混凝土結構裂縫原因及預防措施分析

(1.廣州大學土木工程學院 廣東 廣州 510000；2.廣州番禺橋興建設安裝工程有限公司 廣東 廣州 511400)

一、前言

隨著經濟的飛速發展，人們對生活的水平也越來越高，為了滿足生產生活的需要，各類大型建筑物隨之出現，混凝土結構裂縫控制的好壞直接影響建筑物的安全性以及使用壽命，則混凝土結構裂縫研究分析就顯得尤為重要，將會對混凝土結構施工起到至關重要的作用。目前，無論是在橋梁工程還是在碼頭工程施工中，由于混凝土材料性質以及目前施工現場混凝土施工技術不完善，往往會產生大面積的裂縫，備受建筑行業的關注。在現場施工中，混凝土體積大，由于混凝土材料中水泥組分遇水發生化學反應，導致混凝土結構內部積聚大量的水化熱，混凝土結構內部溫度急劇升高，混凝土發生膨脹變形，由于混凝土是一種多相組分的材料，內部散熱不均勻，膨脹變形將會受到約束，就產生了裂縫，對建筑物的使用造成重大的質量安全隱患。因此，必須要有效的控制混凝土裂縫的產生，才能保證混凝土結構的質量。

二、混凝土建筑結構裂縫產生的原因

通過目前對混凝土裂縫方面已有的研究來看，混凝土產生裂縫的原因有很多。主要可分為兩類：內部因素、外部因素。

(一)內部因素的影響

(1)內部溫度變化，混凝土在施工過程中，往往會由于水泥水化產生水化熱導致混凝土內部產生大量熱量，并且大體積混凝土整體結構尺寸較大，在短時間內熱量難以散發出去，使混凝土內部溫度升高，而混凝土表面與外界接觸，這樣會造成內部與表面溫差過大，當由于溫差過大產生溫度應力越大，最終溫度應力超過混凝土內外約束力時就會產生裂縫。

(2)水分流失，混凝土中水分流失會造成混凝土收縮，混凝土中80%的水分會逐步散失，其硬化只需20%，隨著時間逐步流失的過程中，大體積混凝土內部水分流失慢，表層水分流失快，因而就會造成表面收縮大、內部收縮小不均勻收縮，表面收縮變形受到內部混凝土的約束，致使表面混凝土承受拉應力，當表面混凝土承受拉力超過其抗拉強度時，便產生收縮裂縫。

(二)外部因素的影響

(1)混凝土材料的組分種類多，主要包括粗骨料、細骨料以及摻合料，由此可知混凝土是一種多相非均勻脆性材料。試驗表明，由于外界環境的溫度濕度變化導致混凝土中各組分在一定程度上受到影響，混凝土將極易發生變形，進一步的說是由于混凝土內部各組分的變形影響，最終導致混凝土的變形并且由于各組分變形的不相協調，各組分的變形受到相互約束影響，當約束產生的約束應力超過混凝土的抗拉強度，最終導致混凝土開裂。

(2)外界約束

①環境溫度變化產生的約束。混凝土內部絕熱升溫會導致其體積膨脹，此時周圍環境會給其一壓應力，而隨著時間推移混凝土內部逐漸降溫，混凝土隨之會收縮，而此時外界環境會給其一拉應力，通常混凝土的抗壓強度遠大于其抗拉強度，在溫度升降的過程中，易出現拉應力大于其抗拉強度從而導致混凝土出現豎向裂縫。

②相接觸構件產生的界面約束。由于現場施工中，混凝土構件的澆筑施工往往會形成界面接觸，相接觸的構件由于施工順序的原因，往往會形成一個澆筑間隔齡期，導致相接觸的混凝土構件在澆筑完后產生的變形很難相協調，從而由于新澆筑的混凝土變形相對于舊混凝土變形要滯后，新混凝土由于澆筑完后內部溫度有一個上升過程后有會有一個下降的過程達到與環境溫度相當，在此過程中舊混凝土對新混凝土始終有一個約束作用，當此約束作用產生的約束應力超過混凝土的抗拉強度，仍然會加大混凝土開裂的可能性。

三、混凝土結構裂縫的預防措施

(一)選擇合適的混凝土原材料

有效的控制混凝土結構的裂縫，才能保證混凝土質量。混凝土材料是由砂、石、水泥、摻合料、外加劑和水組成。可以選擇粒徑較大和級配良好的石子，來減少混凝土的收縮。選用中、低熱水泥可以減少水泥水化時產生的水化熱，從而可以減小混凝土的膨脹變形。同時在混凝土中摻入具有緩凝效果的減水劑，能夠緩解混凝土的凝固，降低水泥水化后的放熱速度，同時能夠降低混凝土的收縮的概率。

(二)選擇合理的施工方式

在混凝土澆筑過程中，可以通過在混凝土內部預埋冷卻水管控制混凝土的入模溫度，同時在使用的拌合水中加冰。混凝土骨料采用遮陽板遮擋，避免陽光直射，以減小混凝土拌制時的溫度。[3]

對于大體積混凝土裂縫的預防，合理化的混凝土澆筑方式是十分重要的，混凝土澆筑方式需要按照一定的標準進行，采用分層的澆筑方式。以豎向為基點，分成不同的層次進行澆筑，逐層澆筑的方式能夠有效散熱，也能夠避免溫度升高。需要充分控制好混凝土的澆筑質量和施工質量，對于大體積混凝土的澆筑，需要安排好澆筑的時間，一般不能超過30分鐘。在混凝土攪拌過程中，需要有專業人員進行監管，保證水泥用量的準確。[1]

(三)混凝土的后期養護

混凝土養護的關鍵是保持適宜的溫度和濕度，以便控制混凝土的內外溫差，在保證強度發展的同時防止混凝土裂縫的產生。混凝土養護主要從兩方面著手，即覆蓋保溫材料和表面蓄水保濕。在大體積混凝土澆筑完成后，應在混凝土表面鋪上厚度適當的保溫材料，如木屑、草簾、爐渣、粘土等，以減小混凝土內部溫度與外界溫度的差值，防止混凝土發生表面裂縫。待大體積混凝土終凝后，在其表面蓄存一定量的水，可以對混凝土起到良好的養護效果，提高混凝土結構整體性能。[2]

(四)優化混凝土結構設計

大體積混凝土具有構件尺寸大、鋼筋用量多的特點，且不同工程項目施工難度、混凝土結構設計、技術要求不同。優化大體積混凝土結構設計，具體可以從兩方面入手:①對鋼筋進行合理配置。考慮造成裂縫的各種因素進行補償配筋，按照密配筋、小直徑的原則增加配置構造鋼筋，使構造鋼筋具備溫度筋的作用，從而進一步提高大體積混凝土的抗裂性能。②采用永久性伸縮縫設計方法。該種設計方法在實際應用中能夠有效減弱約束應力。按照國家相關設計規范要求，對大體積混凝土的結構框架、剪力墻結構、伸縮縫等進行合理設計，降低由結構設計不合理所引發的大體積混凝土結構裂縫可能性。同時，在結構設計上還應融入一些有效的裂縫預防措施，進一步減少大體積混凝土裂縫的出現。[2]

四、總結

混凝土材料在建筑工程領域中是不可缺少的材料，無論是從耐久性、抗壓強度還是使用壽命來說，相比其他建筑材料都表現出很大的優勢，但是混凝土結構裂縫問題一直困擾著工程建設者。通過大量的工程實踐證明，混凝土的裂縫不可避免。在工程施工中，我們要最大限度的減小和避免裂縫的產生，避免混凝土結構出現有害裂縫。混凝土裂縫控制的方式主要有通過合理的選擇混凝土的原材料；在保證混凝土強度的基礎上降低水膠比，優化混凝土設計配合比；采用合理的混凝土澆筑工藝；正確的養護方式等。