混凝土结构裂缝的成因与控制方法

贾东谊

（南阳市建筑设计研究院，河南 南阳 473000）

1 前言

混凝土结构裂缝可以引起渗漏，引起持久强度的降低，如保护层剥落、钢筋腐蚀、混凝土碳化等，影响结构物的承载能力与结构的耐久性 。因此，对混凝土结构裂缝的成因进行分析，采取合理有效的防治措施，具有十分重要的意义。

2 混凝土裂缝种类及成因分析

2.1 外荷载引起的裂缝

结构物在实际使用过程中承受各种外荷载的作用，在一定条件下会使结构物产生裂缝。这些裂缝又可分为几种：①由外荷载的直接应力，即按常规计算的主要应力引起的裂缝；②由外荷载作用，结构次应力引起的裂缝。因为许多结构物的实际工作状态同常规计算模型有出入，例如屋架按铰接节点计算，但实际混凝土屋架节点却有显著的弯矩和切力，它们时常引起节点裂缝，此处的弯矩和切力称为次应力；③一些常规不计算的外荷载应力，实际也会引起结构裂缝。

2.2 温度裂缝

当物体的温度发生变化时，物体将由于膨胀产生线应变αT，其中为材料的线膨胀系数，表示弹性体内部任意点的温度改变值。在平面问题中它是坐标及时问的函数。如果物体各个部分的热变形不受任何约束，则虽然有变形却不会引起应力。但是如果物体各个部分温度不均匀，或物体受到一定的约束，热变形不能自由进行，就将产生应力。这种由于温度变化引起的应力称为“温度应力”。在大体积混凝土中，温度应力是最常见的引起裂缝的原因，而温差是产生温度应力的根本原因。

2.3 收缩裂缝

混凝土的硬化过程常常伴随着其体积的变化。最大的变化是当混凝土在大气中或湿度不足的介质中硬化时所产生的体积减小。这种变形被称为混凝土的收缩。当混凝土在水中或在潮湿条件下硬化时，其体积不一定会减小，甚至会稍有膨胀。

混凝土的收缩是由于在其硬化过程中的物理化学反应以及混凝土的湿度变化所引起的。总的收缩变形是由几种收缩变形叠加形成的，其中收缩值较大的有湿度变形、化学变形及碳化变形，它们分别被称为干缩、化学收缩和碳化收缩。

混凝土中含有大量空隙、粗孔和毛细孔，这些孔隙中存在水分，水分的活动影响到混凝土的一系列性质，特别是产生“湿度变形”的性质对裂缝控制有重要影响。混凝土中的水分有化学结合水、物理一化学结合水和物理力学结合水三种。当混凝土承受干燥作用时，首先是大空隙及粗毛细孔中的自由水分因物理力学结合遭到破坏而蒸发，这种失水过程不至于引起收缩变形。进一步的干燥作用使得细孔及微毛细孔中的水产生毛细压力，水泥石承受这种压力后产生压缩变形而收缩，即“毛细收缩”。待毛细水蒸发以后，开始进一步蒸发物理一化学结合的吸附水，首先蒸发晶格间水分，其次蒸发分子层中的吸附水，这些水分的蒸发引起显著的水泥石收缩，即“吸附收缩”。毛细收缩和吸附收缩都属于干缩。

化学收缩是由于水泥石新生成物的体积比参加反应的物质所占据的体积小引起的。这种收缩发生于水泥与水的剧烈反应阶段，它对试件外形尺寸影响不大，主要改变材料的孔隙结构，减少水所占据的孔隙，产生气孔。这种收缩一般发生于混凝土的硬化阶段。

当混凝土在应力状态下，由于水的作用，混凝土中的氢氧化钙和空气中的二氧化碳气体产生化学反应，由此引起碳化收缩，这也是一种在一定条件下产生的物理——化学过程。

2.4 塑性裂缝

塑性裂缝是混凝土硬化以前形成的裂缝，塑性裂缝根据成因的原理分为塑性沉降裂缝和塑性收缩裂缝。塑性沉降裂缝是混凝土硬化前因骨料等比重大的颗粒下沉，竖向体积缩小而产生的塑性变形裂缝；塑性收缩裂缝是指浇筑后还处于塑性状态的混凝土因风吹日晒，表面失水过快，产生急剧的体积收缩而出现的裂缝。这两种裂缝经常共生，很难区别，故统称为塑性裂缝。

2.4.1 塑性收缩裂缝

塑性收缩是硬化前的新拌混凝土在凝结过程中因表面水分蒸发而引起的收缩裂缝，常见于浇筑后混凝土构件的外露表面，尤其是大块板面。塑性裂缝多发生在浇筑后1～2h或数小时，在表面最终抹平、压光和开始养护之前。当新浇混凝土表面的水分蒸发速度高于混凝土内部从下至上泌水速度，表面就会失水干缩，这种收缩受到表面以下混凝土的约束，于是在表面形成塑性开裂，在气温高、湿度低和有风的环境条件下，混凝土表面的水分蒸发快，最容易出现塑性开裂，一旦混凝土表面失去含水的光泽，裂缝就会突然出现。

2.4.2 塑性沉降裂缝

在新拌混凝土中，骨料颗粒悬浮在一定稠度的水泥浆体中，浆体的重量密度较低，所以骨料在浆体中有下沉趋势，而浆体中的水泥颗粒又远重于水，使得新拌混凝土中的水分向上转移，即发生“沉降”与“泌水”现象。泌水使混凝土的多余水分减少，有利于提高硬化后的混凝土强度，但是泌水和沉降所带来的害处更大。

3 混凝土裂缝的控制措施

3.1 有关材料和配合比方面的措施

3.1.1 水泥。宜用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥或矿渣硅酸盐水泥，对大体积混凝土宜采用中热硅酸盐水泥、低热硅酸盐水泥、低热矿渣硅酸盐水泥。水泥温度≤60℃。

3.1.2 骨料。砂、石骨料应符合《普混凝土及用砂质量标准及检验方法》(普通混凝土用碎石或卵石质量标准及检验方法》及其他国家现行有关标准的规定。优选洁净、级配良好的中砂和级配良好、孔隙率较小的粗骨料。骨料的含碱量、含泥量和硫酸盐含量不应超过标准规定，骨料宜堆放于棚内，防止太阳直晒或雨雪淋湿，以免影响混凝土拌和物温度或水胶比。

3.1.3 矿物掺料。各种掺料均应符合有关技术要求。如粉煤灰掺量不宜超过水泥用量的30%，矿渣粉不宜超过水泥用量的50%等。

3.1.4 外加剂。选用外加剂前，先做水泥适应性及实际效果试验，并按(混凝土外加剂应用技术规范》的规定施工。

3.2 有关施工方面的措施

首先制定施工组织设计、相关的技术方案和质量控制措施，进行技术交底；其次在各道工序各个环节配置具备相应技能的熟练人员，按计划进行施工。

3.2.1 模板的安装及拆除。模板应具有足够的承载力、刚度和稳定性，能可靠承受浇筑混凝土的自重、侧压力、施工中产生的荷载。模板安装须紧密，不漏浆、不渗水，确保钢筋保护层厚度(配置垫块或定位器)。模板及其支架拆除时混凝土结构可能尚未形成设计要求的受力体系，必要时应加设临时支撑。

底模及支架拆除时的混凝土强度应符合设计要求，否则过早拆除支撑底模板，使混凝土结构过早承受荷载，将导致混凝土在受拉区出现不能愈合的裂缝。

3.2.2 混凝土的拌制。施工中，应尽量采用拌和站集中拌和，电子称严格控制配合比、水灰比，掌握拌和时间，拌制的混凝土应均匀，色泽一致，无离析、泌水现象。

3.2.3 混凝土的运输。运输混凝土时，要保持混凝土拌和物的均匀性，不应产生分层离析现象，运送容器应不漏浆，内壁光滑平整，具有防晒、防风、防雨雪的功能，快速运输，保证混凝土连续性。运至浇筑地点，有离析时，应进行二次搅拌，搅拌时间由试验室确定，严禁向混凝土中任意加水。由搅拌、运输到浇筑人模，当气温不高于25℃时，持续时间不宜大于90mm；当气温高于25℃时，持续时间不宜大于60mm；混凝土中掺外加剂时，持续时间由试验室确定。

3.2.4 混凝土的浇筑。对现场浇筑的混凝土要进行监控，检查运抵现场的混凝土坍落度，不能满足要求时，由试验确定调整坍落度，严禁随意加水。浇筑时要保证钢筋、模板、定位筋、埋设物周围及模板内各角落振捣密实，不得漏浆，不能过振，更不能用振捣器拖赶混凝土。分层浇筑时，注意上下层混凝土一体化，在下一层混凝土浇筑前将上一层混凝土浇筑完毕，浇筑上层混凝土时，将振捣器插入下一层混凝土5cm左右以便形成整体。

3.2.5 混凝土养护。养护是防止混凝土产生裂缝的重要措施及关键步骤，必须充分重视，并制定养护方案，派专人负责。混凝土浇筑完毕，在混凝土凝结后立即进行妥善保温、保湿养护，避免急剧干燥、温度急剧变化、振动以及人为扰动。浇筑后采用覆盖、洒水、喷雾或用薄膜保湿养护措施。

4 结束语

总之，在常见的混凝土裂缝中，大多数发生在施工阶段或出现在工程正式交付使用以前，因此施工过程中对于混凝土原材料到施工工艺、养护等每一步的控制都是非常重要的。

[1]王铁龙.工程结构裂缝控制[M].北京中国建筑工业出版社.