混凝土裂縫成因分析及控制措施研究

摘要:根據目前建筑混凝土出現的裂縫問題，分別從原材料質量、溫度應力、干縮形變、鋼筋銹蝕以及施工工藝質量幾個方面論述了裂縫原因，并提出了有效的控制措施。

關鍵詞:混凝土裂縫 原因分析 控制措施

0 引言

混凝土是一種由砂細骨料、石粗骨料、水泥、水及其他外加材料施工而形成的非均質脆性材料。由于混凝土施工和本身變形、約束等問題，硬化成型的混凝土中存在著眾多的微孔隙、微裂縫。隨著混凝土承受荷載及溫差變化影響后，微裂縫就會不斷的擴展和連通，最終形成肉眼可見裂縫，也就是混凝土工程中常說的裂縫。混凝土出現裂縫的原因多種多樣，通常情況下，裂縫的存在不會影響構件的正常使用(寬度<0.05mm)，但如果裂縫過大就會降低結構的安全性和耐久性。

1 混凝土裂縫成因

1.1 原材料質量引起的裂縫

1.1.1 水泥 若水泥出廠時強度不足，水泥受潮或過期，亦可能使混凝土強度不足，導致混凝土產生裂縫。如果水泥安定性不合格，其中的游離氧化鈣含量超標，而氧化鈣在凝結過程中水化很慢，在混凝土凝結后仍然繼續起水化作用，亦可破壞已硬化的水泥石，使混凝土抗拉強度下降。

1.1.2 砂、石骨料 砂石的粒徑、級配、雜質含量如果砂石粒徑太小、級配不良，將導致水泥和拌和水用量加大，使混凝土收縮加大，影響混凝土的強度;如果使用超出規定的特細砂，后果將更加嚴重。當砂石中含泥量高時，將造成水泥和拌和水用量加大，降低混凝土強度以及抗凍性和抗滲性。堿骨料反應混凝土中的堿與集料中的某些成份發生堿骨料反應，其生成物容易吸水膨脹，導致混凝土開裂。

1.1.3 拌和水及外加劑 拌和水或外加劑中氯化物含量較高時對鋼筋蝕有較大影響。采用海水或含堿泉水拌制混凝土，采用含堿的外加劑，可能對堿骨料反應有影響。

1.2 溫度引起的裂縫 當外部溫度或結構內部溫度發生變化，混凝土將發生形變，若變形受到約束，結構內將產生應力，當應力超過混凝土抗拉強度時將產生溫度裂縫。溫度裂縫多發生在大體積混凝土表面或溫差變化較大混凝土結構中。溫度裂縫產生的主要原因是混凝土澆筑硬化過程中，水泥水化產生大量的水化熱(當水泥用350kg/m3～550kg/ｍ3時，混凝土將釋放出17500KJ～27500KJ/ｍ3的熱量，從而使混凝土內部溫度升達70℃甚至更高)。由于混凝土的體積較大，大量的水化熱聚積在內部而不易散發，導致內部溫度急劇上升，而混凝土表面散熱較快，這樣就形成內外的較大溫差，較大的溫差造成內部與外冷縮的程度不同，使混凝土表面產生一定的拉應力，當拉應力超過混凝土的抗拉強度時，混凝土表面就會產生裂縫，這種裂縫多發生在混凝土硬化后期。同時，裂縫的出現會引起鋼筋的銹蝕，混凝土的碳化，降低混凝土抗凍融、抗疲勞及抗滲能力等。

1.3 干縮裂縫 干縮裂縫產生的主要原因是混凝土內外水分蒸發程度不同而導致變形不同的結果。混凝土受外部條件的影響，表面水分損失過快，變形較大，內部濕度變化較小變形較小，較大的表面干縮變形受到混凝土內部約束，產生較大拉應力而產生裂縫。相對濕度越低，水泥漿體干縮越大，干縮裂縫越容易產生，大體積混凝土中平面部位多見。干縮裂縫會影響混凝土的抗滲性，引起鋼筋的銹蝕影響混凝土的耐久性，在水壓力的作用下會產生水力劈裂影響混凝土的承載力等。混凝土干縮主要和混凝土的水灰比、水泥的成分、水泥的用量、集料的性質和用量、外加劑的用量等有關。

1.4 鋼筋銹蝕引起的裂縫 由于混凝土質量較差或保護層厚度不足，混凝土保護層受二氧化碳侵蝕碳化至鋼筋表面可引起鋼筋表面氧化膜破壞，鋼筋中鐵離子與混凝土中的氧氣和水份發生銹蝕反應，其銹蝕物氫氧化鐵體積比原來增長2～4倍，對混凝土產生膨脹應力，導致保護層開裂，沿鋼筋縱向產生裂縫，并有銹跡滲到混凝土表面。由于銹蝕，使得鋼筋有效斷面面積減小，鋼筋與混凝土握裹力削弱，結構承載力下降，并將誘發其它形式的裂縫，加劇鋼筋銹蝕，導致結構破壞，必須引起重視。

1.5 施工工藝引起的裂縫 因為混凝土的拌制、澆筑、振搗、養護不良或者是鋼筋保護層較薄，有害物質進入混凝土使鋼筋產生銹蝕而體積膨脹，導致混凝土脹裂，此種類型的裂縫多為縱向裂縫，沿鋼筋的方向出現。

2 混凝土裂縫控制

2.1 混凝土結構設計措施

2.1.1 嚴把原材料質量關 進場材料必須經嚴格檢驗達到技術標準后方能使用，對高標號混凝土使用高標號水泥，盡量減少水泥用量，水泥初凝時間必須大于45min。細集料使用級配良好的中砂，細度模數Ｍx大于2.6，含泥量小于2%。粗骨料使用質地堅硬、級配良好的碎石，含泥量小于1%，針片狀顆粒含量應小于5%。

2.1.2 精心合理地設計混凝土配合比 在保證混凝土具有良好工作性的情況下，嚴格控制混凝土的水灰比，減少水泥用量，確保水的用量控制在標準范圍之內，減少混凝土的坍落度，以便造成不必要的材料浪費，節約成本。在混凝土中合理摻加一定量的具有減水、增塑、緩凝等作用的外加劑，改善混凝土拌合物的流動性、保水性、降低水化熱，推遲熱峰的出現時間。

2.1.3 其它設計措施 優化鋼筋配置，根據“細而密”的原則，減小水平布筋間距，將混凝土中可能產生的收縮應力分散。由于挖孔、轉角和形狀突變處等部位應力集中容易產生裂縫，所以應采取有效的構造措施，例如在轉角、孔邊作構造筋加強;轉角處增配斜向鋼筋或網片;突變處做成漸變過渡等。

2.2 施工技術措施 在施工過程中細致分析混凝土集料的級配，控制混凝土的水灰比，減少水泥用量和混凝土的坍落度，嚴格按照設計配合比進行。混凝土拌合時間控制在2min，不能過短，也不能過長。攪拌時間短，混合料不均勻；時間過長，會破壞材料的結構。嚴格控制加水量，經常檢測混凝土的坍落度，以保證混凝土具有良好的和易性，在保證和易性和泵送的前提下降低砂率。混凝土澆筑應選擇一天中溫度較低的時候進行，要振搗密實，可采用兩次振搗技術，改善混凝土強度，提高抗裂性。高溫季節澆筑時可以采用搭設遮陽板等輔助措施控制混凝土的溫升，降低澆筑混凝土的溫度。要合理安排施工工序，分層、分塊澆筑，以利于散熱，減小約束而產生的拉應力。不論是收縮裂縫還是溫度裂縫，混凝土的養護最為關鍵，所以要加強混凝土的早期養護，如等到混凝土脫模后才開始灑水養護的方法是錯誤的。混凝土澆筑收漿完成后，應盡快用潮濕的草簾、麻片等覆蓋和灑水養護，使混凝土表面始終保持在濕潤狀態，不允許混凝土在高溫下裸露曝曬。同時，為了避免由于化學反應引起的裂縫可以在鋼筋表層涂刷防腐涂料。混凝土表面采用外覆有機涂層的方法能夠有效阻止或降低諸如水、二氧化碳以及氯化物等腐蝕性介質向混凝土內部的滲透，從而有效地延長了混凝土的使用壽命。目前，國內常用的防護體系是環氧封閉漆+環氧云鐵中間漆+丙烯酸聚氨酯面漆。經過近多年的實踐檢驗，該有機涂層能夠對混凝土進行腐蝕防護，且效果良好，但造價較高。

3 結語

混凝土裂縫的出現和發展不僅破壞混凝土的整體性，影響建筑物的外觀、使用功能和使用壽命，而且會引起鋼筋的銹蝕，混凝土的碳化，降低材料的耐久性，建筑物的承載能力及抗滲能力等。混凝土裂縫的控制從設計、施工、養護到運營等各方面是一個有機的整體，它們不僅相互聯系，而且相互制約。因此，在實際工程實踐中要對混凝土裂縫產生的各種原因，區別對待，根據實際情況具體分析研究， 全面剖析，重點施制，同時在施工中采取各種有效的預防措施來預防裂縫的出現和發展，并采取合理的方法進行處理，保證工程質量，保證建筑物和構件安全、穩定地工作。