混凝土裂縫原因分析及控制措施

劉洪霞

（遼源市東星建設(shè)有限責(zé)任公司，吉林 遼源 136200）

混凝土裂縫一般可分為荷載裂縫和變形裂縫。荷載裂縫又可分為外荷載裂縫和荷載次應(yīng)力裂縫，變形裂縫也可分為材料自身變形裂縫和結(jié)構(gòu)變形裂縫。本文所述的只是混凝土自身變形所產(chǎn)生的裂縫，也有學(xué)者稱之為間接裂縫。

前些年，混凝土裂縫并不是一件可怕的事情，在工地現(xiàn)場(chǎng)攪拌、小車運(yùn)送、料斗澆筑形式的混凝土，只要對(duì)混凝土原材料的質(zhì)量、混凝土的攪拌和澆筑以及成型養(yǎng)護(hù)稍加控制，混凝土的裂縫是完全可以避免的。然而現(xiàn)在的混凝土多為商品混凝土，混凝土原材料質(zhì)量控制、配合比計(jì)量控制以及混凝土攪拌、運(yùn)送、泵送澆筑的技術(shù)含量有了空前的提高，盡管混凝土的養(yǎng)護(hù)也做到了盡善盡美，但混凝土的裂縫卻變成了不可避免的事。混凝土的裂縫已從特殊性轉(zhuǎn)化為普遍性，從可控制發(fā)展到不可控制，直至成為混凝土質(zhì)量的通病，引起工程技術(shù)人員的普遍重視。混凝土材料裂縫產(chǎn)生的原因有以下幾方面：

1 裂縫原因分析

受約束的混凝土，當(dāng)溫度、混凝土收縮等因素產(chǎn)生的拉應(yīng)力大于混凝土極限抗拉強(qiáng)度時(shí)，混凝土被拉裂而產(chǎn)生裂縫。Rogdlla等人在1995年普查了美國(guó)的混凝土橋面板后得到的結(jié)論是：

（1）混凝土收縮導(dǎo)致大部分裂縫，而不是由于混凝土硬化期交通荷載或振動(dòng)作用。

（2）這些橋面板都是用高強(qiáng)混凝土制備，早期具有高彈模量，因此在溫度變化一定或干縮量相同時(shí)，產(chǎn)生較高的應(yīng)力；更重要的是，混凝土的徐變對(duì)這種應(yīng)力沒(méi)有什么釋放作用。

（3）高強(qiáng)混凝土通常水泥用量比較大，因此收縮更大，早期水化時(shí)的溫度更高；現(xiàn)今的水泥由于細(xì)度大、含較多的堿和C3S就更容易開(kāi)裂。

由此可知，導(dǎo)致混凝土裂縫的主要原因是由混凝土收縮引起的。

2 混凝土收縮

混凝土收縮包括混凝土自收縮和混凝土干縮。混凝土自收縮主要是指在與外界絕濕條件下混凝土的收縮；混凝土的干縮是混凝土毛細(xì)孔中多余的水的蒸發(fā)所導(dǎo)致混凝土體積的縮小。不論是自收縮或干縮，還包括以前人們知道的混凝土的化學(xué)收縮，導(dǎo)致混凝土裂縫一發(fā)不可收拾的原因包括以下幾個(gè)方面：

2.1 水泥性能對(duì)混凝土收縮的影響

以前認(rèn)為水泥品種不是導(dǎo)致混凝土開(kāi)裂的主要原因。根據(jù)最新的研究表明，水泥抗裂性能的劣化，是導(dǎo)致混凝土收縮增大、開(kāi)裂的主要原因。由于追求高強(qiáng)度及早強(qiáng)，水泥的含堿量越來(lái)越高、水泥細(xì)度越來(lái)越細(xì)、C3S的含量越來(lái)越高，這導(dǎo)致水泥抗裂性能的大幅度降低。

2.2 外加劑對(duì)混凝土收縮的影響

混凝土高效減水劑是商品混凝土不可缺少的組成材料，而高效減水劑的性能直接影響混凝土的收縮性能。在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《混凝土外加劑凈 GB8078－1997中規(guī)定：高效減水劑的收縮率應(yīng)小于等于135%。也就是說(shuō)在混凝土稠度相同的條件下，允許加高效減水劑的混凝土的收縮可以比不加高效減水劑的普通混凝土的收縮大 35%。一般的高效減水劑的收縮率比在 115%～135%之間。這就是為什么泵送混凝土比非泵送混凝土、商品混凝土比現(xiàn)場(chǎng)攪拌混凝土容易開(kāi)裂的原因，因?yàn)榍罢弑群笳呒痈嗟母咝p水劑。

3 早強(qiáng)帶來(lái)的后果

為追求高效益，必須加快工程進(jìn)度，往往要求混凝土早強(qiáng)。早強(qiáng)使混凝土水灰比減少，導(dǎo)致混凝土自收縮增大；早強(qiáng)使混凝土的早期彈性模量大大增加，但混凝土的早期抗拉強(qiáng)度幾乎沒(méi)有增加同時(shí)混凝土早期收縮不但未絲毫減少反而增大。眾所周知混凝土收縮所產(chǎn)生的拉應(yīng)力與混凝土的收縮量和彈性模量成正比，從而大大增加了因混凝土收縮所產(chǎn)生的拉應(yīng)力。這對(duì)于脆性構(gòu)料的混凝土來(lái)說(shuō)，無(wú)疑是一個(gè)致命的打擊，使本來(lái)能抵抗收縮所產(chǎn)生的拉應(yīng)力的事實(shí)成為泡影，其結(jié)果混凝土只能被拉裂。

4 混凝土裂縫控制技術(shù)措施

4.1 材料方面

嚴(yán)格控制原材料質(zhì)量，從源頭上把住混凝土質(zhì)量關(guān)，精心設(shè)計(jì)混凝土配合比，以達(dá)到增加混凝土抗拉強(qiáng)度、減少混凝土收縮的目的。

現(xiàn)代研究認(rèn)為，混凝土的收縮包括化學(xué)減縮（由于混凝土中的水泥水化導(dǎo)致的收縮）、自收縮（混凝土與外界溫濕條件下產(chǎn)生的收縮，在水灰比小于 0.35的條件下收縮嚴(yán)重）、塑性收縮（在混凝土初凝前，由于混凝土拉應(yīng)力難以抵抗約束作用而產(chǎn)生的收縮）、干燥收縮（由于混凝土毛細(xì)孔中多余的水分蒸發(fā)而導(dǎo)致的收縮），混凝土中各種原材料對(duì)收縮的影響如下：

4.1.1 水泥

水泥是混凝土中主要的膠凝材料，也是混凝土中強(qiáng)度的主要提供者，水泥的品種、細(xì)度、強(qiáng)度等級(jí)都會(huì)對(duì)混凝土的性能產(chǎn)生影響。在單方水泥用量一定的情況下，水泥中的C3A和C3S的含量越高、水泥越細(xì)，對(duì)混凝土的抗裂越不利。在水泥品種一定的情況下，單方水泥用量增多，一方面會(huì)增加因水泥水化反映產(chǎn)生的化學(xué)收縮和因水泥水化熱增加導(dǎo)致的溫度變形，另一方面也會(huì)提高混凝土的強(qiáng)度和彈性模量，對(duì)混凝土的抗裂性能不利。

4.1.2 水

水對(duì)混凝土收縮的影響主要通過(guò)單方用水量的多少來(lái)體現(xiàn)。一般情況下，單方用水量（水灰比）越小，混凝土的干燥收縮越小，但單方用水量（水灰比）太小（小于 0.35）時(shí)，混凝土內(nèi)部不能形成連通的毛細(xì)孔，外界的水分難以進(jìn)入，隨著水化的進(jìn)行，使混凝土內(nèi)部出現(xiàn)自真空現(xiàn)象，使混凝土的自收縮效應(yīng)明顯增加，對(duì)混凝土的抗裂性能不利。

4.1.3 粗、細(xì)骨料

粗、細(xì)骨料是混凝土的重要組成部分，它在混凝土中主要起到骨架作用，并且對(duì)膠凝材料的收縮具有一定的抵抗作用。集料的級(jí)配好，能降低混凝土中單方水和水泥的用量，降低混凝土的收縮。此外，粗細(xì)骨料的含泥量、泥塊含量對(duì)混凝土的收縮也有很大的影響，由于泥塊的吸水膨脹與失水收縮作用，含泥量、泥塊含量越高，對(duì)混凝土的收縮越不利。研究還表明，碎石與卵石相比，對(duì)減少混凝土收縮更有利。

4.1.4 粉煤灰

粉煤灰是一種活性較好、堆積密度較小的摻合料，且其水化熱遠(yuǎn)低于水泥，在混凝土中主要起到改善混凝土的工作性、降低水化熱、節(jié)約成本等作用。水化熱的降低減少了混凝土的溫度變形，并且摻入混凝土中使得混凝土早期彈性模量降低，對(duì)混凝土的抗裂是有利的。此外，粉煤灰的加入可以取代部分水泥，從而降低水泥的用量，對(duì)混凝土的收縮有利。

4.1.5 外加劑

目前使用較多的是具有高效減水作用的外加劑。高效減水外加劑的主要作用在于降低混凝土的水灰比以及改善混凝土的孔結(jié)構(gòu)，減少泌水及保證混凝土在一定時(shí)間內(nèi)具有一定的流動(dòng)性。水灰比的降低和孔結(jié)構(gòu)的改善在一定程度上可以減少水泥用量及混凝土的收縮，對(duì)混凝土抗裂有利。不同的外加劑對(duì)降低混凝土的收縮作用是不同的，在實(shí)際工程中，應(yīng)優(yōu)先選用收縮率低的混凝土外加劑。

4.1.6 膨脹劑

混凝土膨脹劑主要通過(guò)水化產(chǎn)生具有膨脹作用的物質(zhì)，在限制條件下，膨脹能轉(zhuǎn)變?yōu)轭A(yù)壓應(yīng)力，改善混凝土內(nèi)部應(yīng)力狀態(tài)，相當(dāng)于提高混凝土的抗拉強(qiáng)度，由于混凝土膨脹發(fā)生在混凝土水化的早期，此時(shí)混凝土的抗拉強(qiáng)度還較低，對(duì)混凝土抵抗開(kāi)裂是非常有利的。

4.2 施工方面

混凝土施工的整個(gè)工藝過(guò)程都對(duì)混凝土收縮或樓屋面板混凝土收縮裂縫有影響，包括裝模、鋼筋綁扎、混凝土用料質(zhì)量、配合比控制、振搗和養(yǎng)護(hù)等。下面僅就一些對(duì)樓屋面板裂縫影響較大、且容易被施工人員忽略的因素及其對(duì)策進(jìn)行分析：

4.2.1 樓屋面板混凝土早期振動(dòng)的影響

眾所周知，20世紀(jì)八九十年代的工程施工工期一般較短，施工單位為了趕工期，常常是半夜?jié)餐陿俏菝姘寤炷粒诙煸缟戏啪€和綁扎構(gòu)造柱鋼筋，下午即開(kāi)始上磚和砌墻。此時(shí)混凝土剛終凝不久，強(qiáng)度很低，在斗車輪壓或卸料的振動(dòng)下，極易在混凝土內(nèi)部產(chǎn)生較多的微裂隙，這些微裂隙開(kāi)始時(shí)互不連通，后在結(jié)構(gòu)應(yīng)力、混凝土收縮變形和溫度變形的反復(fù)作用下逐步發(fā)展、連通而形成可見(jiàn)裂縫。

4.2.2 混凝土澆水養(yǎng)護(hù)的影響

多數(shù)施工單位不重視對(duì)混凝土早期的澆水養(yǎng)護(hù)，僅早晚或早中晚各淋水一遍。樓層面板混凝土蒸發(fā)面積大，尤其在夏天表面干燥較快，早齡期混凝土的干縮即可能引起內(nèi)應(yīng)力和微裂隙，也可能因混凝土表面與混凝土內(nèi)部之間的濕度差使表面混凝土龜裂或直接開(kāi)裂，從而降低屋面板的抗裂性能。

5 防裂混凝土發(fā)展方向

防裂混凝土應(yīng)向高性能混凝土方向發(fā)展，這是不言而喻的。根據(jù)防裂混凝土的特點(diǎn)，其發(fā)展方向如下：

（1）具有高度體積穩(wěn)定性的混凝土。即具有較小的收縮，達(dá)到在約束狀態(tài)下的混凝土，其極限收縮所產(chǎn)生的拉應(yīng)力小于混凝土的極限拉應(yīng)力，使混凝土自身具有抵抗開(kāi)裂的能力。

（2）具有較小的水化熱，避免混凝土因內(nèi)外溫度梯度所產(chǎn)生的拉應(yīng)力而拉裂混凝土。

（3）具有良好的耐久性。

（4）向綠色混凝土方向發(fā)展。盡量減少水泥用量，以減少因生產(chǎn)水泥所產(chǎn)生的二氧化碳；利用工業(yè)廢料或城市廢棄物，生產(chǎn)混凝土原材料，保護(hù)人類環(huán)境資源，保護(hù)人類生存環(huán)境。