混凝土結構裂縫的成因與控制方法

賈東誼

（南陽市建筑設計研究院，河南 南陽 473000）

1 前言

混凝土結構裂縫可以引起滲漏，引起持久強度的降低，如保護層剝落、鋼筋腐蝕、混凝土碳化等，影響結構物的承載能力與結構的耐久性 。因此，對混凝土結構裂縫的成因進行分析，采取合理有效的防治措施，具有十分重要的意義。

2 混凝土裂縫種類及成因分析

2.1 外荷載引起的裂縫

結構物在實際使用過程中承受各種外荷載的作用，在一定條件下會使結構物產生裂縫。這些裂縫又可分為幾種：①由外荷載的直接應力，即按常規計算的主要應力引起的裂縫；②由外荷載作用，結構次應力引起的裂縫。因為許多結構物的實際工作狀態同常規計算模型有出入，例如屋架按鉸接節點計算，但實際混凝土屋架節點卻有顯著的彎矩和切力，它們時常引起節點裂縫，此處的彎矩和切力稱為次應力；③一些常規不計算的外荷載應力，實際也會引起結構裂縫。

2.2 溫度裂縫

當物體的溫度發生變化時，物體將由于膨脹產生線應變αT，其中為材料的線膨脹系數，表示彈性體內部任意點的溫度改變值。在平面問題中它是坐標及時問的函數。如果物體各個部分的熱變形不受任何約束，則雖然有變形卻不會引起應力。但是如果物體各個部分溫度不均勻，或物體受到一定的約束，熱變形不能自由進行，就將產生應力。這種由于溫度變化引起的應力稱為“溫度應力”。在大體積混凝土中，溫度應力是最常見的引起裂縫的原因，而溫差是產生溫度應力的根本原因。

2.3 收縮裂縫

混凝土的硬化過程常常伴隨著其體積的變化。最大的變化是當混凝土在大氣中或濕度不足的介質中硬化時所產生的體積減小。這種變形被稱為混凝土的收縮。當混凝土在水中或在潮濕條件下硬化時，其體積不一定會減小，甚至會稍有膨脹。

混凝土的收縮是由于在其硬化過程中的物理化學反應以及混凝土的濕度變化所引起的?？偟氖湛s變形是由幾種收縮變形疊加形成的，其中收縮值較大的有濕度變形、化學變形及碳化變形，它們分別被稱為干縮、化學收縮和碳化收縮。

混凝土中含有大量空隙、粗孔和毛細孔，這些孔隙中存在水分，水分的活動影響到混凝土的一系列性質，特別是產生“濕度變形”的性質對裂縫控制有重要影響。混凝土中的水分有化學結合水、物理一化學結合水和物理力學結合水三種。當混凝土承受干燥作用時，首先是大空隙及粗毛細孔中的自由水分因物理力學結合遭到破壞而蒸發，這種失水過程不至于引起收縮變形。進一步的干燥作用使得細孔及微毛細孔中的水產生毛細壓力，水泥石承受這種壓力后產生壓縮變形而收縮，即“毛細收縮”。待毛細水蒸發以后，開始進一步蒸發物理一化學結合的吸附水，首先蒸發晶格間水分，其次蒸發分子層中的吸附水，這些水分的蒸發引起顯著的水泥石收縮，即“吸附收縮”。毛細收縮和吸附收縮都屬于干縮。

化學收縮是由于水泥石新生成物的體積比參加反應的物質所占據的體積小引起的。這種收縮發生于水泥與水的劇烈反應階段，它對試件外形尺寸影響不大，主要改變材料的孔隙結構，減少水所占據的孔隙，產生氣孔。這種收縮一般發生于混凝土的硬化階段。

當混凝土在應力狀態下，由于水的作用，混凝土中的氫氧化鈣和空氣中的二氧化碳氣體產生化學反應，由此引起碳化收縮，這也是一種在一定條件下產生的物理——化學過程。

2.4 塑性裂縫

塑性裂縫是混凝土硬化以前形成的裂縫，塑性裂縫根據成因的原理分為塑性沉降裂縫和塑性收縮裂縫。塑性沉降裂縫是混凝土硬化前因骨料等比重大的顆粒下沉，豎向體積縮小而產生的塑性變形裂縫；塑性收縮裂縫是指澆筑后還處于塑性狀態的混凝土因風吹日曬，表面失水過快，產生急劇的體積收縮而出現的裂縫。這兩種裂縫經常共生，很難區別，故統稱為塑性裂縫。

2.4.1 塑性收縮裂縫

塑性收縮是硬化前的新拌混凝土在凝結過程中因表面水分蒸發而引起的收縮裂縫，常見于澆筑后混凝土構件的外露表面，尤其是大塊板面。塑性裂縫多發生在澆筑后1～2h或數小時，在表面最終抹平、壓光和開始養護之前。當新澆混凝土表面的水分蒸發速度高于混凝土內部從下至上泌水速度，表面就會失水干縮，這種收縮受到表面以下混凝土的約束，于是在表面形成塑性開裂，在氣溫高、濕度低和有風的環境條件下，混凝土表面的水分蒸發快，最容易出現塑性開裂，一旦混凝土表面失去含水的光澤，裂縫就會突然出現。

2.4.2 塑性沉降裂縫

在新拌混凝土中，骨料顆粒懸浮在一定稠度的水泥漿體中，漿體的重量密度較低，所以骨料在漿體中有下沉趨勢，而漿體中的水泥顆粒又遠重于水，使得新拌混凝土中的水分向上轉移，即發生“沉降”與“泌水”現象。泌水使混凝土的多余水分減少，有利于提高硬化后的混凝土強度，但是泌水和沉降所帶來的害處更大。

3 混凝土裂縫的控制措施

3.1 有關材料和配合比方面的措施

3.1.1 水泥。宜用硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥或礦渣硅酸鹽水泥，對大體積混凝土宜采用中熱硅酸鹽水泥、低熱硅酸鹽水泥、低熱礦渣硅酸鹽水泥。水泥溫度≤60℃。

3.1.2 骨料。砂、石骨料應符合《普混凝土及用砂質量標準及檢驗方法》(普通混凝土用碎石或卵石質量標準及檢驗方法》及其他國家現行有關標準的規定。優選潔凈、級配良好的中砂和級配良好、孔隙率較小的粗骨料。骨料的含堿量、含泥量和硫酸鹽含量不應超過標準規定，骨料宜堆放于棚內，防止太陽直曬或雨雪淋濕，以免影響混凝土拌和物溫度或水膠比。

3.1.3 礦物摻料。各種摻料均應符合有關技術要求。如粉煤灰摻量不宜超過水泥用量的30%，礦渣粉不宜超過水泥用量的50%等。

3.1.4 外加劑。選用外加劑前，先做水泥適應性及實際效果試驗，并按(混凝土外加劑應用技術規范》的規定施工。

3.2 有關施工方面的措施

首先制定施工組織設計、相關的技術方案和質量控制措施，進行技術交底；其次在各道工序各個環節配置具備相應技能的熟練人員，按計劃進行施工。

3.2.1 模板的安裝及拆除。模板應具有足夠的承載力、剛度和穩定性，能可靠承受澆筑混凝土的自重、側壓力、施工中產生的荷載。模板安裝須緊密，不漏漿、不滲水，確保鋼筋保護層厚度(配置墊塊或定位器)。模板及其支架拆除時混凝土結構可能尚未形成設計要求的受力體系，必要時應加設臨時支撐。

底模及支架拆除時的混凝土強度應符合設計要求，否則過早拆除支撐底模板，使混凝土結構過早承受荷載，將導致混凝土在受拉區出現不能愈合的裂縫。

3.2.2 混凝土的拌制。施工中，應盡量采用拌和站集中拌和，電子稱嚴格控制配合比、水灰比，掌握拌和時間，拌制的混凝土應均勻，色澤一致，無離析、泌水現象。

3.2.3 混凝土的運輸。運輸混凝土時，要保持混凝土拌和物的均勻性，不應產生分層離析現象，運送容器應不漏漿，內壁光滑平整，具有防曬、防風、防雨雪的功能，快速運輸，保證混凝土連續性。運至澆筑地點，有離析時，應進行二次攪拌，攪拌時間由試驗室確定，嚴禁向混凝土中任意加水。由攪拌、運輸到澆筑人模，當氣溫不高于25℃時，持續時間不宜大于90mm；當氣溫高于25℃時，持續時間不宜大于60mm；混凝土中摻外加劑時，持續時間由試驗室確定。

3.2.4 混凝土的澆筑。對現場澆筑的混凝土要進行監控，檢查運抵現場的混凝土坍落度，不能滿足要求時，由試驗確定調整坍落度，嚴禁隨意加水。澆筑時要保證鋼筋、模板、定位筋、埋設物周圍及模板內各角落振搗密實，不得漏漿，不能過振，更不能用振搗器拖趕混凝土。分層澆筑時，注意上下層混凝土一體化，在下一層混凝土澆筑前將上一層混凝土澆筑完畢，澆筑上層混凝土時，將振搗器插入下一層混凝土5cm左右以便形成整體。

3.2.5 混凝土養護。養護是防止混凝土產生裂縫的重要措施及關鍵步驟，必須充分重視，并制定養護方案，派專人負責?；炷翝仓戤叄诨炷聊Y后立即進行妥善保溫、保濕養護，避免急劇干燥、溫度急劇變化、振動以及人為擾動。澆筑后采用覆蓋、灑水、噴霧或用薄膜保濕養護措施。

4 結束語

總之，在常見的混凝土裂縫中，大多數發生在施工階段或出現在工程正式交付使用以前，因此施工過程中對于混凝土原材料到施工工藝、養護等每一步的控制都是非常重要的。

[1]王鐵龍.工程結構裂縫控制[M].北京中國建筑工業出版社.