混凝土裂缝产生的原因及控制措施论文
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混凝土裂缝产生的原因及控制措施
摘要：
在建设工程中，混凝土结构与构件出现不同程度的裂缝，对结构造成一定的损伤，这严重影响了混凝土的强度和变形，甚至对结构的安全造成一定的威胁。严重的可能会威胁到人们的生命和财产安全，所以预防和处理好混凝土的裂缝就尤为重要了。
关键词：
收缩裂缝；温度裂缝；沉陷裂缝；措施
随着时代进程的迅猛发展，我国的建设市场规模正日益增大，混凝土在现代建筑工程中占有重要地位。混凝土裂缝不仅影响使用功能，而且影响混凝土的强度和变形，进一步会引起钢筋的绣蚀，最终影响结构的持久性和耐久性。因此本文对混凝土裂缝的成因、处理措施和补救方法进行探讨。
1、混凝土裂缝的成因
混凝土是由砂石骨料、水泥、水及其它外加材料混合而成的一种非均质脆性材料，由于其组成材料、微观构造以及所受外界影响的不同，所以混凝土的裂缝产生原因也是各种各样的：
1.1收缩裂缝
混凝土收缩是混凝土材料本身固有的一种物理现象，据测试混凝土的收缩值一般在（4—8）×l0一4，混凝土抗拉强度一般在2~3Mpa，弹性模量一般在（2—4）×l04 Mpa。由公式8=盯/E（式中8：为应变值、盯：为混凝土应力、E：为混凝土弹性模量）可知混凝土的允许变形范围仅在万分之一左右，而混凝土的实际收缩在（4—8）×l0_4，混凝土实际收缩大于混凝土允许变形范围，因此混凝土的裂缝是不可避免的，关键在于控制裂缝的宽度。
混凝土表面有可能失去水分而产生收缩，而塑性收缩产生的主要原因就是混凝土在凝结前的强度很小或者几乎没有，还可能是混凝土在刚刚凝结强度很小的时候，被大风或者高温所影响，其表面的水分流失过快，造成较大的负压从而使混凝土的体积急剧的收缩，因此发生龟裂状况。
1.2温度裂缝
温度裂缝是混凝土内部约束引起的，多发生在大体积混凝土、高强混凝土或温度变化较大地区的混凝土施工过程中。温度裂缝的走向通常无一定规律，大面积结构裂缝常纵横交错。大体积混凝土从浇注时起，到达设计强度为止，即施工期间产生的结构裂缝主要是由水泥水化热引起的温度变化造成的。大体积混凝土工程，水泥用量多，结构截面大，因此，混凝土浇注以后，水泥放出大量水化热，混凝土温度升高。由于混凝土导热不良，体积过大，相对散热较小，混凝土内部水化热积聚难以散失到环境中，导致内部温度急剧上升，而混凝土表面散热较快。升温阶段，混凝土表面温度总是低于内部温度。由于热胀冷缩的程度不同，使混凝土表面产生一定的拉应力。中心部分混凝土膨胀的速度要比表面混凝土快，中心部分与表面质点间形成相互约束，中心属于约束膨胀，不会开裂；表面属于约束收缩，当表面拉应力（t）超过混凝土的极限抗拉强度时，混凝土表面就产生裂缝。随着水泥水化反应的减慢及混凝土的不断散热，混凝土由升温阶段过度到降温阶段，温度降低，体积收缩。由于混凝土内部热量是通过表面向外散发，降温阶段，混凝土表面温度与中心温度仍然存在差值，如果过大，同升温阶段一样产生表面裂缝。降温过程，混凝土体积收缩，同时，考虑到边界条件和地基的约束，属于约束收缩。
1.3结构裂缝
虽然现浇楼板承载力均能满足设计要求，但由于预制多孔板改为现浇板后，墙体刚度相对增大，楼板刚度相对减弱。因此在一些薄弱部位和截面突变处，往往产生一些结构裂缝。例如墙角应力集中处的450斜裂缝，板端负弯距较大处的板面拉裂缝等。
1.4结构基础不均匀沉降引起的裂缝
当结构的基础沉降不均匀时，结构构件受到强迫变形，导致结构物中构件与构件之间产生斜拉和剪切左右，从而使得结构构件开裂，随着不均匀沉降的进一步发展，裂缝会进一步扩大。这类裂缝的大小、形状、方向取决于地基变形的情况。由于地基变形造成的应力一般较大，因此裂缝宽度较大，多呈450，并且通常是贯穿性的。
2、混凝土裂缝的防治措施
控制收缩裂缝的措施如下：
干缩裂缝的主要预防措施：选用收缩量较小的中低热水泥和粉煤灰水泥，这样会减少水泥的用量。另外水灰比会影响混凝土的干缩，所以在混凝土的设计中应控制好水灰比，还要添加适量的减水剂。在混凝土搅拌配合中要严格控制用水量。在结构中设置合适的收缩缝。塑性收缩裂缝的主要预防措施：选用收缩强度较小的水泥，比如硅酸盐或者普通的硅酸水泥，另外在混凝土最后凝结前可以采取覆盖塑料薄膜的方法来保持表面的水分，减少大风高温条件下水分的`严重流失。控制温度裂缝的措施如下：
采用底水化热、高强度水泥，以减低水泥水化热，提高混凝土的抗裂能力；水泥使用前进行水化热测定，水泥水化热测定按现行国家标准《水泥水化热实验方法（直接法）》测定；改善骨料级配，采用导热性好、线膨胀系数小、级配合理的骨料，减少混凝土温度应力。在混凝土的施工中，为了提高模板的周转率，往往要求新浇筑的混凝土尽早拆模。当混凝土温度高于气温时应适当考虑拆模时间，以免引起混凝土表面的早期裂缝。新浇筑早期拆模，在表面引起很大的拉应力，出现“温度冲击”现象。在混凝土浇注初期，由于水化热的散发，表面引起相当大的拉应力，此时表面温度亦较气温为高，此时拆除模板，表面温度骤降，必然引起温度梯度，从而在表面附加一拉应力，与水化热应力迭加，再加上混凝土干缩，表面的拉应力达到很大的数值，就有导致裂缝的危险，但如果在拆除模板后及时在表面覆盖一轻型保温材料，如泡沫海绵等，对于防止混凝土表面产生过大的拉应力，具有显著的效果。掺用混合材料以减少用水量、节约水泥，降低混凝土的抗裂能力。
掺用外加剂减缓水化热的发生速率。为保证混凝土工程质量，防止开裂，提高混凝土的耐久性，正确使用外加剂也是减少开裂的措施之一。
控制沉陷裂缝的措施：
对于松软不结实的土质进行加深巩固，保证进入冻土里的支撑模板有足够的硬度，一定要结实牢固支撑均匀，使其处于平稳均匀的状态。
3、裂缝产生后常见的补救办法
3.1表面修补法。适用于对承载力没有影响的表面裂缝及深进裂缝的处理，亦适用于大面积细裂缝防渗、防漏的处理。表面涂抹水泥砂浆、环氧胶泥、油漆和沥青。
3.2内部修补发。用压浆泵将胶结材料压入裂缝中，由于其凝结、硬化而起到补缝作用，以恢复结构的整体性。
3.3结构补强加固法。用锚杆、钢板、钢筋混凝土等材料对结构做补强加固，可扼制裂缝进一步发展，恢复结构的整体性。
4、总述
以上对混凝土裂缝产生的原因进行了初步的探讨，收缩裂缝和温度裂缝是混凝土结构中普遍存在的问题，但是应用我们本文提到的措施结合实际工程通过采取相应的措施，对温度有效控制，混凝土的收缩裂缝和温度裂缝是完全可以避免的。沉陷裂缝通过合理的设计，严格把好材料进料关，系统控制施工工艺，严格操作程序，沉陷裂缝是可以得到解决的。此外，遇到大体积混凝土的浇注，合理地分缝分块，避免过大的高差和侧面长期暴露，确保工程质量。
参考文献
[1]罗先兵，现浇钢筋混凝土楼板裂缝产生的原因及防治措施[J].西部探矿工程，2006.
[2]中华人民共和国建设部，混凝土结构设计规范(GB50010-2010)
[3].北京：中国建筑工业出版社，2010.
拓展：面板混凝土裂缝预防措施
完全避免面板混凝土裂缝是很困难的，必须采取综合措施加以预防。
一、 结构性裂缝的防治
面板结构性裂缝的防治主要不是从面板本身而是从堆石坝的设计和控制坝体施工质量方面着手，应采取措施防止面板支撑部分过多的不均匀水平位移和沉降造成垫层和面板之间的脱空。设计时对坝坡的选择以及各项坝料的压实指标的选择应考虑面板支撑体的稳定，施工时要严格按照设计要求控制施工质量，待坝体沉降稳定后才可进行面板浇筑。
1、建基面的处理。一般面板堆石坝建基面，着重在迎水面以下坝厚约1／3处范围内进行严格处理，而其他区域，如有较厚的砂砾石覆盖层，一般不全部挖除，只做压实度或孔隙率检测，基础满足设计要求后即可作为建基面。对两岸坝坡需进行植被和覆盖层清理，对局部坡度较陡或反坡位置进行削坡或用混凝土、浆砌石补坡至设计坡比。
2、控制坝体填筑质量。堆石体变形的控制，主要控制填筑密实度和岩体强度。岩体强度的控制主要是施工过程中对不同填筑区按相应要求的岩性：来开挖取料。选择较高的填筑密实度，主要通过控制填筑料的级配及碾压质量实现，尤其是填筑料的级配，堆石体的压实度和力学性质与级配的关系极为密切，级配良好的堆石料经压实后可以获得较高的变形模量和较高的抗剪强度。
在大坝填筑过程中，严格按照设计参数进行施工，采用坑探法、质量附加法对施工参数及压实效果进行双重控制，保证大坝填筑碾压质量，避免大坝后期沉降过大。为减小坝体不均匀沉降，在填筑过程中，尽量使坝体全断面均匀上升。如由于度汛需要抢临时度汛断面的填筑，也应尽量避免上下游出现大的高差。
3、面板合理分缝及合理配置钢筋。根据三维非线性有限元计算结果，面板在大坝两坝肩周边处呈三维复杂受力状态，且多为受拉区，而面板中部多为受压区。根据上述受力特点，受拉区面板宜采用窄型板，并设置张性缝；受压区面板宜采用宽型板，并设置压性缝。压性缝问布置隔缝材料，避免压应力过大而引起面板抬动或翘起。此外，在面板受拉区、压应力较大部位、周边缝等重点部位应布置双层钢筋，提高面板适应变形的能力。
二、非结构性裂缝的防治
面板非结构性裂缝的防治主要是从面板本身所用的材料和面板施工方法上采取措施。对由于施工不当和材料化学反应所引起的裂缝，只要采取合适的配合比、满足面板混凝土的施工度要求、加强施工管理控制面板施工质量等措施来避免。对具有碱活性的骨料，应按规范要求严格控制单方混凝土的总碱含量。面板收缩裂缝的防治是面板裂缝防治中最重要的也是最困难的工作。
1、优化面板混凝土配合比
在面板混凝土配合比设汁方面应选用优质的原材料配制面板混凝土。
1.1选用水化热低的水泥，用粉煤灰代换部分水泥，以减少水化热温升从而降低面板因内、外温差引起的表面裂缝和水化热消散后混凝土收缩而引起的贯穿性收缩裂缝。
1.2选用线膨胀系数小的骨料配制混凝土，以减少因温度变化引起混凝土的体积变形。
1.3选用优质混凝土减水剂，在满足混凝土施工坍落度的前提下，降低面板混凝土的单方用水量，以减少混凝土的干缩量。
1.4在满足设计强度的前提下，尽量降低混凝土胶凝材料的用量，以减少混凝土的凝缩量。
1.5使用掺纤维混凝土。在混凝土中掺加适量的聚丙烯纤维，可以抑制早期裂缝形成和发展；降低混凝土的弹性模量，提高混凝土的极限拉伸值；提高混凝土的抗冻等级，改善抗渗性和耐久性。此外，混凝土拌和物应满足面板施工的要求，具有较好的和易性、流动性、凝聚性。
2、降低地基约束作用力
取消或减少面板架立钢筋插入坝体，并在面板浇筑前在基面上喷涂乳化沥青，使面板与其基面之间可以产生小量相对位移。此时基面对面板收缩变形产生的约束作用力可认为等于面板和其基面之间的摩阻力。因而该约束作用力可人为加以控制。如使面板摩阻力（阻滑力）小于面板在坝坡上的滑动力，这样不仅可大幅度减少面板致裂的约束力，还增加了面板水平截面的预压应力，有利提高面板抗裂能力。
2.1 加强面板施工质量管理，避免抗拉薄弱面
2.2采用面板二次压面的施工工艺。面板二次压面工艺有助于消除面板表面因温度骤降和失水而产生的表面裂缝。
2.3降低面板混凝土人仓温度以减少基础温差从而达到减少冷缩裂缝的目的。面板浇筑的环境温度一般以5～25℃为宜。
2.4面板施工期间做好面板的保温、保湿、防风等养护工作，以减小面板混凝土的冷缩和干缩。
①保湿。面板长期保湿养护是面板防裂的主要措施之一。在面板混凝土脱模并二次抹面后，表面覆盖带塑料薄膜的保温被，定时洒水保湿，防止混凝土表面水分过快蒸发而形成干缩裂缝；
②保温。在中后期，在覆盖带塑料薄膜的保温被的基础上，不问断洒水保湿，达到保温的目的，避免水化热作用或外界温度影响产生混凝土内外部温差，从而产生温度裂缝；
③防风。风速是引起面板裂缝的重要原因。风速增大将引起混凝土热交换系数增大，从而导致面板表面温度降低，面板内外温度梯度变陡，拉应力剧烈增加，导致面板裂缝。
对混凝土桥墩开裂的原因及对策分析论文
摘要：
近年来，随着城市公路交通量的增加，公路、桥梁负荷上升、其承载力日趋饱和，考虑不少公路、桥梁采用混凝土结构，且大多为建国后所建，桥龄基本在40年左右，这些旧有桥梁很多都已出现老化、破损、裂缝等现象。大体积混凝土施工的关键问题是控制混凝土温度，防止混凝土裂缝的产生，因此，施工前要制定针对大体积混凝土施工的技术方案，即防止混凝土产生温度裂缝的预案。针对方形桥墩易于开裂的问题，本文通过对方形桥墩在设计、施工及运营期间可能出现的裂缝原因进行列述，并就施工期间水化热、运营期间的温度骤降因素建立有限元模型进行应力场分析，根据分析结果提出相应的处理对策。
关键词： 桥梁工程方形桥墩裂缝对策
引言：
根据相关病害调查，桥墩裂缝是混凝土桥梁最主要的病害形式之一：桥墩作为桥梁结构中重要的下部构件，不仅承担着上部结构及汽车等产生的竖向轴力、水平力和弯矩，有时还受到风力、土压力、流水压力以及可能发生的地震力、冰压力、船只和漂流物对墩台的撞击力等荷载的作用。桥墩墩身裂缝直接影响且损害其自身乃至整体桥梁（根据混凝土结构缺损状况评定标准，墩台部件权重约占全桥的50%）的安全性、实用性、耐久性和美观。
裂缝形成原因归结为温度裂缝，温度裂缝的走向通常无一定规律，大面积结构裂缝常纵横交错；裂缝宽度大小不一，受温度变化影响较为明显，冬季较宽，夏季较窄。高温膨胀引起的混凝土温度裂缝是通常中间粗两端细，而冷缩裂缝的粗细变化不太明显。此种裂缝的出现会引起钢筋的锈蚀，混凝土的碳化，降低混凝土的抗冻融、抗疲劳及抗渗能力等。
1、裂缝成因。
分析桥墩病害的主要表现形式为：混凝土剥落、露筋、砌体风化、灰缝脱落、水平裂缝、竖向裂缝、网状裂缝、水平位移、倾斜、沉降等。其中，裂缝作为混凝土结构的主要病害之一，其成因复杂繁多，裂缝划分无严格界限，每一条裂缝均有其产生的一种或几种主要因素，其余因素对于裂缝起到继续发展或加剧劣化的作用。常见的墩身裂缝形式包含：桥墩中心线附近的竖向裂缝、桥墩在日照时间较长侧的裂缝、桥墩模板对拉筋孔处的裂缝、桥墩模板分块接缝处的裂缝、桥墩顶部环向裂缝以及混凝土表面细小、不规则的裂缝。究其开裂原因，拟从桥墩的设计、施工及运营使用三方面进行分析论述。
（1）桥墩设计。
桥墩在设计阶段，结构不计算或漏算、结构受力假设与实际受力不符，内力与配筋计算错误，结构的安全系数不够、设计时考虑的施工可能性与实际情况出现差异等均会使桥墩在外荷载直接作用下产生裂缝。
（2）桥墩施工。
桥墩施工过程中，水化热效应、施工工艺、材料自身等因素都会影响桥墩开裂。
①水化热。混凝土浇注过程中水泥水化放热，受混凝土自身的不良导热性和混凝土热胀冷缩性质影响，桥墩内部温度升高体积膨胀而外部温度相对较低发生收缩，内外相互作用易导致桥墩混凝土外部产生很大的温度拉应力，当混凝土抗拉强度不足以抵抗该拉应力时，会引发桥墩竖向开裂。该类裂缝仅存在于结构表面。
②施工工艺。
在桥墩浇注、起模等过程中，若施工工艺不合理、质量低劣，可能产生各种形式的'裂缝，裂缝出现的部位和走向、裂缝宽度都因产生的原因而异：模板的倾斜、变形以及接缝都可能会使新浇注的混凝土产生裂缝；混凝土振捣不密实、不均匀，也会引发蜂窝、麻面等缺陷；混凝土的初期养护时的急剧干燥也会引发混凝土表面的不规则裂缝；混凝土入模温度过高、施工拆模过早也会导致墩身开裂。
（3）桥墩运营。
桥梁在运营阶段，交通量的增长、超出设计荷载的重型车辆过桥、钢筋的锈蚀等都会影响桥梁墩柱及其它构件的裂缝开展情况。当墩柱受压区出现起皮或有沿受压方向的短裂缝，则应特别注意，往往是结构达到承载力极限的标志。此外，环境温度对桥墩等构件的开裂影响也不容忽视，引起混凝土桥墩温度变化的主要因素包括：年、月温差、日照变化、骤降温差等，尤其是入冬期间温度骤降极易造成桥墩等大体积构件开裂。
2、裂缝对策研究。
混凝土不可避免地带裂缝工作，裂缝的存在和发展也将一定程度地削弱相应部位构件的承载力，并进一步引发保护层剥落、钢筋锈蚀、混凝土碳化、持久强度低等，甚或危害桥梁的正常运行和缩短其使用寿命。因而，针对前裂缝在设计、施工及运营阶段可能出现的原因，进行控制对策的研究，列述如下。
（1）设计阶段。
在计算模型选取合理、桥墩强度、刚度、稳定性等满足规范要求的条件下，可选择尺寸较小的圆形截面桥墩，以一定程度地减缓减弱其温度应力峰值，从而降低其开裂风险。此外，在桥墩四周加防裂钢筋网，配筋除满足承载力及构造要求外，应结合水泥水化热引起的温度应力增配钢筋，以提高钢筋控制裂缝的能力。
（2）施工阶段。
①水化热。
R.Springenschmid认为，混凝土的2/3应力来自于温度变化，1/3来自干缩和湿胀。典型的波特兰水泥会在开始3天内放出约50%的水化热。可见，水化热是混凝土早期温度应力的主要来源，过快过高的水化热是早期开裂的主要原因。针对水化热效应，可采取以下措施以改善并控制开裂情况：在满足设计强度的前提下，尽可能采用圆形截面柱、尽可能采用低标号混凝土；采用低水化热的水泥或掺粉煤灰的水泥或掺缓凝剂，其对改善混凝土和易性、降低温升、减小收缩具有较好的效果，也可提高自身抗裂性。此外，对墩身内部布设冷水管以循环降温。
②入模温度。
降低混凝土的入模温度也是一项降低混凝土温度应力的重要措施。一般的，混凝土从塑形状态转变为弹性状态时，浇注温度越低开裂倾向越小。过高的入模温度会加剧了混凝土的早期温升，使得温度应力更大。
③其它。
桥墩的模板应具备足够的强度、刚度和稳定性，可承受新浇混凝土的重力、侧压力以及施工过程中可能产生的各种荷载；混凝土的振捣密实、均匀，可有效防止收缩裂缝，不可过捣，否则造成混凝土离析；拆模不应太早，混凝土终凝后对墩柱表面应及时的保湿保温养护，使水泥水化作用顺利进行，以提高混凝土的抗拉强度。主要养护方法包括：覆盖养护、浇水养护、储水养护和薄膜养护等。
（3）运营阶段。
运营阶段的抗裂措施应主要包含两方面内容：对潜在开裂隐患的控制和既有裂缝的修补控制。对于前者，若不考虑地震、撞击等偶然因素的影响，桥梁在运营期间的裂缝则主要跟环境变化相关。根据前文的温度骤降影响分析，圆形截面柱的抗裂情况较另2者略优，因而，可优先选择圆截面柱作为桥墩的设计方案。
除此，可在温度骤降前期或初期，于桥墩表面附加保温材料或涂抹防护材料以削减温度骤降带来的影响。对于后者，虽然对桥墩混凝土的原材料、配合比及工艺等方面加强预防措施，但混凝土桥墩的裂缝仍不可避免。根据《公路工程质量检验评定标准》规定，公路桥墩裂缝缝宽>0.15mm，铁路桥墩裂缝缝宽>0.2mm以下的局部收缩裂缝，须进行处理、修补。对于运营期间出现的裂缝，由变形变化所引起的裂缝，其无承载力危险，可采用防水型化学灌浆技术作一般表面处理。
混凝土桥墩工程中，多属于大体积混凝土工程，较易出现裂缝。只有在设计、施工、运营各阶段进行科学、合理的运作，可减轻减缓混凝土的裂缝开展。根据前文，相同体积情况下，满足强度、刚度、稳定性要求后，圆截面柱较矩形柱受施工期间水化热、运营期间温度骤降所引起的温度应力小，因而建议桥墩设计采用圆截面。
大体积混凝土裂缝控制的常用措施；
（1）优先选用低水化热的矿渣水泥拌制混凝土，并适当使用缓凝剂；
（2）在保证混凝土设计强度等级前提下，适当降低水灰比，减少水泥用量；
（3）降低混凝土的入模温度，控制混凝土内外的温差；
（4）及时对混凝土覆盖保温、保湿材料；
（5）可预埋冷却水管，通入循环水将混凝土内部热量带出，进行人工导热。
（6）在拌合混凝土时，还可掺入适量的微膨胀剂或膨胀水泥，使混凝土得到补偿收缩，减少混凝土的温度应力。
（7）设置后浇缝。当大体积混凝土平面尺寸过大时，可以适当设置后浇缝，以减小外应力和温度应力；同时，也有利于散热，降低混凝土的内部温度。
（8）大体积混凝土可采用二次抹面工艺，减少表面收缩裂缝。
