混凝土裂缝成因分析及控制措施研究

周天良

摘要:根据目前建筑混凝土出现的裂缝问题，分别从原材料质量、温度应力、干缩形变、钢筋锈蚀以及施工工艺质量几个方面论述了裂缝原因，并提出了有效的控制措施。

关键词:混凝土裂缝 原因分析 控制措施

0 引言

混凝土是一种由砂细骨料、石粗骨料、水泥、水及其他外加材料施工而形成的非均质脆性材料。由于混凝土施工和本身变形、约束等问题，硬化成型的混凝土中存在着众多的微孔隙、微裂缝。随着混凝土承受荷载及温差变化影响后，微裂缝就会不断的扩展和连通，最终形成肉眼可见裂缝，也就是混凝土工程中常说的裂缝。混凝土出现裂缝的原因多种多样，通常情况下，裂缝的存在不会影响构件的正常使用(宽度<0.05mm)，但如果裂缝过大就会降低结构的安全性和耐久性。

1 混凝土裂缝成因

1.1 原材料质量引起的裂缝

1.1.1 水泥 若水泥出厂时强度不足，水泥受潮或过期，亦可能使混凝土强度不足，导致混凝土产生裂缝。如果水泥安定性不合格，其中的游离氧化钙含量超标，而氧化钙在凝结过程中水化很慢，在混凝土凝结后仍然继续起水化作用，亦可破坏已硬化的水泥石，使混凝土抗拉强度下降。

1.1.2 砂、石骨料 砂石的粒径、级配、杂质含量如果砂石粒径太小、级配不良，将导致水泥和拌和水用量加大，使混凝土收缩加大，影响混凝土的强度;如果使用超出规定的特细砂，后果将更加严重。当砂石中含泥量高时，将造成水泥和拌和水用量加大，降低混凝土强度以及抗冻性和抗渗性。碱骨料反应混凝土中的碱与集料中的某些成份发生碱骨料反应，其生成物容易吸水膨胀，导致混凝土开裂。

1.1.3 拌和水及外加剂 拌和水或外加剂中氯化物含量较高时对钢筋蚀有较大影响。采用海水或含碱泉水拌制混凝土，采用含碱的外加剂，可能对碱骨料反应有影响。

1.2 温度引起的裂缝 当外部温度或结构内部温度发生变化，混凝土将发生形变，若变形受到约束，结构内将产生应力，当应力超过混凝土抗拉强度时将产生温度裂缝。温度裂缝多发生在大体积混凝土表面或温差变化较大混凝土结构中。温度裂缝产生的主要原因是混凝土浇筑硬化过程中，水泥水化产生大量的水化热(当水泥用350kg/m3～550kg/ｍ3时，混凝土将释放出17500KJ～27500KJ/ｍ3的热量，从而使混凝土内部温度升达70℃甚至更高)。由于混凝土的体积较大，大量的水化热聚积在内部而不易散发，导致内部温度急剧上升，而混凝土表面散热较快，这样就形成内外的较大温差，较大的温差造成内部与外冷缩的程度不同，使混凝土表面产生一定的拉应力，当拉应力超过混凝土的抗拉强度时，混凝土表面就会产生裂缝，这种裂缝多发生在混凝土硬化后期。同时，裂缝的出现会引起钢筋的锈蚀，混凝土的碳化，降低混凝土抗冻融、抗疲劳及抗渗能力等。

1.3 干缩裂缝 干缩裂缝产生的主要原因是混凝土内外水分蒸发程度不同而导致变形不同的结果。混凝土受外部条件的影响，表面水分损失过快，变形较大，内部湿度变化较小变形较小，较大的表面干缩变形受到混凝土内部约束，产生较大拉应力而产生裂缝。相对湿度越低，水泥浆体干缩越大，干缩裂缝越容易产生，大体积混凝土中平面部位多见。干缩裂缝会影响混凝土的抗渗性，引起钢筋的锈蚀影响混凝土的耐久性，在水压力的作用下会产生水力劈裂影响混凝土的承载力等。混凝土干缩主要和混凝土的水灰比、水泥的成分、水泥的用量、集料的性质和用量、外加剂的用量等有关。

1.4 钢筋锈蚀引起的裂缝 由于混凝土质量较差或保护层厚度不足，混凝土保护层受二氧化碳侵蚀碳化至钢筋表面可引起钢筋表面氧化膜破坏，钢筋中铁离子与混凝土中的氧气和水份发生锈蚀反应，其锈蚀物氢氧化铁体积比原来增长2～4倍，对混凝土产生膨胀应力，导致保护层开裂，沿钢筋纵向产生裂缝，并有锈迹渗到混凝土表面。由于锈蚀，使得钢筋有效断面面积减小，钢筋与混凝土握裹力削弱，结构承载力下降，并将诱发其它形式的裂缝，加剧钢筋锈蚀，导致结构破坏，必须引起重视。

1.5 施工工艺引起的裂缝 因为混凝土的拌制、浇筑、振捣、养护不良或者是钢筋保护层较薄，有害物质进入混凝土使钢筋产生锈蚀而体积膨胀，导致混凝土胀裂，此种类型的裂缝多为纵向裂缝，沿钢筋的方向出现。

2 混凝土裂缝控制

2.1 混凝土结构设计措施

2.1.1 严把原材料质量关 进场材料必须经严格检验达到技术标准后方能使用，对高标号混凝土使用高标号水泥，尽量减少水泥用量，水泥初凝时间必须大于45min。细集料使用级配良好的中砂，细度模数Ｍx大于2.6，含泥量小于2%。粗骨料使用质地坚硬、级配良好的碎石，含泥量小于1%，针片状颗粒含量应小于5%。

2.1.2 精心合理地设计混凝土配合比 在保证混凝土具有良好工作性的情况下，严格控制混凝土的水灰比，减少水泥用量，确保水的用量控制在标准范围之内，减少混凝土的坍落度，以便造成不必要的材料浪费，节约成本。在混凝土中合理掺加一定量的具有减水、增塑、缓凝等作用的外加剂，改善混凝土拌合物的流动性、保水性、降低水化热，推迟热峰的出现时间。

2.1.3 其它设计措施 优化钢筋配置，根据“细而密”的原则，减小水平布筋间距，将混凝土中可能产生的收缩应力分散。由于挖孔、转角和形状突变处等部位应力集中容易产生裂缝，所以应采取有效的构造措施，例如在转角、孔边作构造筋加强;转角处增配斜向钢筋或网片;突变处做成渐变过渡等。

2.2 施工技术措施 在施工过程中细致分析混凝土集料的级配，控制混凝土的水灰比，减少水泥用量和混凝土的坍落度，严格按照设计配合比进行。混凝土拌合时间控制在2min，不能过短，也不能过长。搅拌时间短，混合料不均匀；时间过长，会破坏材料的结构。严格控制加水量，经常检测混凝土的坍落度，以保证混凝土具有良好的和易性，在保证和易性和泵送的前提下降低砂率。混凝土浇筑应选择一天中温度较低的时候进行，要振捣密实，可采用两次振捣技术，改善混凝土强度，提高抗裂性。高温季节浇筑时可以采用搭设遮阳板等辅助措施控制混凝土的温升，降低浇筑混凝土的温度。要合理安排施工工序，分层、分块浇筑，以利于散热，减小约束而产生的拉应力。不论是收缩裂缝还是温度裂缝，混凝土的养护最为关键，所以要加强混凝土的早期养护，如等到混凝土脱模后才开始洒水养护的方法是错误的。混凝土浇筑收浆完成后，应尽快用潮湿的草帘、麻片等覆盖和洒水养护，使混凝土表面始终保持在湿润状态，不允许混凝土在高温下裸露曝晒。同时，为了避免由于化学反应引起的裂缝可以在钢筋表层涂刷防腐涂料。混凝土表面采用外覆有机涂层的方法能够有效阻止或降低诸如水、二氧化碳以及氯化物等腐蚀性介质向混凝土内部的渗透，从而有效地延长了混凝土的使用寿命。目前，国内常用的防护体系是环氧封闭漆+环氧云铁中间漆+丙烯酸聚氨酯面漆。经过近多年的实践检验，该有机涂层能够对混凝土进行腐蚀防护，且效果良好，但造价较高。

3 结语

混凝土裂缝的出现和发展不仅破坏混凝土的整体性，影响建筑物的外观、使用功能和使用寿命，而且会引起钢筋的锈蚀，混凝土的碳化，降低材料的耐久性，建筑物的承载能力及抗渗能力等。混凝土裂缝的控制从设计、施工、养护到运营等各方面是一个有机的整体，它们不仅相互联系，而且相互制约。因此，在实际工程实践中要对混凝土裂缝产生的各种原因，区别对待，根据实际情况具体分析研究， 全面剖析，重点施制，同时在施工中采取各种有效的预防措施来预防裂缝的出现和发展，并采取合理的方法进行处理，保证工程质量，保证建筑物和构件安全、稳定地工作。