混凝土裂縫的種類及防治

鄭德安

（安徽省水利部淮河水利委員會 水利科學(xué)研究院 蚌埠 233000）

混凝土裂縫的種類及防治

鄭德安

（安徽省水利部淮河水利委員會 水利科學(xué)研究院 蚌埠 233000）

隨著商品混凝土的廣泛應(yīng)用，混凝土出現(xiàn)開裂現(xiàn)象普遍增多?；炷恋拈_裂歸根結(jié)底是一個(gè)力的作用過程。一般來說減小混凝土的開裂主要有兩種途徑：一是提高混凝土的抗拉強(qiáng)度；二是降低混凝土中的收縮應(yīng)力，減少變形。

混凝土裂縫；收縮變形；受力變形；化學(xué)反應(yīng)變形

1 裂縫的類型

根據(jù)混凝土裂縫的特點(diǎn)規(guī)律、形成原因大致可分為以下13種類型：

1.1 塑性塌落裂縫

一般多在混凝土澆筑過程或澆筑成形后，混凝土初凝前發(fā)生。一般沿鋼筋表面產(chǎn)生順筋裂縫。這種塑性塌落裂縫，在大流動性混凝土或水灰比較大的混凝土中尤為嚴(yán)重。

1.2 塑性收縮裂縫

一般多在混凝土澆筑后，還處于塑性狀態(tài)時(shí)，由于天氣炎熱、蒸發(fā)量大、大風(fēng)或混凝土本身水化熱高、外加劑對水泥的相容性不好等原因而產(chǎn)生的裂縫。實(shí)測表明，通常當(dāng)混凝土拌合物表面水份蒸發(fā)率超過0.5kg/m2·h時(shí)，混凝土將產(chǎn)生急劇收縮，特別是大流動性混凝土；此外對于結(jié)構(gòu)表面系數(shù)大，水灰比較大的薄壁構(gòu)件，施工時(shí)未及時(shí)覆蓋導(dǎo)致混凝土表層失水過快，混凝土初凝前又未做二次振搗和搓毛壓平措施時(shí)，也易產(chǎn)生塑性收縮裂縫。

1.3 干縮裂縫

多在混凝土硬化過程中，混凝土中毛細(xì)管孔隙在干燥過程中逐漸失水，毛細(xì)管逐漸變形產(chǎn)生毛細(xì)壓力，導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生體積收縮變形。這種體積變形受到約束時(shí)，就可能產(chǎn)生干縮裂縫。試驗(yàn)表明，水泥用量和水灰比越大，其干燥收縮變形也越大，且收縮延續(xù)時(shí)間越長，混凝土保溫養(yǎng)護(hù)不到位，則會使混凝土早期收縮加劇。

1.4 溫度裂縫

由于外界溫度變化，使混凝土產(chǎn)生脹縮變形，當(dāng)產(chǎn)生的混凝土內(nèi)部拉應(yīng)力超過混凝土抗拉強(qiáng)度極限值時(shí)，混凝土便產(chǎn)生溫度裂縫。對于一般工業(yè)與民用建筑，在夏季屋面受到太陽輻射影響，表面溫度最高可達(dá)55℃～65℃，而室內(nèi)溫度一般在25℃～35℃；在冬季，屋面溫度約為-10℃～-15℃，而室內(nèi)溫度一般為16℃～22℃，即屋面內(nèi)外將有25℃～30℃的溫差，當(dāng)屋面保溫、隔熱達(dá)不到節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，將導(dǎo)致混凝土構(gòu)件間（如板、梁、柱等構(gòu)件）產(chǎn)生溫度變形或溫度變形差，加之混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件有約束存在時(shí)，就會導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)溫度裂縫。

1.5 水化熱裂縫

一般多在大體積混凝土或高強(qiáng)混凝土施工過程中，由于混凝土水化熱很高，致使混凝土內(nèi)部溫度與混凝土表面溫度以及外部環(huán)境溫度相差較大，加之有約束的存在，就會產(chǎn)生水化熱裂縫。通常情況下，大體積混凝土當(dāng)混凝土內(nèi)部與表面溫差超過25℃，混凝土表面溫度與環(huán)境溫度超過15℃時(shí)，最高澆筑溫度在28℃左右且混凝土斷面溫度變化梯度較大時(shí)，則易出現(xiàn)水化熱裂縫。

1.6 地基沉陷裂縫

一般情況下，當(dāng)混凝土結(jié)構(gòu)主體和基礎(chǔ)剛度較大時(shí)，其抵抗地基沉陷的能力還是較強(qiáng)的。但當(dāng)?shù)鼗幚聿粷M足規(guī)范要求時(shí)，特別是在嚴(yán)重濕陷性黃土、凍脹土、膨脹土、鹽漬土、軟弱土等不良場地，仍時(shí)常產(chǎn)生地基沉陷（膨脹）裂縫。

1.7 應(yīng)力集中裂縫

一般多在主體結(jié)構(gòu)建成后出現(xiàn)?；炷两Y(jié)構(gòu)應(yīng)力集中裂縫主要分布在門窗洞口、平面或立面突出凹進(jìn)以及開結(jié)構(gòu)洞口和結(jié)構(gòu)剛度突變及集中荷載等處。對于預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，一般在張拉鋼筋錨固端產(chǎn)生的局部壓應(yīng)力集中處產(chǎn)生裂縫。在集中荷載較大的部位易產(chǎn)生劈裂狀的裂縫。在預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)錨固端的局部承壓處，有時(shí)出現(xiàn)一條或數(shù)條裂縫，并呈放射狀。

1.8 凍融裂縫

在寒冷或嚴(yán)寒地區(qū)，由于混凝土受潮并遭受多次凍融，造成混凝土裂縫；也可能由于土體凍脹，使混凝土產(chǎn)生裂縫。凍融裂縫的特點(diǎn)是在裂縫附近的混凝土酥松、剝皮、脫落甚至露筋，導(dǎo)致鋼筋銹蝕。這種裂縫隨著時(shí)間的推移，會繼續(xù)發(fā)展而不斷惡化。

1.9 鋼筋銹蝕裂縫

一般是由于在混凝土中使用外加劑不當(dāng)（如使用了超量氯離子的外加劑）或混凝土結(jié)構(gòu)處于有腐蝕性氣體（或液體）的環(huán)境中，以及施工時(shí)鋼筋保護(hù)層過薄，致使混凝土中鋼筋生銹膨脹，使混凝土產(chǎn)生裂縫。此外，當(dāng)混凝土碳化深度超過鋼筋保護(hù)層時(shí)，也會導(dǎo)致鋼筋銹蝕膨脹，使混凝土產(chǎn)生裂縫。因鋼筋銹蝕導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生的裂縫，多為縱向順筋開展，這種裂縫嚴(yán)重者將破壞鋼筋與混凝土之間粘結(jié)力。

1.10 堿骨料反應(yīng)裂縫

這種裂縫是由于混凝土中原材料的水泥、外加劑、混合材料及水中的堿性物質(zhì)與骨料中的活性物質(zhì)發(fā)生膨脹性的化學(xué)反應(yīng)。堿骨料反應(yīng)裂縫通常在混凝土澆筑成形若干年后出現(xiàn)，反應(yīng)生成物吸水膨脹使混凝土產(chǎn)生內(nèi)部應(yīng)力而開裂。

1.11 荷載作用裂縫

一般是由于結(jié)構(gòu)物受到荷載作用，導(dǎo)致混凝土內(nèi)部產(chǎn)生拉應(yīng)力超過混凝土的極限抗拉強(qiáng)度，致使混凝土產(chǎn)生裂縫。

1.12 構(gòu)造裂縫

由于混凝土構(gòu)造措施不當(dāng)導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生裂縫，例如：①在進(jìn)深梁上擱置預(yù)應(yīng)力空心板，板端（即支座處）產(chǎn)生轉(zhuǎn)動變形，造成沿板端部平行于進(jìn)深梁的裂縫；②預(yù)應(yīng)力空心板由于板與板間接縫構(gòu)造措施和施工處理不當(dāng)，導(dǎo)致板間接縫出現(xiàn)裂縫；③跨度較大的進(jìn)深梁，設(shè)計(jì)按簡支計(jì)算，但未充分考慮支座實(shí)際嵌固負(fù)彎矩的作用，而導(dǎo)致梁端頂部出現(xiàn)裂縫；④門窗洞口處，未充分考慮應(yīng)力集中的影響，造成在門窗洞口角部出現(xiàn)應(yīng)力集中裂縫；⑤對于某些截面高度較大的梁，由于腰筋間距較大，導(dǎo)致混凝土梁兩側(cè)出現(xiàn)棗核形裂縫；⑥在混凝土結(jié)構(gòu)與砌體結(jié)構(gòu)交界處，由于未考慮兩種結(jié)構(gòu)體在溫度及收縮作用下變形不協(xié)調(diào)，造成兩種結(jié)構(gòu)體系交界處出現(xiàn)裂縫等。

1.13 設(shè)計(jì)不周裂縫

一般是由于設(shè)計(jì)考慮不周導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生裂縫。例如：將各層陽臺混凝土挑梁端部，用混凝土柱相連，導(dǎo)致上部各層部分荷載傳到下部挑梁上，造成下層混凝土挑梁頂部出現(xiàn)豎向裂縫；在鋼筋混凝土托墻梁上開偏洞，且其距離超過《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》的規(guī)定，又未采取必要的加強(qiáng)措施，造成混凝土托墻梁出現(xiàn)裂縫；對于截面高度受到限制的跨度較大的鋼筋混凝土梁和跨度較大的板，僅重視了承載力極限狀態(tài)的設(shè)計(jì)，而忽視了正常使用極限狀態(tài)剛度和裂縫開展的計(jì)算，導(dǎo)致混凝土構(gòu)件撓度和裂縫寬度超限；對某些可能出現(xiàn)溫度和收縮應(yīng)力集中的部位，未采取加強(qiáng)配筋措施，造成出現(xiàn)溫度收縮裂縫等。

2 針對混凝土結(jié)構(gòu)裂縫施工時(shí)應(yīng)注意的問題

2.1 混凝土攪拌站

（1）施工前攪拌站應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求和施工現(xiàn)場作業(yè)條件和環(huán)境溫度、濕度變化情況，優(yōu)化配合比，對所用砂、石質(zhì)量，水泥、外加劑、摻和料品種，以及對水灰比及坍落度都要有明確的要求。

（2）泵送混凝土中外加劑起著不可替代的作用，但外加劑應(yīng)用不當(dāng)會直接引起混凝土種種質(zhì)量問題，并且外加劑的使用也會增大混凝土的收縮。即使是同一廠家、同一牌號、同一強(qiáng)度等級的水泥，因熟料成分比例可能有變，其頭一批號的水泥和下一批號的水泥對同一外加劑的適應(yīng)性都可能不同。因此，廠家要十分重視水泥對外加劑的相容性試驗(yàn)問題。

（3）冬季施工期間，運(yùn)至工地的混凝土應(yīng)滿足出罐溫度的要求。

（4）混凝土在運(yùn)輸過程中，不得隨意在罐車中加水或摻加已定混凝土外加劑以外的任何添加劑。

（5）攪拌站應(yīng)向施工單位提供混凝土的澆灌連續(xù)性保證。

2.2 現(xiàn)場施工方

（1）施工方在混凝土到達(dá)現(xiàn)場時(shí)，必須確定混凝土配合比、強(qiáng)度等數(shù)據(jù)無誤后，方可澆筑。

（2）澆筑時(shí)應(yīng)及時(shí)取樣，測定混凝土的坍落度及和易性等物理指標(biāo)，并同時(shí)制作相應(yīng)的混凝土抗壓強(qiáng)度試塊，對坍落度不符合要求和規(guī)范規(guī)定應(yīng)立即停澆。

（3）同一澆筑區(qū)域的混凝土，應(yīng)按先豎向后水平結(jié)構(gòu)的順序，分層連續(xù)澆筑，不同區(qū)域則應(yīng)由遠(yuǎn)而近澆筑。

（4）當(dāng)不允許留施工縫時(shí)，區(qū)域之間、上下層之間的混凝土澆筑間歇時(shí)間，不得超過混凝土初凝時(shí)間。

（5）當(dāng)下層混凝土初凝后，澆筑上層混凝土?xí)r，應(yīng)按留施工縫的規(guī)定處理。

（6）在澆筑豎向結(jié)構(gòu)混凝土?xí)r，布料設(shè)備的出口離模板內(nèi)側(cè)面不應(yīng)小于50mm，且不得向模板內(nèi)側(cè)面直沖布料，也不得直沖鋼筋骨架。

（7）澆筑水平結(jié)構(gòu)混凝土?xí)r，不得在同一處連續(xù)布料，應(yīng)在2～3m范圍內(nèi)水平移動布料。

（8）混凝土澆筑分層厚度，宜為300～500mm。當(dāng)水平結(jié)構(gòu)的混凝土澆筑厚度超過500mm時(shí)，可按1∶6～1∶10的坡度分層澆筑。

（9）振搗泵送混凝土?xí)r，振動棒移動間距宜為400mm左右，振搗時(shí)間宜為15～30s，且間隔20～30min后，進(jìn)行第二次復(fù)振。

（10）水平結(jié)構(gòu)的混凝土表面，應(yīng)適時(shí)用木抹子磨平搓毛兩遍以上。必要時(shí)，還應(yīng)先用鐵滾筒滾壓兩遍以上，以防產(chǎn)生收縮裂縫。

（11）對于有預(yù)留洞、預(yù)埋件和鋼筋太密的部位，應(yīng)預(yù)先制訂技術(shù)措施，確保順利布料和振搗密實(shí)。

（12）澆筑混凝土樓板時(shí)，而管線預(yù)埋應(yīng)深淺適當(dāng)，并選用符合標(biāo)準(zhǔn)的管材，當(dāng)板厚小于或者等于80mm，管徑大于或等于25mm時(shí)，可在板底及板面加一層與管同長的鋼絲網(wǎng)，并能保證管底的保護(hù)層厚度與板的保護(hù)層厚度均等。

（13）混凝土養(yǎng)護(hù)：混凝土澆搗完畢后，宜在12h內(nèi)加以覆蓋，視當(dāng)時(shí)的氣溫決定是否澆水及澆水次數(shù)，澆水時(shí)應(yīng)能保持混凝土有足夠的濕潤，對于采用硅酸鹽水泥，普通硅酸鹽水泥或礦渣硅酸鹽水泥拌制的混凝土，其澆水養(yǎng)護(hù)時(shí)間不得小于7d，對摻有緩凝型外加劑或有抗?jié)B要求的混凝土，其養(yǎng)護(hù)時(shí)間不得少于14d。

（14）施工縫留置要求：施工縫位置按設(shè)計(jì)圖紙以及《混凝土施工及驗(yàn)收規(guī)范》（GB50204-2002）要求留設(shè)。施工縫根據(jù)具體情況用鋼板網(wǎng)或方木卡茬，待下次澆筑混凝土前先鑿毛，清除水泥薄膜和松動石子，沖洗干凈后在接茬部位刷水泥素漿，以使新舊混凝土緊密結(jié)合，避免發(fā)生裂縫夾渣現(xiàn)象。

（15）控制施工加載：在混凝土未充分硬化前，鋼筋、模板、支撐及水電管材特別是過重的機(jī)械不得過早上樓。同時(shí)，荷載不得過于集中堆放在板跨中部。

（16）試塊留置確定混凝土拆模時(shí)間：混凝土澆筑過程中試驗(yàn)工除按規(guī)范要求留取混凝土試塊外，同時(shí)還要留置1～2組同條件試塊，以確定混凝土樓板拆模時(shí)間及墻模拆模時(shí)間。大范圍拆模后，尚應(yīng)在施工荷載集中處板底加一定的鋼支撐，并且同上下層支撐對正、垂直。

3 工程案例

3.1 概述

某辦公培訓(xùn)大樓為地下一層和地上十二層的混凝土框架結(jié)構(gòu)，建筑面積約11095m2，混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級為C30～C50，工程于2003年12月底開工，主體于2004年11月底基本完成。該樓主體完工后，部分梁、板及地下室圍護(hù)墻發(fā)現(xiàn)有開裂現(xiàn)象。

3.2 地下室圍護(hù)墻裂縫

（1）由墻裂縫分布可見，裂縫主要分布在地下室縱軸方向，縫呈斜向或豎向開展，裂縫表面寬0.05～0.20mm。大多數(shù)的裂縫表面有白色氫氧化鈣結(jié)晶，結(jié)合現(xiàn)場所取芯樣可以判定，大部分的裂縫為貫通性裂縫。

（2）由于地下室混凝土結(jié)構(gòu)縱向長度偏長，未采取有效的措施抵抗混凝土的收縮，加之混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級高，單位體積水泥用量大以及泵送混凝土流動性大等因素，都使得圍護(hù)墻混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生收縮和溫度裂縫。

（3）在地下室外側(cè)墻，而室內(nèi)未填土作地坪的情況下，由于墻體配筋偏小，窗洞采取的加強(qiáng)措施偏弱，也易使墻體引發(fā)裂縫。

（4）地下室墻體裂縫發(fā)現(xiàn)于2004年11月份，2005年4月22日在裂縫開展最明顯和最嚴(yán)重的部位做了石膏條標(biāo)記，以觀察裂縫發(fā)展情況。經(jīng)過近兩個(gè)半月的監(jiān)控，未發(fā)現(xiàn)裂縫的進(jìn)一步發(fā)展和新的裂縫出現(xiàn)。

3.3 現(xiàn)澆板裂縫

（1）負(fù)一層頂板有兩個(gè)區(qū)格內(nèi)有裂縫，一間區(qū)格內(nèi)裂縫為平行于⑧軸線的裂縫，另一間區(qū)格內(nèi)裂縫為斜向和靠⑦軸旁開展。從滲漏水線和現(xiàn)場鉆芯取樣分析，裂縫為貫通性裂縫。

（2）板角區(qū)的斜裂縫主要是由于板角區(qū)的應(yīng)力狀態(tài)較復(fù)雜，在溫差及收縮變形的條件下，板受兩邊緣構(gòu)件的約束，產(chǎn)生約束剪切應(yīng)力，合成主拉應(yīng)力，由于主拉應(yīng)力作用與結(jié)構(gòu)自重及附加荷載作用相迭加，往往在板角緣區(qū)域產(chǎn)生垂直于主拉應(yīng)力方向的斜裂縫。

（3）板邊緣靠⑦軸線旁的裂縫，主要是施工時(shí)，支座負(fù)筋網(wǎng)受到干擾或下沉，且又未及時(shí)上提復(fù)位等因素造成的。

（4）板跨間平行于⑨軸線的裂縫，一條為施工時(shí)留下的施工縫，另二條主要是板混凝土收縮而產(chǎn)生的收縮變形裂縫。

3.4 梁裂縫

（1）負(fù)一層至屋面梁各層梁均存在不同程度的裂縫。在開裂梁的數(shù)量上九層和十層多于其他層。

（2）裂縫大部分豎向開展，小部分為斜向和不規(guī)則開展，少部分梁有順箍筋向裂縫。裂縫在梁的兩側(cè)面開展位置大多不對應(yīng)。

（3）裂縫表面寬0.05～0.25mm。經(jīng)對各層梁裂縫開展較嚴(yán)重的部位騎縫鉆芯檢查，表明絕大多數(shù)裂縫為表層的，裂縫一般深0～65mm，但也有個(gè)別梁裂縫為貫通性的，如八層頂梁（2/A-B）和十層頂梁（1/A-B）。

（4）地下室施工時(shí)為2004年3月份，當(dāng)時(shí)最低氣溫6℃左右，而施工至屋面時(shí)已至7月下旬，氣溫最高約35℃。由此可見從地下室施工至屋面氣溫變化約30℃，而各層梁裂縫開展并沒有隨氣溫上升呈增加或減少的趨勢。

（5）該樓各層施工時(shí)沉降量數(shù)據(jù)顯示，未發(fā)現(xiàn)有異常的沉降變化，主體工程基本完工時(shí)，最大的累計(jì)沉降量為24mm，總體平均為17.2mm。另據(jù)分布在樓體不同位置的沉降點(diǎn)數(shù)據(jù)顯示，沉降量大致是均勻的。

（6）從各層梁的裂縫分布可見，大多數(shù)裂縫開展無規(guī)律性，且裂縫多為表層的，這主要是由于混凝土表層失去水分過快，引起表面混凝土干縮，產(chǎn)生裂縫。根據(jù)有關(guān)資料記載，當(dāng)風(fēng)速為7m/s時(shí)，水分的蒸發(fā)速度為無風(fēng)時(shí)的2倍，混凝土構(gòu)件有強(qiáng)風(fēng)吹時(shí)，其表面極易蒸發(fā)脫水，于是容易因急劇干縮而引發(fā)裂縫

[1]混凝土結(jié)構(gòu)與砌體結(jié)構(gòu).中國建材工業(yè)出版社，2004.1.

[2]混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫與對策.機(jī)械工業(yè)出版社，2006.6.

[3]常用建筑材料與結(jié)構(gòu)工程檢測.黃河水利出版社，2002.12.

[4]混凝土工程裂縫分析與控制.中國鐵道出版社，2002.5.

鄭德安（1962-），男，高級工程師，主要從事工程質(zhì)量檢測工作。

E-mail：zda2004@sohu.com