混凝土裂縫成因分析及控制

張小亮

混凝土具有抗壓強度高、成型方便、耐久性好、易于取材的優良特點，高標號的混凝土抗壓強度可以和鋼材媲美，因此，被廣泛作為房屋、道路、橋梁、水利等各種工程建筑物的主要構筑材料。但是，混凝土本身具有抗拉強度低、材料脆性的弱點，就是這個弱點導致建筑物中會出現混凝土裂縫問題。混凝土裂縫的產生有不同方面的原因，一些裂縫具有潛在的危險性，一些裂縫不影響混凝土的性能，需要區別對待。

1 混凝土裂縫的產生機理

混凝土裂縫產生的主要原因是由于混凝土抗拉強度低以及材料的脆性造成的。混凝土的抗壓強度主要由粗骨料承擔，抗拉強度則依靠水泥的粘結力和粗骨料極小一部分咬合力，這部分力量十分弱小，導致混凝土抗拉強度遠低于抗壓強度，加上混凝土材料整體構成極不均勻，砂、石材料自身為脆性，使混凝土表現為脆性，延性極差，容易產生裂縫，這是本質原因。當混凝土受到的拉應變超過其自身極限拉應變后，混凝土就會開裂，裂縫就產生了。混凝土的極限拉應變數值很小，約為0.000 1～0.000 2[1]。影響混凝土極限拉應變的因素很多，其中主要因素有密實度、水灰比、早期養護等。齡期對混凝土極限拉應變也有很大影響，剛硬化的或齡期較短的混凝土極限拉應變很小，很容易引起開裂。

2 常見混凝土裂縫分類及成因

2.1 非荷載原因引起的裂縫

常見裂縫主要包括收縮裂縫、干濕裂縫和溫度裂縫。

收縮裂縫成因是濕混凝土在發生水泥的水化反應后，水化產物總體積比反應前的總體積小，使混凝土體積產生收縮，混凝土的收縮與硬化同時發生，混凝土硬化可持續約幾十年，收縮也將持續幾十年。但是，混凝土收縮的主要部分是在最早的1年～2年內完成。工程實踐中發現，由于近年來水泥活性和強度等級的增加，收縮量有所增大，并且拖延時間較長。影響收縮的因素很多，如水泥品種采用礦渣硅酸鹽水泥比普通硅酸鹽水泥水化熱低，但其收縮約增加25%，超厚的大底板基礎發生的收縮則非常緩慢且很小，這種收縮對混凝土結構物不產生破壞，工程中一般不需控制。

干濕變形裂縫:混凝土具有濕脹干縮的性質，脹縮的情況取決于周圍環境濕度的變化。當混凝土處于干燥環境中時，混凝土內部毛細管中游離水及凝膠體吸附水的蒸發，使得混凝土產生體積收縮。當混凝土在水中或潮濕環境中時，體積不變或產生微膨脹，其膨脹值遠小于收縮值，一般不產生破壞。

混凝土內部和外部溫差過大(溫差不應大于25℃)[1]就會使混凝土內部因溫度高產生膨脹，從而造成混凝土內部受壓外部受拉。混凝土在硬化初期只有很低的抗拉強度，當內外溫差所引起的拉應力超過混凝土抗拉強度，混凝土就會產生裂縫。一般民用建筑混凝土體積不是特別大，這類裂縫基本不危及建筑物安全。

沉降裂縫是由于基礎不均勻沉降使結構受迫變形引起的裂縫，這類裂縫主要發生在地質條件不均勻的地基和強夯地基上，當地基發生不均勻沉降后，沉降大的結構與沉降小的結構會產生相對位移，從而使結構構件產生附加的拉力或剪力，當這種附加內力超過材料的強度時，便產生相對裂縫。這類裂縫的處理主要是設計時采用合理的基礎形式。

2.2 荷載原因引起的裂縫

荷載裂縫是指因動、靜荷載的直接作用引起的裂縫，也稱為結構性裂縫。作用在截面上的正常荷載作用效應包括彎矩、剪力、扭矩、軸向拉力都可能引起鋼筋混凝土構件開裂，荷載類型不同，裂縫的形態也不相同。在規范允許范圍內的結構性裂縫不影響建筑物的安全。但荷載裂縫向壞的方向發展時往往發展成有害裂縫，當這種裂縫產生時，影響到或可能發展到影響結構性能、使用功能或耐久性，甚至引起建筑物的破壞。在工程中，荷載引起的有害裂縫主要表現為貫穿性裂縫。不是所有的荷載裂縫都有害，但是當荷載裂縫進一步發展時必須引起高度警惕。

有害荷載裂縫產生的原因主要有以下幾方面:1)設計因素，由于設計人員考慮不足，造成結構承載力不足，鋼筋應力過大，從而使混凝土產生較大裂縫。比如鋼筋混凝土，由于鋼筋承載力不足，變形過大，造成混凝土承受過大拉應力，從而產生貫穿性裂縫;2)由于結構受到的不可抗力作用大于其極限承載能力，從而使結構產生裂縫，比如建筑物受到地震作用后出現的結構性裂縫;3)施工方面的原因，施工質量控制不好和不合適的施工進度也會引起結構性裂縫的產生，比如，樓層過快的施工進度可能導致在混凝土強度還沒有達到可以承受的荷載之前，由于超負荷而出現裂縫。

3 混凝土裂縫的危害

一般民用建筑物無害裂縫主要是引起人們心理的不安全感，影響建筑物的美觀。其實對于鋼筋混凝土來講，工作時要發揮鋼筋的受拉作用，就要產生一定的變形，混凝土受拉變形能力遠遠小于鋼筋，混凝土受拉變形超過其極限變形能力后，將產生微裂縫，拉應力轉移給鋼筋承擔，結構此時發揮出整體效能。鋼筋混凝土是允許帶縫工作的，只是裂縫要控制在國家標準容許的范圍之內，這時的裂縫是不會影響建筑物安全和耐久性的。

裂縫對鋼筋混凝土耐久性的危害影響，在受力狀態合理的情況下，實質上理解為由于鋼筋銹蝕對耐久性產生的影響，鋼筋的銹蝕速度與裂縫寬度、所處的環境及混凝土的碳化深度有關，實驗研究表明，鋼筋的銹蝕程度隨裂縫的寬度增加有增大的趨勢，但環境因素對鋼筋銹蝕程度的影響更大。

4 裂縫的控制

在設計過程中，要充分考慮結構、構件的受力狀態、工作環境以及混凝土的力學性能，進行混凝土耐久性設計，保證混凝土在預期使用壽命內能夠完成預定功能，后期不必花費高額的維修費用。合理的配筋對鋼筋混凝土十分重要，對于由荷載引起的裂縫，可以選用與混凝土粘結較好的變形鋼筋，控制鋼筋的應力不要過高，鋼筋直徑不宜過粗，這樣就能充分發揮鋼筋和混凝土協調變形，可以控制正常使用條件下的裂縫。

在混凝土材料的選用過程中要十分注意堿骨料反應，堿骨料反應是指混凝土空隙中的堿性溶液與活性骨料發生反應生成堿—硅酸凝膠，堿—硅酸凝膠遇水后產生膨脹，從而引起混凝土裂縫。堿骨料反應在工程界被稱為混凝土的“癌癥”，因此要十分重視。對于大體積混凝土，施工時盡量選用低水化熱水泥，如礦渣硅酸鹽水泥、火山灰水泥等，從而避免溫度裂縫。

混凝土施工中要控制運輸、澆筑和養護三方面。混凝土攪拌和運輸時間應合理控制，避免因時間過長水分過多蒸發，混凝土坍落度降低，使得混凝土出現不規則的收縮裂縫。混凝土澆筑時不能漏振也要避免過度振搗，避免混凝土泌水現象發生。后期養護時要避免混凝土裸露在陽光直射和大風環境中，以免出現干縮裂縫。混凝土澆筑完畢后可進行二次抹壓，必要時利用吸水泵排出表面泌水，但表面刮抹應限制到最小程度，避免在其表面撒水泥干粉刮抹，加強混凝土早期養護[2]。

總之，混凝土裂縫產生有其具體的原因，只要采取多方面的措施，裂縫問題就能得到很好的控制。

[1] 趙國藩.高等鋼筋混凝土結構學[M].北京:機械工業出版社，2008.

[2] 武曉麗.混凝土裂縫成因及控制[J].港工技術，2006(5):35-37.

[3] 葛吉虹.現澆鋼筋混凝土樓板裂縫的成因分析及處理[J].山西建筑，2007，33(14):119-120.