摘要:混凝土结构的裂缝问题，是混凝土工程建设中带有普遍性的技术问题，在钢筋混凝土结构的建设和使用过程中，钢筋混凝土结构出现裂缝是一种非常普遍的现象，这不仅对构筑物外观产生较大影响，同时对构筑物的使用功能和耐久性产生影响，严重时对构筑物的安全性构成威胁，甚至于完全丧失其使用功能。目前，裂缝问题引起了人们的广泛关注。因此，探讨钢筋混凝土结构裂缝的产生原因和预防措施及其补救措施是很有必要的。本文分析了混凝土产生裂缝的原因和影响因素，概括介绍了修补裂缝的几种方法。
关键词: 钢筋混凝土,裂缝,产生原因,预防措施
一、钢筋混凝土常见裂缝原因分析
（一）、材料原因
普通混凝土是由水泥、碎石或卵石、砂和水拌合，经硬化而成的一种人造材料。砂、石在混凝土中起骨架作用，并抑制水泥的收缩；水泥和水形成水泥浆，包裹在粗细骨料表面并填充骨料间的空隙。水泥浆体在硬化前起润滑作用，使混凝土拌合物具有良好工作性能，硬化后将骨料胶结在一起，形成坚强的整体。
1.抗拉能力不强
由于普通混凝土材料本身的特性，虽然抗压强度高，混凝土的抗压强度一般在7. 5~60MPa之间，当掺入高效减水剂和掺合料时，强度可达100MPa以上。但是它的弹性不好，没有能屈能伸的品性，好比一个大丈夫只能拔剑而起，却不能忍辱负重。所以，在路桥面的荷载量非常大且受力不均匀的情况下，荷载力不能驱散分匀，这样就导致某一个构件不堪重力，最终产生裂缝。
2.弹性不好
混凝土因材料选用不当产生质量缺陷或裂缝，一般认为是因为混凝土材料变形受约束所引起的内应力大于材料抗拉强度的缘故。材料选用不当的常见因素有水泥过期或品种选用不当；混凝土配比不合理；水泥、骨料含有过量有害物质；水泥水化热过高；外加剂使用不当等。其中骨料含有过量杂质最为普遍，砂、石含泥量大将降低水泥石与骨料的粘结强度，导致早期裂缝，且易发展为贯通性有害裂缝。
（二）、混凝土的收缩
自90年代以来，随着我国商品混凝土的施工工艺的逐步推广，在工程中，尤其是住宅建筑中，基础底板、地下室外墙以及楼层现浇板出现早期收缩裂缝的比例逐渐增多。商品混凝土由于流动性、和易性的要求，使得坍落度增加、水灰比增大、水泥标号提高、水泥用量增加、骨料粒径减小、外加剂增多等因素的变化，导致混凝土的收缩及水化热作用多比以往的低流动性混凝土大幅增加。
1.温差收缩
对于强度要求较高的混凝土,水泥用量相对较多,水泥水化是个放热过程,其水化热为l65～250焦尔/克,随混凝土水泥用量提高,其绝热温升可达50～80℃。研究表明,当混凝土内外温差1 0℃时,产生的冷缩值εC= △T/α= 10/l10-5=0.O1%,如温差为20～30℃时,其冷缩值为0.02～0.03%,而混凝土极限拉伸值只有0.01~0.015%,因而冷缩常引起混凝土开裂。
2.干燥收缩
研究表明,水泥加水后变成水泥硬化体,其绝对体积减小。每l00克水泥水化后的化学减缩值为7～9ml,如混凝土水泥用量为35Okg/m3,则形成孔缝体积约25～30l/m3之巨。这是混凝土抗拉强度低和极限拉伸变形小的根本原因。研究表明,每lOOg水泥浆体可蒸发水约6ml,如混凝土水泥用量为350kg/m3,当混凝土在干燥条件下, 则蒸发水量达2ll/m3。毛细孔缝中水逸出产生毛细压力,使混凝土产生“毛细收缩”。由此引起水泥砂浆的干缩值为0.1%～0.2%，混凝土的干缩值为0.04%～0.06%。而混凝土的极限拉伸值只有0.01%～0.02%,故易引起干缩裂缝,干燥收缩裂纹出现在接近1年龄期内。
（三）、设计考虑不周
如截面不够、梁的跨度过大、高度偏小，或者由于计算错误、受力钢筋截面偏小或板太薄、配筋位置不当、节点不合理、结构构件断面突变或因开洞、留槽引起应力集中、构造处理不当、现浇主梁在与次梁交接处若没有设附加箍筋、或附加吊筋以及各种结构缝设置不当等因素均容易导致混凝土开裂。另一方面，设计人员在进行混凝土受弯构件的配筋计算过程中，通常只是根据其承载能力来确定配筋量，而往往忽略了对构件在正常使用阶段由其承受的荷载而引起的挠度及裂缝宽度的验算，由此而引起结构在荷载作用下产生裂缝。
（四）、施工管理问题
混凝土配合比设计是否科学合理,水泥与外加剂是否相适应,砂石级配及其含泥量是否符合规范要求,混凝土坍落度控制是否合理,这些都影响到混凝土的质量及其收缩变形。
混凝土浇筑震捣不均匀密实,施工缝和细部处理马虎,会带来结构开裂的后患;过震则使浮浆过厚,抹压又不及时,则混凝土表面出现塑性裂缝,十分难看。
边墙拆摸板过早(1～3d),混凝土水化热正处于高峰,内外温差最大;混凝土易“感冒”开裂。
混凝土养护十分重要,但许多施工单位忽视这一环节,尤其是墙体和柱梁的保温保湿养护不到位,容易产生收缩裂缝。某些露天构筑物尽管当地湿度很大,但由于吹风影响,加速了混凝土水分蒸发速度,亦即增加干缩速度,容易引起早期表面裂缝。这也许是夏季比秋冬季,南方比北方出现结构裂缝较多的原因。
从已建工程调查中发现,底板养护较好,出现裂缝概率较低,而底板上外墙裂缝概率很高约占80%,这与保温保湿养护不足有很大关系。
除上述技术因素外,施工管理不严,赶进度,偷工减料,工人素质差,施工马虎等也是造成结构裂缝的人为因素。
（五）、地基不均匀沉降
由于结构地基土质不匀、松软，或回填土不实或浸水而造成的结构基础不均匀沉降会引起沉陷裂缝；或者因为模板刚度不足，模板支撑间距过大或支撑底部松动等导致。特别是在冬季，模板支撑在冻土上，冻土化冻后产生不均匀沉降，致使混凝土结构产生裂缝。随着沉降的进一步发展，裂缝会进一步扩大。此类裂缝多为深进或贯穿性裂缝，裂缝宽度往往与沉降量成正比关系。
（六）、结构改变使用功能
结构设计师做结构设计时，建筑物的使用功能是确定设计荷载的依据之一。普通钢筋混凝土构件在承受了30～40%的设计荷载时，就可能出现裂缝，肉眼一般不易察觉，而构件的极限破坏荷载往往是在设计荷载的1.5倍以上，所以在一般情况下钢筋混凝土构件是允许带裂缝工作的。在使用过程中，如将屋面建造为屋顶花园、屋面加层、将办公室改为仓库等改变原来使用功能的举动将增大结构使用荷载加速裂缝的开展。
（七）、 施工工艺质量引起的裂缝
混凝土桥梁工程中无非使用预制和现浇结构两种形式，采用预制构件具有施工速度快、构件尺寸易控制、便于工业化集中施工等优点，采用现浇结构具有整体性好、抗震性好、空间分隔随意等优点，但在施工过程中，施工工艺不合理、质量控制措施不当，容易产生各种形式的裂缝，而且由于这种原因引起的质量隐患还相当普遍。
1、支架地基未压实、基础承载力不够，浇筑混凝土后支架产生不均匀沉降。园博园1#桥在施工时，支架地基采用回填1米的沙作为基础,基础较为牢固；
2、支架刚度、强度、稳定性不足或模板刚度不足，浇筑混凝土中，混凝土自重及侧向压力迫使模板变形；过早拆模或野蛮拆模引起的裂缝。园博园1#桥在施工时，支架预压重量为箱梁重量的1.5倍进行预压。
3、混凝土搅拌、运输时间长，引起混凝土坍落度过低，和易性不好；
4、混凝土配合比不符合规范要求，水泥、碎石、砂、外加剂、外掺料等不符合规范要求；
5、混凝土未能严格按规范要求分层、分段浇筑，混凝土浇筑不连续；施工缝处理不到位；
6、混凝土振捣不密实、不均匀，出现蜂窝、麻面、空洞等，削弱了截面承载力引起钢筋锈蚀等；
7、混凝土养护措施不当，使得混凝土的结构强度未达到设计目标。
2012年4月福建省建筑科学研究院专门对该桥进行竣工验前专项检查,桥面铺装和防撞护栏等局部都发现有细小裂缝，大多数裂缝在0.15mm以下,个别达到0.2mm,长度一般5-10cm；底板局部0.1-0.2 mm,长度几十厘米不等的不规则裂缝,腹板侧面两道明显纵向钢筋保护层不够引起的绣蚀裂纹达2-3m。
该桥主体完工以后,园内其它道路和园区主要建筑都还没有完成，该桥做为主要进出园区通道，大量运输土石方、建筑材料、设备的超限车辆频繁从桥上通过，预应力混凝土徐变产生次应力裂缝等,荷载原因引起底板的裂缝可能性大；其它温度变化、收缩、施工材料、施工工艺质量也可能是引起裂缝的原因。腹板侧面有两处长达2-3m可见钢筋绣蚀痕迹为钢筋保护层不够产生的裂缝。桥梁防撞护栏裂缝系收缩裂缝。该桥所有的灌注桩都是嵌岩桩，基础变形引起的裂缝可能性小。 地处闽南海洋季节性气候，冬季最低温度都在5℃以上，不可能有因冻胀原因产生的裂缝。
二、钢筋混凝土裂缝的防治
（一）预防措施
1.材料选用
水泥：应该选用水化热较低的水泥，严禁使用安定性不合格的水泥。
粗骨料：宜用表面粗糙、质地坚硬的石料、级配良好、空隙率小、无碱性反应，有害物质及粘土含量不超过规定。
细骨料：宜用颗粒较粗、空隙较小、含泥量较低的中砂。
2.设计方面
设计单位应该提出混凝士施工温度控制的具体要求和混凝施工养护的基本要求，确定外加剂的品种和掺量，确保混凝土收缩与膨胀相抵消。还有适当加强构造配筋,提高配筋率,尽量配置细而密的钢筋,以减少裂缝的宽度。在温度收缩应力较大的地方配置温度收缩钢筋。但对大体积混凝土,提高配筋率没有太大效果,因为其配筋率往往很低。配合比设计：应采用低水灰比、低用水量，以减少水泥用量。
3.地基沉降方面
地基过大不均匀沉降产生过宽裂缝时,进行建筑物在使用阶段的沉降验算可以防止这些裂缝的出现,对已出现这类裂缝的结构,要采用地基基础的防治措施对地基基础妥善处理后,再采用建筑结构的加固措施来解决。
4.施工管理方面
在进行混凝土拌制时，在确保混凝土强度满足使用要求的基础上，尽量降低绝对用水量以及水泥的用量。在混凝土中的水泥石凝结硬化时容易出现大量的水分蒸发，降低混凝土拌合时的用水量，就可以降低混凝土的的水分蒸发量，进而降低混凝土的收缩。因此，在施工过程中要严格控制拌合混凝土的用水量，条件允许时可以添加高效减水剂。
通过有效的安排施工顺序，可以降低建筑物各构件之间的应力作用，进而避免混凝土早期裂缝的产生。如可以先进行建筑物墙板的施工，然后再进行底板的施工，这样可以避免因底板对墙板的约束而引起墙板出现裂缝。
注重混凝土的养护；有关研究指出，若普通混凝土是在水中进行养护则可以有效避免收缩裂缝的产生，因此，在混凝土浇注结束以后，要尽快用草帘等进行覆盖并进行浇水养护，这样就能够降低混凝土的收缩量，防止混凝土裂缝的产生，混凝土的养护时间应当不少于14d。
混凝土浇注、养护过程中所用的模板起到支撑混凝土自重、保证混凝土形状的作用，因而在进行模板拆除时应当确保混凝土自身的强度能够承受外部荷载作用。混凝土模板的拆除时间应当依据混凝土的强度发展过程、养护条件等确定，避免拆模过早而导致荷载裂缝的产生。
（二）修补方法
裂缝的出现不但会影响结构的整体性和刚度，还会引起钢筋的锈蚀、加速混凝土的碳化、降低混凝土的耐久性和抗疲劳、抗渗能力。因此根据裂缝的性质和具体情况我们要区别对待、及时处理，以保证建筑物的正常使用。混凝土裂缝的修补措施主要有以下一些方法：
1.表面处理法
表面修补法是一种简单、常见的修补方法，包括表面涂抹法和表面贴面法。它主要适用于修补稳定裂缝，同时裂缝宽度较细、较浅（宽度小于0.3mm）。当表面裂缝不多时，可在裂缝处用水冲洗，然后涂刷水泥净浆或将混凝土表面清洗干净并干燥后涂刷环氧树脂、沥青、油漆等；当表面有较多裂缝时，可沿裂缝附近用钢丝刷刷干净再用压力水清洗并湿润后，用1：（1～2）水泥砂浆抹平或在表面刷洗干净并干燥后涂抹2～3mm厚的环氧树脂水泥。对于有防水抗渗要求的迎水面，可在混凝土表面刷洗干净并干燥后，粘贴2～3层环氧树脂玻璃或橡胶沥青绵纸等以封闭裂缝。
2.填充法（嵌缝法）
填充法主要适用于修补水平面上较宽的裂缝（大于0.3mm），根据裂缝的情况，可以直接向缝内填入不同粘度的树脂。宽度小于0.3mm的裂缝则应先将开裂部位剔凿成V形或U形槽口，然后清除浮灰，冲洗干净后先涂上一层界面剂或低粘度的树脂，以增加填充材料与混凝土的粘结力。
3.结构加固法
结构加固法是在结构构件外部或结构裂缝四周浇铸钢筋混凝土围套或包钢筋、型钢龙骨，将结构构件箍紧，以增加结构构件受力面积，提高结构的刚度和承载力的一种结构补强加固方法。这种方法适用于对结构整体性、承载能力有较大影响的深进及贯穿性裂缝的加固处理。常用的方法有以下几种：加大混凝土结构的截面面积、在构件的角部外包型钢、采用预应力法加固、粘贴钢板加固、增设支点加固以及喷射混凝土补强加固。
4.内部修补法
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。这种方法适用于对结构整体性有影响，或有防水、防渗要求的裂缝修补。常用的灌浆材料有水泥和化学材料，可按裂缝的性质、宽度、施工条件等具体情况选用。一般对宽度大于0.5mm的裂缝，可采用水泥灌浆，对宽度小于0.5mm的裂缝，或较大的温度收缩裂缝，宜采用化学灌浆。
5.混凝土置换法
混凝土置换法是处理严重损坏混凝土的一种有效方法，此方法是先将损坏的混凝土剔除，然后再置换入新的混凝土或其他材料。常用的置换材料有：普通混凝土或水泥砂浆、聚合物或改性聚合物混凝土或砂浆。
6.电化学防护法
电化学防腐是利用施加电场在介质中的电化学作用，改变混凝土或钢筋混凝土所处的环境状态，钝化钢筋，以达到防腐的目的。阴极防护法、氯盐提取法、碱性复原法是化学防护法中常用而有效的三种方法。这种方法的优点是防护方法受环境因素的影响较小，适用钢筋、混凝土的长期防腐，既可用于已裂结构也可用于新建结构。
7.仿生自愈合法
仿生自愈合法是一种新的裂缝处理方法，它模仿生物组织对受创伤部位自动分泌某种物质，而使创伤部位得到愈合的机能，在混凝土的传统组分中加入某些特殊组分(如含粘结剂的液芯纤维或胶囊)，在混凝土内部形成智能型仿生自愈合神经网络系统，当混凝土出现裂缝时分泌出部分液芯纤维可使裂缝重新愈合。
三、结论
钢筋混凝土结构裂缝是影响建筑物满足安全性、适用性和耐久性的一个非常重要的方面，建筑物的结构或构件常常由于各种不同的原因导致各种裂缝出现，是不可避免的，其有害程度是可以控制的，有害与无害的界限是由结构使用功能决定的。因此加强钢筋混凝土结构出现裂缝原因的分析是非常重要的，混凝土结构应针对裂缝产生的主要原因，贯彻预防为主的原则，加强设计施工及使用等方面的管理，发现裂缝要及时处理确保结构安全和避免不必要的损失。
参考文献
1.郑永跃.浅谈桥梁施工中混凝土温度与裂缝.科技信息，2008
2.李久宝，高亮亮.桥梁施工裂缝的原因和防治措施探析.黑龙江交通科技，2010
3.成存爱.浅析混凝土桥梁施工中裂缝出现的原因.科技创新导报，2008
4.张进才,王利,陈倩.浅谈钢筋混凝土裂缝的成因及预防[J].科学之友,2009(4):（149-150）
5.陈裕新.浅析钢筋混凝土裂缝的预防和控制[J].中国高新技术企业,2009(11):（178）
6.张陈杰 现浇混凝土结构裂缝的分析及预防 混凝土[J] 2006（50-70）
7.GB 50010-2002，钢筋混凝土设计规范
8.高丹盈，赵军，朱海堂．纤维混凝土设计与应用．北京：中国建筑工业出版社，2002
9.《市政桥梁工程质量检验评定标准》（CJJ-2-90）中国建筑工业出版社 2008
10.《公路桥涵施工技术规范实施手册》（JTJ 041-2000）人民交通出版社 2005
11.《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB50204-2002）中国建筑工业出版社 2010
12.《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）人民交通出版社 2004
13.《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000）人民交通出版社 2000
14.钢筋混凝土结构设计规范[M] 中国建筑工业出版社 2002：（125）
