裂缝产生原因综合分析

混凝土结构裂缝控制措施- -

在工程中出现的多数轻微细小的宏观裂缝，由于产生原因的不同有很多种分类。常见的从裂缝表面走向而言，有网状裂缝，即由许多各种方向断裂缝构成的近似六角形的网状裂缝，它表示混凝土表面受到内部混凝土的约束。另外一种是许多一条条的裂缝，它具有一定的方向性，常常是彼此平行，相距一定间隔，它表示在垂直裂缝的方向上受到约束。由于化学反应出现体积不安定，或由于冻融，或者由于钢筋锈蚀均会使混凝土开裂破坏。新浇筑的混凝土和硬化后的混凝土都会发生裂缝，尤其是新浇筑的混凝土若发生微裂，再增加不利的影响，超过了承受能力，便会出现明显的裂缝。

１混凝土裂缝产生原因

在工程中出现的多数轻微细小的宏观裂缝，由于产生原因的不同有很多种分类。常见的从裂缝表面走向而言，有网状裂缝，即由许多各种方向断裂缝构成的近似六角形的网状裂缝，它表示混凝土表面受到内部混凝土的约束。另外一种是许多一条条的裂缝，它具有一定的方向性，常常是彼此平行，相距一定间隔，它表示在垂直裂缝的方向上受到约束。由于化学反应出现体积不安定，或由于冻融，或者由于钢筋锈蚀均会使混凝土开裂破坏。新浇筑的混凝土和硬化后的混凝土都会发生裂缝，尤其是新浇筑的混凝土若发生微裂，再增加不利的影响，超过了承受能力，便会出现明显的裂缝。

１． １新浇混凝土的裂缝

新浇筑的混凝土在硬化前会因为施工引起的底层和模板的位移或变形而产生裂缝，因为沉淀收缩引起钢筋、集料和其他预埋件周围的混凝土开裂，同时会发生塑性收缩裂缝。

在新拌混凝土中，骨料颗粒悬浮在一定稠度的胶结材浆体中，由于普通混凝土的浆体密度低于骨料，骨料在浆体中有下沉趋势。而浆体中水泥颗粒密度又大于粉煤灰并远大于水，从而使浆体中的粉煤灰与水向上漂移而产生沉降与离析、泌水现象。骨料下沉和水分上升会在水平钢筋底部和粗骨料底部积聚水分，干后形成空隙，下沉的固体颗粒遇到水平钢筋或受到侧模的摩擦阻力时，会与周围的混凝土形成沉降差，在混凝土表面形成塑性沉降裂缝。混凝土坍落度越大，越容易发生塑性沉降裂缝

１．１．２塑性收缩裂缝

通常发生在新浇筑的水平表面、地坪、路面的混凝土表面。混凝土在初凝前由于水分蒸发，内部水分不断向表面迁移，形成混凝土在塑性阶段体积收缩。当施工温度高，相对湿度低时，混凝土内部水分向表面迁移供应不上蒸发量的情况下，混凝土表面失水干缩受下面混凝土的约束，表面会出现不规则的塑性收缩裂缝。此种塑性收缩裂缝在混凝土初凝前及时抹压或二次振捣可以愈合，若不及时处理并蓄水养护，可能发展为贯通性有害裂缝。尤其是当前施工广泛采用泵送商混施工，为便于泵送与浇筑，现场任意加水现象时有发生。不仅使水灰比变大，降低混凝土强度，且极易产生塑性收缩裂缝，应严加控制。

１．２硬化混凝土的裂缝

１．２．１干缩

水泥在水化过程中，水化产物的绝对体积同水化前的水泥与水的体积之和相比有所减少。硅酸盐水泥的水化收缩量约为１％～２％，水泥水化时不断消耗水分导致毛细孔自由水减少，湿度降低，在外部养护水供应不充分的情况下，混凝土内部产生自干燥现象。由自干燥作用导致毛细孔内产生负压，引起混凝土内部产生自干燥收缩。在收缩的同时由于存在约束（这个约束是由结构的另一部分和底层产生的），会引起拉应力，拉应力超过抗拉强度时混凝土产生裂缝，裂缝能够在比开裂应力小的多的应力作用下扩展延伸。

１．２．２温度变形

混凝土浇筑后，水泥的水化热使混凝土内部温度升高，一般每

１００ｋｇ水泥可使混凝土内部升高１０℃左右，加上混凝土的入模温度，在２～３ｄ内，混凝土内部温度可达５０～８０℃。当混凝土每升高或降低１０℃，混凝土会产生０．０１％的线膨胀或收缩。经验表明，在无风天气，混凝土表面温度与环境气温之差大于２５℃时，即出现肉眼可见的温差收缩裂缝，这就是大体积混凝土表面需要及时覆盖保湿保温养护的原因。

１．２．３原材料选用不当

如水泥的Ｃ３Ａ含量高、含碱量高或水泥细度过大都会使拌合物需水量大，早期水化快，早期水化热集中，导致发生早期水化收缩，处理不当时较易出现塑性收缩裂缝，助长自生干缩裂缝和温差裂缝的发展。骨料的温度也不宜过高，砂、石的含泥量必须符合规范要求。

１．２．４施工质量不良

如浇筑工艺不当：墙体等垂直结构分层浇筑时，如浇筑速度太快，下层混凝土在硬化初期可能发生沉降，产生横向裂缝。如两层间浇筑相距时间太长，则会产生冷缝。振捣不足部位混凝土构造比较疏松，拆模后易出现蜂窝、麻面，过振部位则粗骨料下沉，表面泌浆、泌水，中间砂浆富集，易由表及里发生塑性裂缝和干缩裂缝。混凝土浇筑后不及时养护，养护时间达不到规范规定的天数，或并不覆盖保湿养护，混凝土处于养护不足状态，使混凝土开裂程度增加，增加收缩，降低混凝土的长期龄强度和混凝土的耐久性。

１．２．５钢筋锈蚀膨胀

混凝土结构在大气条件下，由表及里逐渐碳化，待碳化透过保护层，钢筋失去混凝土碱性介质的保护作用，引起锈蚀。某些接触氯离子的工程，氯离子渗入混凝土中，导致钢筋锈蚀，锈蚀后体积膨胀２～３倍，将混凝土表面张裂，出现顺筋裂缝。

１．２．６施工荷载

混凝土在施工期间承受荷载远比结构使用期间的荷载更为严重，施工现场的材料堆放与机具运转均可使结构承受比设计更为不利的荷载。早期混凝土浇筑后，在强度和弹性模量均不很高的情况下，过早地施加超过混凝土承载能力的施工荷载，或混凝土强度未达到设计要求就过早拆除支撑底模板，导致混凝土在受拉区出现不能愈合的裂缝。

２ 影响混凝土开裂的因素

上面谈到有许多类型的裂缝，有许多因素如材料、配合比、施工、设计、使用与暴露条件等方面的原因使混凝土产生这类裂缝，影响混凝土开裂的因素可以总结如下：

２．１水

水灰比或每立方米混凝土的用水量是个重要的因素或许是最重要的因素，用水量愈多收缩的趋势就愈大，既增加收缩又降低强度。

２．２水泥

水泥用量多混凝土的收缩也大，磨得比较细的水泥和含硅量比较多的水泥相对地收缩也大，但开裂的可能不一定大，碳化产生初始收缩但会减少以后的干缩。应用膨胀剂可以减少或消除由于干缩引起的开裂。

２．３集料

集料的矿物成分、形状、表面构造、和级配会影响混凝土的配合比、热膨胀系数、干缩、刚度、徐变和强度。集料最大粒径愈小的混凝土收缩愈大，粒径较大的集料比较小的集料对收缩具有较大的局部约束。

２．４外加剂

外加剂可以影响混凝土的硬化速度、混凝土的用水量、混凝土的收缩和徐变，从而对混凝土的开裂产生影响。

２．５泌水

新浇筑混凝土产生泌水，泌水积聚在大颗粒集料和钢筋下方会形成内部裂缝。

２．６浇筑

混凝土的浇筑条件和浇筑速度通过下述因素如泌水、模板内的离析、温度、模板变形和地基的不均匀沉陷等对混凝土的开裂产生影响。

２．７养护

养护湿度是一个很重要的条件，混凝土表面的干燥会引起潜在的收缩并导致干裂。养护时间长会影响干缩，但影响很小，能提高混凝土强度因而能增加抗裂的效果。

２．８温度

在最初几小时当混凝土变成固体时会产生大量水化热，随后冷却又产生收缩，这就是温度对混凝土开裂的主要影响。

２．９暴露

暴露的气候条件对混凝土的开裂有很大的影响。很大的温度梯度和很大的湿度梯度会在混凝土表面和内部或背面之间产生很大的内部约束。

２．１０约束

由基础或邻近的结构造成过大的刚性约束会导致混凝土开裂，一段未设伸缩缝的很长的墙或板，肯定会在一定间隔的部位产生裂缝。同时，混凝土内部也会产生约束，如块体各部分温度不同会产生约束导致开裂。

综上所述，由于混凝土是多元、多相、非匀质的复合材料，许多因素都可以导致混凝土产生不同程度的裂缝。特别是采用商品混凝土浇筑新措施后，泵送混凝土具有量大、砂率小、水灰比大、骨料粒径小、浇筑快等特点，给裂缝的有效控制增加了一定的难度。

３ 裂缝的防止与控制

为控制钢筋混凝土结构的裂缝，应遵守《混凝土结构设计规范》ＧＢ５００１０、《混凝土结构工程质量验收规范》ＧＢ５０２０４、《普通混凝土配合比设计规程》ＪＧＪ５５等有关规范、标准的规定，并根据混凝土产生裂缝的原因，采取相应措施防止混凝土开裂。

３．１设计方面的措施。

设计时应考虑各种条件对混凝土产生的约束，合理布置收缩、膨胀和伸缩缝的间距，采取有效措施加强建筑物屋面、外墙等外露构件表面的保温、隔热性能，对跨度较大的混凝土受弯构件采用预应力或其他有效措施，在预计可能产生裂缝的部位配置足够的构造钢筋，尽可能通过合理配筋调节裂缝宽度和裂缝间距。

３．２降低混凝土发热量

采用低水化热的水泥以降低混凝土温度，应用低开裂温度的胶凝材料，掺加高效减水剂以减少水泥用量和用水量，尽可能应用最大粒径较大的粗集料。只要施工技术允许，尽可能应用低坍落度混凝土，低坍落度混凝土用水量小，有利于降低温度、减少干缩。同时应用强度和耐久性允许的最少水泥用量。

３．３降低混凝土浇筑温度

外界气温越高，混凝土的浇筑温度也越高，当浇筑温度为３０℃时，在第一个２４ｈ内，水泥产生了７天水化热的６２．５％，混凝土达到最高温度的时间也缩短了，减少了可利用的散热时间，降低了和易性。选择适当的温度浇筑混凝土，避开热天，对浇筑量不大的块体安排在下午3点以后进行或夜间浇筑。夏季采用低温水或冰水拌制混凝土。

３．４分块分层浇筑混凝土

合理分缝分块浇筑，适当设置水平或垂直施工缝，或在适当位置设置后浇带或跳仓浇筑，以放松约束程序，减少每次浇筑长度和蓄热量，增加散热面，防止水化热的过大聚集，削减温度应力。均匀地浇筑混凝土，施工时要考虑模板内、围绕钢筋和混凝土的早期沉淀收缩，等到混凝土收缩完毕才开始最终抹面。

３．５表面保温与保持湿润

搞好混凝土的保温保湿养护，缓慢降温，充分发挥混凝土的徐变特性，减低温度收缩应力，夏季避免曝晒，冬季采取保温覆盖，以减低混凝土表面的温度梯度，防止温度突变引起的降温冲击。养护中断时应切忌防止从湿润状态迅速转为干燥或过度干燥。

采用较长时间养护，长时间保持混凝土湿润状态，使混凝土能够增长强度以抵抗开裂应力。规定合理的拆模时间，缓慢降温时间和变形速度，充分发挥混凝土的" 应力松弛效应" ，以消减温度收缩应力。

３．６提高极限拉伸强度。

合理选择配合比，使用粗骨料级配选用5～40mm 级配的砂石，相应减少水泥用量，严格控制含泥量，加强混凝土的振捣，注意是上下层的混凝土一体化，提高混凝土的密实度和抗拉强度，减少收缩，保证施工质量。

采取二次投料法、二次振捣法，浇筑后及时排除表面泌水，以提高混凝土的强度。

４ 结构裂缝的修补

在修补裂缝前要对裂缝进行检测与研究，以确定裂缝部位、开裂程度、裂缝产生原因及需要如何修复。同时要检查设计图纸、施工记录和维修记录。确定裂缝的位置和裂缝宽度可以用目测、刻度放大镜或无损探伤方法：例如超声波测量，也可以钻孔取样检查。

根据对裂缝的测量与研究，选择适当的修补方法可以修复或增加混凝土强度（或刚度），增加耐久性，增强防水性能，改善混凝土表面外观。

在修补以前要研究裂缝产生的原因，例如由于干缩引起的裂缝，经过一段时间后裂缝趋于稳定，可以修补。如果裂缝是由于基础沉陷，则沉陷问题没有得到正确处理以前修复裂缝是没有用的。

根据损伤的性质可以选择一种或几种修补方法，例如为恢复裂缝部位的抗拉强度可以用环氧灌浆、加设钢筋或用后张法（即外部施加预应力）增加强度。

裂缝引起挡水结构渗漏必须加以修补，为了减少钢筋锈蚀造成进一步破坏，暴露在潮湿环境中的裂缝必须封闭。