浅谈钢筋混凝土结构的裂缝形态

 　摘要：分析了钢筋混凝土结构裂缝产生的原因及形态，探讨了混凝土裂缝的修补方法，并对几种修补方法进行了比较，以解决钢筋混凝土结构的裂缝问题，从而提高混凝土工程的耐久性。 

　　关键词：结构；钢筋混凝土；裂缝形态分析；修补方法 　 

　　1　前言 　 

　　钢筋混凝土结构是由钢筋与混凝土两种性质不同的材料组成的复合结构，是一种耐久性比较好的材料，被广泛应用到国内外工程实例中。但它在长期的使用过程中，功能将逐渐减退，直至最终达到破坏，这是一个不可逆的过程，实际上也就是耐久性的问题。随着钢筋混凝土结构功能日趋复杂，商品混凝土的增加和混凝土强度等级的提高，结构出现裂缝的几率大大增加，这些裂缝的出现，不仅影响了混凝土表面的观感质量，更严重的是造成了结构内钢筋的提前锈蚀，降低了混凝土的抗渗性，影响了结构的正常使用及耐久性能，认真分析这些裂缝的原因，采取针对性的措施，对提高混凝土工程的耐久性有着重要意义。  

　　2　裂缝原因分析 　 

　　致使建筑物裂缝的因素很多，宏观上可分为原材料质量低劣或选用不当，施工质量不合格，设计错误，使用不当或环境的不良影响等四个方面。 

　　原材料对混凝土结构裂缝影响最大的是水泥品种及质量，单就裂缝而言，硅酸盐水泥及普通硅酸盐水泥水化热较高，大体量现浇混凝土结构易于裂缝；火山灰水泥及快硬水泥干缩性大，大面积混凝土结构易于裂缝；矿渣水泥、火山灰水泥及粉煤灰水泥抗冻性较差，干湿交替工程易于裂缝。矿渣水泥易发生沉缩和泌水现象。水泥含量越高，混凝土收缩越大，产生裂缝的可能性就越大。砂石含泥量过大，存在反应性骨料，外加剂不当或过量等，均容易造成混凝土结构裂缝。 

　　施工质量不合格对建筑物裂缝形成最为直接，分混凝土、钢筋及模板三方面。混凝土方面，如混凝土配合比不当或泵送时改变了配合比，混凝土掺合料拌合不匀，混凝土搅拌时间不够或过长，混凝土浇筑顺序或接打处理不当，混凝土振捣不充分，混凝土硬化前受震动或受力，混凝土养护不及时或不充分或受冻。混凝土强度过低会直接降低结构的抗裂性。钢筋方面，如混凝土在结硬期钢筋被扰动，钢筋保护层过小。模板方面，如模板变形，模板支撑下沉，模板漏浆，过早拆模。 

　　设计错误造成的结构裂缝，主要表现为结构方案及布置不合理，结构计算错误，结构抗裂性过低，以及结构构造不合理等方面。内力分析常见的错误是，计算简图与实际不符，荷载取值偏小或漏项，未考虑温度收缩应力及地基差异沉降所产生的内力；承载力计算常见的错误是，安全度取值偏低，配筋量不足，只算抗弯，不计算抗剪、抗扭；结构抗裂验算常易被忽视，尤其是手算；结构构造不合理，主要是伸缩缝及施工缝设置不当，配筋不合理，只配受力钢筋，忽略构造钢筋的作用和配置，如简支梁板入墙不配负筋，现浇连续板只配受力钢筋，不设收缩温度筋，高梁不设腰筋等。 

　　使用不当及环境的不良影响，多表现为荷载超过设计规定，周围存在酸、盐及氯化物等有害介质作用，环境温、湿度急剧变化，构件各部位温、湿度差过大，表面受热过度或火灾，建筑物处于反复冻融和干湿交替状态等。 　 

　　3　裂缝形态分析 　 

　　3.1荷载裂缝 

　　荷载裂缝又称受力裂缝，是外荷载作用下产生的结构裂缝。这种裂缝规律性极强，一般通过计算分析可以得出确切的结论。典型的简支梁受力裂缝，跨中为正截面受弯裂缝，垂直于梁轴，下大上小；端部为斜截面受剪裂缝，起始于支座，指向梁顶集中荷载。钢混凝土柱在轴心受压荷载下的裂缝，裂缝沿柱轴纵向分布，中间稍密。大偏心受压柱裂缝，裂缝集中在最大弯矩部位，受拉面裂缝为水平走向，外大内小，垂直于柱轴；临近极限状态，受压面混凝土有压碎现象。牛腿受力裂缝，受剪裂缝起始于集中荷载作用点，斜向牛腿外斜面与下柱面交汇点延伸；受弯裂缝起始于牛腿支承面与上柱面交汇点，斜向柱内延伸。框架结构现浇楼盖裂缝，板面裂缝成环状，沿框架梁边分布；板底裂缝成十字或米字，集中于跨中。预应力大型屋面板张拉裂缝，裂缝分布于板面，垂直于长轴，由板面向下延伸；有的纵肋预应力筋端部还存在局压裂缝。转角阳台或挑檐板裂缝，位于板面，起始于墙板交界，以角点为中心成米字形向外延伸。  

　　3.2温度收缩裂缝 

　　温度收缩裂缝是建筑物最常见的一种裂缝，主要是由于结构温度变形及材料收缩变形受阻及应力超标所致。据调查，收缩裂缝与原材料品质、施工质量及结构类型较为密切，一般现浇结构或超静定结构较装配式结构或静定结构收缩裂缝多；平面尺寸大、施工质量差的房屋收缩裂缝相对较多。典型的现浇楼板收缩裂缝主要集中于房屋中部，沿楼层方向没有明显差异，裂缝形态为枣核状，中间粗两端细，绝大部分止于梁、墙边。 

　　3.3碳化锈蚀裂缝 

　　我国《钢铁工业建(构)筑物可靠性鉴定规程》关于钢筋混凝土结构耐久性给定了评估方法，该方法主要建立在混凝土碳化及钢筋锈蚀的基础上，认为混凝土碳化到钢筋部位，钢筋失去了混凝土钝化膜保护，会逐渐生锈，钢筋生锈后体积膨胀，会引起混凝土沿钢筋开裂；混凝土裂缝的开展，反过来又促使钢筋更快锈蚀，尤其是当环境湿度较大，周围存在有害介质时，这种恶性循环速度显著加快。因此，碳化锈蚀裂缝，必须给予高度重视。碳化锈蚀裂缝的特征是，裂缝沿钢筋分布，系由膨胀铁锈向外将混凝土胀开，裂缝周围混凝土发酥，高出原有混凝土表面，并附着有褐色锈溃渗出物。 　 

　　3.4反复冻融产生的裂缝 

　　验研究表明，长期与水接触的混凝土，当温度为-4~-20℃时，表现为“冷胀热缩”。寒冷地区的外露混凝土结构，年复一年地遭受雨雪浸蚀，长期处于干湿交替、反复冻融的状态下，当混凝土密实度较差、空隙率较大时，容易产生冻胀裂缝，造成结构表面混凝土酥松、剥落，引起钢筋锈蚀。 　 

　　3.5沉缩裂缝 

　　混凝土在硬化过程中，因塑性下沉所产生的裂缝称为沉缩裂缝，或塑性收缩裂缝。沉缩裂缝一般在混凝土浇筑后1～3小时发生，主要出现在结构变截面处、梁板交接处、梁柱交接处及顺钢筋部位。沉缩裂缝形态与收缩裂缝相似，为水平分布，呈两端细中间粗的枣核状。引起混凝土沉缩的主要原因是水灰比及混凝土流动性过大，致使混凝土产生泌水下沉；或水分蒸发过快，使混凝土结硬时下沉加大；或振捣不充分，混凝土未沉实或沉实不均匀。沉缩变形比收缩变形大数十倍。沉缩裂缝一般可通过初凝前的二次抹面一收水压实处理克服。  

　　3.6其它 

　　混凝土结构火灾后产生的裂缝，模板变形产生的裂缝，支撑下沉产生的裂缝，浇筑过快或高度过高混凝土下沉产生的裂缝，碱骨料反

应产生的梁柱轴向裂缝及墙面网状裂缝，掺合料不均匀产生的局部膨胀收缩裂缝，拌合或运输时间过长产生的网状裂缝，振捣不充分产生的局部裂缝等等。 

　　4　裂缝的修补和补强加固方法 　 

　　4.1非结构性裂缝的修补方法 

　　对于结构受力影响不大的混凝土非结构性裂缝，为了满足美观和使用上的要求、防止钢筋的锈蚀、减少渗漏、提高耐久性，需对裂缝进行修补，这样的修补一般起到增加结构强度、刚度和抗裂度的作用，常用的修补方法分为表面修补和内部修补两类。 

　　4.1.1表面修补法 

　　本方法是沿构件表面涂刷水泥浆、沥青、环氧树脂等材料来修补构件表面细小的混凝土裂缝，对于混凝土干缩裂缝常可以采用这种办法来进行修补。另外，对于中等宽度的温度裂缝，还可以采用向裂缝中填充刚性材料(水泥砂浆、膨胀砂浆和树脂砂浆等)和弹性材料(丙烯酸树脂、硅酸脂、聚硫化合物、合成橡胶等)以固定裂缝和阻止裂缝的扩张。 

　　4.1.2内部修补法 

　　内部修补法是采用压力灌浆，它不仅修补混凝土表面的裂缝，而且能注入到构件的内部，对裂缝进行粘合封闭和补强。为了提高灌浆的饱和度，一般采用压力灌浆。将灌浆料按一定比例加水后直接灌浆，设有灌浆咀，加压灌浆的压力一般为4～6大气压，灌浆应由一端至另一端进行，设排气孔，应从孔中流出灌浆液体，保证灌浆均匀饱满。目前常采用的灌浆材料有纯水泥灌浆料、自密性灌浆料和环氧树脂灌浆料等，对于施工裂缝和较大宽度裂缝，大多采用此方法进行修补。 　 

　　4.2结构性裂缝的加固补强方法 

　　如前所述，由于结构性裂缝主要是由于构件在荷载作用下引起的，所以对于这类裂缝的加固，必须根据实际情况，通过计算分析方能确定其加固的方案，其计算方法在相关规范、技术标准和手册上均有介绍，在这里只简单罗列一些常用的加固方法。 

　　4.2.1加大截面法 

　　这种方法是采用增大原结构或构件的截面积，以提高其承载力和满足正常使用的加固方法。这种加固方法用于加固混凝土结构中梁、板、柱和屋架等砼构件，起到良好的作用。对于钢筋混凝土板而言，可以在板底或板面增加3-10mm厚的砼，钢筋要有可靠的连接，为增加新旧砼之间的粘结力，在浇灌砼之前，先刷砼介面剂。也可采用喷射砼的方法进行施工。增加的板厚、钢筋的面积应通过计算确定。 

　　4.2.2补加新钢梁减少板跨度的加固法 

　　这种加固方法其实是分荷结构加固法。钢梁可以用工字钢、糟钢等，钢梁两端焊接在事先用化学锚栓固定在钢筋混凝土梁侧的预埋钢板上，施工时要采用千斤顶等工具将钢梁顶紧板底，必要时可在钢梁梁面上敷上环氧树脂砂浆等。也可以用钢箍将钢梁与砼板箍紧，保证钢梁和板共同工作。也可采用现浇次梁方法加固。 　 

　　4.2.3外部粘贴钢板加固法 

　　粘贴钢板加固法是指用高强度的结构胶粘剂把钢板贴在构件外部的一种加固方法，这是一种新型的加固技术。 

　　粘钢施工要求：首先对补强构件混凝土表面进行处理，凿去粉刷层在混凝土表面层进行打磨，清洗干净，并用丙酮擦拭；对钢板进行除锈和粗糙处理，打磨纹路应与钢板受力方向垂直；对加固构件卸荷，可采用千斤顶顶升；按要求配制胶粘剂，用抹刀同时涂抹在已处理好的混凝土表面和钢板表面上，将钢板粘贴于预定的位置上，并用夹具或支撑固定，24h后即可卸除支撑；最后必须用小锤轻敲钢板检查是否有空鼓，如发现有空鼓应剥下钢板补胶重贴。钢板表面必须用1：3水泥砂浆保护，厚度25mm，如果没有砂浆粉面层，应做防锈处理，涂红丹二道，再涂面漆一道。 

　　　4.2.4粘贴碳纤维布加固法 

　　这种加固方法和粘贴钢板加固法有些类似，砼表面处理方法相同。碳纤维布、胶粘剂等必须满足《混凝土结构加固设计规范》GB50367-2006的质量要求，对于砼表面凹凸不平处宜用底胶填平，碳纤维布用滚筒在同一方向滚压，碳纤维布在延伸长度范围内通长设置垂直于纤维方向的压条。碳纤维布贴好后，在其表面再刷二道胶粘剂，撒一些大粒砂子。 

　　当然对于结构裂缝的修补或补强加固措施还有很多，只有在实践过程中，根据各个工程实际情况，综合考虑安全性、适用性、经济性，在加固设计中提出相应的处理对策随后再进行加固；避免裂缝对构件造成进一步的危害，保证结构的安全使用。 　　 

　　5　结语 　　 

　　近几十年乃至今后很长一段时间，钢筋混凝土在建筑行业还将处于主导地位，而钢筋混凝土结构裂缝是影响混凝土结构安全性和耐久性的重要因素。如何控制钢筋混凝土结构裂缝是一门边缘科学，也是一个系统工程，必须综合考虑设计、材料、施工、使用及外界环境条件。文中主要从钢筋混凝土开裂的形态进行了分析，以及混凝土裂缝的几种修补措施。