混凝土结构开裂原因及控制措施

黄昆顾浪吴焘宇樊智敏

摘要：混凝土结构裂缝是建筑工程中最常见、最直观，并且是较难避免的一种现象。造成裂缝的原因有很多，而这些裂缝可能会对建筑物的安全和混凝土的耐久性产生一定的负面影响。本文从变形和荷载两个不同的方面分析了混凝土开裂的原因，并提供了预防混凝土开裂过大的措施，包括设计、材料、施工和使用过程中的预防措施和注意事项，以及现场施工过程中的处理方法。本文提出各方面的控制措施对结构设计、材料选用和现场施工有着一定的指导意义。

关键词：混凝土；裂缝；预防措施；处理方法

1引言

随着我国改革开放的不断深入，我国经济得到了发展，人民也越来越重视房屋建筑的质量问题。近些年由于房屋开裂、渗漏而引发的官司越来越多，建筑物是否有裂缝已经成为业主们评判房屋质量的最直观、最基本的标准。

造成混凝土开裂的原因有很多，例如：温度引起的变形、不均匀沉降引起的变形等。对于一般的建筑物，较小尺寸的裂缝通常是可以接受的。只有当裂缝宽度超过限值才会影响建筑物的正常使用。但是裂缝也并不是控制的越严格越好，如果裂缝控制标准过于严格，那么将导致建筑物结构构件的延性大大降低，甚至不满足结构的延性要求。这将减少结构消耗能量的能力，导致结构发生破坏时的变形过小，使结构发生脆性破坏，造成不必要的人员伤亡和经济损失。并且控制裂缝过于严格也会使用更多的配筋，这会直接导致建筑物重量的增加。从而增加地面的压应力。所以我们结论是应将混凝土裂缝的有害程度控制在允许的范围内。

我们在现场的工作中发现建筑物的所有构件中楼板混凝土开裂的现象是最普遍的，虽然受弯楼板在受弯区允许一定的裂缝宽度。但是如果不好好控制，这种现象会直接导致楼板的渗漏。并且空气中的二氧化碳和二氧化硫直接接触混凝土内部会加快钢筋的锈蚀，从而影响混凝土的使用寿命。本文从变形和荷载两个不同的方面分析了混凝土开裂的原因，并提供了预防混凝土开裂过大的措施，包括设计、材料、施工和使用过程中的预防措施和注意事项，以及现场施工过程中的处理方法。本文提出各方面的控制措施对结构设计、材料选用和现场施工有着一定的指导意义。

2混凝土裂缝产生的原因

混凝土产生裂缝的原因有变形和荷载，由温度变形、沉降变形和湿度变形引起的裂缝叫做非结构性裂缝；由施工和使用过程中的静态荷载和动态荷载引起的裂缝叫做结构性裂缝。其中非结构性裂缝在混凝土裂缝中是大多数，占了约80%。本章将从变形和荷载两个角度分别介绍并分析。

2.1变形引起的非结构性裂缝

变形引起的非结构性裂缝在混凝土裂缝中占了约80%，变形分为温差引起的变形、湿度引起的变形和沉降引起的变形，其中又以湿度引起的裂缝为主。

2.1.1温差引起的裂缝

混凝土受温度变化产生热胀冷缩的现象，如果季节气温变化或混凝土内外温差过大，混凝土构件内部就会产生温度应力。当温度应力超过混凝土构件的抗拉强度时，混凝土就会产生裂缝，这种裂缝就是温度裂缝。温度裂缝常出现在我国北方地区的建筑物中。

2.1.2湿度引起的裂缝

由于室外干燥或者温度过高导致混凝土内部结构中的水分不断蒸发流失，进而收缩产生的裂缝称为干燥收缩裂缝。这种裂缝是混凝土非结构性裂缝的主要部分。当混凝土中的水从内部流到混凝土表面并蒸发到空气中时，混凝土内部的水分逐渐消失。孔隙中水分的逐渐流失导致混凝土中的毛细孔产生负压力，形成气液弯月面，如图2-2所示。

图2-3混凝土干燥收缩产生的裂缝

2.1.3不均匀沉降引起的裂缝

发生不均匀沉降的情况大致分为两种，一种是由于结构各个部分的地基承载力差异较大，进而导致的沉降不均匀；另一种是地基承载力是均匀的，但是上部结构各部分传递给地基的荷载差异较大，进而导致的沉降不均匀。

这些不均匀沉降会在结构的内部产生剪应力和拉应力，当这些剪应力和拉应力超过了混凝土的抗拉极限强度和抗剪极限强度时，就会产生沉降裂缝。这种裂缝发展速度快，并且一般都是贯穿的，很容易引起严重的后果。

2.1.4混凝土徐变引起的裂缝

徐变是混凝土结构在长期恒定荷载作用下，变形随时间增长的现象。混凝土的收缩和徐变是混凝土材料的固有特性，也是混凝土结构设计计算的重要组成部分。

混凝土的徐变特性主要与时间参数有关，通常表现为前期增长较快，而后逐渐变缓，经过2~5年后趋于稳定。混凝土徐变与时间关系曲线如图2-4所示。我们通过图可以看出，当对棱柱体试件加载，应力达到0.5时，其加载瞬间产生的应变为瞬时应变。若保持荷载不变，随着加载作用时间的增加，应变也将继续增长，这就是混凝土的徐变。我们可以直观的看出，在一般情况下，徐变开始增长较快，以后逐渐减慢，经过较长时间后就逐渐趋于稳定。

图2-4混凝土徐变与时间的关系曲线

一般认为，引起混凝土徐变的原因主要两个：1）当作用在混凝土构件上的应力不大时，混凝土具有黏性流动性质的水泥凝胶体，在荷载长期作用下产生黏性流动；2）当作用在混凝土构件上的应力较大时，混凝土中微裂缝在荷载长期作用下持续延伸和徐变的原因是胶体颗粒在外力作用下的粘性流动导致晶体颗粒的流动和毛细孔在外力作用下的水迁移。当徐变等于瞬时变形时，徐变有利于抑制裂纹的产生，但是当变形超过瞬态变形时，很可能发生裂缝。

2.2荷载引起的结构性裂缝

结构性裂缝是由荷载引起的，其裂缝与荷载相对应，是结构承载力不足的结果。引起结构性裂缝的荷载分为直接应力和次应力两类。接下来本节将分别介绍这两种荷载是如何影响结构并发展裂缝的。

2.2.1直接应力引起的结构性裂缝

直接应力裂缝是指由外荷载引起的直接应力产生的裂缝。产生裂缝的阶段主要在设计阶段和施工阶段。建筑工程在施工前由设计院提供设计，在设计工程中可能出现下列问题，导致出现危险性大的裂缝：

（1）设计阶段：结构设计体型不规则会导致形状突变，产生应力集中现象，形成薄弱环节，薄弱环节很多情况都产生了危险性较大的裂缝；

（2）设计结构处理不当：在混凝土楼板配筋率的设计时出现错误；

不良的设备设计和结构设计：当建筑工程师正在设计房屋的结构以及对设备的管道布局时，如果有大量的PVC（聚氯乙烯塑料）管道和预留线管预先埋在混凝土板中，由于管道的布置交叉处混凝土板的有效厚度减弱。特别是对于只有一层钢筋的混凝土板，通常沿着PVC线路有裂缝，如图2-5所示。

图2-5混凝土楼板裂缝

2.2.1次应力引起的结构性裂缝

因为各种桁架结构不可能完全满足各种模型的理想假定，因而杆件将产生一定的弯曲，由这种弯曲而在杆件中所引起的轴向应力称为次应力。我们工程在施工过程中不可能完全用理论来完全解决出现的问题，所以结构实际工作状态与常规计算中有出入或者计算中没有考虑到，从而引起某些部位产生次应力导致开裂。

结构中经常需要凿槽、开洞、设置梁托等，这些地方只能根据图集和经验设置受力钢筋。研究表明，受力构件在挖孔后，应力流将产生绕射现象，在孔洞附近密集，产生巨大的应力集中。若处理不当，应力集中超过钢筋混凝土的抗拉和抗扭强度，在小孔处会出现撕裂的裂缝，在钢筋的转角处会出现垂直于钢筋的拉状裂缝。

3混凝土结构裂缝的控制措施

混凝土结构中裂缝是不可避免的，这些裂缝的产生是材料本身的特性导致的。我们应该将混凝土裂缝的有害程度控制在允许范围内。质量是一个工程的重中之重，裂缝属于建筑工程极其容易处的质量问题，本章分别从设计、施工、材料三个方面来阐述控制的方法。

3.1设计方面的相关预防控制措施

（1）建筑平面不应出现形状突变，应当按规则布置，若存在洞口和凹面，在排筋时应在洞口和凹面设置双层双向筋，并将板厚增大，布置梁时应尽量是建筑平面平整；

（2）对于平面规则的建筑平面，大跨度板相邻的小跨板、建筑平面的四角区域、住宅卫生间沉降板，以及地库设计的沉降板都是建筑物相对薄弱部位。因而在设计这些薄弱部位时应设置双层双向钢筋；

（3）对于建筑物相对较弱的部分，如地下室屋顶，屋顶板等，应在框架结构屋顶板上放置不小于φ10@200的双层双向钢筋，并且梁应该加上腰部加固筋。

（4）鉴于混凝土结构中的温度和收缩应力计算起来比较复杂，设计人员在设计建筑图纸时，应实地考察，了解当地的气候特点，适当调整图纸，做加强措施，比如：1、适当增加混凝土的厚度，2、对于跨度比较大的梁应增加扰度的计算，3、当楼板面积比较大时，必须增设后浇带；

（5）对于高差比较大的节点做法，必须经过严格的计算。

3.2施工方面的相关预防控制措施

3.2.1施工载荷不合理裂缝控制措施

（1）严格按照要求进行地板施工计划。对于主体结构，施工速度不宜过快。为了确保施工项目中的混凝土板能够达到所需的养护时间，所需的强度，一般施工节奏为7-10天。在混凝土的强度≦1.2MPa时，混凝土表面严禁踩踏，在楼板混凝土浇筑时间不到24小时前，测量，定位等对混凝土影响比较小的工作可以进行，严禁堆放大宗材料；

（2）关于施工荷载应进行科学的计算，不得超过模板设计的荷载，防止楼板裂缝出现；

（3）对于施工过程中的临时存放区，在模板的施工过程中，应先考虑堆放物品载荷对于模板的影响，增加该区域支撑立杆的数量，从而降低该区域由于堆积物品载荷造成的区域变形，同时防止堆积的物品过于集中；

（4）楼板设置双层双向钢筋，设置小马凳用于支撑上层钢筋，马凳筋的间距≤800mm，安排钢筋工进行实时跟班在混凝土浇筑时，钢筋工对钢筋位置随时进行调整，出现问题及时整改，特别是大跨度板中板筋、负筋、预埋线管周边钢筋、外转角双层双向钢筋应重点修整；

（5）在施工的工程中，预留线管的直径不易超过板厚的1/3，同时在管线设置时避免交叉布置，最好采用放射布置，若不能避免交叉时，可采用线盒进行转换。在管线直径比较大和管线比较密集的地方可采用增设钢筋网片作为补强措施，研究发现，这种增设网片对于预防裂缝出现很有效。

3.2.2后浇带施工引起的面板裂缝控制措施

在施工的过程中，施工缝应尽可能的避免，如必须留置施工缝应做好下列几点：

（1）在已经硬化的混凝土板周围进行混凝土浇筑时，应将板留置后浇带的表面水泥浮浆和砂石剔除掉，同时剔除掉表面的疏松的混凝土至密实混凝土层，剔除后，使用工具将其表面凿毛，并用清水清洗干净；

（2）后浇带混凝土在浇筑之前，先沿着留置缝两边的企口面铺上一层水泥浆，水泥浆的强度等级应和混凝土强度等级相同。混凝土浇筑时，由内而外的下料、振捣，逐渐向前推进，对施工缝接缝处的振捣应特别注意，紧密结合；

（3）混凝土浇筑完成后，对混凝土后浇带的表面应刮平抹光，砌置围砖，24小时后开始浸水养护，养护不少于14天。

3.3.3模板工程施工组织不当裂缝控制措施

（1）在模板拆除工程中，施工人员必须注意不要在地板上形成冲击载荷。拆下的模板和支架应分开堆放并及时清理；

（2）不能同时拆除相邻的模板，还应注意，房间的支撑杆不能一次完全移除。当上层的混凝土强度不够时，下层模板不能拆除。对于有多个跨度的模板，应先拆跨度小的模板。

3.3.4温度变化引起的裂缝控制措施

对于温度引起的裂缝，工程人员一般采取以下几点措施：

（1）在施工中进行温度监测；

（2）采用低水化热水泥；

（3）降低混凝土的入模温度；

（4）延缓拆模的时间等措施。

3.3原材料方面的相关预防控制措施

（1）根据现场的操作工艺合理选用水泥品种，合理的设置混凝土的坍落度，确保混凝土质量；

（2）在混凝土的配制中宜采用低热或中热的的胶材品种，防止混凝土内外温差大产生相应的裂缝；

（3）在选用混凝土粗骨料时，应选用表面粗糙、无碱性反应、孔隙度小、有害物质及压碎指标值和泥土含量均能满足相关规范要求的材料；

（4）现浇混凝土的粉煤灰掺量应控制在20%以内，矿渣粉掺量和复合矿物掺和料控制在水泥质量的50%以内。

4结论与展望

裂缝是混凝土结构中普遍存在的一种现象，它的出现不仅会降低建筑物的抗渗能力，影响建筑物的使用功能，而且会引起钢筋的锈蚀，混凝土的碳化，降低材料的耐久性，影响建筑物的承载能力。

但通过以上对楼屋面裂缝的形式、成因防治手段的分析可知，只要严格按照有关的设计和施工规范精心设计和严格施工应该能够大大减少楼屋面裂缝产生的可能性，提高楼屋面的质量。我们仍需对混凝土裂缝进行认真研究，找出更合理的方法应对各类混凝土施工裂缝，保证建筑物和构件安全、稳定地工作。

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