混凝土變形裂縫的分析及預(yù)防措施

李亞星

（山西中方森特建筑工程設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030002）

混凝土是一種由水泥、砂石骨料、水、孔隙及其他外加劑混合而成的抗壓強(qiáng)度高、抗彎拉強(qiáng)度低、抗剪強(qiáng)度低的復(fù)核脆性材料。由于混凝土澆筑具有的流動(dòng)性良好、強(qiáng)度高以及施工方法簡(jiǎn)便，在目前的建筑領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用和發(fā)展，尤其是在我國(guó)，不僅在生產(chǎn)數(shù)量上躍居世界前位，在高強(qiáng)度混凝土的研究生產(chǎn)方面也同樣發(fā)展迅速。但是由于混凝土在澆筑和凝結(jié)的過程中受到諸多自身及外界因素的影響，致使后期成型的混凝土出現(xiàn)了許多缺陷，使相應(yīng)的結(jié)構(gòu)構(gòu)件強(qiáng)度、承載力達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，影響結(jié)構(gòu)的正常使用壽命及外觀造型。混凝土作為一種抗壓強(qiáng)度為抗拉強(qiáng)度10倍的脆性材料，它的特征及缺點(diǎn)必然導(dǎo)致其抗裂性能差，當(dāng)應(yīng)力超過極限抗拉強(qiáng)度值時(shí)就形成了裂縫，然而這種裂縫是不可完全避免的，我們只有積極的預(yù)防和控制，以保證混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度和正常使用。

1 混凝土裂縫的原因

由干縮裂縫、塑性收縮裂縫、溫度裂縫、化學(xué)反應(yīng)裂縫、沉陷裂縫等變形引起的裂縫。這些裂縫是由于結(jié)構(gòu)變形時(shí)，受到約束和限制而產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，應(yīng)力超過了極限值后產(chǎn)生裂縫，此時(shí)變形得到滿足，內(nèi)應(yīng)力松弛。此類裂縫的特征是寬度大、內(nèi)應(yīng)力小，對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性損失較大，相對(duì)于荷載的影響較小。

1.1 干縮裂縫

由于混凝土內(nèi)外水分蒸發(fā)程度不同而導(dǎo)致的變形。通常出現(xiàn)在混凝土養(yǎng)護(hù)結(jié)束后的一段時(shí)間或是混凝土澆筑完畢后的一周左右。一般認(rèn)為在施工階段因水泥水化熱及外部氣溫的作用引起混凝土收縮而產(chǎn)生的裂縫。收縮裂縫多發(fā)生在大體積混凝土中，梁、板、柱等小塊體構(gòu)件和預(yù)應(yīng)力構(gòu)件極少產(chǎn)生收縮裂縫。干縮裂縫會(huì)影響混凝土的抗?jié)B性，引起鋼筋的銹蝕，影響混凝土的耐久性，在水壓力的作用下會(huì)影響混凝土的承載力等。

1.2 塑性收縮裂縫

塑性收縮裂縫是指混凝土在凝結(jié)之前，表面因失水較快而產(chǎn)生的收縮，產(chǎn)生的主要原因：混凝土在終凝前幾乎沒有強(qiáng)度或強(qiáng)度很小，或者混凝土剛剛終凝而強(qiáng)度很小時(shí)，受高溫或較大風(fēng)力的影響，混凝土表面失水過快，造成毛細(xì)管中產(chǎn)生較大的負(fù)壓而使混凝土體積急劇收縮，而此時(shí)混凝土的強(qiáng)度又無法抵抗其本身收縮，因此產(chǎn)生龜裂。

1.3 溫度裂縫

溫度裂縫多發(fā)生在大體積混凝土表面或溫差變化較大地區(qū)的混凝土結(jié)構(gòu)中。由于混凝土的體積較大，大量的水化熱聚積在混凝土內(nèi)部而不易散發(fā)，導(dǎo)致內(nèi)部溫度急劇上升，而混凝土表面散熱較快，這就形成內(nèi)外的較大溫差，較大的溫差造成內(nèi)部與外部熱脹冷縮的程度不同，使混凝土表面產(chǎn)生一定的拉應(yīng)力。當(dāng)拉應(yīng)力超過混凝土的抗拉強(qiáng)度極限時(shí)，混凝土表面就會(huì)產(chǎn)生裂縫，這種裂縫多發(fā)生在混凝土施工中后期。

1.4 化學(xué)反應(yīng)裂縫

堿骨料反應(yīng)裂縫和鋼筋銹蝕引起的裂縫是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中最常見的由于化學(xué)反應(yīng)而引起的裂縫。混凝土拌和后會(huì)產(chǎn)生一些堿性離子，這些離子與某些活性骨料產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)并吸收周圍環(huán)境中的水而體積增大，造成混凝土膨脹開裂。這種裂縫一般出現(xiàn)在混凝土結(jié)構(gòu)使用期間，一旦出現(xiàn)很難補(bǔ)救。

1.5 外部沉陷裂縫

外部沉陷裂縫的產(chǎn)生是由于結(jié)構(gòu)地基土質(zhì)不勻、松軟，或浸水而造成不均勻沉降所致；或者因?yàn)槟０寮爸蝿偠炔蛔悖瑳]有經(jīng)過預(yù)壓就澆筑混凝土，致使混凝土未達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度前，結(jié)構(gòu)為了適應(yīng)支撐的變形而產(chǎn)生裂縫。隨意拆除承重墻或其他非承重結(jié)構(gòu)，酸、堿、鹽等對(duì)構(gòu)筑物的侵蝕引起裂縫。

2 混凝土裂縫預(yù)防及措施

（1）混凝土干縮主要原因和混凝土的水灰比、水泥的成分、水泥的用量、集料的性質(zhì)和用量、外加劑的用量等有關(guān)。干縮裂縫可以進(jìn)行預(yù)防，把影響控制在合理的范圍內(nèi)。主要預(yù)防措施：選用干縮量較小的水泥，一般采用中低熱水泥和粉煤灰水泥，以降低水泥的用量；混凝土的干縮受水灰比的影響較大，水灰比越大，干縮越大，因此在混凝土配合比設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量控制好水灰比的選用，同時(shí)摻加合適的減水劑；嚴(yán)格控制混凝土攪拌和施工中的配合比，混凝土的用水量絕對(duì)不能大于配合比設(shè)計(jì)所給定的用水量；加強(qiáng)混凝土的早期養(yǎng)護(hù)，并適當(dāng)延長(zhǎng)混凝土的養(yǎng)護(hù)時(shí)間。冬季施工時(shí)要適當(dāng)延長(zhǎng)混凝土保溫覆蓋時(shí)間，并涂刷養(yǎng)護(hù)劑養(yǎng)護(hù)；在混凝土結(jié)構(gòu)中設(shè)置合適的收縮縫。

（2）影響混凝土塑性收縮開裂的主要因素有水灰比、環(huán)境溫度、表面風(fēng)速、相對(duì)濕度等。主要預(yù)防措施：選用干縮值較小、早期強(qiáng)度較高的硅酸鹽或普通硅酸鹽水泥；嚴(yán)格控制水灰比，摻加高效減水劑，減少水泥及水的用量；澆筑混凝土之前，將基層和模板澆水均勻濕透；及時(shí)覆蓋塑料薄膜或者潮濕的草墊、麻片等，保持混凝土終凝前表面濕潤(rùn)，或者在混凝土表面噴灑養(yǎng)護(hù)劑等進(jìn)行養(yǎng)護(hù)；在高溫和大風(fēng)天氣要設(shè)置遮陽(yáng)和擋風(fēng)設(shè)施，及時(shí)養(yǎng)護(hù)。

（3）水灰比是影響混凝土收縮的重要因素，使用減水防裂劑可使混凝土用水量減少25%。水泥用量也是混凝土收縮率的重要因素，摻加減水防裂劑的混凝土在保持混凝土強(qiáng)度的條件下可減少15%的水泥用量，其體積用增加骨料用量來補(bǔ)充。減水防裂劑可以改善水泥漿的稠度，減少混凝土泌水，減少沉縮變形。提高水泥漿與骨料的黏結(jié)力，提高混凝土的抗裂性能。控制溫度也可控制混凝土的裂縫產(chǎn)生：拌和混凝土?xí)r加水或用水將碎石冷卻以降低混凝土的澆筑溫度；熱天澆筑混凝土?xí)r減少澆筑厚度，利用澆筑層面散熱；在混凝土中埋設(shè)水管，通入冷水降溫；規(guī)定合理的拆模時(shí)間，氣溫驟降時(shí)進(jìn)行表面保溫，以免混凝土表面發(fā)生急劇的溫度梯度；施工中長(zhǎng)期暴露的混凝土澆筑塊表面或薄壁結(jié)構(gòu)，在寒冷季節(jié)采取保溫措施。

（4）化學(xué)反應(yīng)裂縫可以通過選用低堿水泥和低堿或無堿的外加劑，從根本上減少混凝土中總堿含量，預(yù)防堿骨料反應(yīng)；選用堿活性小的砂石骨料；隔絕水和濕空氣的來源，緩和堿骨料反應(yīng)對(duì)工程的損害。

（5）沉陷收縮裂縫是由于混凝土坍落度較大，混凝土澆筑及搗固不好且鋼筋凈保護(hù)層較薄造成的。可以采取的預(yù)防措施有：當(dāng)施工所需的坍落度較大時(shí)，混凝土必須保持良好的和易性，不能盲目變更水膠比致使混凝土流動(dòng)性大，產(chǎn)生離析，增加混凝土沉陷收縮；混凝土澆筑時(shí)根據(jù)混凝土厚度及澆筑范圍制定澆筑順序和方法，指定專人進(jìn)行混凝土搗固工作，嚴(yán)禁漏搗、過搗，混凝土初凝前必須進(jìn)行二次復(fù)搗和二次抹壓。對(duì)于保護(hù)層炭化、鋼筋銹蝕裂縫的預(yù)防可采用透水性小的混凝土、適當(dāng)增加鋼筋保護(hù)層厚度可以減緩保護(hù)層炭化的速度和深度，同時(shí)在鋼筋表層應(yīng)用阻銹劑等方法可有效預(yù)防或延緩鋼筋銹蝕產(chǎn)生的裂縫。

3 結(jié)束語

雖然裂縫發(fā)生的原因主要為以上所述，但是裂縫的形成往往不只是一種原因，一般裂縫的成因是由多種因素相互影響而形成的，只是不同的混凝土裂縫產(chǎn)生有其各自主要原因。只有分析裂縫發(fā)生的基本原因，才能對(duì)不同部位、不同性能的混凝土的裂縫進(jìn)行有針對(duì)性的預(yù)防。采用合理的方法進(jìn)行處理，并在施工中采取各種有效的預(yù)防措施來預(yù)防裂縫的出現(xiàn)和發(fā)展，保證建筑物和構(gòu)件安全、穩(wěn)定地工作。

1 覃維祖.混凝土的收縮、開裂及其評(píng)價(jià)與防治[J].混凝土，2001（7）

2 康方中.淺談現(xiàn)澆商品混凝土樓板變形裂縫的成因和防治[J].混凝土，2003（5）