混凝土裂纹产生原因及控制方法

周亚军

摘 要：结合施工中混凝土出现裂纹的现象，对混凝土裂纹的概念、类型进行了论述，提出温度、湿度、收缩引起的变形是裂纹产生的主要原因。采用控制混凝土原材料的质量、优化配合比、加强振捣、改进施工、养护工艺、加强施工人员责任心等方法控制裂纹的综合措施，总结了早期裂纹、干缩、毛裂裂纹的修补方法。

关键词：混凝土裂纹；变形；优化配合比；改进工艺；修补

中图分类号：TU755 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）08-0099-02

混凝土的裂纹普遍存在，在工程中裂纹随处可见。尽管施工中采取各种措施，但裂纹仍然时有发生。裂纹的存在和发展会使内部的钢筋等材料产生腐蚀，降低钢筋混凝土材料的承载能力、耐久性及抗渗性。影响桥梁的外观、使用寿命，严重的将威胁到人民的生命、财产安全。

1 裂纹的一般概念

混凝土结构型裂纹是一种材料特征。 在试验仪器下发现没有受荷的混凝土和钢筋混凝土结构中存在肉眼看不见的微观裂纹。主要有以下几种：

（1）粘着裂纹是指粗细骨料与胶凝材料的粘接面上的裂纹，主要沿骨料周围出现。（2）硬化后的水泥浆体裂纹是指水泥浆中的裂纹，出现在骨料与骨料之间。（3）骨料裂纹是指石子本身存在的裂紋。

在这几种裂纹中前两种最多，微裂产生的原因是混凝土中粗细骨料，水泥胶凝材料、气体、水分等所组成的非匀质材料，在温度、湿度变化条件下混凝土逐步硬化，同时产生体积变形。这种变形是不均匀的，胶凝材料收缩较大，骨料收缩较小，硬化后的水泥浆体热膨胀系数大，骨料较小，它们之间的变形受到约束，产生相互的应力，这种应力引起粘着微裂和水泥胶凝体变裂，只是肉眼看不见。当混凝土承受荷载并逐渐增力时，微裂开始扩展延伸并增加成可见的裂纹甚至构件完全破坏。

2 混凝土裂纹种类

（1）一类是静荷载、动荷载和其它外荷载所产生的应力引起的裂纹。（2）第二类是变形（温度、收缩）引起的裂纹。

其结构特征是结构要求变形，当受到约束和限制时产生内应力，应力超过混凝土抗应力值后产生裂纹，裂纹出现后变形得到满足内应力松弛，这种裂纹对承载力影响不大，但对耐久性危害较大。依据实验数据统计，工程中混凝土由于变形（温度、收缩、不均匀沉陷）引起裂纹的约占80%，由于荷载引起裂纹的约占20%左右。

3 裂纹产生原因

混凝土本身收缩很大，在环境气温变化与收缩共同作用对于桥梁不利，由于浇筑的部位厚度不同等原因，因此存在应力集中。控制收缩裂纹比较重要。其原因归纳如下：

3.1 采用泵送混凝土

泵送砼特点是：流动性好，骨料粒径一般5-20mm宜优先选用卵石，采用中砂，水泥用量较多。为防止混凝土拌合物在泵送管道中离析和堵塞的泵送剂，减水剂、引气剂、粉煤灰等，这些都会造成砼收缩及水化热升高。

3.2 混凝土强度等级不断提高

高强度混凝土要求水泥选用普通硅酸盐水泥，用量要增加，粗骨料粒径要偏小，砂率偏大等都会使水化热及收缩增加。

3.3 混凝土的抗拉性能不足

人们关心是混凝土的抗压强度优先于抗拉强度，所以对材料抗拉性能的级配研究很少。

3.4 养护方法不当

混凝土的较大湿度收缩变形要求有适应它的养护方法，不只是洒水而要温控养护。

3.5 施工的影响

（1）混凝土施工过分振捣，模板温度过高，易形成凝缩裂纹。（2）混凝土浇捣后过分抹平压光会使砼的细骨料较多地浮到梁体表面，形成含水量较大的水泥浆层，水泥浆中的氢氧化钙与空气中二氧化碳发生化学作用生成碳酸钙，引起表面体积碳水化收缩，导致砼表面龟裂。（3）钢筋与水作用生锈产生的裂纹。（4）混凝土分层灌注或分段浇筑时接头部位处理不当，在新旧砼的施工缝之间形成裂纹。

4 裂纹控制的综合措施

根据混凝土的物理性质变形裂纹主要有湿度、沉陷（塑性）收缩、干缩裂纹。从它们产生的原因来看，我们提出以下有效措施来防止裂纹或把裂纹控制在无害范围内，并取得较好的效果。

4.1 原材料和配合比

（1）原材料。严格控制混凝土原材料的质量和技术指标，特别是粗细骨料的含泥量很容易被人忽视，采用原材料二次冲洗，采石场与使用前各冲洗一次，并采用优质中砂，使其含泥量控制在2%以内，粗细骨料分级采购、运输、堆放、计量，存放场地全部硬化处理并设置双向排水坡防止积水。水泥必须符合现行国家标准，根据设计的混凝土强度选用收缩小、和易性好的水泥强度等级。粗骨料应选用级配合理、粒形良好、质地均匀坚固、针片状含量低、连续级配的碎石，使粒径分布尽可能达到密实填充。细骨料应选用级配良好、质地坚硬、吸水率低、孔隙率小、粒径小于5mm且杂质含量小的洁净天然河砂。（2）配合比。高性能混凝土配合比及坍落度应本着保证设计强度，满足耐久性、施工要求及合理使用材料的原则选配砼配合比，混凝土选配满足TB/T3275-2011《铁路混凝土》要求。在满足设计及施工工艺要求的前提下，水泥采用品质稳定、强度等级P.O 42.5的低碱普通硅酸盐水泥。选用I级粉煤灰，尽量减少水泥用量以降低混凝土的水化热升温，并尽量降低水灰比延长混凝土初凝时间，以减少混凝土收缩。

4.2 施工工艺改进

控制混凝土的出机温度和浇筑温度，夏天在水中加冰块降级水温拌和是混凝土降低出机温度的最有效方法，当气温较高时炎热天气应避开中午、下午的高温时段，尽量选择在早上或晚上进行混凝土的灌注。如果已经开盘灌注偶遇下雨时，应及时吊起防雨棚进行遮雨，混凝土运输及灌注过程中必须及时覆盖。

4.3 振捣工艺

由于梁体砼塌落度在160～200mm之间，砼在初凝前存在泌水现象，内部还存在大量水分，当环境温度升高时砼表面失水较多，造成砼表面硬皮。随着水化反应继续，多余水分蒸发就造成表面产生裂纹。因此，在砼初凝前进行两次振捣有助于将多余水分蒸发，破坏初凝前产生的毛细管道。增加了混凝土的密实度，减少内部微裂和提高砼的强度和抗裂性。在砼初凝前必须完成二次振捣否则会破坏砼内部结构。一般两次振捣的时间间歇控制在30min左右。浇注过程中要增加振动棒进行振捣方可密实，振捣时间以表面泛浆为宜，现场试验证明约3min左右效果最佳，间距要均匀以振捣力波及范围重叠二分之一为宜，在灌注结束后用抹子拍打容易出现裂纹的区域，表面要人工辅助压实、抹平。同时要注意不能漏振、过振。

4.4 养护工艺

梁体养护基本原则砼前期采用自动化蒸汽养护，后期采用自动喷淋系统养护。保持合适的温度和湿度是砼养护的条件，桥面采用蓄水养护方式进行养护，在桥面四周用砂浆抹3cm高的挡水台，用橡皮球将桥面泄水孔进行封堵，然后进行蓄水。桥面蓄水养护可有效防止水分流失、洒水不均的问题，减少养护次数，保证了养护质量。梁端采用土工布进行覆盖，用环保雾化炮喷水养护。内腔采用自动喷淋喷雾养护，端头挂帘封闭，防止水分蒸发。外底模推迟拆模时间。减少砼表面热损失，降低砼表层温差，防止表面裂纹。由于散热时间延长，砼强度和松弛作用充分发挥，使砼总温差产生的拉力小于抗拉强度。适宜的温湿度可防止砼表面脱水而产生收缩裂纹。底腹板拆模后四周安装自动喷淋系统养护。喷出均匀的气霧状水，确保箱梁达到全方位、全湿润的养护质量标准。

4.5 加强对工程技术人员责任心教育，提高专业知识和管理水平

对施工人员进行防治砼裂纹技术交底，使他们知道控制要点，从提高人的质量意识来预防控制。落实质量保证体系、质量管理责任制，从制度管理上预防控制。

5 裂纹修补的措施

5.1 干缩裂纹的修补

高温干燥环境时干缩裂纹一般在1～2天时间之间发生，这时必须采取措施修补裂纹，方法简单效果好。先用毛刷将裂纹两边清理20cm宽，在用吹风机清理干净，然后用水性建筑乳胶进行均匀揉刷，使裂纹内充满胶液再用干水泥粉填充裂纹，表面用普通水泥和白水泥粉按一定配比进行拌和涂抹调色，保证修补色差一致。最后用土工布覆盖洒水自然养护。养护时间不少于14天。

5.2 毛裂裂纹的修补

（1）用铁锤和钢钎沿裂纹凿成宽10-20mm深15-20mm的v型槽，用吹风机和钢丝刷清除v型槽内浮碴和碎屑，如有松动的混凝土也可以用钢钎剔除掉。（2）给v型槽内均匀涂刷一层厚不小于1mm的环氧树脂胶液并用板刷反复揉刷，使槽壁混凝土所有的坑洼部分都粘上环氧胶液。待15min后将搅拌好的环氧树脂胶粘剂或环氧树脂砂浆，用抹子填塞在V型槽内一边填塞一边用小锤砸捣使其坚实，并在其表面上抹一层10mm水泥砂浆用铁抹压实抹光，同时用抹子将溢流在外边缘的树脂胶液铲刮干净，最外层干抹一层粉煤灰（30～35）g：水泥100g着色粉，反复抹平。（3）24h后用砂纸、毛刷、小铲刀将环氧树脂修补的表面加以打磨，直至修饰到痕迹难以辨别即可。

5.3 早期裂纹修补

（1）采用水泥浆混合料涂抹方式修补，按照以下配合比进行配制并混合搅拌至颜色均匀成腻子状。一次配胶量不宜过多以30min左右用完为宜。见表1。（2）用清水将需修补的裂纹处不小于10cm宽范围内的混凝土表面冲洗干净，清除裂纹表面的灰尘、浮渣等污物，如混凝土表面有油污应用丙酮清洗擦净，以增加修补层与基面粘度防止脱层。（3）使用毛刷将修补混合料涂刷在裂纹处，遵循由低向高、由一端向另一端的原则进行涂刷。（4）在确认修补剂硬化后，使用砂纸对修补表面进行打磨处理。待技术人员检查合格后转入下一裂纹修补。

5.4 修补注意事项

（1）修补所用的各种材料、必须有产品质量合格证书，必须按产品说明书上的方法进行使用。（2）修补材料与混凝土之间必须粘结牢固严禁起皮、掉粉、漏刷和透底。（3）配置的修补材料颜色要均匀，修补后与表面颜色一致。（4）进行打磨处理后，表面要平整光滑。

6 结语

通过对砼裂纹产生的原因进行深入的研究，并采取了相应的预防措施，经过现场实践有效地控制了砼裂纹的产生，混凝土外观质量得到了改善，做到了内实外美取得了良好的效果。对今后同类工程施工具有借鉴作用。

参考文献

[1]TB/T3275-2011《铁路混凝土》[M].中国铁道出版社，2011.

[2]Q/CR 9207-2017《铁路混凝土工程施工技术规程》[M].中国铁道出版社，2017.