混凝土裂縫成因及其預防措施

混凝土是當今土木工程極其重要的材料之一，其在現(xiàn)代工程建設項目中占有非常重要的地位，其質(zhì)量直接影響到工程結(jié)構(gòu)的適用性、安全性和耐久性。然而，許多混凝土結(jié)構(gòu)在建設與使用過程中出現(xiàn)了不同程度、不同形式的裂縫，這不僅影響了建筑物的外觀，更危及建筑物的正常使用和結(jié)構(gòu)的耐久性。因此，裂縫問題倍受人們關(guān)注。近年來，隨著預拌混凝土的大力推廣應用以及結(jié)構(gòu)形式日趨大型化、復雜化，使得這一問題變得更為突出[1]。因此，采取有效措施控制裂縫，減少甚至杜絕裂縫的出現(xiàn)十分必要。

混凝土裂縫的特征

混凝土裂縫的種類

水平裂縫

由于上部砌體抗拉抗剪強度的非均勻性，外墻上的斜裂縫往往與水平裂縫相互結(jié)合出現(xiàn)，形成一段斜裂縫和一段水平裂縫組合的混合裂縫。

斜裂縫

在窗口轉(zhuǎn)角、窗間墻、外墻以及內(nèi)墻上都可能產(chǎn)生裂縫。大多數(shù)情況下，縱向墻的兩端部出現(xiàn)斜裂縫的概率高，裂縫往往通過窗口的兩對角，且在窗口處縫寬較大，向兩邊逐步縮小。

豎向裂縫

這種裂縫常出現(xiàn)在窗臺墻上，窗洞口的兩個下角處，有的出現(xiàn)在墻的頂部，上寬下窄，多數(shù)窗臺縫出現(xiàn)在低層，二層以上很少出現(xiàn)。

混凝土裂縫的特征

一般在施工后不久就會出現(xiàn)變形裂縫，這種裂縫會隨著時間的發(fā)展而發(fā)展，有的延續(xù)數(shù)月，有的延續(xù)數(shù)年才穩(wěn)定。

混合結(jié)構(gòu)的門窗洞口上常設置鋼筋混凝土圈梁、過梁等構(gòu)件，在梁端部的墻面上經(jīng)常出現(xiàn)局部豎向或者稍傾斜的裂縫。裂縫通常中間寬上下窄，有的還通至窗口下角附近。當過梁不露（暗梁）時裂縫細微或者不明顯，過梁者裂縫都很明顯，過梁愈大，裂縫愈寬長。

在一幢混合結(jié)構(gòu)房屋中往往有兩種甚至數(shù)種不同層數(shù)的結(jié)構(gòu)，在錯層的墻面上常常出現(xiàn)豎向裂縫，有的達數(shù)毫米至十余毫米之多。

平屋頂?shù)慕ㄖ?，磚砌女兒墻常出現(xiàn)各種形狀的裂縫，包括豎向裂縫、斜向裂縫、水平裂縫。裂縫同時還伴隨著女兒墻的外移、外斜及側(cè)向彎曲等現(xiàn)象。

地基的不均勻沉降會產(chǎn)生不均勻沉降裂縫，其形成原因有很多，主要包括地基、基礎、上部結(jié)構(gòu)和建筑物周圍環(huán)境條件的人為改變等[2]。當?shù)鼗痪鶆虺两盗窟_到一定數(shù)值就會引起鋼筋混凝土梁板裂縫。

大體積混凝土的裂縫又叫內(nèi)約束裂縫，裂縫走向無一定規(guī)律性，梁板式或者長度較大的結(jié)構(gòu)，裂縫多平行于短邊，大面積結(jié)構(gòu)裂縫?？v橫交錯。多發(fā)生在施工期間，冬季較寬，夏季較細。

混凝土裂縫產(chǎn)生的原因

混凝土施工過程中造成裂縫的原因

模板灑水

混凝土澆筑時施工模板灑水不當，過于干燥，或因模板本身吸水量過大，造成混凝土的塑性收縮變形產(chǎn)生裂縫。

振搗施工

混凝土振搗不到位，或者振搗時間過短，造成混凝土沒有達到密實狀態(tài)；如果是混凝土振搗時間過長，造成石子下沉、砂漿上浮，容易形成混凝土干縮變形量大，因此造成混凝土收縮不均勻產(chǎn)生裂縫。

模板支設和拆除

模板支設和拆除施工過程中由于工人施工不規(guī)范、模板支設體系不牢固，或者工人過早拆除梁板底模板和支撐鋼管等原因造成的裂縫。

收面壓光

混凝土表面過度的收面壓光會使表面砂漿過多，并形成含水量很大的水泥漿層，使水泥漿中的氫氧化鈣與空氣中二氧化碳產(chǎn)生化學作用生成碳酸鈣，引起混凝土表面體積碳水化收縮，并使混凝土表面產(chǎn)生龜裂裂縫。

后澆帶施工

后澆帶未留企口縫、板面的后澆帶不支設模板而造成斜坡槎；還有疏松混凝土未徹底鑿除干凈，施工時未提前灑水等造成混凝土板面的裂縫。

養(yǎng)護

混凝土過早灑水養(yǎng)護會影響混凝土的膠結(jié)能力；過遲灑水養(yǎng)護，則通常在其表面上形成寬度大小不一且不規(guī)則的收縮裂縫?；炷灵_始養(yǎng)護的時間應該綜合考慮氣溫、濕度、風速等等各種因素。在混凝土大面積澆筑時，對水化計算不準，降溫保溫措施不到位，引起混凝土內(nèi)部溫差變化大，引起裂縫[3]。

混凝土本身內(nèi)部作用造成裂縫的原因

內(nèi)部作用

混凝土中的鋼筋銹蝕形成的裂縫和堿骨料之間起化學作用形成的裂縫是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中最常見的裂縫。在混凝土中的鋼筋腐蝕是電化學作用反應的過程?？傊疀Q定鋼筋腐蝕的基本因素是電位差、水和氧,但是鋼筋實際的腐蝕速度大多不是受制于氧的供應。而是clˉ離子，它是鋼筋腐蝕反應的活化劑,因為 clˉ 能破壞鋼筋表面鈍化膜從而引發(fā)鋼筋腐蝕,并且能增大溶液導電性、增大電位差、加速腐蝕反應等，所以我們在混凝土中摻有氯鹽或摻入clˉ離子時就會引發(fā)鋼筋銹蝕,因此現(xiàn)實施工中的鋼筋銹蝕病害大多由clˉ離子引起的。

塑性收縮

這種裂縫發(fā)生在混凝土澆筑后數(shù)小時仍處于塑性狀態(tài)的時刻。在炎熱或大風天氣，混凝土表面水分蒸發(fā)過快以及混凝土水化熱高等，都容易產(chǎn)生這種裂縫。這類裂縫的寬度可打可小，小的細如發(fā)絲，大的可到數(shù)毫米，其長度可由數(shù)厘米到數(shù)米，深度很少超過五厘米，分布的形狀一般是不規(guī)則的[4]。

水化收縮

由于混凝土中水和水泥作用反應后生成物體積,會比反應之前水和水泥的體積減小，又因水化作用時,其絕對體積也會減少,即混凝土產(chǎn)生水化收縮。

干燥收縮

混凝土在強度增加的過程中，由于內(nèi)外水分蒸發(fā)程度不同導致變形的不同，拉應力也隨之產(chǎn)生，從而引起了混凝土由外向內(nèi)的干縮變形裂縫，且這種收縮是不可逆的[5]。

自身收縮

混凝土自身收縮是指在外部無水分供應時,在水泥漿的骨架形成后,當伴隨著水泥漿水化作用的逐步完成,水泥漿中的水會被消耗完時,混凝土會產(chǎn)成彎液面而發(fā)生負壓,此時會出現(xiàn)的收縮變形。

干濕

混凝土結(jié)構(gòu)硬化后雖然是穩(wěn)定的,但時高濕度環(huán)境或者水中的地方,將會由于混凝土吸水而產(chǎn)生膨脹,故稱之為潤濕膨脹。

內(nèi)部溫度

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，在表面引起拉應力。后期在降溫過程中，由于受到基層或原有混凝土的約束，又會在混凝土內(nèi)部出現(xiàn)拉應力。氣溫的降低也會在混凝土表面引起很大的拉應力，有時溫度應力可超過其他外荷載引起的應力，當這些拉應力超過混凝土的抗裂能力時就會在混凝土表面產(chǎn)生表面裂縫。這種裂縫一般產(chǎn)生很早，多呈不規(guī)則狀態(tài)，深度較淺，屬表面性質(zhì)。表面裂縫易產(chǎn)生應力集中，能促使裂縫進一步發(fā)展[6]。

混凝土外部因素造成裂縫的原因

結(jié)構(gòu)受外界產(chǎn)生裂縫的因素有很多，施工中和使用工程中都可能出現(xiàn)裂縫。例如拆模過早或方法不當、構(gòu)件堆放、早期受震、吊裝時的墊塊或吊點位置不當、運輸、施工超載、張拉應力值過大等均可能產(chǎn)生裂縫。

混凝土裂縫產(chǎn)生的危害

混凝土裂縫主要有以下三種危害：一是影響結(jié)構(gòu)的承載力和安全性；二是導致樓（屋）面、墻面滲水，影響使用功能；三是加速碳化、鋼筋銹蝕、化學侵蝕，降低混凝土的使用壽命[7]。

混凝土裂縫控制措施

結(jié)構(gòu)設計方面的控制措施

設計時宜采用中低強度混凝土，避免采用高強度混凝土。為了控制大體積混凝土的表面收縮裂縫，可以適當采取在承臺表面合理增加分布鋼筋用量的措施，雖然單靠增加分布鋼筋用量不能明顯的防止裂縫出現(xiàn)，但適當增加分布鋼筋的用量可以加強結(jié)構(gòu)的整體性和減少溫度裂縫的寬度。大體積混凝土工程施工中如果允許設置水平施工縫，應根據(jù)溫度裂縫的要求進行分塊，且設置必要的連接方式[8]。

施工方面的控制措施

第一，應在澆筑大方量混凝土之前制定具有可操作性的施工方案，并在經(jīng)有關(guān)方面批準后實施。在土施工方案中要明確混凝土的初凝時間、澆筑方向、一次澆筑的方量、施工縫的留設位置以及處理辦法等，避免形成冷縫和因新、舊混凝土未完全咬合而形成局部薄弱界面，造成混凝土的強度降低。

第二，必須制定詳細的混凝土施工方案。施工方案是確定澆筑量、施工縫間距、施工工藝、位置及構(gòu)造、澆筑時間、運輸及振搗等。確定澆筑時間的原則應避開炎熱天氣和晝夜溫差大的日子，應當選擇在當天氣溫較低時澆筑。

第三，根據(jù)規(guī)范合理的調(diào)整施工方案。如調(diào)整水平鋼筋配筋方案，將水平鋼筋置于豎向鋼筋外側(cè)，有效減少了混凝土保護層厚度。增強了剪力墻表層混凝土的抗裂性。

第四，樓板混凝土澆搗完畢后，應當根據(jù)當時室外氣溫，確定養(yǎng)護方案。冬、夏季節(jié)，應采取混凝土表面加蓋草包、塑料薄膜等養(yǎng)護措施。

第五，為消除混凝土的淺表收縮裂縫，在混凝土表面終凝前的收水時，要求進行兩次或三次壓實收光，對摻加活性摻和料的混凝土更應增加收光次數(shù)等措施，嚴禁在表面撒純水泥進行壓實收光，避免收縮裂縫的產(chǎn)生。

第六，模板的周轉(zhuǎn)配置，應考慮到規(guī)定的拆模時間，如跨度在大于2m，小于8m的現(xiàn)澆樓板和混凝土梁，其拆?；炷翉姸缺仨氝_到標準值的75%，如跨度在大于8m的現(xiàn)澆樓板和混凝土梁，其拆模混凝土強度必須達到標準值的100%。

第七，當樓板混凝土澆搗完成后，如果強度未達到1.2N/mm2，任何施工人員不得在樓面操作及堆載材料。

第八，采用合理的分縫分塊；避開基礎過大起伏；合理地安排施工工序，避開過大的高差和側(cè)面長期暴露；提高混凝土的性能，提高抗裂能力，加強養(yǎng)護，防止表面干縮，注意貫穿裂縫。

第九，在混凝土的施工中，為提高模板的周轉(zhuǎn)率，一般規(guī)定盡早拆模。當混凝土溫度高于氣溫時應考慮拆模時間，以免造成混凝土表面的早期裂縫。

溫度方面的控制

第一，拌合混凝土時加水或用水將碎石冷卻來降低混凝土的澆筑溫度。

第二，在混凝土中埋設水管，通入冷水來達到混凝土降溫。

第三，如果在合理的拆模時間，當氣溫驟降時進行表面保溫，以免造成混凝土表面發(fā)生急劇的溫度變化。

第四，當采用改善骨料級配，且使用干硬性混凝土，摻混合料，加引氣劑或塑化劑等措施來減少混凝土中的水泥用量。

第五，如果在施工中長期暴露的混凝土澆筑塊表面或薄壁結(jié)構(gòu)，在寒冷季節(jié)來臨之前采取保溫措施。

原材料及配合比方面的控制措施

第一，原材料檢驗試驗要嚴格檢測，在拌制混凝土之前，必須按規(guī)定對水泥、粗細骨料、外加劑等進行檢驗復試，不得使用不合格的材料。

第二，要正確確定混凝土的配合比和坍落度，在混凝土配合比設計時，應全盤考慮，多用骨料、少用粉料，以減少裂縫產(chǎn)生。對坍落度應適當控制，不宜過大，多層和小高層小于160mm，高層宜小于200mm，盡可能較少混凝土的流動性。如采用高等級低水化熱的礦渣水泥，以此來減少水泥用量和水化熱。

第三，混凝土連續(xù)澆搗時，在配備混凝土運輸車輛時，應充分考慮交通路況的影響，確?；炷翝矒v的連續(xù)性，減少施工冷縫。當混凝土澆搗中停歇時間過長時，應采取接漿處理等應急措施。

第四，要嚴格控制混凝土摻合料摻量，必須使混凝土摻合量的摻量比例應合理，以保證混凝土早期強度，提高混凝土的抗拉性能。應當控制混凝土水灰比，最大用水量應小于180kg/m3。

結(jié)論

混凝土建筑物的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件常常由于各種不同的原因?qū)е铝芽p出現(xiàn)是可以控制的。因此加強鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫原因的分析極其重要，設計、施工、材料等方面因素對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)開裂的影響是相互聯(lián)系、相互制約的，必須全面系統(tǒng)地考慮。從裂縫的分類入手，弄清裂縫出現(xiàn)的原因，對裂縫采取措施加以正確處理，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)裂縫問題將會逐漸得到圓滿的解決。