水泥混凝土裂縫的原因及預(yù)防措施

趙晉玉

（山西平陽(yáng)重工機(jī)械有限責(zé)任公司，山西 侯馬 043002）

1 前言

水泥混凝土由于水泥本身的性質(zhì)和混凝土在硬化過(guò)程中或硬化后在其他外界不利因素的影響下，極易產(chǎn)生裂縫。從裂縫的大小上來(lái)分，可分為允許的裂縫（稱為微裂）和不允許的裂縫（稱為宏觀裂縫）。微裂一般裂縫寬度在0.03 mm以內(nèi)，用肉眼是看不見(jiàn)的，這種細(xì)小裂縫的分布是不規(guī)則、不連貫的，是由于水泥砼本身的收縮引起的。凡用水泥做黏結(jié)料所形成的砼，這種收縮都是不可避免的，由于裂縫寬度較小，對(duì)砼結(jié)構(gòu)無(wú)多大影響，大量實(shí)踐已證明了這一點(diǎn)。宏觀裂縫一般裂縫寬度大于0.03 mm，用肉眼可以看到，這種裂縫一般是在微裂的基礎(chǔ)上，由于受到外荷載作用，較大的溫差變化，受施工管理和施工方法不當(dāng)?shù)纫蛩氐挠绊?，使裂縫逐漸增大，把不連貫的裂縫互相連在一起，形成寬長(zhǎng)的裂縫，此種裂縫對(duì)結(jié)構(gòu)影響很大，應(yīng)盡量避免出現(xiàn)。為控制砼產(chǎn)生裂縫，尤其是宏觀裂縫，有必要找出裂縫的原因，采取有效的措施，避免裂縫的發(fā)生。筆者對(duì)此問(wèn)題做如下闡述，僅供參考。

2 混凝土裂縫的原因

砼裂縫可歸納為3類：第一類是外力（包括突發(fā)性的外力和結(jié)構(gòu)靜、動(dòng)載）引起的裂縫；第二類是砼本身存在不均勻收縮變形加上約束作用引起的裂縫，簡(jiǎn)稱收縮裂縫；第三類是由于施工管理、施工方法不當(dāng)?shù)热藶橐蛩匾鸬牧芽p。

2.1 外力引起的裂縫

外力引起的裂縫其危害最大，直接決定著結(jié)構(gòu)的承載能力。如某地下工程穿越一段 20 m長(zhǎng)的塌方段，設(shè)計(jì)時(shí)采用離壁襯砌。砼襯砌厚度沒(méi)考慮塌方的影響，結(jié)果由于此段石質(zhì)松散，在地下水作用下造成了塌方，大塊巖石砸壓在拱頂上，拱頂和側(cè)墻多處裂縫，嚴(yán)重影響了結(jié)構(gòu)的承載能力，不得不進(jìn)行二次襯砌加固。目前，高速公路上超載運(yùn)營(yíng)較普遍，對(duì)橋梁影響很大。由于超載的原因，橋梁結(jié)構(gòu)某些薄弱部位有可能出現(xiàn)裂縫，這種裂縫會(huì)隨時(shí)間而逐漸擴(kuò)大，最后使砼結(jié)構(gòu)造成破壞，應(yīng)引起足夠的重視。

2.2 收縮裂縫

由于水泥本身性質(zhì)所決定的水泥砼產(chǎn)生收縮裂縫是不可避免的，對(duì)于這種裂縫，目前尚無(wú)一個(gè)精確的計(jì)算方法。設(shè)計(jì)時(shí)只能根據(jù)規(guī)范和經(jīng)驗(yàn)采取相應(yīng)的措施，嚴(yán)格控制施工質(zhì)量，把裂縫控制在允許的范圍之內(nèi)，砼收縮裂縫有以下幾種：

2.2.1 干燥收縮裂縫

由于砼內(nèi)的水分蒸發(fā)，表面水分蒸發(fā)快，收縮也大，內(nèi)部水分蒸發(fā)慢，收縮也小，形成內(nèi)外收縮差，當(dāng)其差值較大，加上表面收縮變形受到內(nèi)部砼的約束作用而出現(xiàn)拉應(yīng)力，當(dāng)拉應(yīng)力達(dá)到一定值時(shí)，引起砼表面開(kāi)裂。

2.2.2 自生收縮裂縫

水泥水化體積變小，引起自生收縮。由于收縮是不均勻的，收縮大的部位受到收縮小的部位砼的約束作用而產(chǎn)生裂縫。

2.2.3 碳化收縮裂縫

空氣中的二氧化碳與水泥水化生成物如氫氧化鈣等作用生成碳酸鈣、鋁膠、硅膠和游離水，引起表面體積收縮。表面收縮受到結(jié)構(gòu)內(nèi)部未碳化砼的約束而產(chǎn)生表面龜裂。在干燥環(huán)境、振搗過(guò)度表面形成砂漿層的情況下更為嚴(yán)重。

2.2.4 降溫收縮裂縫

水泥水化放出熱量，砼溫度升高，水化反應(yīng)完成，放熱也終止。放熱過(guò)程表面降溫快，產(chǎn)生較大的降溫收縮，內(nèi)部降溫慢，收縮小。由于砼內(nèi)、外部產(chǎn)生溫差，表面收縮又受到內(nèi)部砼的約束產(chǎn)生拉應(yīng)力，當(dāng)拉應(yīng)力達(dá)到一定值時(shí)，砼就會(huì)出現(xiàn)裂縫。

以上幾種因砼收縮引起的裂縫，在沒(méi)有其他不利因素的影響下，僅發(fā)生微裂，對(duì)結(jié)構(gòu)沒(méi)有什么大的影響，是允許的。但在其他各種不利因素的影響下，微裂可轉(zhuǎn)化為不允許出現(xiàn)的宏觀裂縫。如何使裂縫控制在用肉眼看不見(jiàn)的允許范圍之內(nèi)，是我們重點(diǎn)要解決的課題。

2.3 人為因素引起的裂縫

（1）由于水灰比、砂率過(guò)大、石子級(jí)配不好、振搗過(guò)度、養(yǎng)生不到位等原因引起粗骨料過(guò)度沉落，形成豎向體積縮小，沉落過(guò)程中受到鋼筋、模板等約束而產(chǎn)生沉降收縮裂縫。

（2）由于地基不均勻下沉、模板變形或過(guò)早拆除模板等因素，引起不均勻沉陷裂縫。

（3）砼沒(méi)達(dá)到規(guī)定強(qiáng)度放張（先張法）或張拉（后張法），引起反拱值偏大或放張方法不當(dāng)，都會(huì)引起張拉、放張裂縫。對(duì)先張法砼空心板、梁、芯模上浮，后張法箱梁模板移位、內(nèi)模上浮，使頂板砼產(chǎn)生裂縫。

（4）砼內(nèi)摻有氯化物外加劑或以海砂作骨料、海水拌制砼，使鋼筋生銹，鐵銹膨脹把砼漲裂；砼保護(hù)層過(guò)薄，碳化深度超過(guò)保護(hù)層，在水的作用下，使鋼筋生銹膨脹導(dǎo)致裂縫；水泥中含鋁酸三鈣過(guò)多，和含有硫酸鹽或鎂鹽的水反應(yīng)生成難溶的體積增大的反應(yīng)物，使砼體積膨脹而裂縫；砼骨料中含活性氧化硅與高堿水泥中堿反應(yīng)生成堿硅酸凝膠，吸水后體積膨脹使砼崩裂（稱堿骨料反應(yīng)）；水泥中含游離氧化鈣過(guò)多，在砼硬化后繼續(xù)水化，體積膨脹使砼崩裂。以上這些裂縫統(tǒng)稱為化學(xué)反應(yīng)裂縫，只有加強(qiáng)試驗(yàn)室檢測(cè)工作，才能避免產(chǎn)生這些裂縫。

（5）冬季施工沒(méi)采取防凍措施，使砼受凍而產(chǎn)生裂縫，可稱為凍脹裂縫。

（6）由于施工安排不當(dāng)，砼墻身和基礎(chǔ)施工間隙時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，先澆筑的砼基礎(chǔ)收縮已基本完成，而后澆筑的砼收縮剛開(kāi)始，墻身收縮受到基礎(chǔ)的約束，再加上伸縮縫間距偏大，墻身配筋偏少等原因，導(dǎo)致墻身產(chǎn)生裂縫，如薄壁橋臺(tái)常出現(xiàn)此種裂縫；對(duì)大體積砼澆筑在巖石地基或厚大老砼墊層上時(shí)，沒(méi)采取隔離層措施，由于約束作用產(chǎn)生裂縫，此類裂縫可稱為人為因素的約束裂縫。

（7）其他因素引起的裂縫。木模沒(méi)澆水濕透、拆模方法不當(dāng)或受到劇烈振動(dòng)；構(gòu)件運(yùn)輸、堆放時(shí)支撐墊木位置不當(dāng)或運(yùn)輸過(guò)程中受到較大的振動(dòng)；吊點(diǎn)位置不當(dāng)、安裝時(shí)下放速度過(guò)快，產(chǎn)生撞擊；安裝錯(cuò)誤使構(gòu)件放反等都會(huì)產(chǎn)生裂縫。

3 預(yù)防措施

3.1 材料選擇

（1）應(yīng)選擇干縮率較小的水泥。常用水泥中礦渣水泥干縮率較大，普通水泥次之，粉煤灰水泥干縮率較小。一般來(lái)說(shuō)，建筑工程和橋梁工程采用普通水泥即可。干縮率小其抗裂性不一定好，這里要考慮水泥的徐變。如普通水泥雖然干縮率較大，但徐變更大，致使干縮應(yīng)力大為減少。粉煤灰水泥有利于砼的抗裂性，但粉煤灰必須經(jīng)過(guò)磨細(xì)，摻入水泥中才能降低水泥的干縮率。由于大多數(shù)水泥水化引起的砼自生體積變形，表現(xiàn)為收縮，因此，可用低熱膨脹水泥拌制砼，使其在硬化過(guò)程中產(chǎn)生微膨脹，在約束條件下產(chǎn)生壓應(yīng)力，可以抵消由于收縮產(chǎn)生的拉應(yīng)力，達(dá)到防止開(kāi)裂的目的。

采用含鋁酸三鈣少的水泥，以減輕水中硫酸鹽或鎂鹽對(duì)水泥的作用；采用低堿水泥，降低堿骨料反應(yīng)；采用正規(guī)廠家生產(chǎn)的含游離氧化鈣少的水泥以防止砼出現(xiàn)崩裂。

（2）選擇骨料時(shí)，應(yīng)選用碎石、粗砂，盡量不用礫石、細(xì)砂，因前者比后者干縮率小。也不能用海砂，避免鋼筋銹蝕膨脹裂縫的發(fā)生。

（3）嚴(yán)禁采用含硫酸鹽或鎂鹽的水或海水?dāng)嚢桧?，以避免與水泥中的鋁酸三鈣反應(yīng)，造成體積膨脹裂縫或鋼筋銹蝕膨脹裂縫。

（4）盡量不采用含有氯化物的外加劑，防止鋼筋銹蝕，產(chǎn)生膨脹裂縫。

3.2 合理確定砼配合比

砼配合比對(duì)干縮率影響很大，單位用水量、水泥用量和含砂率越大，砼干縮率也越大，其中單位用水量影響最大。據(jù)有關(guān)資料介紹，水灰比由0.4增加到0.7時(shí)，砼干縮率增加50%。

3.3 級(jí)配方案

選定骨料最佳級(jí)配方案，減少空隙率，使砼獲得最密實(shí)的體積。依靠砼本身的密實(shí)性達(dá)到提高砼的抗拉強(qiáng)度、減小收縮裂縫的目的。

3.4 原材料管理

加強(qiáng)原材料管理，嚴(yán)格控制砂、石含泥量。試驗(yàn)證明，當(dāng)含泥量為7%時(shí)，其抗拉強(qiáng)度與不含泥相比，降低30%左右。應(yīng)嚴(yán)格按規(guī)范規(guī)定的砂含泥量應(yīng)小于3%、石含泥量應(yīng)小于1%的要求管理。

3.5 養(yǎng)生

養(yǎng)生不好不僅對(duì)砼強(qiáng)度影響很大，還極易產(chǎn)生裂縫。養(yǎng)生的方法很多，不管采用哪種方法，能使砼保持濕養(yǎng)，散發(fā)水分越慢越好。筆者認(rèn)為，采用塑料薄膜進(jìn)行封閉式的養(yǎng)生方法較為理想，既簡(jiǎn)單、養(yǎng)生效果好，又便宜，并能充分利用施工余水進(jìn)行養(yǎng)生。凡是砼工程都存在施工余水散發(fā)的問(wèn)題。因?yàn)樵谂渲祈艜r(shí)，為了使砼有好的和易性及保證水泥能充分水化，砼拌和水量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)水泥完成水化反應(yīng)所需的水量。多余的水分在砼硬化過(guò)程中繼續(xù)向外散發(fā)，這部分水稱施工余水。據(jù)測(cè)定，僅 20%左右的水成為化合水，80%呈游離水散發(fā)出來(lái)。采用塑料薄膜進(jìn)行封閉式養(yǎng)生法，由于塑料透水率很低，又能保溫，不僅充分利用了施工余水進(jìn)行養(yǎng)生，而且對(duì)減少收縮裂縫起著重要作用，應(yīng)盡量采用這種養(yǎng)生方法。

蒸汽養(yǎng)護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件時(shí)，升溫速度不大于15 ℃/h，降溫速度不大于10 ℃/h，并緩慢揭開(kāi)養(yǎng)護(hù)棚布。

3.6 施工方法

（1）對(duì)于截面尺寸相差較大的砼構(gòu)筑物，可先澆筑較深部位的砼，靜停一段時(shí)間（不能超過(guò)初凝期），待沉降穩(wěn)定后再與上部薄截面砼同時(shí)澆筑，以避免沉降過(guò)大導(dǎo)致裂縫。

（2）對(duì)小型砼預(yù)制件可在砼初凝后、終凝前進(jìn)行二次抹壓，以提高抗拉強(qiáng)度，減少收縮量。

3.7 試驗(yàn)室檢測(cè)

加強(qiáng)試驗(yàn)室檢測(cè)工作，把好原材料質(zhì)量關(guān)，這點(diǎn)非常重要，應(yīng)引起足夠重視。

3.8 其他方面

（1）對(duì)軟硬地基，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)采取必要的防沉降措施，以避免出現(xiàn)沉降裂縫。

（2）預(yù)應(yīng)力放張（先張法）或張拉（后張法）時(shí)，砼必須達(dá)到規(guī)定的強(qiáng)度，控制應(yīng)力應(yīng)準(zhǔn)確，要緩慢放張預(yù)應(yīng)力筋。建議采用有效的、經(jīng)濟(jì)的、安全的千斤頂放張方法。

（3）冬季施工注意防凍，基礎(chǔ)部分要及時(shí)回填、保溫，防止凍脹裂縫。

（4）拆模時(shí)防止受到劇烈沖擊、振動(dòng)，鋼模采用有效的隔離劑。

（5）平緩起吊，防止構(gòu)件受力不均或受扭。

（6）預(yù)制構(gòu)件堆放場(chǎng)地應(yīng)平整，墊塊設(shè)置要合理，避免預(yù)制構(gòu)件放反。

（7）運(yùn)輸時(shí)防止構(gòu)件晃動(dòng)、碰撞。

4 結(jié)束語(yǔ)

裂縫是混凝土結(jié)構(gòu)中普遍存在的一種現(xiàn)象，由于它的出現(xiàn)會(huì)降低建筑物的抗?jié)B能力和承載能力，因此對(duì)混凝土的各類裂縫要區(qū)別對(duì)待、認(rèn)真研究，并在施工中采取各種有效的措施來(lái)預(yù)防裂縫的出現(xiàn)和擴(kuò)大，保證建筑物和構(gòu)件安全、穩(wěn)定地使用。

1 王鐵夢(mèng).工程結(jié)構(gòu)裂縫控制［M］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1998

2 卓尚木等.鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)事故分析與加固［M］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1997