混凝土裂缝产生的原因及防治方法研究

郭顺明

（福建大舟建设集团有限公司，福建 漳州 363005）

1 混凝土裂缝分类

混凝土裂缝主要有3 种：第一种是根据其产生的时间长短分为早期裂缝和后期裂缝。浇筑完成后3～7d 内出现的裂缝称为混凝土早期裂缝，在混凝土养护完成后出现的裂缝称为后期裂缝。第二种是根据受力情况划分为受压开裂和未受压开裂，由于外部荷载和自身重量的作用，混凝土构件在承受荷载作用下会产生超出其承受能力的混凝土开裂，称之为受力裂缝，而在非受力状态下出现的裂缝则叫未受力裂缝。第三种是根据混凝土的环境状况分为温度裂缝、干缩裂缝和徐变裂缝。

微观裂缝是混凝土内部一种不连续的裂纹，在混凝土中宽度一般小于0.05mm，混凝土自身产生的微裂纹在荷载未超出设计要求时，通常被认为是无害的。宏观裂缝宽度大于0.05mm，而宽度小于0.2～0.3mm 的裂缝被认为是没有危害的，但前提是裂纹不会继续扩大。

2 混凝土裂缝产生的危害

混凝土是一种非均质的脆性物质，由水泥、水和其他添加剂混合而成。由于混凝土施工产生的变形等原因，在混凝土变硬后其中会产生大量的微小孔隙、气穴和裂纹，从而导致了混凝土的某些非均匀性质。微裂缝是一种对混凝土承重及其他应用功能无害的裂缝，钢筋混凝土规范中还明确指出，实际情况下，在一定的范围内，混凝土结构可以出现裂缝，但要对其进行合理处理，限制其危险程度的范围。然而，混凝土在受到荷载、温差等因素的作用下，其微观裂缝会继续扩大、相互连接，最后形成了我们所熟知的混凝土结构中的“大裂缝”，贯通和深裂会导致结构的完整性和受力状况发生变化，导致楼板渗漏或局部、整体结构的损坏，对工程质量产生很大影响。

3 混凝土裂缝产生的主要原因

3.1 水造成的裂缝

在混凝土成型、固化过程中，水是混凝土中不可缺少的一种中间物质，而在混凝土中，自由水的存在是造成混凝土裂缝的重要因素。所以，在施工中经常使用干、半干硬混凝土，但大部分仍是流态混凝土。相关的试验数据表明：在相同的用量下，每提高10%的水泥用量，混凝土的收缩将提高5%；在相同的水泥用量下，每提高10%的水用量，混凝土强度下降20%，而混凝土与钢筋之间的结合强度下降10%。

3.2 外加剂造成的裂缝

目前，在普通混凝土中加入了多种添加剂，一般采用抗渗剂、减水剂、缓凝剂、速凝剂、抗折剂、膨胀剂等，其主要作用是提高混凝土的流动性、减小水泥的水灰比、方便机械化施工，达到高强、密实、抗折、抗渗等多种用途。虽然外加剂在混凝土中所占的比重很小，但如果它不能在混凝土中均匀分布，则会造成混凝土裂缝。所以，为了改善混合料的均匀性，应采取水溶性外掺、强化搅拌、延长搅拌时间等措施，以提高混合料的均匀度。

在大型工程及市政工程中，混凝土均为集中搅拌、远距离输送、延迟浇筑或采用泵送浇筑。为了便于机械化施工，经常在混凝土中加入缓凝剂，或通过加大水泥的用量来改善其易用性。在浇筑过程中，由于多次机械振动，导致集料沉降，剩余的水泥和部分自由水上升，在混凝土中聚集，从而形成了一种具有较高水分、较大收缩率的浮浆层，而且在长距离的运输中，由于混凝土中加入缓凝剂，其初凝时间明显加长，但终凝时间相对缩短，后期随着混凝土中游离水的积累，混凝土的水灰比增大，强度下降，初期的强度增长要慢于收缩速率，从而造成浮浆层的瞬间破裂。国外已有使用高效的泵送式减水剂来减少水泥用量的例子，在混凝土搅拌过程中，外掺剂仅掺入一小部分，其余部分通过搅拌运输车在运输途中分次添加，直到抵达工地时才会全部加满，以确保混凝土进入模具时的新鲜性。

3.3 温度造成的裂缝

由于温度的作用，混凝土的早裂是一种常见的质量问题。在养护加固阶段，由于水泥粒子与水分子发生水化作用产生了大量的热能，从而加速了混凝土的水化反应，缩短了养护期。如今大量的混凝土浇筑都是在自然条件下进行，当混凝土的掺入量为350～550kg/m3时，混凝土会产生17 500～27 500kJ 的热量，因此，混凝土的内部温度可达到70℃或更高，由于混凝土的外部热量太大，导致混凝土的内外温差超过40℃，由于混凝土的内部温度升高、外部温度下降，导致混凝土的表面强度增长比收缩速率慢，从而产生了浅层开裂和裂缝，如果采取的措施不当，会加快裂缝的发展。降低混凝土内外温差、降低混凝土的早期收缩速率、加快混凝土早期强度生长速率是防止混凝土温度开裂的关键，可以在混凝土凝结后洒一层薄薄的水，然后用塑料纸包住，再用一层土工织物覆盖，用水湿润或砂石压实，增加重量，防止风吹。在高温、干燥、多风的条件下进行浇筑，会导致混凝土的表层水分流失和干燥收缩。混凝土在凝固强化期，要使其保持潮湿并增加其强度，使其水化作用得以正常进行。在这种条件下，搅拌后的混凝土在接触到空气时，因水分的快速蒸发，会使混凝土过早凝固、收缩，出现干燥开裂等问题，使混凝土内水分的蒸发速率加快，使裂缝向纵深方向扩展。

3.4 收缩产生的裂缝

由于徐变收缩引起的裂缝，较短的裂缝一般长20～30cm，较长的裂缝可达2～3m，宽1～5mm，一般比较整齐并且深，此类裂缝在路面工程中经常出现，造成路面返修。这一现象的主要原因是混凝土的坍落度太大，导致路面出现了大量的水泥浮浆，或是基础顶面不平整，混凝土粘结，限制混凝土的徐变收缩，从而造成断裂。应采取降低坍落度、半干化强度、加入缓凝性减水剂等方法，以提高混凝土初凝期，并对基础的压实度、平整程度进行严格控制。

3.5 钢筋锈蚀引起的裂缝

混凝土保护层因混凝土品质不佳或保护层厚度不够，二氧化碳腐蚀钢筋表面，造成混凝土碱性下降，或因氯化物的加入，钢筋周围的氯离子浓度过高，造成混凝土氧化膜损坏，铁离子会与渗透到混凝土中的氧、水发生腐蚀作用，腐蚀物质的量是原来的2～4 倍，由此形成混凝土的膨胀应力，造成混凝土保护层开裂、剥离，沿钢筋纵向出现裂纹，并渗入混凝土表面，锈蚀会造成钢筋有效截面积减少，钢筋对混凝土的夹持力减弱，从而引起其他类型的裂缝，造成钢筋腐蚀，甚至结构失效。

4 混凝土裂缝防治措施

4.1 温度控制

在高温天气下，浇筑混凝土时可设置遮阳板进行降温，对于断面厚度大于0.8m 的混凝土可适当分层浇筑，可在混凝土内设置通冷水或冷气的冷却管道降温，控制内外温差。加强混凝土养护，混凝土浇筑完成后要及时覆盖薄膜保湿养护或用湿草帘、麻片等材料进行覆盖，同时要注意喷水养护，适当延长养护期，以使混凝土表层降温。长时间裸露的混凝土砌块或薄壁建筑应在冬季进行保温，以防寒潮侵袭。水泥配制宜选择矿渣水泥、粉煤灰水泥等低热或中温水泥，并最大限度地减少水泥用量，将水泥用量控制在450kg/m3以内，并适当地降低水灰比，普通水泥的水灰比应小于0.6。设定合适的模具拆卸时间，在温度突然下降的情况下，对混凝土进行表面保温处理，避免温差过大。

4.2 采用合理的施工方法

搅拌混凝土时，必须严格控制配料的计量和搅拌机的坍落度，并尽可能地降低搅拌头的温度。控制混凝土浇筑工艺的质量。浇筑时要压实，搅拌次数、间隔时间要均匀，表面要有一层浆液，浇筑完成后，将表面压实、抹平，以防表面开裂。此外，避免在阳光照射强烈时浇筑，如施工需要在夏季进行，则要避免在中午施工，尽量将浇筑工作安排在晚上。

4.3 原料选择

水泥品种选择的原则是：既要达到施工部位的技术指标，又要考虑环境因素。例如，在大体积混凝土中，水泥的种类要选择低水化热、凝结时间长的水泥，尽量避免使用硅酸盐水泥，以降低水泥的水化热。在耐磨性、防冻性等方面，硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥是最好的选择。当混合水含有硫酸盐时，应根据需要选择抗硫酸盐水泥。水泥的种类、强度等级和用量直接影响混凝土的水化热，因此，在选择混凝土时，要考虑强度等级、使用部位、体积等方面的要求，选择合适的品种和等级。

4.4 施工控制及养护

（1）施工控制。严格按照实验室发放的配料表进行配料，水、水泥、砂、石子均按重量计算，误差不超过容许值。运输过程中对运输车辆进行保温处理。浇筑时要注意遮阴，并注意以下几点：不合格的混凝土不能用，并且不能在制好的混凝土中加入水；振捣混凝土时，应以混凝土不再明显沉降、无气泡、起泡、起浆为标准，防止漏振、过振，防止混凝土离析或不密实而造成裂缝；降低混凝土的浇筑温度，可以进行遮阳、防晒、洒水降温、冰块搅拌等操作；由于意外原因而停止浇筑的间隔时间不得超出允许的间隔时间；混凝土浇筑完成后，再进行碾压。在混凝土初期，对混凝土进行二次抹压，以消除由于干燥收缩引起的开裂。在施工过程中，混凝土浇筑要避免在炎热的气候条件下进行，要在晚上或者温度比较低时进行。

（2）混凝土养护。浇筑完成后12h 就可以进行养护，养护期要大于7d，在高温季节和重点部位要适当延长养护期，并用保水性材料进行保护，避免太阳直接照射到新浇筑的混凝土表面，对其进行适当养护是预防干燥开裂的关键。在冬季，混凝土浇筑不能太久，通常为5d，模具拆除后要及时对混凝土表面进行保温处理。冬季施工时禁止在混凝土面上喷洒水，并采用覆盖保水的方法。在2～4d 平均温度持续降低6℃～9℃的情况下，28d 以下的混凝土必须进行保温处理，以避免温度急剧下降而产生开裂。在混凝土结构早期，要尽量避免过水，否则会使混凝土环境温度急剧下降，容易产生温度裂缝。

5 混凝土裂缝处理

5.1 表面修补法

表面修补法是一种最简单、常见的修补方法。通常的处理措施是在裂缝的表面涂抹水泥浆等物质，或在其表面涂刷防腐材料。在防护的同时，为了防止混凝土受各种作用的影响而继续开裂，通常可采取在裂缝表面粘贴玻璃纤维布等措施。

5.2 填充法

采用补强材料对裂缝进行直接填充，通常用于大裂缝修复，操作简单、成本低廉。对于宽度不超过0.3mm、浅层裂缝，或裂缝中有充填物，用注浆法难以取得效果的裂缝以及小型裂缝的简单处理。

5.3 结构补强法

对结构强度的影响可采用结构补强方法，如由于超荷载引起的裂缝，长时间不进行治理而造成的混凝土耐久性下降，火灾造成裂缝等。主要有截面加固、锚固加固、预应力加固等。对混凝土裂缝治理的影响主要有修补材料试验、钻心取样试验、压水或压空气试验等。

5.4 灌浆法

主要用于对建筑物整体或有防渗要求的混凝土裂缝进行修复，通过压力装置将胶结材料压进裂缝，使其与混凝土结合，达到封闭和加固的效果。水泥、环氧树脂、甲基丙烯酸酯、聚氨酯等是目前广泛使用的粘结剂。该方法适用范围广，从小裂缝到大裂缝都有较好的处理效果。

6 结语

混凝土是基建施工的主要材料，每年由于开裂而造成的经济损失难以估算，完工后的修复、结构寿命的减少等又会带来更大的损失。由于材料的性质，混凝土开裂只能预防，并不能从根本上解决，因此，需要全行业齐心协力，争取更好地解决这个问题。