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，在混凝土內部溫度過高，與混凝土表面產生較大的溫度差，使混凝土內部產生壓應力，表面產生拉應力。當表面拉應力超過早期混凝土抗拉強度時就會產生溫度裂縫，因此，控制裂縫的產生是保證混凝土施工質量的關鍵。

1.形成混凝土裂縫的幾個因素

1.1.原材料質量引起的裂縫

配制棍凝土時所采用原材料質量不合格，也可能導致結構出現裂縫。

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，則由于氧化鈣在凝結過程中水化很慢.在混凝土凝結后仍然繼續起 水化作用，可破壞已硬化的水泥石，使混凝土抗拉強度下降。若水泥出廠時強度不足，水泥受潮或過期，亦可能使混凝土強度不足， 導致混凝土開裂。

1.1.2.砂、石集料

(1)砂石的粒徑、級配、雜質含量

如果砂石粒徑太小、級配不良，將導致水泥和拌和水用量加大，使混凝土收縮加大，影響混凝土的強度；如果使用超出規定的特細砂，后果將更加嚴重。當砂石中含泥量高時，將造成水泥和拌和水用量加大，降低混凝土強度以及抗凍性和抗滲性。

(2)堿骨料反應

混凝土中的堿與集料中的某些成份發生堿骨料反應，其生成物容易吸水膨脹，導致混凝土開裂。堿骨料反應裂縫的分布與鋼筋限制有關。當限制力小時.常出現地圖狀裂縫，并在縫中有白色或透明的浸出物；當限制力強時則出現順筋裂縫。

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。

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

縮水收縮是因為混凝土表層水份損失快，內部損失慢，從而產生表面收縮大、內部收縮小的不均勻收縮。表面收縮受到內部約束，使表面混凝土承受拉應力，當拉應力較大時，容易產生收縮裂縫。

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生的自生收縮；由大氣中的二氧化碳與水泥水化物發生化學反應而引起的碳化收縮。

1.3.鋼筋銹蝕引起的裂縫

由于混凝土質量較差或保護層厚度不足，混凝土保護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生銹蝕反應，其銹蝕物氫氧化鐵體積比原來增長2-4倍，對混凝土產生膨脹應力，導致保護層開裂、剝離，沿鋼筋縱向產生裂縫，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，結構承載力下降，并將誘發其它形式的裂縫，加劇鋼筋銹蝕，導致結構破壞。

1.4.施工工藝質量引起的裂縫

在混凝土結構澆注過程中，如果施工工藝不合理、施工質量低劣，容易產生各種形式的裂縫，特別是細長薄壁結構。裂縫出現的部位和走向、裂縫寬度因產生的原因而異，比較常見的有：

(1)混凝土澆注過快，混凝土流動性較低，容易在澆注數小時后發生前述的塑性收縮裂縫；

(2)混凝土攪拌、運輸時間過長，使水分蒸發過多，引起混凝土塌落度過低；

(3)混凝土初期養護時急劇干燥，使得混凝土與大氣接觸的表面上出現不規則的收縮裂縫；

(4)拆模過早，混凝土強度不足。構件在自重或施工荷載作用下產生裂縫；

(5)施工質量控韋嗟加任意套用配合比，水、砂石、水泥材料計量不準，造戒混凝土強度良不足和其他性能（和易性、密實度)下降，導致結構開裂。

1.5.溫度裂縫

當外部溫度或結構內部溫度發生變化，混凝土將發生形變，若變形受到約束，結構內將產生應力，當應力超過混凝土抗拉強度時將產生溫度裂縫。

通常情況下，溫度應力主要有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生溫度應力；此外，由于混凝土彈性模量的急劇變化也會在其內部形成殘余應力；

(2)當水泥放熱基本結束后，由于混凝土的冷卻以及外界氣溫變化引起溫度應力：

(3)在使用過程中，由于突發降水、冷空氣侵襲或日落等致使混凝土結構外表面溫度突然下降，內部溫降相對較慢而產生溫度應力。

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度，減少水 泥用量。在滿足使用的條件下，大體積混凝土設計強度應就“能 低不高”的原則。同時應注意水泥的質量，特別是安定性達標。

(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礦粉。超細礦粉具有微珠潤滑效應，有明顯的減水作用，并能夠提高混凝土的和易性、體積穩定性、密實性以及抗化學侵蝕性能，同時還具有增加混凝土強度，減少塌落度損失、降低水化熱等性能。

(4)適當加大活性細摻料的用量，以替代部分水泥，從而降低水化熱，增強硬化前后混凝土的體積穩定性。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，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。混凝土中摻入水泥重量0.25%的木鈣減水劑，不僅使混凝土工作性能有了明顯的改善，同時又減少。10%拌和水，節約·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，同時微膨脹劑吸收部分水化熱后發生化學反應，在混凝土中產生自應力而使結構處于受壓狀態，提高了混凝土的抗滲和抗拉能力，避免了裂縫的產生。

2.2.改善養護措施

在大體積混凝土施工中.良好的保溫保濕養護對于減少混凝土的收縮，控制內外溫差，降低約束應力，充分利用其松弛效應具有重要的意義。根據傭凝土結構工程施工質量驗收規渤可知，大體積混凝土內外溫差不應高于25℃。內外溫差越大，裂縫發生可能性越大，程度越嚴重。在混凝土澆注完畢后12h內，應先蓋塑料薄膜1層，然后蓋草包或麻袋2層；再蓋塑料薄膜1層進行養護。遇氣溫突變，溫度急劇下降的情況，養護措施必須隨時跟上。值得一提的是，混凝土養護應使其澆筑的內外溫差及降溫速度滿足溫控指標的要求；保溫養護的持續時間應根據溫度應力(包括混凝土收縮產生的應力)加以控制和確定，但不得少于15d。

2.3.表面防護

為了提高鋼筋混凝土結構的耐久性，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涂層的措施。采用外覆有機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向混凝土內部的滲透，從而有效地延長了混凝土的使用壽命。目前，國內常用的防護體系是：環氧封閉漆+環氧云鐵中間漆+丙烯酸聚氨酯面漆。經過近10年的實踐檢驗，該有機涂層能夠對混凝土進行腐蝕防護，且效果良好，但造價較高。

此外，對于己產生較寬裂縫的混凝土，為了避免開裂處的鋼筋發生腐蝕，或已腐蝕的鋼筋繼續腐蝕，必須對其進行灌漿處理。如果因開裂導致其結構承載力下降，應進行加固處理以保證其承載力要求。

2.4.提高施工工藝質量

由于評價混凝土抗裂能力是以極限拉伸率、施工強度保證率或施工均勻性為指標(離差系數)。因此，在施工過程中，必須嚴格按照相關的國家或行業規范，以及技術標準進行，加強現場管理監督和質量控制。從而確保混凝土結構或構件符合設計要求的抗裂能力。

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

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

(3)嚴格施工操作程序，杜絕過早施加荷載和過早拆模，當混凝土溫度高于氣溫時應適當考慮拆模時間，過早拆模，會在表面引起很大的拉應力，出現“溫度沖擊”觀象；在澆搗過程中需派專人擴筋，以免踩彎板面負筋的現象發生。

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

(5)采用分層連續澆注并合理設置施工縫，能夠盡快散發水化熱，并放松約束條件的聚集。由于施工技術和施工組織上的原因，不能連續將結構整體澆完，并且間歇時間過長，應預先選定適當的部位設置施工縫，以減少裂縫和確保結構安全。

2.5.改進設計與施工技術措施

從技術層面講，混凝土裂縫控制主要體現在設計和施工中的技術措施改進上。

2.5.1.設計技術措施

(1)優化鋼筋配置，根據“細而密”的原則，減小水平布筋間距。將混凝土中可能產生的收縮應力分散。

(2)由于挖孔、轉角和形狀突變處等部位應力集中容易產生裂縫，所以應采取有效的構造措施，例如在轉角、孔邊作構造筋加強；轉角處增配協向鋼筋或網片；突變處做成漸變過渡等。

2.5.2.施工技術措施

(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；同時增大優質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)的擴展；

(6)在溫度較高的季節，通過對原材料和粗骨料進行遮陽、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.結束語

綜上所述，只要工程參建各方認真負責，嚴格按規定要求施工，正確選用材料，合理選擇施工工藝，適時做好成品保護，就能最大限度地降低混凝土裂縫的產生。

［1］劉秉京.混凝土技術［M］.北京:人民交通出版社，2004.

［2］王鐵夢.工程結構裂縫控制［M］.北京:中國建筑工業出版社，1997.