導致混凝土壓毀而喪失承載能力。破壞具有一定的脆性性質(zhì)。剪切裂縫：剪裂縫是由剪切應力形成的裂縫。剪壓裂縫：剪壓破壞衡量的是受彎構件斜截面承載能力。這種破壞一般發(fā)生在剪跨比適中（1≤γ≤3），箍筋配置數(shù)量適當，截面尺寸也合適的梁中。一方面在剪彎段的受拉區(qū)出現(xiàn)一些垂直裂縫和細微斜裂縫，當荷載增長到一定強度時，就會出現(xiàn)一條又寬又長的主裂縫，稱為臨界斜裂縫在結構混凝土施工過程中，混凝土表面常會出現(xiàn)各種病害，其中混凝土裂縫是很普遍的結構性病害之一。它不僅影響結構的美觀，也會減少結構混凝土的強度，影響結構的使用性能和使用壽命，給人們的生活、生產(chǎn)帶來不便。因此，對引發(fā)結構混凝土裂縫的成因進行分析、歸納及采用防止措施很有必要。

1裂縫的成因

在施工和使用過程中，引起建筑混凝土結構開裂的因素很多，當發(fā)生溫度和濕度變化、結構受荷、地基不均勻沉降、施工方式不妥時，都非常容易產(chǎn)生裂縫，具體因素有以下幾方面：

1.1

設計構造

在設計時考慮不周，結構構件斷面突變或因開洞、留槽引起應力集中；在構造解決不妥時，現(xiàn)澆主梁在擱次梁處假如沒有設立附加箍筋或附加吊筋；以及各種結構縫設立不妥等因素均容易導致混凝土開裂。

1.2

地基變形

建筑工程基礎不均勻沉降是導致鋼筋混凝土開裂的重要因素：

①房屋建于土質(zhì)差別較大或軟弱土質(zhì)上。

②建筑物基礎深淺不一。

③房屋相鄰部分的高度、荷重、結構剛度差別較大。

④建筑物平面形狀復雜、立面變化過大、長度過大等因素導致基礎不均勻沉降。裂縫的大小、形狀、方向與地基變形的情況有關，由于地基變形的應力相對較大，使得裂縫一般是貫穿性的，危害較大。

1.3

施工方面

施工工藝不妥是導致鋼筋混凝土開裂的另一個重要因素。由于施工因素導致裂縫出現(xiàn)的因素很多，重要有：

①水泥、砂、石等質(zhì)量不好是引起裂縫較常見的因素。若工程上用了這些不合格的材料就會導致“豆腐渣工程”，所以說只有把好材料的質(zhì)量關，工程質(zhì)量才會在主線上得到保證。

②混凝土是一種人造混合材料，其質(zhì)量好壞的一個重要標志是成型后混凝土的均勻性和密實限度。因此混凝土的攪拌、運送、澆灌、振實各道工序中的任何缺陷和疏漏，都也許使裂縫產(chǎn)生的直接或間接因素。

③水分蒸發(fā)、水泥結石和混凝土干縮通常是導致混凝土裂縫的重要因素?；炷琉B(yǎng)護，特別是初期養(yǎng)護質(zhì)量與裂縫關系密切。初期表面干燥可使其內(nèi)外溫度較大更容易產(chǎn)生裂縫。

④模板構造不妥，漏水、漏漿、支撐剛度局限性、支撐的地基下沉、過早拆模等都有也許導致混凝土開裂。施工過程中，鋼筋表面污染，混凝土保護層太大或太小，澆灌中碰撞鋼筋使其移位等都也許引起裂縫。1.4

結構受荷

在施工中和使用中由于結構受荷都也許出現(xiàn)裂縫。例如初期受震、構件堆放、運送、吊裝時的墊塊或吊點位置不妥、施工超載、張拉應力值過大等均也許產(chǎn)生裂縫。而最常見的是鋼筋混凝土梁、板等受彎構件，在使用荷載作用下往往出現(xiàn)不同限度的裂縫。普通鋼筋混凝土構件在承受了30-40%的設計荷載，就也許出現(xiàn)裂縫，肉眼一般不能察覺，而構件的極限破壞荷載往往都在設計荷載的1.5倍以上。所以在一般情況下鋼筋混凝土構件是允許帶裂縫工作的（這類裂縫也稱為無害裂縫）。在鋼筋混凝土設計規(guī)范中，分別不同情況規(guī)定裂縫的最大寬度為0.2-0.3mm，對那些寬度超過規(guī)范規(guī)定的裂縫，以及不允許開裂的構件上出現(xiàn)裂縫則是有害的，需加以認真分析，慎重解決。

1.5

溫濕度變化

當溫度變化時，由于材料熱脹冷縮，房屋各部分構件將產(chǎn)生各自不同的變形，引起彼此制約而產(chǎn)生應力。因屋面混凝土與墻體的線膨脹系數(shù)不一致，屋面變形較大，當屋蓋和墻體之間構造解決不妥，會使墻體受拉，當其剪力和拉應力大于砌體的抗剪抗拉強度時，產(chǎn)生溫差裂縫。普通混凝土在空氣中硬結，濕度發(fā)生變化時，體積會有所收縮，由此而在構件內(nèi)產(chǎn)生拉應力，在初期混凝土強度較低時，混凝土收縮值最大。因此，若構件初期養(yǎng)護不良，極易產(chǎn)生收縮裂縫。

2裂縫的控制措施

2.1

設計方面

①設計中的“抗”與“放”。在建筑設計中應解決好構件中“抗”與“放”的關系。所謂抗就是處在約束狀態(tài)下的結構，沒有足夠的變形余地時，為防止裂縫所采用的有力措施，而所謂放就是結構完全處在自由變形無約束狀態(tài)下，有足夠變形余地時所采用的措施。設計人員應靈活地運用抗放結合、或以抗為主、或以放為主的設計原則來選擇結構方案和使用的材料。

②設計中應盡量避免結構斷面突變帶來的應力集中。如因結構或造型方面因素等而不得以時，應充足考慮采用加強措施。

③積極采用補償收縮混凝土技術。在常見的混凝土裂縫中，有相稱部分都是由于混凝土收縮而導致的。要解決由于收縮而產(chǎn)生的裂縫，可在混凝土中摻用膨脹劑來補償混凝土的收縮，實踐證明，效果是很好的。

④重視對構造鋼筋的結識。在結構設計中，設計人員應重視對于構造鋼筋的配置，特別是于樓面、墻板等薄壁構件更應注意構造鋼筋的直徑和數(shù)量的選擇。

⑤對于大體積混凝土，建議在設計中考慮采用60天齡期混凝土強度值作為設計值，以減少混凝土單方用灰量，并積極采用各類行之有效的混凝土摻合料。

2.2

材料選擇和混凝土配合比設計方面

①根據(jù)結構的規(guī)定選擇合適的混凝土強度等級及水泥品種、等級，盡量避免采用早強的水泥。

②選用級配優(yōu)良的砂、石原料，含泥量應符合規(guī)范規(guī)定。

③積極采用摻合料和混凝土外加劑。摻合料和外加劑目的已作為混凝土的第五、六大組份，可以明顯地起到減少水泥用量、減少水化熱、改善混凝土的工作性能和減少混凝土成本的作用。④對的掌握好混凝土補償收縮技術的運用方法。對膨脹劑應充足考慮到不同品種、不同摻量所起到的不同膨脹效果。應通過大量的實驗擬定膨脹劑的最佳摻量。

⑤模板構造要合理，以防止模板間的變形不同而導致混凝土裂縫；模板和支架要有足夠的剛度，防止施工荷載作用下，模板變形過大導致開裂，合理掌握拆模時機，拆模時間不能過早，應保證早齡期混凝土不損壞或不開裂