混凝土裂縫成因分析及控制措施研究

周天良

摘要:根據(jù)目前建筑混凝土出現(xiàn)的裂縫問題，分別從原材料質(zhì)量、溫度應(yīng)力、干縮形變、鋼筋銹蝕以及施工工藝質(zhì)量幾個方面論述了裂縫原因，并提出了有效的控制措施。

關(guān)鍵詞:混凝土裂縫 原因分析 控制措施

0 引言

混凝土是一種由砂細(xì)骨料、石粗骨料、水泥、水及其他外加材料施工而形成的非均質(zhì)脆性材料。由于混凝土施工和本身變形、約束等問題，硬化成型的混凝土中存在著眾多的微孔隙、微裂縫。隨著混凝土承受荷載及溫差變化影響后，微裂縫就會不斷的擴(kuò)展和連通，最終形成肉眼可見裂縫，也就是混凝土工程中常說的裂縫?；炷脸霈F(xiàn)裂縫的原因多種多樣，通常情況下，裂縫的存在不會影響構(gòu)件的正常使用(寬度<0.05mm)，但如果裂縫過大就會降低結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性。

1 混凝土裂縫成因

1.1 原材料質(zhì)量引起的裂縫

1.1.1 水泥 若水泥出廠時強(qiáng)度不足，水泥受潮或過期，亦可能使混凝土強(qiáng)度不足，導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生裂縫。如果水泥安定性不合格，其中的游離氧化鈣含量超標(biāo)，而氧化鈣在凝結(jié)過程中水化很慢，在混凝土凝結(jié)后仍然繼續(xù)起水化作用，亦可破壞已硬化的水泥石，使混凝土抗拉強(qiáng)度下降。

1.1.2 砂、石骨料 砂石的粒徑、級配、雜質(zhì)含量如果砂石粒徑太小、級配不良，將導(dǎo)致水泥和拌和水用量加大，使混凝土收縮加大，影響混凝土的強(qiáng)度;如果使用超出規(guī)定的特細(xì)砂，后果將更加嚴(yán)重。當(dāng)砂石中含泥量高時，將造成水泥和拌和水用量加大，降低混凝土強(qiáng)度以及抗凍性和抗?jié)B性。堿骨料反應(yīng)混凝土中的堿與集料中的某些成份發(fā)生堿骨料反應(yīng)，其生成物容易吸水膨脹，導(dǎo)致混凝土開裂。

1.1.3 拌和水及外加劑 拌和水或外加劑中氯化物含量較高時對鋼筋蝕有較大影響。采用海水或含堿泉水拌制混凝土，采用含堿的外加劑，可能對堿骨料反應(yīng)有影響。

1.2 溫度引起的裂縫 當(dāng)外部溫度或結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度發(fā)生變化，混凝土將發(fā)生形變，若變形受到約束，結(jié)構(gòu)內(nèi)將產(chǎn)生應(yīng)力，當(dāng)應(yīng)力超過混凝土抗拉強(qiáng)度時將產(chǎn)生溫度裂縫。溫度裂縫多發(fā)生在大體積混凝土表面或溫差變化較大混凝土結(jié)構(gòu)中。溫度裂縫產(chǎn)生的主要原因是混凝土澆筑硬化過程中，水泥水化產(chǎn)生大量的水化熱(當(dāng)水泥用350kg/m3～550kg/ｍ3時，混凝土將釋放出17500KJ～27500KJ/ｍ3的熱量，從而使混凝土內(nèi)部溫度升達(dá)70℃甚至更高)。由于混凝土的體積較大，大量的水化熱聚積在內(nèi)部而不易散發(fā)，導(dǎo)致內(nèi)部溫度急劇上升，而混凝土表面散熱較快，這樣就形成內(nèi)外的較大溫差，較大的溫差造成內(nèi)部與外冷縮的程度不同，使混凝土表面產(chǎn)生一定的拉應(yīng)力，當(dāng)拉應(yīng)力超過混凝土的抗拉強(qiáng)度時，混凝土表面就會產(chǎn)生裂縫，這種裂縫多發(fā)生在混凝土硬化后期。同時，裂縫的出現(xiàn)會引起鋼筋的銹蝕，混凝土的碳化，降低混凝土抗凍融、抗疲勞及抗?jié)B能力等。

1.3 干縮裂縫 干縮裂縫產(chǎn)生的主要原因是混凝土內(nèi)外水分蒸發(fā)程度不同而導(dǎo)致變形不同的結(jié)果?；炷潦芡獠織l件的影響，表面水分損失過快，變形較大，內(nèi)部濕度變化較小變形較小，較大的表面干縮變形受到混凝土內(nèi)部約束，產(chǎn)生較大拉應(yīng)力而產(chǎn)生裂縫。相對濕度越低，水泥漿體干縮越大，干縮裂縫越容易產(chǎn)生，大體積混凝土中平面部位多見。干縮裂縫會影響混凝土的抗?jié)B性，引起鋼筋的銹蝕影響混凝土的耐久性，在水壓力的作用下會產(chǎn)生水力劈裂影響混凝土的承載力等。混凝土干縮主要和混凝土的水灰比、水泥的成分、水泥的用量、集料的性質(zhì)和用量、外加劑的用量等有關(guān)。

1.4 鋼筋銹蝕引起的裂縫 由于混凝土質(zhì)量較差或保護(hù)層厚度不足，混凝土保護(hù)層受二氧化碳侵蝕碳化至鋼筋表面可引起鋼筋表面氧化膜破壞，鋼筋中鐵離子與混凝土中的氧氣和水份發(fā)生銹蝕反應(yīng)，其銹蝕物氫氧化鐵體積比原來增長2～4倍，對混凝土產(chǎn)生膨脹應(yīng)力，導(dǎo)致保護(hù)層開裂，沿鋼筋縱向產(chǎn)生裂縫，并有銹跡滲到混凝土表面。由于銹蝕，使得鋼筋有效斷面面積減小，鋼筋與混凝土握裹力削弱，結(jié)構(gòu)承載力下降，并將誘發(fā)其它形式的裂縫，加劇鋼筋銹蝕，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞，必須引起重視。

1.5 施工工藝引起的裂縫 因為混凝土的拌制、澆筑、振搗、養(yǎng)護(hù)不良或者是鋼筋保護(hù)層較薄，有害物質(zhì)進(jìn)入混凝土使鋼筋產(chǎn)生銹蝕而體積膨脹，導(dǎo)致混凝土脹裂，此種類型的裂縫多為縱向裂縫，沿鋼筋的方向出現(xiàn)。

2 混凝土裂縫控制

2.1 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計措施

2.1.1 嚴(yán)把原材料質(zhì)量關(guān) 進(jìn)場材料必須經(jīng)嚴(yán)格檢驗達(dá)到技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)后方能使用，對高標(biāo)號混凝土使用高標(biāo)號水泥，盡量減少水泥用量，水泥初凝時間必須大于45min。細(xì)集料使用級配良好的中砂，細(xì)度模數(shù)Ｍx大于2.6，含泥量小于2%。粗骨料使用質(zhì)地堅硬、級配良好的碎石，含泥量小于1%，針片狀顆粒含量應(yīng)小于5%。

2.1.2 精心合理地設(shè)計混凝土配合比 在保證混凝土具有良好工作性的情況下，嚴(yán)格控制混凝土的水灰比，減少水泥用量，確保水的用量控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)，減少混凝土的坍落度，以便造成不必要的材料浪費，節(jié)約成本。在混凝土中合理摻加一定量的具有減水、增塑、緩凝等作用的外加劑，改善混凝土拌合物的流動性、保水性、降低水化熱，推遲熱峰的出現(xiàn)時間。

2.1.3 其它設(shè)計措施 優(yōu)化鋼筋配置，根據(jù)“細(xì)而密”的原則，減小水平布筋間距，將混凝土中可能產(chǎn)生的收縮應(yīng)力分散。由于挖孔、轉(zhuǎn)角和形狀突變處等部位應(yīng)力集中容易產(chǎn)生裂縫，所以應(yīng)采取有效的構(gòu)造措施，例如在轉(zhuǎn)角、孔邊作構(gòu)造筋加強(qiáng);轉(zhuǎn)角處增配斜向鋼筋或網(wǎng)片;突變處做成漸變過渡等。

2.2 施工技術(shù)措施 在施工過程中細(xì)致分析混凝土集料的級配，控制混凝土的水灰比，減少水泥用量和混凝土的坍落度，嚴(yán)格按照設(shè)計配合比進(jìn)行?；炷涟韬蠒r間控制在2min，不能過短，也不能過長。攪拌時間短，混合料不均勻；時間過長，會破壞材料的結(jié)構(gòu)。嚴(yán)格控制加水量，經(jīng)常檢測混凝土的坍落度，以保證混凝土具有良好的和易性，在保證和易性和泵送的前提下降低砂率?；炷翝仓?yīng)選擇一天中溫度較低的時候進(jìn)行，要振搗密實，可采用兩次振搗技術(shù)，改善混凝土強(qiáng)度，提高抗裂性。高溫季節(jié)澆筑時可以采用搭設(shè)遮陽板等輔助措施控制混凝土的溫升，降低澆筑混凝土的溫度。要合理安排施工工序，分層、分塊澆筑，以利于散熱，減小約束而產(chǎn)生的拉應(yīng)力。不論是收縮裂縫還是溫度裂縫，混凝土的養(yǎng)護(hù)最為關(guān)鍵，所以要加強(qiáng)混凝土的早期養(yǎng)護(hù)，如等到混凝土脫模后才開始灑水養(yǎng)護(hù)的方法是錯誤的。混凝土澆筑收漿完成后，應(yīng)盡快用潮濕的草簾、麻片等覆蓋和灑水養(yǎng)護(hù)，使混凝土表面始終保持在濕潤狀態(tài)，不允許混凝土在高溫下裸露曝曬。同時，為了避免由于化學(xué)反應(yīng)引起的裂縫可以在鋼筋表層涂刷防腐涂料?；炷帘砻娌捎猛飧灿袡C(jī)涂層的方法能夠有效阻止或降低諸如水、二氧化碳以及氯化物等腐蝕性介質(zhì)向混凝土內(nèi)部的滲透，從而有效地延長了混凝土的使用壽命。目前，國內(nèi)常用的防護(hù)體系是環(huán)氧封閉漆+環(huán)氧云鐵中間漆+丙烯酸聚氨酯面漆。經(jīng)過近多年的實踐檢驗，該有機(jī)涂層能夠?qū)炷吝M(jìn)行腐蝕防護(hù)，且效果良好，但造價較高。

3 結(jié)語

混凝土裂縫的出現(xiàn)和發(fā)展不僅破壞混凝土的整體性，影響建筑物的外觀、使用功能和使用壽命，而且會引起鋼筋的銹蝕，混凝土的碳化，降低材料的耐久性，建筑物的承載能力及抗?jié)B能力等?；炷亮芽p的控制從設(shè)計、施工、養(yǎng)護(hù)到運營等各方面是一個有機(jī)的整體，它們不僅相互聯(lián)系，而且相互制約。因此，在實際工程實踐中要對混凝土裂縫產(chǎn)生的各種原因，區(qū)別對待，根據(jù)實際情況具體分析研究， 全面剖析，重點施制，同時在施工中采取各種有效的預(yù)防措施來預(yù)防裂縫的出現(xiàn)和發(fā)展，并采取合理的方法進(jìn)行處理，保證工程質(zhì)量，保證建筑物和構(gòu)件安全、穩(wěn)定地工作。