混凝土裂縫形成的機(jī)理分析及對(duì)策

胡孝華（滁州職業(yè)技術(shù)學(xué)院技師學(xué)院，安徽 滁州 239000）

混凝土是建筑工程廣泛使用的建筑材料，在施工或使用中常會(huì)出現(xiàn)裂縫，給結(jié)構(gòu)安全帶來(lái)隱患，引起用戶投訴。下面結(jié)合工程實(shí)踐中混凝土容易發(fā)生的裂縫分析其機(jī)理及對(duì)策。

1 常見(jiàn)的混凝土裂縫現(xiàn)象

工程實(shí)踐中混凝土?xí)霈F(xiàn)不同形狀裂縫，總結(jié)如下：

1）框架結(jié)構(gòu)辦公樓混凝土板底模板拆除后，發(fā)現(xiàn)不規(guī)則裂縫呈現(xiàn)龜裂狀；施工中發(fā)現(xiàn)框架梁與現(xiàn)澆板交接陰角處出現(xiàn)水平裂縫。

2）兩層框架結(jié)構(gòu)門(mén)面房，施工中框架梁跨中部位出現(xiàn)裂縫。

3）高層框剪結(jié)構(gòu)住宅樓，施工中及交房后發(fā)現(xiàn)客廳混凝土頂板底出現(xiàn)平行長(zhǎng)邊的裂縫。

4）某地下車庫(kù)施工過(guò)程中發(fā)現(xiàn)地下室頂板的梁、板出現(xiàn)裂縫，混凝土墻上部出現(xiàn)裂縫。

5）地下人防工程混凝土底板出現(xiàn)裂縫引起滲漏。

6）混凝土構(gòu)件表面常出現(xiàn)各種不規(guī)則深淺不一裂縫。

2 常見(jiàn)裂縫的機(jī)理分析

2.1 混凝土組成材料問(wèn)題造成裂縫

2.1.1 水泥質(zhì)量不合格造成裂縫

1）水泥質(zhì)量低劣強(qiáng)度不足，配置混凝土強(qiáng)度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，造成構(gòu)件斷裂產(chǎn)生裂縫。

2）水泥安定性不合格引起的裂縫:水泥安定性是指水泥在凝結(jié)硬化過(guò)程中體積均勻變化的性質(zhì),安定性不良的水泥會(huì)導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生不均勻膨脹導(dǎo)致裂縫。安定性不良的主要原因是水泥中一次游離氧化鈣、方鎂石含量偏高或石膏摻量過(guò)多。

（1）游離CaO、MgO遇水會(huì)產(chǎn)生水化反應(yīng)：CaO+H2O=Ca(OH)2， MgO+H2O=Mg(OH)2

游離CaO、MgO經(jīng)過(guò)1470℃以上高溫煅燒，結(jié)構(gòu)致密處于燒死狀態(tài)，化學(xué)反應(yīng)緩慢，水化產(chǎn)物體積分別增加97%、148%，使已經(jīng)硬化混凝土開(kāi)裂。

（2）水泥中石膏改變水泥組成中閃凝礦物C3A的反應(yīng)歷程，調(diào)節(jié)凝結(jié)時(shí)間。水泥凝結(jié)硬化后還有石膏剩余會(huì)發(fā)生如下的反應(yīng):

2CaSO4·2H2O+3CaO·Al2O3·CaSO4·12H2O(AFm)+14H2O=3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O(AFt)

由單硫型水化硫鋁酸鈣轉(zhuǎn)化成三硫型水化硫鋁酸鈣AFt，這個(gè)反應(yīng)過(guò)程中體積產(chǎn)生較大的膨脹。或直接由C3A和石膏反應(yīng)生成AFt:

3CaSO4·2H2O+3CaO·Al2O3+26H2O=3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O

固相體積增大到2.22倍。這些反應(yīng)都發(fā)生在混凝土硬化后，會(huì)破壞混凝土結(jié)構(gòu)致混凝土開(kāi)裂，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使混凝土崩潰。

2.1.2 砂石質(zhì)量問(wèn)題造成的裂縫

1）砂石中含泥量較大：由于泥吸水后軟化，干燥后收縮，產(chǎn)生干縮裂縫。

2）石子體積穩(wěn)定性差：石子混有膨脹性礦石，如含蒙脫石、高嶺石等吸水后軟化，干燥后收縮，構(gòu)件產(chǎn)生干縮裂縫。

3）SO3含量高：骨料中含有硫酸鹽或硫鐵礦（FeS2）等，當(dāng)其含量以三氧化硫量計(jì)較高（如＞1%），有可能與水泥的鈣離子作用，生成硫酸鈣和硫鋁酸鈣，發(fā)生體積膨脹，導(dǎo)致混凝土開(kāi)裂。

2.1.3 堿-骨料反應(yīng)

堿骨料反應(yīng)是由于水泥中堿含量較高，骨料中又含有活性SiO2時(shí)，堿與骨料中的活性二氧化硅反應(yīng)：2mNaOH+活性SiO2→mNa2O·SiO2·H2O，形成堿性硅酸鹽凝膠。

堿性硅酸鹽凝膠具有較強(qiáng)的吸水能力，在吸收水分的過(guò)程中產(chǎn)生膨脹而將混凝土結(jié)構(gòu)脹裂破壞。另外水泥中堿還與白云質(zhì)石灰石產(chǎn)生脫白云石反應(yīng)：

CaMg(CO3)2+2ROH→ CaCO3+Mg(OH)2+R2CO3，

該反應(yīng)使白云石中粘土礦物暴露并吸水膨脹而造成破壞。由于水泥漿體結(jié)構(gòu)中有較多Ca(OH)2存在，還會(huì)依下式使堿重新產(chǎn)生：Na2CO3+Ca(OH)2二CaCO3+2NaOH

這樣使脫白云石反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行不斷循環(huán)，造成更嚴(yán)重的破壞。因此當(dāng)水泥中含堿較高(R2O＞0.6%)，同時(shí)使用含有白云質(zhì)碳酸鹽和活性SiO2的粗骨料易造成混凝土開(kāi)裂。

2.1.4 外加劑使用不當(dāng)產(chǎn)生裂縫

現(xiàn)在混凝土幾乎離不開(kāi)外加劑，目前對(duì)許多外加劑的作用機(jī)理尚不是很清楚，使用方法不當(dāng)會(huì)對(duì)混凝土的裂縫帶來(lái)影響。

1）外加劑使用不當(dāng)，沒(méi)有根據(jù)原材料的不同進(jìn)行試驗(yàn)，有的外加劑本身質(zhì)量低劣，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)摻早強(qiáng)劑的混凝土不早強(qiáng)，摻抗凍劑的混凝土不抗凍，直接影響構(gòu)件質(zhì)量，導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度下降產(chǎn)生裂縫。

2）外加劑的摻量不準(zhǔn)確，計(jì)量器精度差，或由人工來(lái)加，工人對(duì)摻加比例沒(méi)搞清楚導(dǎo)致?lián)郊悠?，造成混凝土不硬化或硬化緩慢，造成混凝土?gòu)件破壞。

2.2 混凝土收縮產(chǎn)生的裂縫

2.2.1 沉宿裂縫

骨料級(jí)配差，水灰比大，構(gòu)件厚度較厚，或混凝土振動(dòng)不均勻，局部時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，表面浮漿多，導(dǎo)致固化慢，產(chǎn)生表面裂縫?；炷翝仓?，由于水泥品種或級(jí)配等原因，產(chǎn)生泌水，相對(duì)密度大的骨料下沉，當(dāng)受到鋼筋的阻滯后，導(dǎo)致下沉不均勻致使受阻部位產(chǎn)生裂縫，如梁板交接處的裂縫。

2.2.2 收縮裂縫

1）自生收縮：又叫硬化收縮,水泥加水后發(fā)生一系列的物理化學(xué)變化，硅酸鹽礦物發(fā)生水化反應(yīng)：3CaO·SiO2（2CaO·SiO2）+H2O → CaO-SiO2-H2O+Ca(OH)2，產(chǎn)生水化硅酸鈣和氫氧化鈣，這個(gè)過(guò)程中水化產(chǎn)物的體積小于水泥固體加水的體積而收縮。

2）塑性收縮:混凝土澆筑后到終凝之前,水泥水化反應(yīng)劇烈,分子鏈逐步形成，出現(xiàn)泌水和水分急劇蒸發(fā)引起失水收縮；同時(shí)骨料和膠合料之間也產(chǎn)生不均勻的沉宿變形，如水灰比過(guò)大、水泥用量大、保水性差、粗骨料少、振搗不良、環(huán)境溫度高，都會(huì)引起塑性收縮表面裂縫。

3）干縮和碳化收縮：水泥石在干燥和潮濕的環(huán)境中會(huì)產(chǎn)生干宿和濕漲引起裂縫。水泥石中氫氧化鈣和空氣CO2中產(chǎn)生碳化反應(yīng):Ca(OH)2+CO2→CaCO3+H2O,形成碳化收縮。

2.3 模板問(wèn)題產(chǎn)生裂縫

2.3.1 模板支架不合理造成的裂縫

模板支設(shè)前沒(méi)有編制專項(xiàng)施工方案，未根據(jù)結(jié)構(gòu)形式和荷載情況計(jì)算支架材料的規(guī)格和間距，憑經(jīng)驗(yàn)估算，使模板支撐強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性不足，導(dǎo)致混凝土變形過(guò)大產(chǎn)生裂縫，嚴(yán)重的會(huì)引起事故。特別是底層混凝土模板施工，由于基土沒(méi)有夯實(shí)達(dá)不到承載力要求，或施工過(guò)程中受到水的侵蝕支架下沉，導(dǎo)致混凝土變形開(kāi)裂。

2.3.2 樓板強(qiáng)度不足引起的裂縫

當(dāng)下層現(xiàn)澆混凝土模板支撐拆除后，澆筑上層樓板混凝土，由于施工荷載過(guò)大，混凝土強(qiáng)度不足產(chǎn)生變形和裂縫。當(dāng)施工速度過(guò)快，新澆的混凝土強(qiáng)度較低，而模板支撐受力沒(méi)有上下對(duì)齊，又沒(méi)有加墊板，導(dǎo)致樓板局部變形產(chǎn)生裂縫。

2.3.3 模板拆除不規(guī)范引起的裂縫

為了模板的周轉(zhuǎn)或趕工期，混凝土強(qiáng)度不足時(shí)，強(qiáng)行拆除模板支架出現(xiàn)裂縫，特別是懸挑結(jié)構(gòu)，有時(shí)會(huì)釀成事故。在冬期施工，因溫度較低，混凝土強(qiáng)度增長(zhǎng)緩慢，拆除模板時(shí)間沒(méi)有延長(zhǎng)，造成構(gòu)件強(qiáng)度不足產(chǎn)生裂縫。

3 混凝土裂縫的對(duì)策

3.1 加強(qiáng)原材質(zhì)量控制

1）水泥質(zhì)量：水泥加強(qiáng)進(jìn)場(chǎng)檢查，及時(shí)復(fù)檢，不合格的水泥及時(shí)清理出場(chǎng)。水泥要按不同的品種、標(biāo)號(hào)、牌號(hào)分別存放在儲(chǔ)罐或倉(cāng)庫(kù)內(nèi)，做到先進(jìn)的先用。因儲(chǔ)存不當(dāng)或水泥儲(chǔ)存時(shí)間超過(guò)三個(gè)月的，在使用前對(duì)其質(zhì)量進(jìn)行復(fù)試，按復(fù)試結(jié)果使用。對(duì)重要結(jié)構(gòu)或含活性成分較多的骨料，要對(duì)水泥含堿量進(jìn)行控制。針對(duì)不同結(jié)構(gòu)、環(huán)境、氣候選擇適當(dāng)?shù)乃嗥贩N，注意不同品種、牌號(hào)的水泥嚴(yán)禁混用。

2) 砂石質(zhì)量：砂石使用前進(jìn)行復(fù)檢，保證砂石的強(qiáng)度、級(jí)配、雜質(zhì)的含量符合要求。嚴(yán)格控制砂石中的膨脹性礦物、含泥質(zhì)、有機(jī)質(zhì)、活性二氧化硅的含量。

3) 外加劑質(zhì)量：使用的外加劑要有生產(chǎn)許可證、產(chǎn)品合格證、性能檢測(cè)報(bào)告，產(chǎn)品質(zhì)量符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。到工地的外加劑要先復(fù)試再使用，使用外加劑之前務(wù)必熟悉外加劑的質(zhì)量要求、各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)和摻量。外加劑廠家安排專人根據(jù)混凝土性能要求、施工環(huán)境、原材料質(zhì)量、混凝土配合比，先進(jìn)行摻量試驗(yàn)，滿足要求方可使用。

3.2 嚴(yán)格施工工藝和規(guī)程

混凝土施工前，必須編制專項(xiàng)施工方案，要對(duì)模板和支架進(jìn)行強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性進(jìn)行計(jì)算，對(duì)危險(xiǎn)性較大的高大模板要進(jìn)行專家論證?；炷翝仓皣?yán)格按方案對(duì)模板、支架進(jìn)行驗(yàn)收，合格后方可澆筑。對(duì)整體澆筑的混凝土結(jié)構(gòu)，要先澆柱、再澆梁、再澆板，相互之間間隔合理的時(shí)間。在混凝土終凝前要對(duì)其進(jìn)行二次抹面處理，及時(shí)消除表面裂縫。

3.3 優(yōu)化混凝土組成和配合比

混凝土配合比設(shè)計(jì)充分考慮強(qiáng)度、流動(dòng)性、耐久性之間的關(guān)系，根據(jù)混凝土構(gòu)件尺寸、施工季節(jié)、使用環(huán)境來(lái)選擇水泥品種與標(biāo)號(hào)，盡可能通過(guò)添加外加劑來(lái)增加混凝土的流動(dòng)性，添加粉煤灰摻合料來(lái)減少水泥用量，改善混凝土自身的收縮。

3.4 加強(qiáng)施工過(guò)程管理

1）模板安拆前應(yīng)按方案對(duì)工人進(jìn)行技術(shù)交底，澆筑混凝土前必須進(jìn)行專項(xiàng)驗(yàn)收。模板拆除嚴(yán)格報(bào)驗(yàn)程序，留置拆模試塊，達(dá)到規(guī)范要求強(qiáng)度后才能拆除，嚴(yán)禁隨意拆除模板。上一層混凝土沒(méi)有澆筑嚴(yán)禁拆除下一層模板，拆除后的模板嚴(yán)禁集中堆放。

2）嚴(yán)格控制水灰比，加強(qiáng)混凝土塌落度檢查，對(duì)塌落度不合格的混凝土必須重新拌制，嚴(yán)禁現(xiàn)場(chǎng)往混凝土中加水。加強(qiáng)混凝土養(yǎng)護(hù)，混凝土終凝后及時(shí)養(yǎng)護(hù)，根據(jù)水泥品種和外加劑添加情況確定養(yǎng)護(hù)時(shí)間。

3）后澆帶嚴(yán)格按圖紙?jiān)O(shè)置，位置要準(zhǔn)確防止漏設(shè)。后澆帶兩側(cè)的模板嚴(yán)禁拆除，后澆帶的封閉時(shí)間應(yīng)充分考慮混凝土的收縮和結(jié)構(gòu)的沉降，按設(shè)計(jì)要求施工。