混凝土的質量“裂縫形成原因分析與控制”

劉銘鈺 劉衛恒

摘 要：混凝土的質量是當今工程領域一個多元化的問題，但最常見的質量問題是混凝土裂縫的出現，如果施工中混凝土常常出現裂縫就會影響到結構的整體性和耐久性。結合實際經驗，從荷載和收縮兩大方面分析了施工期混凝土裂縫產生原因和影響因素，提出了施工期混凝土裂縫的控制技術，對在施工期如何進行混凝土裂縫控制有一定的指導意義。

關鍵詞：荷載裂縫；收縮裂縫；裂縫控制；防治措施

中圖分類號：TV331 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）30-0164-03

1 認識混凝土

1.1 混凝土的發展史

考古人員發現早在5000年前的凌家灘人不是只會簡單的搭建屋舍，他們要用經過火燒過土作為房基槽與墻體的填充材料，在基槽內用木棍作為墻體的支撐柱，然后填埋紅燒的土塊，并在墻體兩側表面敷上較厚的粘泥，甚至一部分還可能用蘆葦桿加固，這和現在的鋼筋商品混凝土非常相似。1879年，法國工程師艾納比克開始制造鋼筋商品混凝土樓板，以后發展為整套建筑使用由鋼筋箍和縱向桿加固的商品混凝土結構梁。混凝土從1900年，萬國博覽會上展示了鋼筋混凝土在很多方面的使用，在建材領域引起了一場革命。1918年艾布拉姆發表了著名的計算商品混凝土強度的水灰比理論。鋼筋商品混凝土開始成為改變這個世界景觀的重要材料。

1.2 混凝土的組成

混凝土，簡稱“砼”。是指由膠凝材料將集料膠結成整體的工程復合材料的統稱。通常講的混凝土一詞是指用水泥作膠凝材料，砂、石作集料；與水（加或不加外加劑和摻合料）按一定比例配合，經攪拌、成型、養護而得的水泥混凝土，也稱普通混凝土。混凝土也可以看成一種人工石材，由于其原料豐富，造價低廉，工藝簡單的特性使它在工程中有廣泛的應用。

2 混凝土裂縫的原因分析

混凝土以固液氣三相并存、各向異性的多孔非均質材料，內部存在大量微細裂隙和宏、微觀缺陷，因此，混凝土這種材料有裂縫是絕對的，無裂縫是相對的。

混凝土結構產生裂縫的主要原因是荷載和收縮裂縫。荷載裂縫占有的比例比較低，它主要是由于結構不均勻和氣候溫差引起的，可由結構設計師來解決。而收縮裂縫是由材料和施工技術人員來解決。

混凝土在承受荷載之前就已經存在微觀裂縫，受力使微裂縫連通成宏觀裂縫，對混凝土的收縮裂縫而言，是由于在混凝土的凝固硬化過程中產生收縮變形，而收縮變形差過大時產生了收縮裂縫。混凝土的體積收縮最主要和最常見的是干縮和冷縮。前者是由于混凝土中水分的散失或溫度下降引起的，后者是由于混凝土中熱量的散失或者溫度下降引起的。

混凝土的體積收縮最主要最常見的是干縮和冷縮。前者是由于混凝土中水分的散失和溫度的下降引起的，后者是由于混凝土中熱量的散失和溫度的下降引起的。干縮和冷縮裂縫，如圖1所示。

混凝土的其它體積收縮還有：①水泥水化熱產生的體積收縮叫做減縮；②顆粒沉降產生的體積收縮叫做沉縮；③當混凝土尚處于塑性狀態，由于水分蒸發過快，泌水率小于表面蒸發率，就會引起表面失水過多多面開裂，裂縫隨時間向混凝土內部發展，形成塑性收縮，通過采用早期保濕養護來避免發生。④空氣中的二氧化碳在有水分存在時對水泥水化產物作用的結果，這些結果的綜合引起體積收縮稱之為碳化收縮，這類收縮僅限于表層，只會產生混凝土的表面裂縫。

2.1 干縮裂縫

長期以來，世界各國的科學家工作者對混凝土的干縮機理進行了大量的分析及研究，但至今還沒有人能夠作出完全令人滿意的解釋，雖然對干縫機理的細節說法不一，但在影響硬化后的水泥石的體積失水干燥的主要原因是毛細孔及鉸孔水的蒸發散失這一點上的看法是一致的。所以，混凝土的干縮主要是由于水泥事的干縮引起的。

混凝土中的孔大致可分為膠孔、毛細孔和氣孔三種。氣孔最大，直徑一般在1～0.01 mm之間。毛細孔的尺寸約為氣孔的1/1000，即約為10～40 A，約為水分子直徑的5倍。一般膠體顆粒的直徑約為水分子直徑的100倍，倘若膠體中水分完全被蒸發，那么水泥的收縮率按長度計算，應為1%。但是由于環境的濕度總大于零，這種完全蒸發的情況是不存在的，實際上觀察到的水泥石最大干縮率為0.4%。

2.2 影響混凝土干縮的主要因素

①集料：首先是數量，單方混凝土中的集料用量越多，相對所用到的膠凝材料也就越少，混凝土的干縮就小。其次是彈性模量，用彈性模量較低的輕骨料配制混凝土，其干縮率較大。另外，集料自身的干縮率亦對混凝土干縮有一定的影響。

②環境條件：環境濕度大，混凝土干縮小，延長濕養護的時間可以推遲干縮的發生與發展，但對于干縮率并無顯著影響。干燥的速度也不能影響最終干縮率。

③水膠比與加水量：水膠比大則干縮率也大，加水量也亦然。

④水泥與外加劑：硅酸鹽水泥性能的差異一般對混凝土干縮率影響不大。不同外加劑有不同的影響。

⑤配筋：當配筋率不大時，干縮率減少不顯著，有時約減少10%左右。配筋率較大時，對于干縮變形造成較大限制，但也容易因此發生干縮裂縫。

⑥雜質：混雜在集料中的粘土或包敷在集料的粘土會使干縮增加。國外的試驗結果是，由于集料被粘土包敷而是干縮增加70%。

⑦混凝土尺寸形狀：用體積與表面積的比值來表示試件的形狀特征時，壁紙小則干縮大。

2.3 冷 縮

顧名思義就是混凝土因熱量散失或溫度降低產生的體積收縮。和一般材料一樣，混凝土的熱脹冷縮都是在相鄰部分混整體性的限制條件下發生的，故熱漲屬于相向變形，而冷縮則屬于背向變形，很容易引起開裂。因此，在混凝土或鋼筋混凝土結構中，特別是大體積、基礎、地面或者地下的大型建筑物、橋梁、道路、機場跑道等結構物中，如何防止冷縫開裂是一個很棘手的問題。

2.4 影響混凝土冷縮率的因素

①混凝土的初始溫度，混凝土的初始溫度越高，冷縮率越大；氣溫升高或陽光直接照射導致原材料的溫度升高，水泥水化時放出的熱量都可使混凝土初始溫度升高，特別需要指出的是，混凝土水化熱與水泥用量、水泥的品種、礦物組成、細度等密切相關。

②周圍環境的變化，溫差越大，冷縮率越大，要避免或減輕冷縮裂縫，從材料角度看，理論上講有三條途徑：一是降低混凝土初始溫度從而降低溫度以后的降溫幅度，二是選擇膨脹系數小、受拉徐變大、拉伸極限應變高的混凝土，三是采用補償收縮混凝土。

3 控制措施

在鋼筋混凝土中，常常根據是否引起鋼筋銹蝕來區分有害裂縫和無害裂縫。見表1。

如何更好的去控制混凝土裂縫的形成，我們要抓住混凝土的產生規律和它的特征，從根源處控制與減少裂縫的形成。見表2。

3.1 設計方面

①在建筑設計中應處理好構件中“抗”與“放”的關系。所謂‘抗就是處于約束狀態下的結構，沒有足夠的變形余地時，為防止裂縫所采取的有力措施；而所謂‘放就是結構完全處于自由變形無約束狀態下，有足夠變形余地時所采取的措施。

②設計中應盡量避免結構斷面突變帶來的應力集中。

③積極采用補償收縮混凝土技術。常見混凝土裂縫中，相當部分是由于混凝土收縮而造成的。要解決此問題，可在混凝土中摻用膨脹劑來補償混凝土的收縮。實踐證明，效果很好。

3.2 選材和配合比設計方面

①根據結構要求選擇合適的混凝土強度等級及水泥品種、等級，盡量避免采用早強高的水泥。

②選用級配優良的砂、石原材料，含泥量應符合規范要求。

③積極采用摻合料和混凝土外加劑。

3.3 施工操作方面

①澆搗時，振搗捧要快插慢拔，根據不同的混凝土坍落度正確掌握振搗時間，避免過振或漏振，應提倡采用二次振搗、二次抹面技術，以排除泌水、混凝土內部的水分和氣泡。

②混凝土裂縫防治工作中，新澆混凝土早期養護尤為重要，可保證混凝土在早期盡可能少產生收縮。

③夏季應注意混凝土的澆搗溫度，采用低溫入模、低溫養護，必要時經試驗可采用冰塊，以降低混凝土原材料的溫度。

3.4 體積收縮引起的裂縫防治

①適當選擇配合比，摻外加劑控制水灰比、在混凝土中攙加粉煤灰，利用后期強度以降低水泥用量和溫升，嚴格控制砂、石的含泥量，避免使用粉砂，以提高混凝土抗拉強度。

②加強混凝土的早期養護，混凝土澆筑之后，采用塑料薄膜和草袋覆蓋以確保混凝土內外溫差小于25℃，并灑水濕潤養護。在氣溫高、濕度低、風速大的天氣及早覆蓋、噴水霧養護，并適當延長養護時間。

③加強混凝土表面的抹壓、但應注意避免過分抹壓。

④采用密封保水法，如在混凝土表面噴水養護或覆蓋塑料薄膜，使水分不易蒸發或采用其他方法減少空氣流動。延緩表面水分蒸發的辦法。

⑤構件長期露天堆放時，應繼續適當灑水或覆蓋養護以便有較長的保溫養護時間，特別是薄壁構件，應置于陰涼地方覆蓋堆放。

4 結 語

裂縫是混凝土結構中普遍存在的一種現象。深刻的了解混凝土裂縫的形成與影響因素是非常重要的進行認真研究、區別對待，因此我們要采用合理的方法進行處理，并在施工中采取各種有效的預防措施來預防裂縫的出現和發展，保證混凝土類的建筑物和構件安全、穩定地工作。

參考文獻：

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