钢筋混凝土结构裂缝的危害、原因与防治

    黄飞勇

    摘要：在钢筋混凝土结构的建设和使用过程中,出现裂缝而影响工程质量屡见不鲜。本文分析了钢筋混凝土结构物裂缝的种种危害以及产生的原因，并进一步提出了区分结构性裂缝和非结构性裂缝的防治措施。

    关键词：钢筋混凝土; 裂缝; 原因; 防治措施

    钢筋混凝土结构在工业与民用建筑、桥梁隧道、高速公路、水工大坝、海洋平台等工程项目中，得到了广泛的应用。然而，在实际工程中, 钢筋混凝土结构的裂缝经常可见。 裂缝的存在一方面影响了结构的美观和正常使用；另一方面削弱了结构的刚度和整体性, 导致工程事故的发生。本文着重对引发钢筋混凝土裂缝的危害和原因进行归纳, 并提出相应的预防和处理措施, 旨在对某些容易忽视的问题引起重视。

    1 裂缝的危害

    钢筋混凝土结构物一旦产生裂缝，对本身会产生安全上及使用上的影响。外部环境的有害成分侵入，会使裂缝部分持续扩大及?化，造成使用性能的降低，而导致使用寿命的缩短，甚至会影响结构物的安全性。

    1.1 对结构强度的影响

    结构物裂缝发生后，其本身的刚性、剪力强度、拉力强度、抗弯强度?会降低，并可能导致结构?为发生应力重分配，造成进一步的破坏。裂缝严重时，可能会使构材掉落而造成危害。

    1.2 对耐久性能的影响

    裂缝对耐久性的影响，最主要的是加速混凝土中性化，使钢筋腐蚀速度变快，并因漏水、渗水，造成发霉、渗斑而使得保护层剥落，而缩短结构物的使用年限。

    1.3 对气密性能的影响

    裂缝对于气密性能的破坏，主要是针对需要高气密性能的结构物而言的，如医院、核电厂，或一些疫苗培植性能的结构物。一旦发生裂缝，就会造成气密性降低，造成辐射线或疫苗菌类外泄，影响到人们的安全。

    2 裂缝的原因分析

    钢筋混凝土结构物裂缝形成的因素有许多，如干缩、温度效应、外力超载或施工?当等都会产生裂缝。

    2.1 塑性收缩裂缝

    混凝土由水泥、细骨材、粗骨材及水拌合而成，由于水与水泥的水化产生胶结作用，将粗细骨材连成一体，从而产生混凝土的强度。混凝土浇置后在凝固前呈现软性或塑性状态。拌合水化作用开始，混凝土表面曝露于大气间，混凝土表面的水分开始蒸发，并导致混凝土干缩。混凝土表面温度及风速均影响表面水分蒸发产生干缩的程度，因此混凝土内部与外表由于干缩差异，使混凝土的表面产生拉应变，如果此种干缩的差异发生在混凝土灌注之后，强度尚未完全形成时，混凝土将由于塑性收缩所造成的应变而产生破裂。

    2.2 塑性沉陷裂缝

    这种裂缝是钢筋混凝土结构早期裂缝之一，发生原因为混凝土在浇置、抹平后骨材会继续下沉，当骨材下沉受到局部阻碍时（如钢筋或其它埋设物），导致邻近对象产生孔隙或裂缝。

    2.3 干缩裂缝

    干缩裂缝是因为混凝土体积干缩变化并且收缩受到外部约束的影响。假使混凝土收缩未受到限制，则裂缝?会产生。但当收缩发生且受限制时，混凝土内部会形成拉应力，当拉应力超过混凝土强度时，裂缝就产生了。

    2.4 温度裂缝

    混凝土浇置后由于水化热的消散速度?同，使内部造成温差，此温差会导致?同的体积变化，而产生拉应力，当此拉应力超过混凝土抗拉度时，即会产生裂缝。

    2.5 沉陷裂缝

    对某些结构物而言，不均匀支承与基础沉陷或沉陷超过容许范围，都容易使得结构物产生额外的弯曲与剪力裂缝，这种裂缝是设计时无法考虑和预计的。

    2.6 气候因素

    造成混凝土龟裂的因素包括温湿度作用及冻融现象等。湖南等南方地区，虽然冻融现象发生的几率?大，但在温湿度方面却有很大影响，因此必须加以重视；通常温湿度作用所呈现的裂缝型态为八字型裂缝，其原因可能为结构物受日照后混凝土膨胀的结果。

    2.7 钢筋腐蚀

    钢筋腐蚀是一种电化学过程，此过程需要氧气、水份及具阴阳极反应等化学反应。钢筋腐蚀时相伴产生的生成物体积比钢筋体积要大，甚至可高达7倍，因此钢筋锈蚀膨胀后会对混凝土产生推挤，使混凝土受到拉力。当腐蚀生成物累积至某种程度时，混凝土表面裂缝?无法避免。随着钢筋生锈渐多，钢筋与混凝土间的握裹力便逐渐消失，最后导致混凝土剥落。

    2.8 碱质反应

    混凝土内水泥碱性物与骨材中活性二氧化硅在足够湿气及温度的环境催化下将产生一种膨胀性化学反应，即称碱质反应。此反应将造成混凝土衍生膨胀应变，从而使结构物劣化。

    2.9 超载、设计、施工不当

    结构物构件有一定的容许载重力。因此，超载势必会使得结构物产生额外的裂缝。设计错误将造成结构物严重龟裂，甚至发生重大事故。例如钢筋用量不足、不当配置等因素，均可能造成结构物龟裂；施工作业?当同样会导致混凝土龟裂，最常见的现象为，混凝土浇置时添加水量，此时，不但增加干缩及沉陷裂缝发生的几率，更降低了混凝土原本的设计强度。养护时间不够、模板支撑力?足及施工缝设置不当都会使得混凝土产生裂缝。

    2.10 氯离子含量过高

    钢筋混凝土结构物中的钢筋，一般均在碱性环境下，故不会产生腐蚀，但当氯离子含量高于一定程度时，虽在碱性环境下也会发生腐蚀，钢筋生锈之临界氯离子含量，依混凝土配比及环境条件而异。

    3 裂缝的防治措施

    对裂缝的防治应根据裂缝发生的原因、大小、部位、结构的受力情况和使用要求, 区别对待, 以便采用正确的处置方法。钢筋混凝土结构物龟裂损坏一般可分为结构性龟裂与非结构性龟裂两种。结构性龟裂是指，因结构体损害导致结构体龟裂、大变形，危及结构安全等情形；而非结构性龟裂是指混凝土结构物表面细微发状裂痕、沿埋设管物裂痕、两种?同材?装修粉刷裂缝等情形。结构性裂缝的防治目的在于提高结构或构件的承载力、刚度、稳定性和耐久性。非结构性裂缝可根据结构耐久性和使用方面的要求, 采取修补措施即可。具体措施有：

    尽量争取在昼夜温差较小的季节施工，否则应采取保温和防晒措施，充分养护，使温度的变化控制在最小范围，不使其升温过高及干燥。在遇强风时应比平时尽快采用特殊的养护预防干燥收缩裂缝。

    严格按水泥、水、砂、石的配合比计量上料，规定正确搅拌时间。选用水化热量小、铝酸钙含量较低的水泥，这样可降低水泥、水化热带来的内部温度，降低水化热峰值。选用优质的减水剂及级配良好的骨料，尽量减少单位用水量，并尽可能选用低的砂率，减少泛浆和混凝土的收缩量。

    混凝土面板在铺筑完后尽可能早地切割，如因故不能做到时，可采用跳档切割，每隔4～5条缝先切一缩缝，然后再返回切余下的缝。

    在混凝土路面浇筑前给水泥石粉层和模板适量洒水，减少基层顶面摩阻力。使用长时间在日光下曝晒的干燥骨料时，也要充分洒水湿润，在混凝土表面修整过程中，要避免强烈的日光直射，不使温度上升很大和出现干燥，风还大时要提前养护。

    正确处理施工缝。在施工时缝应尽可能与胀缝或缩缝重合。最好是胀缝，因为即使施工缝不直时也可通过切割将不直处除掉。虽然要求尽量不设施工缝，但在施工常遇到不可避免的原因，如停电、机械故障、暴雨等因素不得不设置施工缝时、因时间差、施工缝两边浇筑的混凝土凝固、收缩不一致，肯定会产生裂缝，故应有应付突发事变的能力，尽量避免发生施工缝或合理安排施工缝，也可减少板块裂缝的产生。

    结语

    钢筋混凝土构造物裂缝往往造成许多困扰，轻则影响结构物外观，重则危及构造物安全。一般工程上，均视混凝土结构物上细微发状裂缝为结构物重大缺陷。实际上，裂缝多半是由于载重前的自身应力及约束应力引起的。对混凝土裂缝的分析, 不仅要明确裂缝的危害，分析裂缝产生的原因, 更要求我们从设计上和施工上总结经验教训, 去预防裂缝的发生。

    参考文献

    [1]江见鲸,陆新征,叶列平,混凝土结构有限元分析[M],北京: 清华大学出版社,2005.

    [2]David Darwin,Shawn Barham and Shuguang Luan，Fracture Energy of High-Strength Concrete [J]，ACI METERIALS JOURNAL，2006,43(3):410-416.

    [3]赵春生, 混凝土桥梁裂缝原因分析[J],山西建筑,2005,31(14):78-79.

    [4]潘新华. 上下夹层钢纤维混凝土路面施工技术的应用[ J ]. 湖南交通科技, 2003, 29 (2):28-30.