混凝土裂縫形成原因分析及改善措施

譚家偉

（廣東威恒輸變電工程有限公司，廣東 佛山 528000）

前言

在混凝土施工中，由于大量的水泥水化熱不易散發(fā)，在混凝土內(nèi)部溫度過高，與混凝土表面產(chǎn)生較大的溫度差，使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力，表面產(chǎn)生拉應(yīng)力。當(dāng)表面拉應(yīng)力超過早期混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)就會(huì)產(chǎn)生溫度裂縫，因此，控制裂縫的產(chǎn)生是保證混凝土施工質(zhì)量的關(guān)鍵。

1.形成混凝土裂縫的幾個(gè)因素

1.1.原材料質(zhì)量引起的裂縫

配制棍凝土?xí)r所采用原材料質(zhì)量不合格，也可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫。

1.1.1.水泥

如果水泥安定性不合格，其中的游離氧化鈣含量超標(biāo)，則由于氧化鈣在凝結(jié)過程中水化很慢.在混凝土凝結(jié)后仍然繼續(xù)起 水化作用，可破壞已硬化的水泥石，使混凝土抗拉強(qiáng)度下降。若水泥出廠時(shí)強(qiáng)度不足，水泥受潮或過期，亦可能使混凝土強(qiáng)度不足， 導(dǎo)致混凝土開裂。

1.1.2.砂、石集料

(1)砂石的粒徑、級配、雜質(zhì)含量

如果砂石粒徑太小、級配不良，將導(dǎo)致水泥和拌和水用量加大，使混凝土收縮加大，影響混凝土的強(qiáng)度；如果使用超出規(guī)定的特細(xì)砂，后果將更加嚴(yán)重。當(dāng)砂石中含泥量高時(shí)，將造成水泥和拌和水用量加大，降低混凝土強(qiáng)度以及抗凍性和抗?jié)B性。

(2)堿骨料反應(yīng)

混凝土中的堿與集料中的某些成份發(fā)生堿骨料反應(yīng)，其生成物容易吸水膨脹，導(dǎo)致混凝土開裂。堿骨料反應(yīng)裂縫的分布與鋼筋限制有關(guān)。當(dāng)限制力小時(shí).常出現(xiàn)地圖狀裂縫，并在縫中有白色或透明的浸出物；當(dāng)限制力強(qiáng)時(shí)則出現(xiàn)順筋裂縫。

1.1.3.拌和水及外加劑

拌和水或外加劑中氯化物含量較高時(shí)對鋼筋銹蝕有較大影響。采用海水或含堿泉水拌制混凝土，或采用含堿的外加劑，可能對堿骨料反應(yīng)有影響。

1.2.收縮裂縫

在混凝土收縮種類中，塑性收縮和縮水收縮是造成混凝土體積變形的主要原因，另外還有自生收縮和碳化收縮。

塑性收縮主要發(fā)生在施工過程中，混凝土澆注后4-5h.水泥水化反應(yīng)激烈，分子鏈逐漸形成，出現(xiàn)泌水和水分急劇蒸發(fā)，混凝土失水收縮，同時(shí)骨料因自重下沉，此時(shí)混凝土尚未硬化，稱為塑性收縮。塑性收縮產(chǎn)生的量級很大，可達(dá)1%左右。

縮水收縮是因?yàn)榛炷帘韺铀輷p失快，內(nèi)部損失慢，從而產(chǎn)生表面收縮大、內(nèi)部收縮小的不均勻收縮。表面收縮受到內(nèi)部約束，使表面混凝土承受拉應(yīng)力，當(dāng)拉應(yīng)力較大時(shí)，容易產(chǎn)生收縮裂縫。

混凝土收縮還包括由于混凝土的體積變形不能自由伸縮而產(chǎn)生的自生收縮；由大氣中的二氧化碳與水泥水化物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而引起的碳化收縮。

1.3.鋼筋銹蝕引起的裂縫

由于混凝土質(zhì)量較差或保護(hù)層厚度不足，混凝土保護(hù)層受二氧化碳侵蝕碳化至鋼筋表面，或由于氯化物介入，鋼筋周圍氯離子含量較高，均可引起鋼筋表面氧化膜破壞，鋼筋中鐵離子與混凝土中的氧氣和水份發(fā)生銹蝕反應(yīng)，其銹蝕物氫氧化鐵體積比原來增長2-4倍，對混凝土產(chǎn)生膨脹應(yīng)力，導(dǎo)致保護(hù)層開裂、剝離，沿鋼筋縱向產(chǎn)生裂縫，并有銹跡滲到混凝土表面。由于銹蝕，使得鋼筋有效斷面面積減小，鋼筋與混凝土握裹力削弱，結(jié)構(gòu)承載力下降，并將誘發(fā)其它形式的裂縫，加劇鋼筋銹蝕，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞。

1.4.施工工藝質(zhì)量引起的裂縫

在混凝土結(jié)構(gòu)澆注過程中，如果施工工藝不合理、施工質(zhì)量低劣，容易產(chǎn)生各種形式的裂縫，特別是細(xì)長薄壁結(jié)構(gòu)。裂縫出現(xiàn)的部位和走向、裂縫寬度因產(chǎn)生的原因而異，比較常見的有：

(1)混凝土澆注過快，混凝土流動(dòng)性較低，容易在澆注數(shù)小時(shí)后發(fā)生前述的塑性收縮裂縫；

(2)混凝土攪拌、運(yùn)輸時(shí)間過長，使水分蒸發(fā)過多，引起混凝土塌落度過低；

(3)混凝土初期養(yǎng)護(hù)時(shí)急劇干燥，使得混凝土與大氣接觸的表面上出現(xiàn)不規(guī)則的收縮裂縫；

(4)拆模過早，混凝土強(qiáng)度不足。構(gòu)件在自重或施工荷載作用下產(chǎn)生裂縫；

(5)施工質(zhì)量控韋嗟加任意套用配合比，水、砂石、水泥材料計(jì)量不準(zhǔn)，造戒混凝土強(qiáng)度良不足和其他性能（和易性、密實(shí)度)下降，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)開裂。

1.5.溫度裂縫

當(dāng)外部溫度或結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度發(fā)生變化，混凝土將發(fā)生形變，若變形受到約束，結(jié)構(gòu)內(nèi)將產(chǎn)生應(yīng)力，當(dāng)應(yīng)力超過混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)將產(chǎn)生溫度裂縫。

通常情況下，溫度應(yīng)力主要有3種形成方式：

(1)大體積混凝土(厚度超過2m)澆注之后由于水泥水化放熱產(chǎn)生溫度應(yīng)力；此外，由于混凝土彈性模量的急劇變化也會(huì)在其內(nèi)部形成殘余應(yīng)力；

(2)當(dāng)水泥放熱基本結(jié)束后，由于混凝土的冷卻以及外界氣溫變化引起溫度應(yīng)力：

(3)在使用過程中，由于突發(fā)降水、冷空氣侵襲或日落等致使混凝土結(jié)構(gòu)外表面溫度突然下降，內(nèi)部溫降相對較慢而產(chǎn)生溫度應(yīng)力。

2.改善混凝土裂縫的具體措施

2.1.原材料控制

（1）選用中低水化熱的水泥呻口礦渣硅酸鹽水泥、火山灰硅酸鹽水鈮或粉煤灰水泥等。充分利用混凝土的后期強(qiáng)度，減少水 泥用量。在滿足使用的條件下，大體積混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度應(yīng)就“能 低不高”的原則。同時(shí)應(yīng)注意水泥的質(zhì)量，特別是安定性達(dá)標(biāo)。

(2)盡量選用粒徑較大(不超過40mm)且級配良好的粗集料；砂和碎石的含泥量不超過1%，針片狀顆粒含量不得大于15%。

(3)在混凝土中摻加超細(xì)礦粉。超細(xì)礦粉具有微珠潤滑效應(yīng)，有明顯的減水作用，并能夠提高混凝土的和易性、體積穩(wěn)定性、密實(shí)性以及抗化學(xué)侵蝕性能，同時(shí)還具有增加混凝土強(qiáng)度，減少塌落度損失、降低水化熱等性能。

(4)適當(dāng)加大活性細(xì)摻料的用量，以替代部分水泥，從而降低水化熱，增強(qiáng)硬化前后混凝土的體積穩(wěn)定性。如使用大摻量粉煤灰不僅能提高混凝土的和易性，而且改善了混凝土的工作性能。和可靠性。

(5)拌和水中不得有較高含量的氯化物等雜質(zhì)，禁止使用梅水和含堿泉水拌制混凝土。

(6)選用合適的外加劑?；炷林袚饺胨嘀亓?.25%的木鈣減水劑，不僅使混凝土工作性能有了明顯的改善，同時(shí)又減少。10%拌和水，節(jié)約·10%左右的水泥，降低了水泥水化熱。又如利用膨脹劑置換等量的水泥，不僅降低了水化熱，同時(shí)微膨脹劑吸收部分水化熱后發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在混凝土中產(chǎn)生自應(yīng)力而使結(jié)構(gòu)處于受壓狀態(tài)，提高了混凝土的抗?jié)B和抗拉能力，避免了裂縫的產(chǎn)生。

2.2.改善養(yǎng)護(hù)措施

在大體積混凝土施工中.良好的保溫保濕養(yǎng)護(hù)對于減少混凝土的收縮，控制內(nèi)外溫差，降低約束應(yīng)力，充分利用其松弛效應(yīng)具有重要的意義。根據(jù)傭凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)渤可知，大體積混凝土內(nèi)外溫差不應(yīng)高于25℃。內(nèi)外溫差越大，裂縫發(fā)生可能性越大，程度越嚴(yán)重。在混凝土澆注完畢后12h內(nèi)，應(yīng)先蓋塑料薄膜1層，然后蓋草包或麻袋2層；再蓋塑料薄膜1層進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。遇氣溫突變，溫度急劇下降的情況，養(yǎng)護(hù)措施必須隨時(shí)跟上。值得一提的是，混凝土養(yǎng)護(hù)應(yīng)使其澆筑的內(nèi)外溫差及降溫速度滿足溫控指標(biāo)的要求；保溫養(yǎng)護(hù)的持續(xù)時(shí)間應(yīng)根據(jù)溫度應(yīng)力(包括混凝土收縮產(chǎn)生的應(yīng)力)加以控制和確定，但不得少于15d。

2.3.表面防護(hù)

為了提高鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性，避免因鋼筋銹蝕而使混凝土開裂，對混凝土抗裂性能有較高要求的特殊工程，也可采用在其表面涂覆有機(jī)涂層的措施。采用外覆有機(jī)涂層的方法能夠有效阻止或降低諸如水、二氧化碳以及氯化物等腐蝕性介質(zhì)向混凝土內(nèi)部的滲透，從而有效地延長了混凝土的使用壽命。目前，國內(nèi)常用的防護(hù)體系是：環(huán)氧封閉漆+環(huán)氧云鐵中間漆+丙烯酸聚氨酯面漆。經(jīng)過近10年的實(shí)踐檢驗(yàn)，該有機(jī)涂層能夠?qū)炷吝M(jìn)行腐蝕防護(hù)，且效果良好，但造價(jià)較高。

此外，對于己產(chǎn)生較寬裂縫的混凝土，為了避免開裂處的鋼筋發(fā)生腐蝕，或已腐蝕的鋼筋繼續(xù)腐蝕，必須對其進(jìn)行灌漿處理。如果因開裂導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)承載力下降，應(yīng)進(jìn)行加固處理以保證其承載力要求。

2.4.提高施工工藝質(zhì)量

由于評價(jià)混凝土抗裂能力是以極限拉伸率、施工強(qiáng)度保證率或施工均勻性為指標(biāo)(離差系數(shù))。因此，在施工過程中，必須嚴(yán)格按照相關(guān)的國家或行業(yè)規(guī)范，以及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，加強(qiáng)現(xiàn)場管理監(jiān)督和質(zhì)量控制。從而確?；炷两Y(jié)構(gòu)或構(gòu)件符合設(shè)計(jì)要求的抗裂能力。

(1)在混凝土澆搗前，應(yīng)先將基層和模板澆水濕透，避免混凝土失水；振搗時(shí)，應(yīng)組織好振搗棒的走向，保證混凝土振搗密實(shí)并防止漏振。同時(shí)也應(yīng)避免過度振搗(以混凝土不再下沉、不冒氣泡為準(zhǔn))。

(2)混凝土澆注完畢后可進(jìn)行二次抹壓，必要時(shí)利用吸水泵排出表面泌水。但表面刮抹應(yīng)限制到最小程度腿免在其表面灑水泥干粉刮抹，加強(qiáng)混凝土早期養(yǎng)護(hù)。

(3)嚴(yán)格施工操作程序，杜絕過早施加荷載和過早拆模，當(dāng)混凝土溫度高于氣溫時(shí)應(yīng)適當(dāng)考慮拆模時(shí)間，過早拆模，會(huì)在表面引起很大的拉應(yīng)力，出現(xiàn)“溫度沖擊”觀象；在澆搗過程中需派專人擴(kuò)筋，以免踩彎板面負(fù)筋的現(xiàn)象發(fā)生。

(4)確定合理的攪拌和運(yùn)輸時(shí)間，避免因時(shí)間過長而使水分過多蒸發(fā)。降低混凝土的塌落度，使得在混凝土中出現(xiàn)不規(guī)則的收縮裂縫。

(5)采用分層連續(xù)澆注并合理設(shè)置施工縫，能夠盡快散發(fā)水化熱，并放松約束條件的聚集。由于施工技術(shù)和施工組織上的原因，不能連續(xù)將結(jié)構(gòu)整體澆完，并且間歇時(shí)間過長，應(yīng)預(yù)先選定適當(dāng)?shù)牟课辉O(shè)置施工縫，以減少裂縫和確保結(jié)構(gòu)安全。

2.5.改進(jìn)設(shè)計(jì)與施工技術(shù)措施

從技術(shù)層面講，混凝土裂縫控制主要體現(xiàn)在設(shè)計(jì)和施工中的技術(shù)措施改進(jìn)上。

2.5.1.設(shè)計(jì)技術(shù)措施

(1)優(yōu)化鋼筋配置，根據(jù)“細(xì)而密”的原則，減小水平布筋間距。將混凝土中可能產(chǎn)生的收縮應(yīng)力分散。

(2)由于挖孔、轉(zhuǎn)角和形狀突變處等部位應(yīng)力集中容易產(chǎn)生裂縫，所以應(yīng)采取有效的構(gòu)造措施，例如在轉(zhuǎn)角、孔邊作構(gòu)造筋加強(qiáng)；轉(zhuǎn)角處增配協(xié)向鋼筋或網(wǎng)片；突變處做成漸變過渡等。

2.5.2.施工技術(shù)措施

(1)混凝土用水量控制在170kg／m3以下；

(2)控制膠凝材料總量在 410kg／m3·以下；同時(shí)增大優(yōu)質(zhì)I級粉煤灰的摻量；

(3)控制混凝土中膠骨比在1.3以下；

（4）在保證和易性和泵送的前提下降低砂率；

(5)在混凝土中摻入適量的復(fù)合纖維，提高基體的抗裂形變能力，阻止原始缺陷(裂紋等)的擴(kuò)展；

(6)在溫度較高的季節(jié)，通過對原材料和粗骨料進(jìn)行遮陽、覆蓋，以及采用低于5～C的拌和水噴淋、冷卻降溫來降低混凝土的澆注溫度。

3.結(jié)束語

綜上所述，只要工程參建各方認(rèn)真負(fù)責(zé)，嚴(yán)格按規(guī)定要求施工，正確選用材料，合理選擇施工工藝，適時(shí)做好成品保護(hù)，就能最大限度地降低混凝土裂縫的產(chǎn)生。

［1］劉秉京.混凝土技術(shù)［M］.北京:人民交通出版社，2004.

［2］王鐵夢.工程結(jié)構(gòu)裂縫控制［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，1997.