淺析混凝土裂縫產(chǎn)生原因與防治措施

朱軍會

淺析混凝土裂縫產(chǎn)生原因與防治措施

朱軍會

普通混凝土是一種由水泥、細(xì)骨料（砂）、粗骨料（石子）和水按照一定配合比拌制而成的復(fù)合材料。它具有抗壓強(qiáng)度高、可塑性好、施工方便和易于就地取材等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于工業(yè)和民用建筑、道路和橋梁工程以及港口和航道工程等領(lǐng)域。但是混凝土也存在抗拉強(qiáng)度低（一般僅為抗壓強(qiáng)度的1/10～1/18）、容易開裂和抗碳化能力差等缺點(diǎn)，嚴(yán)重影響建筑物（構(gòu)筑物）的耐久性和抗?jié)B性，進(jìn)而影響建筑物（構(gòu)筑物）的使用功能和使用壽命。本文粗淺地分析了普通混凝土幾種常見裂縫產(chǎn)生的原因及防治措施，希望對改善混凝土性能，提高混凝土強(qiáng)度，促進(jìn)我國混凝土結(jié)構(gòu)工程質(zhì)量具有參考價(jià)值。

一、混凝土裂縫產(chǎn)生原因

1.混凝土本身塑性收縮

新澆筑的混凝土在凝結(jié)之前，因?yàn)楸砻媸容^快，所以就產(chǎn)生了塑性收縮現(xiàn)象。塑性收縮裂縫一般出現(xiàn)在新澆筑的基礎(chǔ)、樓板、墻板等混凝土構(gòu)件暴露于空氣中的上表面。通常在大風(fēng)天氣或者是干熱的天氣中出現(xiàn)塑性收縮裂縫，裂縫所呈現(xiàn)出的是互不連貫的狀態(tài)，并且多呈現(xiàn)出兩端細(xì)、中間寬的現(xiàn)象，裂縫長短也是不一的，裂縫大多產(chǎn)生于混凝土初凝之后，裂縫是比較淺的。產(chǎn)生塑性收縮裂縫的主要原因是新澆筑的混凝土在終凝前強(qiáng)度幾乎等于零，即使混凝土剛剛終凝不久，其強(qiáng)度也是比較小的，受大風(fēng)或干熱天氣的影響，混凝土表面游離水蒸發(fā)較快，造成毛細(xì)管中較大負(fù)壓產(chǎn)生，致使混凝土體積急劇收縮，而此時混凝土的強(qiáng)度沒有辦法抵抗其自身的收縮應(yīng)力，所以就出現(xiàn)了開裂。水灰比過大、砼的凝結(jié)時間、收縮性較大的水泥、細(xì)（粉）砂過量以及水泥過量等，都會對混凝土的塑性收縮產(chǎn)生極大的影響,這也是塑性收縮開裂的主要影響因素。除此之外，墊層、模板表面過于干燥，環(huán)境溫度和相對濕度等，也會影響混凝土塑性收縮。

2.混凝土內(nèi)外溫差

溫差裂縫通常情況下發(fā)生在大體積混凝土表面或者是溫度變化較大地區(qū)的混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件中。新澆筑的混凝土在凝結(jié)硬化時，由于水泥水化反應(yīng)產(chǎn)生大量的水化熱，聚積在體積較大的混凝土內(nèi)部，導(dǎo)致內(nèi)部溫度急劇上升，而在混凝土結(jié)構(gòu)表面熱量散發(fā)較快，體積收縮也大。當(dāng)混凝土內(nèi)部溫度較高、體積收縮較小時，砼塊體表面收縮變形受到內(nèi)部混凝土的約束，就會發(fā)生溫差變形和溫度應(yīng)力。如果此時溫度應(yīng)力大于混凝土的抗拉強(qiáng)度，就會出現(xiàn)溫差裂縫，或者說溫度裂縫?；炷帘砻鏈囟攘芽p的走向沒有一定的規(guī)律性，大多平行于尺寸較大的樓板、基礎(chǔ)、墻板等構(gòu)件的短邊。但大面積結(jié)構(gòu)溫度裂縫?？v橫交錯，裂縫寬度大小不一，沿著構(gòu)件全長分段出現(xiàn)。裂縫寬度在夏季時比較細(xì)，在冬天時比較寬。

對于筏板、承臺等截面較大的基礎(chǔ)混凝土和地下室底板混凝土，溫差變形除了受到內(nèi)部混凝土的約束外，還要受到外部已硬化墊層砼的約束。當(dāng)大體積基礎(chǔ)混凝土澆筑后，在凝結(jié)硬化過程中塊體內(nèi)溫度逐漸升至最高值，然后隨著熱量散發(fā)而慢慢降低，混凝土體積也隨之收縮。但是由于塊體混凝土底部與已經(jīng)硬化的墊層混凝土粘結(jié)在一起，阻擾塊體混凝土收縮變形，在塊體內(nèi)就產(chǎn)生了拉應(yīng)力。這種拉應(yīng)力在基礎(chǔ)底部最大，然后向上逐漸減少，裂縫也是從底部開始逐漸向上延伸，有時會貫穿整個基礎(chǔ)。

實(shí)踐證明溫度應(yīng)力與混凝土內(nèi)外溫差成正比。溫差越大，產(chǎn)生的溫度應(yīng)力也越大。因此，只要控制大體積混凝土內(nèi)外溫差在規(guī)定允許范圍內(nèi)，使其產(chǎn)生的溫度應(yīng)力不大于混凝土的抗拉強(qiáng)度，就能有效預(yù)防溫度裂縫的產(chǎn)生。浙江省工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)《大體積混凝土工程施工技術(shù)規(guī)程》（DB33/T1024）規(guī)定混凝土內(nèi)外溫差不應(yīng)大于25°C。對于高層建筑和大型構(gòu)筑物的基礎(chǔ)，混凝土表面溫度和環(huán)境溫度之差不應(yīng)大于25°C。

3.荷載作用

近年以來，隨著大跨度、高聳建筑物（構(gòu)筑物）的大量出現(xiàn)，為了滿足結(jié)構(gòu)的使用功能和承載能力，大截面的鋼筋混凝土梁板構(gòu)件也應(yīng)運(yùn)而生。這些超高超重梁板構(gòu)件在自重荷載作用下產(chǎn)生的抗拉應(yīng)力，如果超過了混凝土的抗拉強(qiáng)度時也會產(chǎn)生裂縫。另一方面，對于設(shè)置后澆帶的鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，后澆帶混凝土必須在結(jié)構(gòu)變形和沉降穩(wěn)定后才能澆筑。因此后澆帶兩側(cè)梁板構(gòu)件在后澆帶混凝土澆筑前具有一定的懸挑性，在自重荷載作用下梁板表面也會有裂縫出現(xiàn)。因?yàn)樾聺仓幕炷猎缙趶?qiáng)度是比較低的，理論上不應(yīng)受到荷載的作用。所以在混凝土早期強(qiáng)度還沒有得到充分發(fā)展時，在自重荷載作用下就會引起變形開裂現(xiàn)象。另外，混凝土結(jié)構(gòu)模板剛度不足、模板支撐架立桿間距偏大、支撐架底部松動和立桿、扣件變形等，都會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)混凝土在自重荷載作用下產(chǎn)生沉降裂縫。

4.結(jié)構(gòu)沉陷

沉陷裂縫是因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)地基土質(zhì)松軟、浸水或者地基土質(zhì)不均勻、回填土不密實(shí)等，造成結(jié)構(gòu)不均勻沉降所產(chǎn)生的裂縫。對于采用自然地面做為模板支撐架體系立桿基礎(chǔ)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，因模板支撐架下沉，特別是在北方嚴(yán)寒地區(qū)，冬季模板支撐在凍土層上，凍土經(jīng)凍融循環(huán)融化后，也會出現(xiàn)不均勻沉降，導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫。沉陷裂縫大多是貫穿性或者是深進(jìn)裂縫，其走向和沉陷情況有關(guān)，裂縫多呈現(xiàn)出梭形，裂縫寬度與沉降量大小成正比。當(dāng)?shù)鼗冃畏€(wěn)定后，沉陷裂縫也基本上趨于穩(wěn)定狀態(tài)。

5.施工操作不當(dāng)

新澆筑的混凝土在現(xiàn)場澆搗和凝結(jié)硬化過程中，因振動棒插入不當(dāng)、抽插過快、漏振過振等，致使混凝土振搗不密實(shí)；或者高空澆筑混凝土，使混凝土產(chǎn)生離析，混凝土收縮值增大；或者現(xiàn)場養(yǎng)護(hù)措施不到位，混凝土早期脫水，引起收縮開裂；或者拆模時間過早，現(xiàn)場模板拆除不當(dāng)引起拆模裂縫等。

二、混凝土裂縫防治措施

1.塑性收縮裂縫防治措施

塑性收縮裂縫的防治主要是控制相對濕度的變化，使新澆筑的混凝土具有相對穩(wěn)定的濕度。

（1）優(yōu)先選用收縮性較小的水泥，如礦渣水泥和粉煤灰水泥，并摻加適量早強(qiáng)劑，提高混凝土早期強(qiáng)度。

（2）選擇適當(dāng)?shù)幕炷僚浜媳?，在保證混凝土具有良好和易性的前提下，盡可能地減少水泥用量。

（3）水灰比是影響混凝土塑性收縮的主要因素，水灰比越大,塑性收縮也越大，因此必須嚴(yán)格控制水灰比，同時摻加適量的減水劑。

（4）選用級配良好的砂、石骨料，嚴(yán)格控制砂、石骨料的含泥量，避免使用粉砂，提高混凝土的抗拉強(qiáng)度。

（5）澆筑混凝土前，先將表面干燥的地基土、墊層和木模板澆水濕潤。

（6）加強(qiáng)混凝土的早期養(yǎng)護(hù)，采用密封保水法，如在混凝土表面噴水養(yǎng)護(hù)或采用塑料薄膜和草袋覆蓋養(yǎng)護(hù)，減少混凝土表面水分蒸發(fā)。在氣溫高、濕度低、風(fēng)速大的天氣要及早覆蓋，并噴水養(yǎng)護(hù)，適當(dāng)延長養(yǎng)護(hù)時間。

2.溫度裂縫防治措施

根據(jù)溫度裂縫的成因分析可知，溫度裂縫的防治主要是控制溫度應(yīng)力的大小，而混凝土溫度應(yīng)力的大小與溫差、邊界約束條件和混凝土抗裂性能等因素有關(guān)。溫差越大，邊界約束作用越強(qiáng)，混凝土抗裂性能越差，溫度裂縫就越容易產(chǎn)生。

（1）控制溫差的措施

①大體積混凝土澆筑時，優(yōu)先選用中、低熱硅酸鹽水泥或低熱礦渣硅酸鹽水泥，并在混凝土中摻加適量粉煤灰和緩凝劑，減少每立方米混凝土水泥用量，延長降溫時間。②控制混凝土入模溫度，浙江省工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)《大體積混凝土工程施工技術(shù)規(guī)程》（DB33/T1024）規(guī)定混凝土的澆筑溫度不宜大于35°C，也不應(yīng)小于5°C。因此，夏季高溫時宜選擇晚間或夜間澆筑混凝土，并應(yīng)對砂、石子等原材料采取遮擋措施，避免太陽曝曬。冬季低溫時澆筑混凝土宜優(yōu)先采用加熱水拌制混凝土，也可同時采用加熱骨料的方法提高混凝土拌合物的溫度。③混凝土初凝后應(yīng)及時進(jìn)行保溫保濕養(yǎng)護(hù)，《大體積混凝土施工規(guī)范》（GB50496）規(guī)定保濕養(yǎng)護(hù)的持續(xù)時間不得少于14天，并應(yīng)經(jīng)常檢查塑料薄膜或養(yǎng)護(hù)劑涂層的完整情況，保持混凝土表面濕潤?？刹捎寐榇?、塑料薄膜、阻燃保溫材料覆蓋混凝土表面，并且在保溫養(yǎng)護(hù)期間，應(yīng)對混凝土塊體的內(nèi)外溫差和降溫速率進(jìn)行跟蹤監(jiān)測，當(dāng)監(jiān)測結(jié)果不滿足溫控指標(biāo)要求時，應(yīng)及時調(diào)整保溫養(yǎng)護(hù)措施。④大體積混凝土拆模后，地下結(jié)構(gòu)應(yīng)及時回填土，地上結(jié)構(gòu)應(yīng)盡早進(jìn)行裝飾，不宜長期暴露在自然環(huán)境中。⑤高層結(jié)構(gòu)當(dāng)采用泵送混凝土澆筑時，可在垂直和水平泵管上加蓋草袋，并噴冷水降溫。

（2）減少邊界約束作用

①對于有防水要求的結(jié)構(gòu)混凝土，根據(jù)《地下工程防水技術(shù)規(guī)范》（GB50108）的規(guī)定，除了結(jié)構(gòu)本身應(yīng)采用抗?jié)B混凝土外，還應(yīng)按照防水等級劃分在混凝土墊層面上鋪設(shè)一道或二道防水卷材、塑料防水板或金屬防水板等兼做滑動層，減少邊界約束。②對于無防水要求的結(jié)構(gòu)混凝土，在混凝土墊層面上涂刷一道熱瀝青，再加鋪一層油氈或鋪設(shè)50mm厚粗砂形成滑動層。③對于平面尺寸較大的地下室底板混凝土，在澆筑時可采用分段或分塊跳倉法施工，必要時經(jīng)設(shè)計(jì)單位同意留置后澆帶或施工縫。

（3）改善混凝土的抗裂性能

①混凝土細(xì)骨料宜采用中、粗砂，嚴(yán)格控制細(xì)度模數(shù)和顆粒級配，其含泥量和泥塊含量按質(zhì)量計(jì)分別不應(yīng)大于2%和0.5%，砂的細(xì)度模數(shù)不應(yīng)小于2.3。②粗骨料宜采用連續(xù)級配，其粒徑宜為5～31.5mm，含泥量和泥塊含量按質(zhì)量計(jì)分別不應(yīng)大于1%和0.5%。③混凝土拌合水宜采用飲用水，每立方米砼用水量不宜大于175Kg。④在混凝土配合比設(shè)計(jì)時，摻加適量礦物外加劑（如粉煤灰、礦粉）和化學(xué)外加劑（如緩凝型減水劑、高效減水劑），嚴(yán)格控制水泥用量和用水量，降低水灰比。砼拌合物在運(yùn)輸和澆筑成型過程中嚴(yán)禁加水。⑤在混凝土中摻加適量膨脹劑，由此產(chǎn)生的預(yù)壓應(yīng)力可以抵消混凝土體積收縮時產(chǎn)生的拉應(yīng)力。

（4）改進(jìn)設(shè)計(jì)構(gòu)造措施

①結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時，盡量避免混凝土構(gòu)件斷面突變引起的應(yīng)力集中。②正確設(shè)置后澆帶和變形縫，位置和構(gòu)造要合理。③嚴(yán)格控制建筑物的高寬比，高寬比越小，建筑物整體剛度就越大，調(diào)整變形的能力就越強(qiáng)。④建筑設(shè)計(jì)時，平面布置力求簡單、對稱，避免產(chǎn)生扭曲等附加應(yīng)力造成混凝土開裂。⑤增配承受溫度應(yīng)力和收縮應(yīng)力的構(gòu)造鋼筋，或在混凝土中摻加適量抗裂纖維，提高混凝土的抗裂性能。⑥對于純地下室外墻擋土墻和消防水池等，迎水面混凝土保護(hù)層厚度一般不小于40mm，可在迎水面擋土墻或者水池壁主筋外側(cè)增設(shè)密目式鋼絲網(wǎng)，盡量避免使用C35以上高強(qiáng)度砼，減少水泥用量，提高擋土墻或者水池壁混凝土的抗裂能力。

3.荷載作用產(chǎn)生的裂縫防治措施

根據(jù)國家住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部頒布的《危險(xiǎn)性較大的分部分項(xiàng)工程安全管理辦法》（建質(zhì)〔2009〕87號）的規(guī)定，對于危險(xiǎn)性較大的結(jié)構(gòu)混凝土模板支撐工程在施工前必須編制專項(xiàng)方案，經(jīng)施工單位技術(shù)負(fù)責(zé)人和項(xiàng)目總監(jiān)理工程師審批后方可實(shí)施；對于搭設(shè)高度8米及以上、搭設(shè)跨度18m及以上、施工總荷載15KN/m2及以上、集中線荷載20KN/m及以上等超過一定規(guī)模的危險(xiǎn)性較大的結(jié)構(gòu)混凝土模板支撐工程在施工前除了必須編制專項(xiàng)方案外，還要經(jīng)不少于5名專家參加的專家論證會議通過后，方可進(jìn)入下一道工序施工。因此混凝土梁板構(gòu)件，特別是超高、超重的混凝土梁板和后澆帶兩側(cè)的混凝土梁板，其模板支撐架體系必須嚴(yán)格按照專項(xiàng)施工方案和專家論證意見實(shí)施。①模板支撐架承重立桿間距、立桿步距、截面尺寸、構(gòu)造措施等必須符合專項(xiàng)施工方案要求，且所用立桿不得有彎曲、裂痕、變形和嚴(yán)重銹蝕等現(xiàn)象。②對于截面尺寸較大的梁板，必須采取增加雙扣件、增設(shè)立桿等防止扣件滑移、梁底水平小橫桿撓度變形過大等措施。③后澆帶模板支撐架必須單獨(dú)搭設(shè)，并且按規(guī)定增設(shè)水平、垂直剪刀撐和掃地桿，確保后澆帶混凝土澆筑前模板支撐架安全穩(wěn)定，防止后澆帶兩側(cè)梁板下沉開裂。④超高超重梁板混凝土澆筑時，摻加適量早強(qiáng)劑，提高混凝土的早期強(qiáng)度。⑤對于采用可調(diào)底座接長的模板支撐架立桿，必須采取防止支撐架立桿底座松動、支撐架下沉的構(gòu)造措施。

4.結(jié)構(gòu)沉陷裂縫防治措施

（1）設(shè)計(jì)采用天然土層做為地基的結(jié)構(gòu)，地基土的強(qiáng)度應(yīng)滿足承載力的要求。因此對于土質(zhì)松軟、回填土不密實(shí)和土質(zhì)不均勻的地基，在基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)施工前必須進(jìn)行夯實(shí)，必要時可采用三合土等人工加固處理。

（2）對于采用自然地面做為模板支撐架立桿基礎(chǔ)的混凝土結(jié)構(gòu)，在搭設(shè)模板支撐架前地面必須硬化處理，使地基受力均勻，并保證模板具有足夠的強(qiáng)度和剛度。

（3）冬季施工時，在凍土層上搭設(shè)模板支撐架，必須采取有效預(yù)防措施，防止模板支撐架因凍土層融化產(chǎn)生不均勻沉降。

（4）在結(jié)構(gòu)混凝土施工時，防止地基土層被水浸泡下沉。

5.施工操作不當(dāng)產(chǎn)生的裂縫防治措施

（1）現(xiàn)場澆搗混凝土?xí)r，振搗棒要快插慢拔，并根據(jù)砼塌落度和振搗部位等不同控制振搗時間，振搗棒插入間距不應(yīng)大于振動作用半徑的一倍，避免漏振或過振，確?；炷琳駬v密實(shí)。

（2）根據(jù)《混凝土質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB50164）的規(guī)定，當(dāng)混凝土自由傾落高度大于3.0米時，宜采用導(dǎo)管、串筒或溜槽下料，并分層澆搗，防止混凝土產(chǎn)生離析。

（3）應(yīng)加強(qiáng)對新澆筑混凝土養(yǎng)護(hù)，避免混凝土早期脫水開裂。

（4）根據(jù)《大體積混凝土施工規(guī)范》（GB50496）的規(guī)定，對于大體積混凝土澆筑宜采用二次振搗和澆筑面二次抹壓的施工工藝，以便于排除混凝土內(nèi)部氣泡和表面泌水，增強(qiáng)混凝土密實(shí)度。

（5）適當(dāng)延長拆模時間，避免模板支撐架過早拆除或者模板拆除不當(dāng)引起的混凝土裂縫、缺棱和掉角。

三、結(jié)語

綜上所述，混凝土裂縫產(chǎn)生的主要原因歸根結(jié)底是混凝土的收縮應(yīng)力、溫度應(yīng)力以及在荷載作用下產(chǎn)生的抗拉應(yīng)力大于混凝土的抗拉強(qiáng)度所致。另外，混凝土結(jié)構(gòu)不均勻沉降導(dǎo)致的應(yīng)力集中也會使混凝土開裂。混凝土一旦開裂，就會引起鋼筋銹蝕，降低混凝土的抗凍性、抗?jié)B性和耐久性。要想有效預(yù)防混凝土開裂，主要從原材料選擇、設(shè)計(jì)構(gòu)造、施工工藝和混凝土澆筑質(zhì)量等方面加強(qiáng)控制，按照工程質(zhì)量“事前、事中、事后”控制的原則，從根本上改善混凝土的抗裂性能，提高混凝土的抗拉強(qiáng)度，降低混凝土的收縮應(yīng)力和溫度應(yīng)力，避免發(fā)生應(yīng)力集中現(xiàn)象?；炷潦且环N脆性材料，混凝土裂縫的防治，需要設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理等每個環(huán)節(jié)、每道工序密切配合、多管齊下，采取有效措施，方能取得良好的效果。

（作者單位：鼎天建設(shè)集團(tuán)有限公司）