土木工程中混凝土的裂縫成因與防治研究

楊 煊

目前，我國混凝土結構的應用愈加廣泛。但在實際使用中，由于混凝土材料本身具有脆性，受多重因素的影響極易出現裂縫?；炷廉a生裂縫的原因多樣，對結構的影響也不盡相同?；诖?，本文以混凝土裂縫為研究主題，闡述了土木工程中混凝土裂縫的形成機理、裂縫的類型及成因，并提出了混凝土裂縫的可行性防治措施，旨在為提升混凝土的抗裂性能、延長混凝土的使用壽命提供借鑒與參考。

1 土木工程中混凝土裂縫的形成機理

1.1 混凝土材料的脆性

混凝土材料廣泛應用于工程建設中，這種材料抗拉強度低且脆性大，抗壓強度與抗拉強度之間的差異性決定其極易出現斷裂的情況。當拉應變超過極限值時，混凝土外觀上就會表現為開裂[1]。

1.2 荷載作用下的裂縫

當混凝土結構受到的外界荷載較大時，會導致其內部產生各種壓、擠、彎等作用力；當承載力超過負荷時，便會出現裂縫[2]。通常情況下，荷載作用下的裂縫會在混凝土結構的內部出現，只有外力影響較大時，裂縫才會擴張成明顯的宏觀裂縫，發展過程為彌散狀裂縫→裂縫延伸→裂縫貫通→宏觀裂縫。

1.3 間接作用下的裂縫

間接作用下的裂縫是受混凝土結構本身變形、基礎下降以及外界氣溫變化等影響因素出現的裂縫。例如，混凝土施工過程中會產生大量水化熱，導致溫度急劇升高，體積處于膨脹狀態。溫度下降時結構收縮，當收縮所產生的拉應力大于混凝土自身極限抗拉強度時，混凝土表面就會出現裂縫。

2 土木工程中混凝土裂縫的類型與成因

2.1 受力裂縫

受力裂縫主要是由于混凝土結構承受荷載作用所產生，內力作用不同，裂縫類型也不同，主要包括以下幾種。

第一，受彎裂縫。因混凝土抗拉應力較差，鋼筋承擔混凝土的全部拉應力，在拉應力區域通常會出現裂縫。受拉區裂縫與縱向受力鋼筋呈垂直分布狀態，受彎裂縫形態如圖1 所示。

圖1 受彎裂縫形態（來源：網絡）

第二，受壓裂縫。豎向混凝土結構通常承受垂直荷載，當壓應力達到混凝土的抗壓強度時，混凝土結構受到破壞，從而出現受壓裂縫[3]。初始階段，受壓裂縫具有平行、不連續的特點，但在壓力長期作用下，裂縫逐漸延伸。

第三，受拉裂縫。受拉裂縫出現在拉力集中的區域且貫穿全截面，與拉應力方向垂直。

第四，受扭裂縫。受彎矩、剪力的共同作用，混凝土結構上會出現不貫通、相互垂直、連續螺旋狀的受扭裂縫。受扭裂縫形態如圖2 所示。

圖2 受扭裂縫形態（來源：網絡）

第五，受剪裂縫。在軸力、彎矩的共同作用下，混凝土結構會出現與主壓應力平行、梭子形狀的受剪裂縫。

2.2 收縮裂縫

收縮裂縫是間接裂縫的主要形式，主要包括以下幾種。

第一，膠凝裂縫。該類型裂縫是由于晶體固化引起混凝土材料自主收縮產生的裂縫，當混凝土終凝結束后該裂縫將停止生長[4]。

第二，干燥裂縫。干燥裂縫是混凝土振搗后，孔道表面水分張力擴大，混凝土表面失水后出現收縮，導致泥土離析出現的裂縫。

第三，碳化收縮裂縫?；炷林泻蠧O2和CaO，這兩種化合物經過化學反應產生CaCO3，導致混凝土的體積逐漸縮小，出現裂縫。

2.3 溫差裂縫

溫差裂縫是間接裂縫的一種，與收縮裂縫的特征和發展規律基本相同，但形成的原因不同。溫差裂縫是受溫度和熱量影響發生熱脹冷縮的物理反應，導致混凝土出現裂縫，主要包括以下幾種。

第一，大體積混凝土表面裂縫。該裂縫主要是由于結構受到溫度影響產生應變差異所導致。大體積混凝土表面裂縫形態如圖3 所示。

圖3 大體積混凝土表面裂縫形態（來源：網絡）

第二，外露結構的季節溫差裂縫。雨棚等外露結構長期受到外部氣溫環境變化的影響，導致混凝土表面出現溫差裂縫。

2.4 沉降裂縫

土木工程地基產生不均勻沉降的原因很多，若混凝土結構受的力超過抗拉強度時，較為脆弱的部位便會出現裂縫。同時，在混凝土澆筑結束凝固前期，骨料呈現下沉狀態，從而導致裂縫問題出現。沉降裂縫大多為串聯形式，且出現的位置與沉降位置相對應[5]。

2.5 施工裂縫

施工裂縫是因施工引起的混凝土結構裂縫，產生原因較為復雜，主要包括建筑材料裂縫、模板裂縫、澆筑裂縫、養護裂縫以及預應力裂縫。

2.6 構造裂縫

構造裂縫難以通過優化設計規避，主要包括以下幾種。

第一，宏觀結構體型裂縫。這種裂縫體量龐大，體形具有突變，易受多重因素影響，在混凝土薄弱區域產生開裂。

第二，局部構件構造裂縫。由于混凝土結構外形有轉角，縱向受力鋼筋轉折，容易產生裂縫。

2.7 耐久性裂縫

耐久性裂縫主要包括以下幾種類型。

第一，凍融循環造成的裂縫。該類裂縫主要是由于混凝土結構受冷空氣侵蝕，混凝土內部水分結冰產生膨脹而出現的裂縫。裂縫的發展過程為凍融龜裂、粉化→出現裂縫→裂縫擴大→附近結構剝落[6]。

第二，鋼筋銹蝕膨脹產生的裂縫。該類裂縫主要是由于鋼筋質量問題導致鋼筋表面出現銹斑，鋼筋膨脹而出現的裂縫。

第三，鹽堿類介質引起的裂縫。該類裂縫是在結構長期使用過程中，酸性液體逐漸進入結構內部，使混凝土PH 值變化，最終導致混凝土脫離鋼筋，產生大面積裂縫。

第四，堿骨料反應裂縫。混凝土的骨料石子含有SiO2，能夠與水泥中的堿產生化學反應，生成堿性硅酸鹽和碳酸鹽，使混凝土體積膨脹，出現裂縫。

2.8 偶然作用裂縫

偶然作用裂縫主要包括以下幾種。

第一，地震裂縫。地震裂縫是地震偶然荷載引起混凝土結構開裂的裂縫。其形成情況較為特殊且具有瞬時性，甚至能夠造成建筑物的破壞。

第二，撞擊裂縫。施工階段，物體的墜落會影響混凝土結構的穩定與安全，如果混凝土結構受到撞擊，則會出現裂縫。若荷載較為集中，撞擊裂縫會呈現放射狀[7]。

第三，火災裂縫?；馂牡仁鹿蕦ㄖ锝Y構的傷害較大，在物品燃燒、高溫等作用下，極易出現混凝土裂縫。

3 土木工程中混凝土裂縫的防治措施

3.1 原材料的質量控制

在選擇混凝土原材料、確定混凝土配合比時，施工人員必須遵守科學合理的原則，以提高混凝土抵抗裂縫的能力。具體來講，需根據施工現場實際情況選擇混凝土。結合以往施工經驗，應選用以下幾種方式。

第一，采用中低熱的水泥材料。在具體施工中，施工人員應注重使用低熱水泥材料，避免因水化放熱增大混凝土結構的溫度差異，導致裂縫。通常情況下，設計者可以選擇應用低熱礦渣水泥，以提升原材料的質量。

第二，選擇適宜的原材料。材料的選擇是提升混凝土質量的基礎與前提，在具體施工中，施工人員應選擇強度較高的水泥，在其中摻入適量的石料、砂子等，以保證混凝土結構具有較高的穩定性，并有效控制施工成本。同時，施工人員應遵循就近取材的原則，應用成本低且符合施工標準與施工質量要求的材料，在保證施工質量的基礎上，有效避免出現裂縫，延長使用壽命。

3.2 優化施工配合比

為減少混凝土結構的裂縫情況，設計人員及施工人員應注重優化施工配合比。具體實踐中，應適當減低水泥使用量，將基層水泥配入量控制在5%左右。同時，施工人員應控制和優化粗細集料的配合比。為保證配合比具有科學性和合理性，施工人員應進行50 次篩分試驗，取得平均值，以最終確定配合比。

3.3 混合材料控制

混合材料控制是保證混凝土質量的重要途徑，是提升混凝土結構抗裂性能的主要方式。結合具體施工特點，混凝土結構的施工數量較多，建設要求較高，但周期較短，因此對施工質量控制需要進行科學計劃和規劃。目前，混凝土施工大多應用泵送的形式，但這種方式下通常會出現氣孔多等問題。對此，應選擇適宜的拌合物，并在管道內部涂抹潤滑劑，避免出現堵塞、氣泡多等問題。同時，在混凝土材料制作過程中，還可以添加木質素磺酸鈣，以有效分散混凝土顆粒，提升混凝土結構的張力，降低裂縫出現的概率。另外，施工人員應將外加劑的添加比例控制在0.3%，降低拌和水分；添加粉煤灰，提升混凝土材料活性；添加硅酸鹽凝膠，提升和易性，有效避免出現混凝土裂縫。

3.4 加強施工工藝控制

加強施工工藝控制是提升混凝土抗裂性的重要途徑，具體有以下幾點。

第一，采用二次振搗，提高混凝土的抗裂性。首先，在具體施工中施工人員應精準把握住二次振搗的時間。在工作中應將振搗棒連同本身重力快速插進混凝土中，若緩慢拔出振搗棒，混凝土逐漸愈合且表面未形成空穴，則可進行二次振搗。其次，在土木工程實際施工中，施工人員普遍會采用測量插入阻力大小的方式，判斷二次振搗施工是否適宜。若插入的阻力較小，則二次振搗的施工有效性較高，否則將會直接影響混凝土振搗及整體施工質量。

第二，改進現有混凝土的攪拌工藝。在具體施工過程中，施工人員應以提升混凝土抵抗拉伸的能力為目標，對現有的攪拌工藝進行優化和完善。在土木工程實際施工中，可以應用新式攪拌工藝。這種施工工藝不僅可以有效預防水分集中在混凝土與空氣接觸的周圍，還可以提升混凝土結構的緊密性，使各物質組成部分聯系更強，從而提升混凝土的拉應力與抗壓能力。通過實驗研究表明，當前技術可通過降低約7%的水泥使用量來降低水化熱的產生。

第三，掌握混凝土的出機和澆筑溫度。首先，施工人員需注重前期準備。在具體施工過程中，應保證隨時可投入使用施工工具，且能夠嚴格按照相關規范要求使用。其次，應精準掌握出機溫度。在實際施工中，可以采用減小石子溫度的方式，對溫度進行控制。在溫度較高時，為避免陽光直射構件，施工人員可在砂石堆積的地方搭建帳篷。特殊時期，砂子在使用前也可用涼水沖洗，確保所使用物料符合施工標準，保證實際施工質量。最后，施工人員應熟練掌握澆筑溫度。為有效控制混凝土傳送過程的溫度，應注重降低混凝土結構的內外溫差，采取有針對性的溫度控制措施，對溫度進行控制。

3.5 優化基層養護

在混凝土澆筑過程中，如果使用的混凝土抗變形性能低、強度小，在惡劣的溫度、濕度環境下，混凝土表層將會產生冷縮裂縫的情況。為有效提升混凝土的抗裂性能，施工人員應注重優化基層養護。

在具體實踐中，應選擇保溫防護措施，以減少混凝土結構的內外溫度的梯度差，避免混凝土表層出現裂縫。同時，施工人員應分析不同溫度環境下的混凝土結構使用情況，針對環境溫差大的，可以在混凝土表層增加保溫層，降低環境溫度對混凝土結構產生的影響。

4 結語

土木工程施工中的混凝土裂縫類型眾多，不同類型裂縫產生的原因也存在一定差異，因此需要對混凝土施工提出更高的要求。本文以土木工程混凝土施工的實際情況為出發點，對混凝土裂縫產生機理、類型等進行分析，并提出混凝土裂縫治理的有效策略，以期降低裂縫問題發生的概率，為保證結構質量提供借鑒與參考。