論混凝土裂縫

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摘要：建筑工程，砼和鋼筋砼結構物的裂縫是一般帶普遍性的技術問題。近幾年工程建設規模不斷擴大，結構形式日趨復雜，施工使用過程中經常遇到裂縫問題，現僅就這方面問題談點形成原因分析淺議，特敬請專家指正。實踐告知我們，結構設計是建立在承載力和安全度的極限強度理論基礎上的，但是大多數工程的使用標準卻受到裂縫的制約。

關鍵詞：建筑工程；混凝土；裂縫

裂縫是工程技術人員十分煩惱的頭痛的“老、大、難”問題。的確，結構的破壞和倒塌都是從裂縫的出現和擴展開始的，裂縫的出現和擴展，嚴重地威脅著結構物的安全，不同程度地降低了結構物的承載能力；同時結構物的裂縫。還引起了滲漏、保護層的脫落，鋼筋的銹蝕、砼的碳化，并且嚴重地破壞了結構的美觀。使人們常常對裂縫產生一種恐懼感。

實踐證明，裂縫的產生并非全由外荷載引起的，甚至在尚未承受荷載之前結構就已開裂，這類裂縫是由于變形作用而引起的，如溫度變形，濕度變形。收縮和膨脹變形，地基不均勻沉降等種種因素引起的。另一類裂縫是由荷載引起的，如靜荷載和其他荷載作用下引起的。

裂縫是固體材料的不連續現象，砼的微觀及亞微觀研究以及大量工程實踐提供的經驗都說明，材料在初始狀態（尚未承受荷載前）就存在著微觀裂縫，它既是結構材料的一種缺陷，同時又是一種物理力學性質。結構物的裂縫是不可避免的，裂縫是一種人們可以接受的材料特性，任何宏觀裂縫都是微觀裂縫的擴展。在建筑工程實踐中以肉眼可見和肉眼不可見裂縫為裂縫存在和不存在的相對標準。肉眼可見裂縫起始范圍約為0.02—0.05mm，從對工程有影響方面的最小界限判斷，以0.05為界較為合適，即認為建筑物存在小于0.05mm的裂縫為無裂縫建筑物。

一、砼裂縫的原因分析

為了弄清產生裂縫的原因，有必要對引起砼裂縫的各項因素加以分析。砼所產生的裂縫一般可分為砼更化前和硬化后二種類型。

（一）、砼硬化前（塑性階段）的裂縫

砼硬化前出現裂縫，往往是砼組分材料澆灌時不同沉落的結果，或由于砼在處于塑性狀態時快速失去水份而引起的表面裂縫，也可能是上述兩種因素共同作用下產生的。

1、沉降裂縫。砼澆灌后。粗骨料開始沉落，擠去水分和空氣，表面產生泌水，砼體積減小的一種現象，這種沉落現象直到砼硬化時才停止。鋼筋、預埋件及大的粗骨料會阻礙粗骨料的自由沉落，使之分離而出現砼塑性階段裂縫。此外砼處塑性階段時，因地基沉陷，模板吸水膨脹而變形，或支撐松動亦會引起裂縫。澆灌在斜坡上的砼，由于向下流淌的傾向也會導致塑性階段出現裂縫。

2、塑性收縮裂縫。砼塑性收縮裂縫，一般出現在結構表面，形狀很不規則，而且長短不一，互產連貫，類似干燥泥漿表面的裂紋、出現的時機大多在砼表面水消失，砼面沒有光澤的階段。在砼澆灌初期，一般在澆灌后4小時左右，當砼本身與外界氣溫相差懸殊或本身溫度長時間過高，在40℃以上，而氣候又很干燥的情況下出現。塑性收縮裂縫又稱“龜裂”，嚴格講屬于干縮裂縫，出現很普遍。產生這種裂縫的原因是：砼澆灌后，表面沒有復蓋。受風吹日曬，游離水份蒸發較快，產生急劇的體積收縮，此時對砼早期強度很低，不能抵抗這種變形應力而導致開裂，或使用收縮率較大的水泥，或水泥用量過多以及使用過量的粉砂，或砼水灰比過大，模板過于干燥等。

3、花紋狀裂縫。砼表面出現六角形花紋狀裂紋，是由于不正確的表面抹平及養護方式造成的。過份的刮抹是出現這種裂縫的主要原因，他使水、水泥及細骨料呈現在砼的表面，形成含水量大的砂漿層，它比下層的砼或砂漿有較大的干縮性，且強度也低，在砼表面撒水泥刮抹也是出現花紋狀裂縫的原因之一，也是人為缺乏對砼的特性認識所導致的。

（二）、砼硬化后的裂縫

砼是一種多組分的抗拉能力較強的脆性材料。當發生溫度、濕度、地基不均勻的沉陷，制作安裝使用過程中種種荷載作用下及某些化學作用形成砼激變，都有可能引起裂縫的發生。

1、溫度裂縫

砼具有熱脹冷縮性質，砼的線膨脹系數為1×10-5/℃，鋼筋砼的線膨脹系數為1—1.2×10-5/℃，砼結構設計規范統一取為1×10-5/℃。一個結構物發生溫度變形時，并不一定產生應力，只有當溫度變形受到約束時才會產生應力。結構的約束可分為二類：一類是外約束，即結構變形受到外在的制約作用；一類是內部約束，即結構變形沒有受到外在的約束作用，而是受到結構內部自在的約束，往往容易忽視。如一個自由狀態的屋面板，雖然外約束不存在，但當其內部溫度呈非線性變化時，各質點或各層纖維之間也存在相互約束作用。關于砼結構溫度不均勻的情況，國內外實測結論是：即使在緩慢升降溫的情況下，溫度變化沿高度仍呈曲線變化規律，因而存在溫度應力，當聚然降溫中升溫時，表面部分纖維與其他各層纖維間將有更大的溫度差異，此時將會產生更大的溫度應力。關于結構物所受的外約束，我們設想一個理想的自由體，當在均勻溫度變化情況下，它能自由的伸長和縮短，這時將不產生應力，也就是說不會出現溫度裂縫。這個理想的自由體溫度均勻變化△T時，變形值ε=δ△T（δ為線膨脹系數），應力б=0。再設想兩端是絕對嵌固的單跨梁，當發生溫度變化（無論是均勻變化或是非均勻變化）時，由于外約束而不能產生變形故引起溫度應力，此時ε=0，應力最大б=Eδ△T（E為彈性模量）。實際工程中，絕對均勻變化的溫度是不存在的，而外約束情況總是介于絕對無約束和絕對有約束之間。砼溫度裂縫產生的具體原因：

表面溫度裂縫大多數是由于內外溫差過大引起的。砼結構，特別是大體積砼澆灌后。硬化期間水泥釋放出大量的水化熱，內部溫度急劇上升，造成砼表面和內部溫度相差過大，而形成表面溫度裂縫。當施工中注意不夠或稍有疏忽，過早拆除模板，或冬季施工過早除掉保溫層，或遇到寒流侵襲，將導致砼表面溫度不斷下降產生收縮，此時表面受到內部砼的約束，將產生很大的拉應力，而砼早期抗拉強度和彈性模量很低，從而出現裂縫。

深入的貫穿溫度裂縫大多數由于結構降溫差較大，受到外約束而引起的。當大體積砼基礎墻體澆灌在堅硬地基（特別是巖石地基）或厚大的老砼墊層上時，沒有采取隔離層等放松措施，如果砼澆灌時氣溫很高，加上水泥水化熱的溫升（當砼的水泥用量偏大或用高溫水泥拌制時），則會使砼的溫度很高，又當砼冷卻收縮時受到地基、砼墊層或其他外約束時，將會在砼內出現很大的拉應力，產生降溫收縮裂縫，這種裂縫出現的較遲，裂縫深，有時是貫穿的，會破壞結構的整體性。基礎工程長期不回填，受風吹日曬或寒潮襲擊，也會出現這種裂縫。框架梁、基礎梁、墻板，由于與剛度較大的柱，基礎連接，或預制購件澆灌在臺座深縮縫處，因溫度變化受到約束而形成裂縫。

2、濕度裂縫

砼在空氣里結硬過程中，會發生體積逐漸減小的現象，這就是干縮，又稱收縮。收縮是砼在不受力情況下，因體積變化而產生的變形。砼失水時收縮、浸水時膨脹。水中養護雖可以緩慢的膨脹若干年，但膨脹的數值不大，每單位長度膨脹約為1.5×10-4，而在空氣中結硬時的收縮值卻大得多。當砼不能自由收縮時，其結果會在砼內引起拉應力而產生裂縫。收縮能影響結構的使用功能和外表美觀。對于預應力砼等重要結構的設計，收縮是必須考慮的重要因素。當砼處在相對濕度50%的空氣環境中，每單位長度的收縮量在4.0×10-4—8.0×10-4范圍內變化，最低為2.0×10-4，而當水泥用量偏高，或骨料級配不良時，最高甚至可達10.0×10-4體積減小，產生收縮的原因是：水泥漿膠體和剩余下來的水泥顆粒、骨料生成新的膠體而使膠體漸漸變濃。這時，未起水化作用的水泥顆粒，不斷吸收骨架中的水份組成新骨架，整個骨架愈擠愈緊，而減小了體積；另一方面，整個骨架中多余水份不斷蒸發，隨濕度降低而體積減小。這兩部份構成砼的總收縮。前一部份收縮，即水化作用產生的收縮，稱為“自收縮”；后一部分收縮，即水份蒸發產生的收容，稱為“濕度收縮”。有關資料分析，前一部份只占后一部份的五分之一至十分之一，故濕度收縮對總收縮起控制作用。收縮的發展規律是早期快，后期慢。最初三個月達總收縮值的60%—70%，半年達70%—80%，三年基本全部完成。需要特別指出的是，刮風將使水份迅速蒸發，其影響超過日照氣溫的作用。

3、應力裂縫

超載或地基下沉引起的應力超過砼抗拉強度而產生的裂縫。大壩底層老砼等約束應力超過砼抗拉強度也會產生裂縫。結構受力產生的裂縫的因素很多，在實際工程中，絕對靜定的結構是不存在的，有約束就有應力，應力超過砼的抗拉強度，就要產生裂縫，普通鋼筋砼結構，一般是允許帶有裂縫工作的。即使在使用荷載作用下，也允許結構出現一定寬度限值內的裂縫。鋼筋砼結構，砼的抗拉強度是很低的，鋼筋的存在，并不能真正的提高砼的抗拉強度，只不過起到將較寬裂縫分散為多條細小裂縫和增加塑性作用而已。當砼開裂時，鋼筋應力僅20—30MPa左右。在設計規范中，未考慮鋼筋砼結構在各種受力狀態下砼的抗拉強度，根據不同情況，允許結構存在裂縫，最大裂縫寬度分別規定為0.2mm和0.3mmn。

4、施工因素裂縫

模板支撐松動及拆模引起的裂縫。當砼處于硬化過程，由于模板支撐不牢，或砼未完全硬化前就提前拆模，致使砼產生裂縫。這種裂縫是由于砼尚未達到一定強度承受荷載而引起的，施工早期，結構受劇烈震動和過重的敲擊也會引起裂縫。木模澆灌的結構，澆灌前模板未澆水濕透、隔離劑失效、模板與砼粘結，當模板大量吸水發生膨脹，常將柱角、梁角拉裂，預制購件在成型或拆模過程中受到劇烈震動，也會引起砼開裂。鋼筋砼空心板成孔時，抽芯過早砼塌陷而出現裂縫，抽芯過晚、芯和與砼粘結、砼易被拉裂。預制構件的場地未夯實、構件運輸、堆放時墊塊位置不當，運輸過程懸挑過長或顛簸震動過大，吊裝的吊點位置不正確，側向剛度較差的構件未采取臨時加固措施，都可能產生裂縫。

5、化學作用裂縫

砼堿一骨料反應，它是水泥中的堿與活性骨料中的氧化硅反應生成硅酸鈣，并從周圍介質中吸收水分而膨脹的現象。反應吸收水分，使堿的濃度增大，在凝結以后的養護期中，與活性骨料（蛋白質、磷石英、方石英、玉髓等）中的二氧化硅起作用生成硅酸鈉，其反應式：2HaoH+SiO2H2O Na2SiO2+H2O，硅酸鈉是膠狀體，從周圍介質中吸收水膨脹，膨脹體積約為三倍，以致引起砼開裂和破壞。

6、徐變問題

砼在恒定荷載作用下，隨著時間而增長叫做徐變。產生徐變的原因是水泥、石在應力作用下發生粘結流動。徐變將從以下兩個方面對裂縫產生不利影響：受彎構件載面上砼受壓的徐變，可以使構件變形增加二至三倍，從而使裂縫出現或不斷發展，它使預應力結構產生較大的預應力損失，從而降低結構的抗裂性能。徐變增長情況，初期較快，以后漸緩，一個月完成全部的40%，三個月60%，半年70—80%，兩年全部完成。

二、防止和減少砼裂縫的措施

試驗得出，裂縫寬度在0.01mm以上。鋼筋的銹縫存在也會影響結構的防水和美觀，給人以不安全的感覺。由此說明裂縫的出現，總是給結構帶來這樣和那樣的不利影響。為了使裂縫對結構不致造成過大的危害，應采取措施來防止和減少裂縫的產生。

（一）、防止和減少砼硬化前（塑性階段）的裂縫的措施

砼的沉降裂縫與砼的沉降量及稠度（坍落度）有直接關系，在避免砼硬化前的早期沉降裂縫，要嚴格控制水灰比，寧可取值小一些為好；振搗要密實，振搗時以每次5—15秒為宜；砼下料速度不宜過快，凝固時間要控制適中，不宜過快，高溫季節采取適當的緩凝措施，避免高溫帶來的硬化過快的不利影響；施工中應避免遭遇大風的襲擊，引起水份劇烈的蒸發，形成上部和下部硬化不均勻和差異收縮；避免砼攪拌時間過長；可摻入減水劑和適量粉煤灰，以減少沉降量，改進工作性和流動性；在砼澆注1—2小時后，初凝前應對砼進行二次振搗，表面拍打密實。

砼表面的塑性收縮裂縫，一般出現在砼表面水的光澤消失的時候，砼表面水份的過速蒸發是出現塑性收縮裂縫的主要原因，而蒸發速度決定于砼表面的氣溫、風速、相對濕度和砼自身表面溫度。預防和減少砼表面的蒸發的措施，配制砼時，應嚴格控制水灰比和水泥用量，選擇級配良好的石子，減小空隙和砂率，同時要振搗密實，以減少收縮量，提高砼的抗裂強度，澆注砼前，要將基礎和模板澆水濕透，澆注后，對裸露表面應及時用潮濕材料復蓋，認真養護。在氣溫高、濕度低、風速大的氣候條件下施工時，澆注后應及早進行噴水養護，使其表面保持濕潤，大面積澆注可澆完一段養護一段，并加強表面的抹壓和養護工作，也可采用表面噴氯偏乳液養護劑，或復蓋草簾，塑料薄膜等方法，當表面發現微細裂縫時，應及時給予抹壓，再復蓋養護，在炎熱環境中澆注砼，為降低砼溫度，可采用冷的拌合水，復蓋并用水淋灑粗骨料，復蓋模板，并在一天中較涼的時間澆注砼，為了減低砼表面的風速，可在澆注區設置擋風障。

砼表面出現花紋狀裂縫，原因是不正確的表面抹平及養護方式造成的，克服的方法是，砼的水泥有量、水灰比、砂率不能過大，嚴格控制砂石用量，避免使用過量粉砂。砼要振密搗實，對砼板面進行抹壓，抹壓時避免把水、水泥漿及細骨料浮泛表面，形成含水量大的砂漿層；砼初凝后、終凝前進行二次抹壓。以提高砼的密實度和減少收縮量。嚴禁在砼表面撒干水泥抹壓。加強早期養護并適當處長養護時間。

（二）、防止和減少砼硬化后裂縫的措施

砼的干縮裂縫的具體原因是砼成型后、養護不當，受到風吹日曬，表面水份迅速散失，體積外表收縮大，內部濕度變化小，收縮相應也小，因而表面收縮受到內部砼的約束，出現拉應力，引起表面開裂。預防的措施：控制砼的水泥用量不宜過大，水灰比和砂率也要選擇小一些的為好，嚴格控制砂石的配比，避免使用粉砂；砼要振搗密實。特別是要注意對表面進行抹壓，可在砼初凝后、終凝前進行二次抹壓，以提高砼的抗裂能力，減少砼的收縮量，加強砼的早期養護，適當延長砼的養護時間，對裸露的表面應及時用草簾復蓋，避免風吹日曬，并隨時灑水，使砼保持濕潤；在炎熱環境中澆注砼，可采取摻適量冰渣的拌合水拌制砼。

砼溫度裂縫是表里溫差太大，結構降溫差大又受到外部條件的約束及預制構件降溫控制失當所造成的。克服的辦法是：首先是盡量減少對構件變形的約束，設計上從結構布置上應盡可能地不在建筑物的兩端或四角設置剛度較大的結構和構件，并在確保結構安全和正常使用的條件下，設置控制縫，滑移縫和伸縮縫，以控制裂縫的部位和寬度，施工中對現澆砼留置施工縫和后澆縫，預制購件盡早在安裝前提前生產。其次，盡量選擇溫度較低的季節澆注砼，當不能避免在高溫季節澆注砼時，必須采取措施降低砼入模溫度，加強養護、避免日光的曝曬，選用低熱和中熱水泥配置砼，或在砼中摻加適當的粉煤灰，降低水泥用量，減少水化熱，選用級配良好的骨料，并嚴格控制砂、石的含量，防低水灰比，加強振搗，提高砼的抗拉強度，和密實性，合理使用緩凝劑和減水劑，減緩澆注速度，以利散熱，改善和易性，減少水泥用量，大塊砼采取分塊、分層澆注：澆注砼后，應及時用草簾復蓋外露表面，灑水養護等。

砼的應力裂縫，是結構的或構件超載或地基下沉引起的應力超過砼抗拉強度而產生的。防止措施是正確設計，嚴格施工、合理使用。所謂正確設計，就是要正確選擇結構方案，結構設計計算簡圖要與實際受力情況基本一致，結構上作用的荷載盡可能考慮的周到些和接近實際些，注意結構細部構造的設計等。所謂嚴格施工，首先要嚴格選擇建筑材料，確保材料質量。承重結構材料不合格，將導致結構承載力下降，造成結構裂縫和破壞；其次要加強施工技術管理工作，確保施工質量；要認真熟悉圖紙，按圖施工，圖紙未經會審，不倉促施工，未經設計同意不隨意修改設計；嚴格按有關施工驗收規范，有關操作規程和施工程序進行施工；認真研究施工方案，周密的偏制施工組織的設計，把設計的意圖和施工方案的重點通過技術交底，讓參加施工的全體人員都心中有數，特別是對施工比較復雜或有特殊要求部位以及新結構、新材料、新技術和新工藝的工程，更要讓具體操作人員掌握操作方法和施工要點，避免施工技術管理方面失誤而引起結構和構件強度不足或地基下沉造成砼應力裂縫。所謂合理使用，就是按工程的建設規劃、設計、施工的實際的容許范圍進行使用，首先不得隨意改變建筑物的使用條件；第二不得在原有建筑物上任意加層；第三，不得在建筑的結構上任意增鑿各類孔洞、溝槽、以削弱構件斷面；第四，不得超載使用等。

施工裂縫的主要原因是拆模過早起吊過早和加載過早。防止施工裂縫的措施是：模板支撐應牢固，應具有足夠的強度、剛度和穩定性，能可靠地支承新澆注砼的重量和側壓力以及在施工過程中所產生的荷載；模板及其支架的拆除，應按設計要求或設計無要求時應按施工規范的規定進行，一般非承重模板，應在砼強度能保證其表面及棱角不因拆除模板而受損壞時方可拆除，承重模板，應在與結構同條件養護的試塊達到設計要求的強度或無設計要求應按施工規范的規定強度方可拆除；避免施工初期砼遭受劇烈震動的碰撞；用木模澆注砼，在澆注前要將木模澆注濕透；用翻轉模板生產結構件時，應在平整、堅實的鋪砂地面上進行，翻轉，脫膜應平穩，防止劇烈沖擊和震動；構件起吊運輸的砼強度，應滿足設計要求，設計無要求時，不應低于設計標號的70%；構件堆放場地應平整堅實，并有排水措施，支點位置和方向應符合構件的受力情況，不應引起砼的超應力和損傷構件，按構件的剛度和受力情況，平放或立放，并應保持穩定，重迭堆放的構件，堆垛高度應按構件強度，地面承載力，墊木強度和堆垛的穩定性確定，各層墊木的位置，應在一條垂直線上。起吊點、設計無要求時，應根據計算決定，起吊大型空間構件前，應采取臨時加固措施，以免構件變形和損傷，起吊方法與設計要求不同時，應對構件在起吊過程中所產生的內力加以復核，構件安裝變位后，應采取臨時固定措施，以保證構件的穩定性。對現澆砼結構，必須達到設計要求的強度，方能使用，防止過早承載而產生裂縫。

防止堿一骨料反應產生的裂縫，要嚴格限制砼所用水泥的含堿量不得超過0.6%，控制活性骨料的含量不超過1%，按合理的配合比確定合適的拌合用水量，且盡量避免在潮濕條件下使用含活性骨料的砼。

影響徐變的因素很多，主要的因素是應力大小和砼齡期，而應力的大小一般是由設計需要決定，故減少徐變的有效措施，就是盡可能使砼具有較長齡期后再承受荷載。

砼產生裂縫的原因很復雜，當砼工程出現裂縫時，因對產生裂縫的原因進行認真的調查，仔細的分析，找出確切的原因，及時采取正確的補救措施。當然更重要的在于加強施工管理，針對施工中的各個關鍵環節，按實際情況采取行之有效的預防措施，以避免和減少砼裂縫的出現。

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