水泥混凝土結構裂縫形成的原因與控制

王　鑫　王　昭

摘要：本文介紹了水泥混凝土結構施工過程中裂縫形成的原因，并提出了混凝土結構裂縫控制的措施，包括提高混凝土抗裂性能和控制溫度應力。

關鍵詞：水泥混凝土；裂縫控制；溫度應力

1 前言

水泥混凝土路面的裂縫是一個帶普遍性的技術問題。混凝土是多種材料組合的人造石材，根據唯象理論，混凝土可看作是均勻連續的各向同性的均質彈性體。混凝土雖然具有抗壓強度高與耐久性良好等特性，但也存在著抗拉強度低，受拉時變形能力小，容易開裂等缺點。在水泥混凝土路面施工中，最常見的質量問題就是混凝土出現裂縫。

裂縫是固體材料中的某種不連續現象，在學術屬于結構材料強度理論范疇。科學研究的不斷深入，近代混凝土的研究從宏觀逐漸向亞微觀和微觀過渡，對混凝土內部結構進行探索，考慮了混凝土是一種由不同材料組成的非均質體，內部存在著固、液、氣體。當溫度和濕度變化，而且在外荷載作用下，混凝土內部產生了復雜的物理現象，引起內部產生初始應力、初始微裂、內部擴散、及質量轉移等隨時間變化的現象，從而具體補充了唯象理論所不能解釋的現象。如相同材料組分在不同施工條件及養護工藝條件下抗裂程度可差數倍之多，以及為何內部微裂會顯著影響混凝土宏觀強度。因此而提出了混凝土微觀裂縫與宏觀裂縫的理論。

2 水泥混凝土結構裂縫形成的原因分析

實際上，鋼筋混凝土結構裂縫的成因復雜而繁多，甚至多種因素互相影響，但每一條裂縫均有其產生的一種或幾種原因，其中最常見的是混凝土早期裂縫，混凝土早期裂縫有以下幾種：

2.1 塑性沉降裂縫此類裂縫產生的主要原因是由于混凝土骨料沉降時受到阻礙（如鋼筋、模板）而產生的。這種裂縫大多出現在混凝土澆注后0.5小時至3小時之間，混凝土尚處在塑性狀態，混凝土表面消失水光時立即產生，沿著梁及板上面鋼筋的走向出現，主要是混凝土塌落度大、沉陷過高所致。另外在施工過程中如果模板綁扎的不好、模板沉陷、移動時也會出現此類裂縫。

2.2 塑性收縮裂縫

此類裂縫產生的主要原因是混凝土澆筑后，在塑性狀態時表面水分蒸發過快造成的。這類裂縫形狀不規則、長短寬窄不一、呈龜裂狀，深度一般不超過50mm.多在表面出現，產生的原因主要是混凝土澆注后3-4小時左右表面沒有被覆蓋，特別是平板結構在炎熱或大風天氣混凝土表面水分蒸發過快，或者是基礎、模板吸水過快，以及混凝土本身的水化熱高等原因造成混凝土產生急劇收縮，此時混凝土強度趨近于零，不能抵抗這種變形應力而導致開裂。

2.3 溫度的變化與濕度的變化

裂縫： 混凝土硬化期間水泥放出大量水化熱，內部溫度不斷上升，在表面引起拉應力。后期在降溫過程中，由于受到基礎或老混凝上的約束，又會在混凝土內部出現拉應力。氣溫的降低也會在混凝土表面引起很大的拉應力。當這些拉應力超出混凝土的抗裂能力時，即會出現裂縫。許多混凝土的內部濕度變化很小或變化較慢，但表面濕度可能變化較大或發生劇烈變化。如養護不周、時干時濕，表面干縮形變受到內部混凝土的約束，也往往導致裂縫。

2.4 原材料質量引起的裂縫

混凝土主要由水泥、砂、骨料、拌和水及外加劑組成。混凝土所采用材料的質量不合格，可能導致結構出現裂縫。

①砂石含泥量超過規定，不僅降低混凝土的強度和抗滲性，還會使混凝土干燥時產生不規則的網狀裂縫。砂石的級配差，或砂顆粒過細，用這種材料拌制的混凝土常造成側面裂縫。堿骨料反應。骨料中含有泥性硅化物質與堿性物質相遇，水、硅反應會生成膨脹的膠質，吸水后造成局部膨脹和拉應力，則構件產生爆裂狀裂縫，在潮濕的地方較為多見。

②拌和用水及外加劑拌和用水或外加劑中氯化物等雜質含量較高時對鋼筋銹蝕有較大影響。采用海水或含堿泉水拌制混凝土，或采用含堿的外加劑，可能對堿骨料反應有影響。

3 控制水泥混凝土路面裂縫的方法分析

3.1 提高混凝土抗裂性能

3.1.1 摻膨脹劑

在混凝土中摻入膨脹劑，水泥混凝土路面在硬化過程中產生體積膨脹，這部分膨脹可以部分或全部補償硬化過程中冷縮和干縮，減少或避免混凝土的開裂。現在膨脹劑有UEA膨脹劑，FH復合膨脹劑，FN-M明礬石膨脹劑；PG硫鋁酸鹽型膨脹劑等等。其中UEA膨脹劑應用較多，在混凝上中摻入10%一12%，其限制膨脹率0.02%-0.04%,可在鋼筋中建立0.2-0.7MPa預壓力，從而抵消混凝土在硬化過程中產生的全部或大部分拉應力。

3.1.2 摻增強材料

在混凝土中摻入增強材料，可以提高混凝土的抗拉強度，如在混凝土中摻入有機纖維（天然有機纖維、有機合成纖維)、無機纖維(石棉纖維、玻璃纖維、碳纖維)、金屬纖維(鋼纖維、不銹鋼纖維、非晶態金屬纖維)，可明顯提高水泥混凝土路面的抗拉強度。

3.1.3 配溫度筋

研究人員認為，合理配筋可以提高混凝土的抗拉強度，而且當鋼筋的直徑較細，間距較密時，對提高混凝土的抗裂效果較好。如分布鋼筋的間距在1OOmm以下時，混凝土的裂縫寬度可限制在0.05mm以下。對大體積的基礎工程，中間配筋少，增加一些溫度筋，可提高抗裂性。

3.1.4 提高混凝土的強度

混凝土的強度等級提高，其抗拉強度也相應提高，增強了抗裂度，可以通過優選水泥及配合比，減小水灰比，采用合理的施工工藝，提高混凝土的強度。

3.2 控制溫度應力

3.2.1 降低混凝土的絕熱溫度

3.2.1.1 減少水泥用量

水泥水化放熱是混凝土升溫的內熱源，降低水泥用量，就減少了水化熱。一般方法有:減小坍落度，摻大塊石，減小砂率，使用減水劑，緩凝劑，摻混合材(如粉煤灰)，采用先進的攪拌工藝。

3.2.1.2 使用低熱水泥

選用水化熱低的水泥，優先選用大壩水泥、礦渣硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥、火山灰質硅酸鹽水泥，減少水化熱引起的絕熱溫升。

3.2.1.3 降低澆注溫度

澆筑溫度低可以降低最高溫升。盡量避免炎熱的夏季施工，不宜中午澆筑，對原材料一實行預冷卻等，盡可能降低澆筑溫度。

3.2.1.4 降低當量溫差

當量溫差是由于干縮引起的，應減小干縮率。影響干縮率的主要因素有骨料、養護條件、水灰比、摻合料等。

3.2.1.5 強制降溫

在混凝土內部預埋水管，通入冷卻水，降低混凝土內部的最高溫度。

3.2.2 減少約束

3.2.2.1 減少外部約束

水泥混凝土結構一般是厚實體重的整澆結構物，地基對其約束十分明顯，這是引起約束收縮，產生裂縫的一個主要因素。減小地基約束的方法是設置滑動層，即在塊體與地基之間設置砂墊層或瀝青油氈層，允許塊體自由變形，避免開裂，合理分塊，縮小約束范圍，減輕約束作用，使收縮自由。分塊的方法有設伸縮縫，施工縫，后澆帶。

3.2.2.2 減少內部約束

內部約束主要是內外溫差過大造成的，解決的方法是加強保溫養護，控制內外溫差、降溫速率，保證濕度。保溫法有覆蓋法，暖棚法，蓄水法。覆蓋法就是在混凝土澆筑完畢，用保溫材料(如油布，鋸末，草袋，塑料布等)覆蓋在混凝土路面上面；暖棚法是在塊體上面搭設大棚，通過人工加熱使棚內空氣滿足溫控條件。蓄水法是在混凝土終凝后，在塊體表面蓄一定高度的水，利用水的導熱系數低，達到隔熱保溫效果。

綜上所述，控制水泥混凝土路面裂縫的方法很多，而且各種方法之間是相互關聯，相互制約的。

4 結束語

混凝土裂縫問題一直嚴重困擾著混凝土的施工質量，在混凝土生產以及施工過程中有針對性地采取預防措施，盡可能采取有效的技術措施控制裂縫，使結構盡量不出現裂縫，或盡量減少裂縫的數量和寬度，特別是避免有害裂縫的出現，以確保工程質量，使建筑物具備良好的耐久性和結構穩定性。

參考文獻

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[2]劉長河等，大體積混凝土施工溫度場及溫度應力研究，低溫建筑技術，2005年，第1期.