混凝土结构事故分析与处理

        混凝土结构产生裂缝是很普遍的现象，从理论上说，混凝土结构尤其是受弯构件总是带裂缝工作的，在使用荷载不大的情况下，没有裂缝隙或这类结构性裂缝隙非常细微，不易为肉眼所察觉。但在现实的建筑中，混凝土结构会出现各种各样的裂缝。许多混凝土结构在发生重大事故之前，往往有裂缝出现并不断发展，应特别注意。

         1.1  设计失误引起的事故

        1.1.1  因设计方案不妥而引起的事故

        房屋长度过长而未按规定设置伸缩缝；把基础置于持力层的承载力相差很大的两种或多种土层上而未妥善处理；房屋形体不对称，质量分布不均匀；主次梁支承受力不明确，工业厂房或大空间采用轻屋架而没有设置必要的支撑；受动力作用的结构与振源振动频率相近而未采取措施；结构整体稳定性不够等等。

        1.1.2  设计计算失误

        因任务急、时间紧、计算和绘图错误而又未认真校对；荷载漏算或少算了；抄了一个图或采用标准图后未结合实际情况复核，有的甚至认为原有设计有安全储备而任意减小断面，少配钢筋或降低材料强度等级；设计时所取可靠度不足或偏低等。

        1.1.3  对突发事故缺少二次防御能力

        我国有关规范规定当有偶然的突发性事件发生时，允许有结构的局部破坏，但应保持在一段时间内不发生连续倒塌，能保持结构的整体稳定性。这一方面的规定往往为设计人员所忽略。

        1.1.4  对于结构构造细节处置不当

        有些设计人员重计算、轻构造，认为构造处理不是很重要的，因而缺少精心设计。如大梁下未设置梁垫，预埋件设置不当，钢筋锚固长度不够，节点设计不合理等等。

        1.2  施工不良引起的事故

        1.2.1  建筑业管理方面问题

        （1）不按图施工，甚至无图施工。这在中小城市或一些小型建筑中常见，以为建筑不大，任意画张草图就施工。有些工程因领导意图要限期完工，往往未出图就施工。有时虽有图纸，但施工人员怕麻烦，或未领会设计意图就擅自更改。

        （2）施工人员误以为设计留有很大的安全度，少用一些材料，房屋也塌不了，因而故意偷工减料。

        （3）建筑市场不规范，名义上由有执照或资质证书的施工单位承包施工，实际上层层转包，直接施工的施工人员技术低、素质差，有的根本无执照。

        （4）进建筑材料质量把关不严。有时为利润驱动，只进价格便宜的材料，根本不问质量如何，材质不行，建筑工程质量就难以保证。

        （5）不遵守操作规程，质检人员检查不力，马虎签章，留下隐患。

        （6）不按基本建设程序办事，未经有关部门批准，私自开工，往往无设计先施工，未勘测先设计，什么都抢工期，不讲质量。

        1.2.2  施工管理和技术方面的原因

        （1）模板问题。模板强度不足，或整体稳定性差引起塌模；刚度不足，变形过大，造成混凝土构件歪扭；木模板未刨平，钢模未校正，拼缝不严，引起漏浆，造成混凝土麻面，蜂窝孔洞等毛病；模板内部不平整、不光滑或未用脱模剂，拆模时与混凝土粘结，硬撬拆模，造成脱皮，缺棱掉角；混凝土未达需要的强度，过早拆模，引起混凝土构件破损等。

        （2）钢筋问题。钢筋露天堆放，雨水浸泡后锈蚀严重，使用前未除锈；钢材质量间题，有时只注意了强度满足要求，延伸率、冷弯不合格，或含硫、含磷量过高，影响成型、加工(尤其是焊接)质量；钢筋错位，施工人员不熟悉图纸或看错图纸而放错了；图下料省事，不按规范要求，而使梁、柱同在同一截面的接头过多，甚至达100%；接头不牢，主要是绑扎松扣或焊接虚焊、漏焊；悬挑构件的主筋放反了，或放正了，在施工中有被压下去了；预埋件放置不当等。

        （3）混凝土施工的问题。配置混凝土配合比不准，或不按配合比设计配料，尤其是操作人员为了增加流动性而多加水；为节省工本而偷工减料，少加水泥，减小面积；对于骨料质量把关不严；使用过期水泥，使混凝土质量达不到要求，导致承载力不足时会引起事搅拌混凝土搁置时间过久，超过初凝时间才浇注。

        （4）混凝土浇筑时，混凝土捣固不实。浇筑顺序不当，有些混凝土结构在浇筑过程中易使模板产生不利变形，要按规定顺序浇筑。

        （5）养护问题。特别是早期养护质量与裂缝的关系密切，混凝土尚处于未完全硬化状态时，如干燥过快，则产生收缩裂缝，通常发生在表面上，裂缝不规则，宽度小，另外水泥在水化及硬化过程中，散发大量热量，使混凝土内外部产生温差，超过一定值时，因砼的收缩不一致而产生裂缝。因此混凝土浇筑完毕后要细心养护，保持必要的温湿度。要防止过早失水，保持湿润；冬天要防止受冻害。

        （6）避免在极端天气条件下施工，可以减少混凝土结构的开裂情况。

        1.3  收缩裂缝产生的原因

        1.3.1  塑性收缩裂缝

        塑性收缩是指混凝土在凝结之前，表面因失水较快而产生的收缩。塑性收缩裂缝一般在干热或大风天气出现，多发生于新浇混凝土的板面、地面或具有较大面积的构件表面，裂缝形状很不规则，裂缝多呈中间宽、两端细且长短不一，互不连贯状态。较短的裂缝一般长20～30cm，较长的裂缝可达2～3m，宽1～5mm。其产生的主要原因为：混凝土多为室外露天浇筑，混凝土在终凝前几乎没有强度或强度很小，或者混凝土刚刚终凝而强度很小时，混凝土表面受到日晒、风吹的影响，使新浇混凝土表面失水过快，即蒸发速度大于泌水速度，表面混凝土的收缩受到底层混凝土的约束，使正在硬化的混凝土产生拉应力，从而导致混凝土表面裂缝。影响混凝土塑性收缩开裂的主要因素有配合比、混凝土的凝结时间、环境温度、风速、相对湿度等等。塑性裂缝一般在混凝土浇筑后的四小时左右形成，开始不很明显。

        1.3.2  干缩裂缝

        干缩裂缝多出现在混凝土养护结束后的一段时间或是混凝土浇筑完毕后的一周左右。终凝前出现裂缝，较薄的梁、板类构件多沿短方向分布；凝固后期的裂缝一般较宽较深，此时出现的干缩裂缝一般均匀地分布于相邻两钢筋之间并与钢筋平行。水泥浆中水分的蒸发会产生干缩，且这种收缩是不可逆的。干缩裂缝的产生主要是由于混凝土内外水分蒸发程度不同而导致变形不同的结果：混凝土受外部条件的影响，表面水分损失过快，变形较大，内部湿度变化较小变形较小，较大的表面干缩变形受到混凝土内部约束，水泥石中的凝胶体逐渐干缩产生的初始应力，而产生裂缝。相对湿度越低，水泥浆体干缩越大，干缩裂缝越易产生。干缩裂缝多为表面性的平行线状或网状浅细裂缝，宽度多在0.05～0.2mm之间，个别情况也有大于0.2mm的，大体积混凝土中平面部位多见，较薄的梁板中多沿其短向分布。干缩裂缝通常会影响混凝土的抗渗性，引起钢筋的锈蚀影响混凝土的耐久性，在水压力的作用下会产生水力劈裂影响混凝土的承载力等等。混凝土干缩主要和混凝土的配合比、水泥的成分、水泥的用量、集料的性质和用量、外加剂的用量等有关。

        1.4  温度裂缝产生的原因

        混凝土具有热胀冷缩的性质，当环境温度发生变化时，就会产生温度变形，由此产生附加应力，当这种应力超过混凝土的抗拉强度时，发生收缩和膨胀，就会产生裂缝，在工程中，这类裂缝较多见。

        1.4.1  施工期裂缝

        温度裂缝多发生在大体积混凝土表面或温差变化较大地区的混凝土结构中。混凝土浇筑后，在硬化过程中，水泥水化产生大量的水化热，（当水泥用量在350～550 kg/m3，每立方米混凝土将释放出17500～27500kJ的热量，从而使混凝土内部温度升达70℃左右甚至更高）。由于混凝土的体积较大，大量的水化热聚积在混凝土内部而不易散发，导致内部温度急剧上升，而混凝土表面散热较快，这样就形成内外的较大温差，较大的温差造成内部与外部热胀冷缩的程度不同，使混凝土表面产生一定的拉应力（实践证明当混凝土本身温差达到25℃～26℃时，混凝土内便会产生大致在10MPa左右的拉应力）。当拉应力超过混凝土的抗拉强度极限时，混凝土表面就会产生裂缝，这种裂缝多发生在混凝土施工中后期。在混凝土的施工中当温差变化较大，或者是混凝土受到寒潮的袭击等，会导致混凝土表面温度急剧下降，而产生收缩，表面收缩的混凝土受内部混凝土的约束，将产生很大的拉应力而产生裂缝，这种裂缝通常只在混凝土表面较浅的范围内产生。

        1.4.2  环境温度变化裂缝

        温度裂缝的走向通常无一定规律，裂缝一般平行于梁板结构的短边，大面积结构裂缝常纵横交错；梁板类长度尺寸较大的结构，裂缝多平行于短边；深入和贯穿性的温度裂缝一般与短边方向平行或接近平行，裂缝沿着长边分段出现，中间较密。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。对处于环境温差较大的高温车间、冷库、浴室等由于温度骤变，容易产生温度裂缝。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。

        1.4.3  电气焊接裂缝

        预制构件安装时预埋件因焊接措施不当，使预埋件附近混凝土产生裂缝，也是一种温度裂缝。

        1.5  钢筋锈蚀裂缝产生的原因

        当保护层混凝土碳化或混凝土不密实、保护层厚度不足时，钢筋在一定的环境条件下将发生锈蚀，削减钢筋的断面，同时铁锈膨胀可引起混凝土开裂，破坏混凝土与钢筋之间的粘结力，削弱混凝土与钢筋的共同工作，降低结构的耐久性。

        1.6  受力裂缝产生的原因

        结构受外力作用而产生的裂缝称为受力裂缝。普通钢筋混凝土构件得允许带裂缝工作的，但有些构件因改变使用功能、荷载增大、设计有误、截面减小、钢筋用量不够、施工质量差、原材料质量不合格、混凝土强度降低以及已有建筑物耐久性不足引起的承载力下降等都有可能加剧裂缝的开展，使裂缝宽度超过允许范围。就梁板结构来说，受力裂缝有垂直裂缝、压区裂缝、和斜截面裂缝等几种。

        1.7  水泥安定性不良产生的裂缝

        由于水泥安定性不良使混凝土产生裂缝，裂缝的形式通常遍及结构的表面，形状如同龟裂，严重的可使构件弯曲、松脆或崩溃。水泥安定性不良主要是水泥熟料烧结不充分而产生较多的游离氧化钙，它在凝结硬化过程中水化很慢，当水泥已经凝结硬化后它还在继续起水化作用，破坏已经硬化的水泥石结构，使结构构件的体积发生不均匀变化而产生裂缝。使用安定性不良的水泥会降低结构或构件的承载力，严重的还会造成结构的承载力破坏。

        1.8  沉陷产生的裂缝

        沉陷裂缝的产生是由于结构地基土质不匀、松软，或回填土不实或浸水而造成不均匀沉降所致；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。此类裂缝多为深进或贯穿性裂缝，其走向与沉陷情况有关，一般沿与地面垂直或呈300～450角方向发展， 较大的沉陷裂缝，往往有一定的错位，裂缝宽度往往与沉降量成正比关系。裂缝宽度受温度变化的影响较小，地基变形稳定之后，沉陷裂缝也基本趋于稳定。

        1.9  化学反应引起的裂缝

        碱骨料反应裂缝和钢筋锈蚀引起的裂缝是钢筋混凝土结构中最常见的由于化学反应而引起的裂缝。混凝土拌和后会产生一些碱性离子，这些离子与某些活性骨料产生化学反应并吸收周围环境中的水而体积增大，造成混凝土酥松、膨胀开裂。这种裂缝一般出现中混凝土结构使用期间，一旦出现很难补救，因此应在施工中采取有效措施进行预防。

 

        控制混凝土裂缝，必须从混凝土产生裂缝的主要原因入手，才能有效地将裂缝控制在充许范围内。一般分为两个控制阶段，设计阶段和施工阶段，设计阶段由设计人员对混凝土强度等级、钢筋的品种、规格、建筑物的结构形式等统筹设计，有效进行裂缝控制。施工阶段采取加入外加剂改善混凝土性能、降低水泥水化热、降低混凝土内外温差、设置施工缝或变形缝、加强混凝土中的配筋率等措施来减少混凝土的收缩，防止混凝土产生有害裂缝，通过以上分析，在工程裂缝中有很大一部分是可以通过设计手段、施工手段来克服。

        2.1  合理设计施工配合比预防措施

        由于混凝土各项指标要求较高，并普遍采用泵送混凝土，因此合理设计配合比是有效控制和预防混凝土裂缝发生的基础。应根据工程所处条件，对砂率、配合比、水泥用量及掺合料用量等进行优化设计，选择最优方案。

        2.1.1  砂率的选择

        适当砂率的选择对控制混凝土的裂缝有积极作用，混凝土的干燥收缩随砂率的增大而增大。由于砂率减小使粗骨料含量增大，在相同条件下混凝土的弹性模量较高，收缩量较小，而且由于粗骨料对收缩的约束作用，可减少开裂的可能。使用粗骨料，尽量选用粒径较大，级配良好的粗骨料，在厚大无筋或少筋的大体积混凝土中，掺总量不超过20%的大石块，减少混凝土的用量，以达到节省水泥和降低水化热的目的。