水泥混凝土结构裂缝形成的原因与控制

王　鑫　王　昭

摘要：本文介绍了水泥混凝土结构施工过程中裂缝形成的原因，并提出了混凝土结构裂缝控制的措施，包括提高混凝土抗裂性能和控制温度应力。

关键词：水泥混凝土；裂缝控制；温度应力

1 前言

水泥混凝土路面的裂缝是一个带普遍性的技术问题。混凝土是多种材料组合的人造石材，根据唯象理论，混凝土可看作是均匀连续的各向同性的均质弹性体。混凝土虽然具有抗压强度高与耐久性良好等特性，但也存在着抗拉强度低，受拉时变形能力小，容易开裂等缺点。在水泥混凝土路面施工中，最常见的质量问题就是混凝土出现裂缝。

裂缝是固体材料中的某种不连续现象，在学术属于结构材料强度理论范畴。科学研究的不断深入，近代混凝土的研究从宏观逐渐向亚微观和微观过渡，对混凝土内部结构进行探索，考虑了混凝土是一种由不同材料组成的非均质体，内部存在着固、液、气体。当温度和湿度变化，而且在外荷载作用下，混凝土内部产生了复杂的物理现象，引起内部产生初始应力、初始微裂、内部扩散、及质量转移等随时间变化的现象，从而具体补充了唯象理论所不能解释的现象。如相同材料组分在不同施工条件及养护工艺条件下抗裂程度可差数倍之多，以及为何内部微裂会显著影响混凝土宏观强度。因此而提出了混凝土微观裂缝与宏观裂缝的理论。

2 水泥混凝土结构裂缝形成的原因分析

实际上，钢筋混凝土结构裂缝的成因复杂而繁多，甚至多种因素互相影响，但每一条裂缝均有其产生的一种或几种原因，其中最常见的是混凝土早期裂缝，混凝土早期裂缝有以下几种：

2.1 塑性沉降裂缝此类裂缝产生的主要原因是由于混凝土骨料沉降时受到阻碍（如钢筋、模板）而产生的。这种裂缝大多出现在混凝土浇注后0.5小时至3小时之间，混凝土尚处在塑性状态，混凝土表面消失水光时立即产生，沿着梁及板上面钢筋的走向出现，主要是混凝土塌落度大、沉陷过高所致。另外在施工过程中如果模板绑扎的不好、模板沉陷、移动时也会出现此类裂缝。

2.2 塑性收缩裂缝

此类裂缝产生的主要原因是混凝土浇筑后，在塑性状态时表面水分蒸发过快造成的。这类裂缝形状不规则、长短宽窄不一、呈龟裂状，深度一般不超过50mm.多在表面出现，产生的原因主要是混凝土浇注后3-4小时左右表面没有被覆盖，特别是平板结构在炎热或大风天气混凝土表面水分蒸发过快，或者是基础、模板吸水过快，以及混凝土本身的水化热高等原因造成混凝土产生急剧收缩，此时混凝土强度趋近于零，不能抵抗这种变形应力而导致开裂。

2.3 温度的变化与湿度的变化

裂缝： 混凝土硬化期间水泥放出大量水化热，内部温度不断上升，在表面引起拉应力。后期在降温过程中，由于受到基础或老混凝上的约束，又会在混凝土内部出现拉应力。气温的降低也会在混凝土表面引起很大的拉应力。当这些拉应力超出混凝土的抗裂能力时，即会出现裂缝。许多混凝土的内部湿度变化很小或变化较慢，但表面湿度可能变化较大或发生剧烈变化。如养护不周、时干时湿，表面干缩形变受到内部混凝土的约束，也往往导致裂缝。

2.4 原材料质量引起的裂缝

混凝土主要由水泥、砂、骨料、拌和水及外加剂组成。混凝土所采用材料的质量不合格，可能导致结构出现裂缝。

①砂石含泥量超过规定，不仅降低混凝土的强度和抗渗性，还会使混凝土干燥时产生不规则的网状裂缝。砂石的级配差，或砂颗粒过细，用这种材料拌制的混凝土常造成侧面裂缝。碱骨料反应。骨料中含有泥性硅化物质与碱性物质相遇，水、硅反应会生成膨胀的胶质，吸水后造成局部膨胀和拉应力，则构件产生爆裂状裂缝，在潮湿的地方较为多见。

②拌和用水及外加剂拌和用水或外加剂中氯化物等杂质含量较高时对钢筋锈蚀有较大影响。采用海水或含碱泉水拌制混凝土，或采用含碱的外加剂，可能对碱骨料反应有影响。

3 控制水泥混凝土路面裂缝的方法分析

3.1 提高混凝土抗裂性能

3.1.1 掺膨胀剂

在混凝土中掺入膨胀剂，水泥混凝土路面在硬化过程中产生体积膨胀，这部分膨胀可以部分或全部补偿硬化过程中冷缩和干缩，减少或避免混凝土的开裂。现在膨胀剂有UEA膨胀剂，FH复合膨胀剂，FN-M明矾石膨胀剂；PG硫铝酸盐型膨胀剂等等。其中UEA膨胀剂应用较多，在混凝上中掺入10%一12%，其限制膨胀率0.02%-0.04%,可在钢筋中建立0.2-0.7MPa预压力，从而抵消混凝土在硬化过程中产生的全部或大部分拉应力。

3.1.2 掺增强材料

在混凝土中掺入增强材料，可以提高混凝土的抗拉强度，如在混凝土中掺入有机纤维（天然有机纤维、有机合成纤维)、无机纤维(石棉纤维、玻璃纤维、碳纤维)、金属纤维(钢纤维、不锈钢纤维、非晶态金属纤维)，可明显提高水泥混凝土路面的抗拉强度。

3.1.3 配温度筋

研究人员认为，合理配筋可以提高混凝土的抗拉强度，而且当钢筋的直径较细，间距较密时，对提高混凝土的抗裂效果较好。如分布钢筋的间距在1OOmm以下时，混凝土的裂缝宽度可限制在0.05mm以下。对大体积的基础工程，中间配筋少，增加一些温度筋，可提高抗裂性。

3.1.4 提高混凝土的强度

混凝土的强度等级提高，其抗拉强度也相应提高，增强了抗裂度，可以通过优选水泥及配合比，减小水灰比，采用合理的施工工艺，提高混凝土的强度。

3.2 控制温度应力

3.2.1 降低混凝土的绝热温度

3.2.1.1 减少水泥用量

水泥水化放热是混凝土升温的内热源，降低水泥用量，就减少了水化热。一般方法有:减小坍落度，掺大块石，减小砂率，使用减水剂，缓凝剂，掺混合材(如粉煤灰)，采用先进的搅拌工艺。

3.2.1.2 使用低热水泥

选用水化热低的水泥，优先选用大坝水泥、矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥，减少水化热引起的绝热温升。

3.2.1.3 降低浇注温度

浇筑温度低可以降低最高温升。尽量避免炎热的夏季施工，不宜中午浇筑，对原材料一实行预冷却等，尽可能降低浇筑温度。

3.2.1.4 降低当量温差

当量温差是由于干缩引起的，应减小干缩率。影响干缩率的主要因素有骨料、养护条件、水灰比、掺合料等。

3.2.1.5 强制降温

在混凝土内部预埋水管，通入冷却水，降低混凝土内部的最高温度。

3.2.2 减少约束

3.2.2.1 减少外部约束

水泥混凝土结构一般是厚实体重的整浇结构物，地基对其约束十分明显，这是引起约束收缩，产生裂缝的一个主要因素。减小地基约束的方法是设置滑动层，即在块体与地基之间设置砂垫层或沥青油毡层，允许块体自由变形，避免开裂，合理分块，缩小约束范围，减轻约束作用，使收缩自由。分块的方法有设伸缩缝，施工缝，后浇带。

3.2.2.2 减少内部约束

内部约束主要是内外温差过大造成的，解决的方法是加强保温养护，控制内外温差、降温速率，保证湿度。保温法有覆盖法，暖棚法，蓄水法。覆盖法就是在混凝土浇筑完毕，用保温材料(如油布，锯末，草袋，塑料布等)覆盖在混凝土路面上面；暖棚法是在块体上面搭设大棚，通过人工加热使棚内空气满足温控条件。蓄水法是在混凝土终凝后，在块体表面蓄一定高度的水，利用水的导热系数低，达到隔热保温效果。

综上所述，控制水泥混凝土路面裂缝的方法很多，而且各种方法之间是相互关联，相互制约的。

4 结束语

混凝土裂缝问题一直严重困扰着混凝土的施工质量，在混凝土生产以及施工过程中有针对性地采取预防措施，尽可能采取有效的技术措施控制裂缝，使结构尽量不出现裂缝，或尽量减少裂缝的数量和宽度，特别是避免有害裂缝的出现，以确保工程质量，使建筑物具备良好的耐久性和结构稳定性。

参考文献

[1]李建峰等，钢筋混凝土剪力墙裂缝分析与调查，长安大学学报，2003年，第2期.

[2]刘长河等，大体积混凝土施工温度场及温度应力研究，低温建筑技术，2005年，第1期.