混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的成因及防治措施

徐超群

（安徽皖通高速公路股份有限公司全椒管理處，安徽 全椒 239500）

1 混凝土裂縫及成因分析

混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的種類，就其產(chǎn)生的原因，大致可劃分如下幾種：

1.1 外荷載引起裂縫

1.1.1 設(shè)計計算階段，計算模型不合理；結(jié)構(gòu)受力假設(shè)與實際受力不符；荷載少算或漏算；內(nèi)力與配筋計算錯誤；結(jié)構(gòu)安全系數(shù)不夠。結(jié)構(gòu)設(shè)計時不考慮施工的可能性；設(shè)計斷面不足；鋼筋設(shè)置偏少或布置錯誤；結(jié)構(gòu)剛度不足；構(gòu)造處理不當(dāng)；設(shè)計圖紙交代不清等。

1.1.2 施工階段，不加限制地堆放施工機具、材料；不了解預(yù)制構(gòu)件受力特點，隨意翻身、起吊、運輸、安裝；不按設(shè)計圖紙施工，擅自更改結(jié)構(gòu)施工順序，改變結(jié)構(gòu)受力模式；不對結(jié)構(gòu)做機器振動下的疲勞強度驗算等。

1.2 溫度裂縫混凝土硬化期間水泥放出大量水化熱，內(nèi)部溫度不斷上升，在表面引起拉應(yīng)力。后期在降溫過程中，由于受到基礎(chǔ)或原有混凝上的約束，又會在混凝土內(nèi)部出現(xiàn)拉應(yīng)力。有時溫度應(yīng)力可超過其它外荷載所引起的應(yīng)力，當(dāng)這些拉應(yīng)力超出混凝土的抗裂能力時即會出現(xiàn)裂縫。溫度裂縫區(qū)別其它裂縫最主要特征是將隨溫度變化而擴張或合攏。

1.3 收縮裂縫收縮是砼的一個主要特性，對砼的性能有很大影響。產(chǎn)生收縮裂縫的原因，一般認為在施工階段因水泥水化熱及外部氣溫的作用引起砼收縮而產(chǎn)生的裂縫。

1.4 塑性裂縫塑性裂縫是混凝土硬化以前形成的裂縫，塑性裂縫根據(jù)成因的原理分為塑性沉降裂縫和塑性收縮裂縫。塑性沉降裂縫是混凝土硬化前因骨料等比重大的顆粒下沉，豎向體積縮小而產(chǎn)生的塑性變形裂縫，塑性收縮裂縫是指澆筑后還處于塑性狀態(tài)的混凝土當(dāng)表面受風(fēng)吹日曬的影響發(fā)生劇烈的溫度變化時，由于其內(nèi)部的溫度變化很小，內(nèi)外形成了很大的溫差，使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力而產(chǎn)生裂縫。

2 裂縫產(chǎn)生的影響因素

2.1 組成材料的影響

2.1.1 水泥的影響水泥的安定性、強度和含堿量的高低等會導(dǎo)致混凝土的裂縫產(chǎn)生。

①安定性不合格，水泥中游離的氧化鈣含量超標(biāo)，造成混凝土抗拉強度的下降。

②水泥的強度不夠，水泥受潮或超期，使混凝土強度達不到設(shè)計值，從而導(dǎo)致混凝土開裂。

③當(dāng)水泥含堿量較高（如超過0.6%），同時使用含堿活性的骨料，在混凝土拌和中產(chǎn)生堿離子，造成混凝土酥松、膨脹開裂。

2.1.2 砂、石骨料的影響

①砂石的粒徑、級配、雜質(zhì)含量。

②砂石粒徑太小、級配不良、空隙率大，將導(dǎo)致水泥和拌和水用量加大，影響混凝土的強度，使混凝土收縮加大。砂石中云母的含量較高，將削弱水泥與骨料的粘結(jié)力，降低混凝土強度。砂石中含泥量高，造成水泥和拌和水用量加大，降低了混凝土強度和抗凍性、抗?jié)B性。

2.1.3 外加劑、摻和料的影響首先，混凝土外加劑、摻和料選擇不當(dāng)或摻量不當(dāng)，會嚴(yán)重增加混凝土收縮。其次，外加劑、摻和料的氯化物等雜質(zhì)含量較高，可引起鋼筋表面氧化膜破壞，鋼筋中鐵離子與侵入的氧氣和水分發(fā)生銹蝕反應(yīng)。

2.2 混凝土配合比設(shè)計的影響配合比設(shè)計不當(dāng)直接影響砼的抗拉強度，是造成砼開裂不可忽視的原因。配合比不當(dāng)指水泥用量過大，水灰比大，含砂率不適當(dāng)，骨料種類不佳，選用外加劑不當(dāng)?shù)?，這幾個因素是互相關(guān)聯(lián)的。有關(guān)試驗資料顯示：用水量不變時，水泥用量每增加10%，混凝土收縮增加5%；水泥用量不變時，用水量每增加10%，混凝土強度降低20%，混凝土與鋼筋的粘結(jié)力降低10%。

2.3 施工方面的影響

2.3.1 施工條件的影響施工現(xiàn)場，骨料一般露天堆放，夏季高溫時，運達工地的水泥、砂、石常是滾燙的，攪拌后有時還要經(jīng)長距離運輸才能到達澆筑點，這樣澆筑的混凝土構(gòu)件常因內(nèi)外溫差過大而在凝結(jié)硬化早期出現(xiàn)溫度裂縫。再者，在高空澆注混凝土，風(fēng)速過大、烈日暴曬，混凝土收縮值增大，可導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生。或運輸時漏漿改變了漿骨比、運距較遠而受烈日照射或雨淋改變了水灰比。

2.3.2 施工質(zhì)量的影響

①混凝土振搗不密實、不均勻，出現(xiàn)蜂窩、麻面、空洞，導(dǎo)致鋼筋銹蝕或其它荷載裂縫的起源點。

②混凝土保護層過厚，或亂踩已綁扎的上層鋼筋，使承受負彎矩的受力筋保護層加厚，導(dǎo)致構(gòu)件的有效高度減小，形成與受力鋼筋垂直方向的裂縫，

③混凝土澆筑過快，混凝土流動性較低，在硬化前因混凝土沉實不足，硬化后沉實過大，容易在澆筑數(shù)小時后發(fā)生裂縫，既塑性收縮裂縫。

④溫度控制設(shè)計不合理，澆筑溫度過高，通水冷卻不及時，對水化熱計算不準(zhǔn)，新澆混凝土氣溫驟降又無保溫措施或保溫效果太差，引起混凝土內(nèi)部溫度過高或內(nèi)外溫差過大，從而產(chǎn)生溫度裂縫。

⑤混凝土初期養(yǎng)護時急劇干燥，使得混凝土與大氣接觸的表面上出現(xiàn)不規(guī)則的收縮裂縫。

2.4 養(yǎng)護條件的影響?zhàn)B護條件對裂縫的出現(xiàn)有著關(guān)鍵的影響。在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護條件下，砼硬化正常，不會開裂，但只適用于試塊或是工廠的預(yù)制件生產(chǎn)，現(xiàn)場施工中不可能擁有這種條件。但是必須注意到，現(xiàn)場砼養(yǎng)護越接近標(biāo)準(zhǔn)條件，砼開裂可能性就越小。

3 混凝土裂縫的防治措施

根據(jù)大量研究和工程實際，從原材料選擇，改進組成設(shè)計、改善施工工藝等方面著手，可以預(yù)防混凝土裂縫的產(chǎn)生。

3.1 合理設(shè)計

3.1.1 適當(dāng)?shù)丶訌姌?gòu)造配筋，合理地選用鋼筋直徑和間距。選用直徑細而間距密的配筋方案，能較好的提高混凝土的抗裂性。

3.1.2 確定裂縫的控制寬度。確定各種混凝土的允許裂縫寬度后，根據(jù)其裂縫寬度要求進行設(shè)計，也是控制混凝土裂縫的有效措施之一。

3.1.3 在建筑設(shè)計中應(yīng)處理好構(gòu)件中“抗”與“放”的關(guān)系。所謂“抗”就是處于約束狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)完全處于自由變形無約束狀態(tài)下，有足夠變形余地時所采取的措施。設(shè)計人員應(yīng)靈活地運用“抗一放”結(jié)合、或以“抗”為主、或以“放”為主的設(shè)計原則。來選擇結(jié)構(gòu)方案和使用的材料。

3.2 優(yōu)先原材料

3.2.1 根據(jù)結(jié)構(gòu)的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。

3.2.2 減少水泥的用量，將水泥用量盡量控制在450kg/m3以下，以減少水化熱量。

3.2.3 用級配優(yōu)良的砂、石原材料，含泥量應(yīng)符合規(guī)范要求。

3.3 改進組成設(shè)計

3.3.1 應(yīng)采用低水灰比、低用水量，以減少水泥用量。

3.3.2 利用混凝土的后期強度，降低水泥用量。

3.3.3 配合比設(shè)計人員應(yīng)深入施工現(xiàn)場，依據(jù)施工現(xiàn)場的澆搗工藝、操作水平、構(gòu)件截面等情況，合理選擇好混凝土的設(shè)計坍落度，針對現(xiàn)場的砂、石原材料質(zhì)量情況及時調(diào)整施工配合比，協(xié)助現(xiàn)場搞好構(gòu)件的養(yǎng)護工作。

3.4 現(xiàn)場操作方面

3.4.1 澆搗工作：澆搗時，振搗捧要快插慢拔，根據(jù)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(yīng)提倡采用二次振搗、二次抹面技術(shù)，以排除泌水、混凝土內(nèi)部的水分和氣泡。

3.4.2 混凝土養(yǎng)護：在混凝土裂縫的防治工作中，對新澆混凝土的早期養(yǎng)護工作尤為重要。以保證混凝土在早期盡可能少產(chǎn)生收縮。主要是控制好構(gòu)件的濕潤養(yǎng)護，對于大體積混凝土，有條件時宜采用蓄水或流水養(yǎng)護。養(yǎng)護時間為14～28 天。

3.4.3 混凝土的降溫和保溫工作：對于厚大體積混凝土，施工時應(yīng)充分考慮水泥水化熱問題。采取必要的降溫措施（埋設(shè)散熱孔、通水排熱等），避免水化熱高峰的集中出現(xiàn)、降低峰值。澆搗成型后，應(yīng)采取必要的蓄水保溫措施，表面覆蓋薄膜、濕麻袋等進行養(yǎng)護，以防止由于混凝土內(nèi)外溫差過大而引起的溫度裂縫。

綜上所述，對于混凝土裂縫的控制是一個綜合性的問題，需要經(jīng)過設(shè)計、監(jiān)理、施工及使用方等多方面的配合。隨著當(dāng)今我們對混凝土耐久性研究的不斷深入，材料科學(xué)的不斷發(fā)展和建筑技術(shù)水平的不斷提高，相信混凝土裂縫問題將會逐漸得以圓滿地解決。

[1]王貴明.混凝土裂縫的成因及其預(yù)防措施[J].建材技術(shù)與應(yīng)用,2004,3.

[2]富文權(quán).混凝土工程裂縫分析與控制[M].中國鐵道出版社,2002.