混凝土结构裂缝成因分析与控制对策

张涛才

（合肥铁路勘察设计院有限责任公司，安徽 合肥 230000）

混凝土裂缝是由多种因素引起的，如：荷载、温度、收缩、地基变形或冻胀、钢筋锈蚀、化学腐蚀、碱骨料反应、混凝土质量、水泥水化热温升等。由于混凝土内部水分、化学反应和温度的变化常常引起体积变形，如：浇筑初期的凝缩及硬化后的自生体积收缩，湿涨(膨胀)，干缩，碳化收缩和由于温度变化而引起的体积收缩。下面就几种主要原因进行分析，并提出控制对策。

1 荷载引起的裂缝

混凝土结构在静、动荷载及次应力下产生的裂缝称荷载裂缝，主要有直接应力裂缝、次应力裂缝两种。直接应力裂缝是指外荷载引起的直接应力产生的裂缝；次应力裂缝是指由外荷载引起的次应力产生的裂缝。产生的主要原因如下：

1.1 在设计阶段，计算模型不合理，结构受力假设与实际不符，荷载少算或漏算；内力与配筋计算错误，结构安全系数不够；结构设计未充分考虑施工的可行性，设计截面不足；钢筋设计不合理，结构刚度不够；构造处理不当；设计图纸交代不清等。

1.2 在施工阶段，不加限制地堆放施工机具、材料；不了解预制结构受力特点，随意翻身、起吊、运输、安装；不按设计图纸施工，擅自更改结构施工顺序，改变结构受力模式；不对结构做机器振动下的疲劳强度验算等。

对于荷载引起的裂缝，应分别从设计、施工阶段采取措施。设计时采用合理的计算模型，严格按照规范要求，取合理的结构安全系数；施工阶段要严格按照施工组织设计的要求，合理布局施工机具、材料、临时设施等，科学、合理地划分施工段，并按既定的施工方案进行施工。

2 温度变化引起的裂缝

混凝土具有热胀冷缩性质，当外部境或结构内部温度发生变化，混凝土将发生变形，若变形遭到约束，则在结构内将产生应力，当应力超过混凝土抗拉强度时即产生温度裂缝。温度裂缝可分为表面温度裂缝、深度贯穿温度裂缝。表面温度裂缝多由于温差较大引起。如大体积混凝土浇注之后，由于水泥水化放热，导致内部温度很高，内外温差太大，致使表面出现裂缝。深层贯穿裂缝多由于结构降温差值大，受外界的约束而引起。如现浇混凝土或大体积刚性扩大基础，浇注在坚硬的地基上，未采取隔离等放松约束措施或收缩缝间距过大，在混凝土浇注时，温度很高，加上水泥水化热的温度升高很大，使温度更高。当混凝土冷却收缩时，全部或部分地受到地基或其他外部结构的约束，在混凝土内部出现很大拉应力，进而产生降温收缩裂缝，这类裂缝有时成贯穿状。引起温度变化的主要因素有：年温差、日照、骤然降温、水化热、蒸汽养护或冬季施工措施不当等。

温度裂缝的控制措施有：

（1）降低混凝土的浇注速度。如采用降低骨料的温度，或加冰水，选在夜间最低温度时浇注等。

（2）降低水泥的水化热。如选用低水化热水泥，或减少水泥的用量，或掺加优质粉煤灰。

（3）加快浇注后混凝土的散热。如用钢模板，或分层浇注混凝土，以便散热。或在大体积混凝土中预埋或利用一些管，通过冷水或冷风来降温。

（4）降低浇注混凝土结构的外部约束。如减小浇筑体长度或厚度，或减小约束体体积，或改善交界面状况，两层混凝土浇注间隔时间不得长于15天。

（5）加强混凝土的表面保护。如浇注后，表面应及时用草帘、草袋、砂、锯末等覆盖，并洒水养护，或蓄水养护；冬季采取保温措施，保护混凝土表面，薄壁结构，要适当延长其拆模时间，使之缓慢降温。

（6）改善混凝土的性能。如尽量选用低热或中热水泥，或选用合适骨料如石灰岩骨料及其级配良好，以便降低水化热。

（7）合理地分缝分块，避免浇注体积过大，合理地安排施工工序，避免过大的高差和侧面长期暴露。

3 基础变形引起的裂缝

由于基础竖向不均匀沉降或水平方向位移，使结构中产生附加应力，超出混凝土结构的抗拉能力，导致结构开裂。建筑基础不均匀沉降的主要原因有：地质勘察精度不够、试验资料不准；地基地质差异太大，结构荷载差异太大或结构基础类型差别太大；地基处于冻胀土质，建筑基础基于滑坡体、溶洞或活动断层等不良地质。

对不符合设计要求的地基应进行基础处理，使得地基的差异控制在允许范围之内；科学设计支架搭设，对支架进行全面堆积预压以消除非弹性变形；在混凝土中加减水剂以减少混凝土泌水，确保混凝土保护层厚度。

4 钢筋锈蚀引起的裂缝

钢筋锈蚀引起的裂缝是由于混凝土质量较差或保护层厚度不够，混凝土保护层由于二氧化碳侵蚀炭化至钢筋表面，使钢筋周围混凝土碱度降低，或由于氯化物介入，钢筋周围氯离子含量较高，均可引起钢筋表面氧化膜破坏，钢筋中铁离子与侵入到混凝土中的氧气和水分发生锈蚀反应。其锈蚀物氢氧化铁体积比原来增长约2～4倍，从而对周围混凝土产生膨胀应力，导致保护层混凝土开裂、剥离，沿钢筋纵向产生开裂，并有锈迹渗到混凝土表面。

钢筋锈蚀引起的裂缝控制措施有：采用足够的保护层厚度；施工时应严格控制混凝土的水灰比，加强振捣保证混凝土的密实性，防止空气侵入；严格控制含氯盐的外加剂用量。

5 收缩、徐变引起的裂缝

收缩引起的裂缝是不规则的斜裂纹，在钢筋以上，似龟纹，常出现在现浇混凝土数周或数月后。影响混凝土收缩裂缝的主要因素有：水泥品种、标号及用量、骨料品种、水灰比、外掺剂、养护方法、外界环境、振捣方式及时间。混凝土结构物在使用过程中将随时间长短不同产生徐变，结构物的徐变也将产生徐变裂缝。徐变产生的裂缝一般从结构物开始使用直到该混凝土结构的使用寿命结束为止。

为了控制收缩、徐变引起的裂缝，应加强早期混凝土养护以降低混凝土中水分蒸发速率，在结构外露面覆盖土工布、麻袋、海绵等，然后进行浇水养护。

6 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。配制混凝土所采用的材料质量不合格可能导致结构出现裂缝。比如，粗骨料的强度不够会影响混凝土的极限抗压强度，从而引发荷载裂缝的拓展；水灰比过大会引起由于水分蒸发而产生的混凝土内部裂缝等等。

施工过程中对原材料（钢筋、水泥、砂碎石、水等）都应进行严格的抽样检验，使用符合要求的原材料；对混凝土配合比应进行对比试验，及时调整施工配合比，确保混凝土的施工质量；在高温下或雨后施工对砂、碎石应进行含水量实验。

7 施工工艺质量差引起的裂缝

在钢筋混凝土结构浇筑、起模、运输、拼装及吊装过程中若施工工艺不合理、施工质量低，可能产生各种形式的裂缝，特别是细长薄壁结构更容易出现裂缝，裂缝出现部位和走向、裂缝宽度因产生原因而异，如钢筋混凝土保护层厚度过厚、混凝土振捣不密实、不均匀、混凝土浇筑太快、水灰比过大、混凝土早期受冻、拆模过早等。

对于施工工艺质量差引起的裂缝应从以下几方面采取措施：

混凝土应严格按配合比计量投料，拌搅时间不应小于1～2min，使和易性好，不离析。

混凝土运输过程中应保证不渗露，不析水，避免日晒雨淋，运输时间尽可能短。在高温下运输应及时检测混凝土坍落度，以确保由于蒸发而造成的水分损失，并及时调整坍落度。

混凝土分层或分段浇筑时，接头部位要处理得当，否则易在新旧混凝土和施工缝之间出现裂缝。

施工模板应具有足够的刚度，以避免在浇筑混凝土时，由于侧向压力的作用，使得模板变形，产生与模板变形一致的裂缝。

施工时拆模不宜过早，避免由于混凝土强度不足，使得构件在自重或施工荷载作用下产生裂缝。

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[3]莫睿娴.浅谈桥梁混凝土的裂缝及预防措施.广东建材，2008年第1期.

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