混凝土結構裂縫產生原因及控制探討

殷學飛

摘要：混凝土屬于建筑施工中的主要材料，在進行混凝土結構施工時，如何控制混凝土結構裂縫是保證工程項目施工質量的重要措施。混凝土結構裂縫的出現與發展，會對混凝土承載力、耐久性及抗滲性能造成較大破壞。文章從多個方面對混凝土結構裂縫成因進行分析，針對混凝土結構裂縫成因，提出混凝土結構裂縫控制方法。

關鍵詞： 混凝土結構裂縫；成因；控制

一、混凝土結構裂縫產生的原因

混凝土結構的裂縫產生的原因主要分為四個：第一，由于結構的實際工作狀態與設計模型的差異而產生的結構次應力引起的裂縫；第二，由外部荷載引起的裂縫縫隙，按常規計算的各種荷載而引起的；第三，由溫度差、收縮、膨脹、不均勻沉降等因素產生的變形應力而引起的裂縫，施工中可以采取措施避免。第四，大體積混凝土結構中，由于結構截面大，水泥用量多，水泥水化釋放的水化熱能產生很大的溫度變化和收縮作用，是導致大體積混凝土裂縫主要原因。

1、水化熱產生裂縫的機理

（1）大體積混凝土結構的截面尺寸較大，在施工過程中，由水泥水化過程中釋放出大量水化熱量，由于混凝土體積大，熱量散發不易，造成溫升較大，從而導致混凝土體積增大。當這種變形不受約束時，混凝土結構內部不會產生應力。但實際上這種變形肯定會受到約束，約束有兩種。一是混凝土與外部環境溫度差異引起的約束；另一種是由于內部的條件而不同產生的約束，以上兩種約束產生的應力為溫度應力。

（2）其次，對于大體積混凝土結構施工中，當混凝土澆筑體的邊界無約束時（如底、頂板頂面），在早期水化熱的溫度迅速升高階段，由于混凝土內、外散熱條件不同，形成溫度梯度，表面受拉，內部受壓。當拉應力超過混凝土抗拉強度時，混凝土表面就產生裂縫。在混凝土的降溫階段，混凝土的溫差引起的變形加上混凝土的體積收縮變形，受到地基和結構邊界條件的約束時，在澆筑體的中央斷面產生了內部拉應力，當該拉應力超過混凝土抗拉強度時，混凝土整個截面就產生了貫穿裂縫。

（3）現澆鋼筋混凝土結構梁、板產生裂縫的原因，綜合歸納起來可以分為兩大類：一是由于設計失誤、實際施工不當等原因導致的結構性裂縫；二是由于混凝土本身的收縮和溫差作用所產生的非結構性裂縫。有關資料統計及大量的工程實踐表明，一般工程中結構性裂縫約占20%，大部分為收縮和溫差裂縫約占80%，這些非結構性裂縫可以通過設計和施工階段采取相應的技術措施進行預防，從而將其控制在現行規范所允許的范圍之內。

2、溫度應力的分析

根據溫度應力引起的原因可分為兩類：一是自生應力：邊界上沒有任何約束或完全靜止的結構，如果內部溫度是非線性分布的，由于結構本身互相約束而出現的溫度應力的。例如，橋梁墩身、結構尺寸相對較大，混凝土冷卻時表面溫度低，內部溫度高，在結構表面出現拉應力，在結構中間出現壓應力。二是約束應力：結構的全部或部分邊界受到外界的約束，不能自由變形而引起的應力。如箱梁頂板混凝土和護欄混凝土。這兩種溫度應力往往與混凝土的干縮所引起的應力相互共同作用。要根據已知的溫度準確分析出溫度應力的分布、大小是一項比較煩瑣的工作。在大多數的情況下，是需要依靠模型試驗或數值計算。

二、裂縫控制的基本原理及預防

1、大體積混凝土結構的裂縫控制

指杜絕有害裂縫，同時減少或避免不影響使用的混凝土表面裂縫。裂縫控制原理是：降低混凝土外部約束與非線性降溫和收縮所產生的拉應力，提高混凝土相應齡期的抗拉強度和極限拉伸，以確保混凝土抗裂的安全度要求。裂縫控制方法采取溫差與溫度應力雙控制方法，避免結構物出現溫度裂縫，同時調整混凝土表面濕度以防止表面干縮裂縫。結構裂縫產生的主要原因是降溫和收縮。任一降溫溫差包含水化熱引起的溫差和收縮當量溫差，又都可以分解為均勻降溫差和非均勻降溫差兩鐘。前者產生外約束力，它成為貫穿性裂縫的主要原因；后者引起自約束力，形成表面裂縫；只有同時控制好這兩鐘降溫差，才能減少和避免混凝土裂縫的產生。

2、控制混凝土裂縫

必須從混凝土產生裂縫的幾個主要原因著手，才能有效地將裂縫控制在允許范圍內。一般可分為兩個控制階段：設計階段和施工階段。設計階段由設計人員對混凝土強度等級、鋼筋的品種、規格、建筑物的結構形式等統籌設計，有效的進行裂縫的控制。施工階段則采取加入外加劑的方式改善混凝土性能、降低水泥水化熱、降低混凝土內外溫差、結構中設置施工縫或變形縫、加強混凝土中的配筋率等措施來減少混凝土的收縮，防止混凝土產生有害裂縫。

3、合理的設計施工配合比

由于大體積混凝土結構各項指標均要求較高，并且普遍都采用泵送混凝土，因此合理設計配合比是有效控制和預防混凝土裂縫發生的基礎。應該根據工程所處條件，對水灰比、砂石率、水泥用量及摻合料的用量等進行優化設計，選擇最優最合理的方案。

三、混凝土結構裂縫的控制措施

1、混凝土材料的應用

混凝土材料質量直接影響著混凝土施工質量，在原材料的選擇與應用上，應充分保證其滿足施工及設計要求。在選擇水泥時，應盡量選擇水化熱較低，收縮量偏低的水泥，在保證混凝土性能的基礎上，降低水泥用量，對進入到施工現場的水泥性能及各項指標進行檢驗，禁止應用不符合設計要求的水泥；在混凝土中摻入化學添加劑，可以改善混凝土性能，如應用減水劑，可以降低用水量，減少混凝土收縮量，從而避免混凝土裂縫。

2、優化配合比

混凝土配合比的科學性與合理性，直接影響著混凝土整體性能，影響著混凝土施工的經濟性。水化熱較大引起溫度裂縫是混凝土結構裂縫的重要成因，降低水化熱，可以從優化混凝土配合比入手，降低水灰比，明確水泥用量與水用量，避免出現混凝土質量問題。

3、配筋設計

按照工程施工要求，合理進行混凝土鋼筋配置工作，在進行鋼筋配置過程中，應充分考慮鋼筋品種、鋼筋規格以及鋼筋數量，對構件性能進行評估；按照施工圖紙，確定鋼筋配置位置，避免出現鋼筋錯位等現象，減少混凝土開裂。

4、模板施工

在混凝土模板施工中，需要從以下幾點，進行混凝土結構裂縫控制：在澆筑混凝土之前，需要保持模板及基層充分濕潤；模板設計與制作合理，保證模板擁有足夠的剛度及強度，防止在澆筑混凝土過程中出現位移或變形，導致混凝土裂縫；合理控制拆模時間，在混凝土增長到一定強度后，方可進行拆模作業，并按照規定次序進行拆模作業。

5、混凝土澆筑

在混凝土澆筑作業時，應根據混凝土坍落度，合理控制振搗時間，一般混凝土振搗時間為四十秒，保證振搗均勻，避免出現過振或漏振等現象。在混凝土初凝前后時間，應采取二次振搗作業及二次抹面技術，通過二次振搗，將混凝土內部中水分及氣泡等排除，尤其是針對泌水性較大的混凝土，其澆筑作業應排除泌水，進行二次振搗作業，從而避免因沉降收縮所引起的混凝土裂縫。

6、做好養護措施

在完成混凝土澆筑作業后，應及時采取養護措施，在混凝土終凝之前，保持混凝土表面處于濕潤狀態，并在混凝土沒有完全干燥之前，采取覆蓋措施，并進行灑水養護，養護時間應在7 天以上；如在混凝土施工中摻有緩凝劑等化學添加劑，則在其養護時間應延長到14天以上。在混凝土養護期間，應對其內部溫度進行測量，避免內外溫差較大。

參考文獻：

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