水泥混凝土裂縫的原因及預防措施

趙晉玉

（山西平陽重工機械有限責任公司，山西 侯馬 043002）

1 前言

水泥混凝土由于水泥本身的性質和混凝土在硬化過程中或硬化后在其他外界不利因素的影響下，極易產生裂縫。從裂縫的大小上來分，可分為允許的裂縫（稱為微裂）和不允許的裂縫（稱為宏觀裂縫）。微裂一般裂縫寬度在0.03 mm以內，用肉眼是看不見的，這種細小裂縫的分布是不規則、不連貫的，是由于水泥砼本身的收縮引起的。凡用水泥做黏結料所形成的砼，這種收縮都是不可避免的，由于裂縫寬度較小，對砼結構無多大影響，大量實踐已證明了這一點。宏觀裂縫一般裂縫寬度大于0.03 mm，用肉眼可以看到，這種裂縫一般是在微裂的基礎上，由于受到外荷載作用，較大的溫差變化，受施工管理和施工方法不當等因素的影響，使裂縫逐漸增大，把不連貫的裂縫互相連在一起，形成寬長的裂縫，此種裂縫對結構影響很大，應盡量避免出現。為控制砼產生裂縫，尤其是宏觀裂縫，有必要找出裂縫的原因，采取有效的措施，避免裂縫的發生。筆者對此問題做如下闡述，僅供參考。

2 混凝土裂縫的原因

砼裂縫可歸納為3類：第一類是外力（包括突發性的外力和結構靜、動載）引起的裂縫；第二類是砼本身存在不均勻收縮變形加上約束作用引起的裂縫，簡稱收縮裂縫；第三類是由于施工管理、施工方法不當等人為因素引起的裂縫。

2.1 外力引起的裂縫

外力引起的裂縫其危害最大，直接決定著結構的承載能力。如某地下工程穿越一段 20 m長的塌方段，設計時采用離壁襯砌。砼襯砌厚度沒考慮塌方的影響，結果由于此段石質松散，在地下水作用下造成了塌方，大塊巖石砸壓在拱頂上，拱頂和側墻多處裂縫，嚴重影響了結構的承載能力，不得不進行二次襯砌加固。目前，高速公路上超載運營較普遍，對橋梁影響很大。由于超載的原因，橋梁結構某些薄弱部位有可能出現裂縫，這種裂縫會隨時間而逐漸擴大，最后使砼結構造成破壞，應引起足夠的重視。

2.2 收縮裂縫

由于水泥本身性質所決定的水泥砼產生收縮裂縫是不可避免的，對于這種裂縫，目前尚無一個精確的計算方法。設計時只能根據規范和經驗采取相應的措施，嚴格控制施工質量，把裂縫控制在允許的范圍之內，砼收縮裂縫有以下幾種：

2.2.1 干燥收縮裂縫

由于砼內的水分蒸發，表面水分蒸發快，收縮也大，內部水分蒸發慢，收縮也小，形成內外收縮差，當其差值較大，加上表面收縮變形受到內部砼的約束作用而出現拉應力，當拉應力達到一定值時，引起砼表面開裂。

2.2.2 自生收縮裂縫

水泥水化體積變小，引起自生收縮。由于收縮是不均勻的，收縮大的部位受到收縮小的部位砼的約束作用而產生裂縫。

2.2.3 碳化收縮裂縫

空氣中的二氧化碳與水泥水化生成物如氫氧化鈣等作用生成碳酸鈣、鋁膠、硅膠和游離水，引起表面體積收縮。表面收縮受到結構內部未碳化砼的約束而產生表面龜裂。在干燥環境、振搗過度表面形成砂漿層的情況下更為嚴重。

2.2.4 降溫收縮裂縫

水泥水化放出熱量，砼溫度升高，水化反應完成，放熱也終止。放熱過程表面降溫快，產生較大的降溫收縮，內部降溫慢，收縮小。由于砼內、外部產生溫差，表面收縮又受到內部砼的約束產生拉應力，當拉應力達到一定值時，砼就會出現裂縫。

以上幾種因砼收縮引起的裂縫，在沒有其他不利因素的影響下，僅發生微裂，對結構沒有什么大的影響，是允許的。但在其他各種不利因素的影響下，微裂可轉化為不允許出現的宏觀裂縫。如何使裂縫控制在用肉眼看不見的允許范圍之內，是我們重點要解決的課題。

2.3 人為因素引起的裂縫

（1）由于水灰比、砂率過大、石子級配不好、振搗過度、養生不到位等原因引起粗骨料過度沉落，形成豎向體積縮小，沉落過程中受到鋼筋、模板等約束而產生沉降收縮裂縫。

（2）由于地基不均勻下沉、模板變形或過早拆除模板等因素，引起不均勻沉陷裂縫。

（3）砼沒達到規定強度放張（先張法）或張拉（后張法），引起反拱值偏大或放張方法不當，都會引起張拉、放張裂縫。對先張法砼空心板、梁、芯模上浮，后張法箱梁模板移位、內模上浮，使頂板砼產生裂縫。

（4）砼內摻有氯化物外加劑或以海砂作骨料、海水拌制砼，使鋼筋生銹，鐵銹膨脹把砼漲裂；砼保護層過薄，碳化深度超過保護層，在水的作用下，使鋼筋生銹膨脹導致裂縫；水泥中含鋁酸三鈣過多，和含有硫酸鹽或鎂鹽的水反應生成難溶的體積增大的反應物，使砼體積膨脹而裂縫；砼骨料中含活性氧化硅與高堿水泥中堿反應生成堿硅酸凝膠，吸水后體積膨脹使砼崩裂（稱堿骨料反應）；水泥中含游離氧化鈣過多，在砼硬化后繼續水化，體積膨脹使砼崩裂。以上這些裂縫統稱為化學反應裂縫，只有加強試驗室檢測工作，才能避免產生這些裂縫。

（5）冬季施工沒采取防凍措施，使砼受凍而產生裂縫，可稱為凍脹裂縫。

（6）由于施工安排不當，砼墻身和基礎施工間隙時間過長，先澆筑的砼基礎收縮已基本完成，而后澆筑的砼收縮剛開始，墻身收縮受到基礎的約束，再加上伸縮縫間距偏大，墻身配筋偏少等原因，導致墻身產生裂縫，如薄壁橋臺常出現此種裂縫；對大體積砼澆筑在巖石地基或厚大老砼墊層上時，沒采取隔離層措施，由于約束作用產生裂縫，此類裂縫可稱為人為因素的約束裂縫。

（7）其他因素引起的裂縫。木模沒澆水濕透、拆模方法不當或受到劇烈振動；構件運輸、堆放時支撐墊木位置不當或運輸過程中受到較大的振動；吊點位置不當、安裝時下放速度過快，產生撞擊；安裝錯誤使構件放反等都會產生裂縫。

3 預防措施

3.1 材料選擇

（1）應選擇干縮率較小的水泥。常用水泥中礦渣水泥干縮率較大，普通水泥次之，粉煤灰水泥干縮率較小。一般來說，建筑工程和橋梁工程采用普通水泥即可。干縮率小其抗裂性不一定好，這里要考慮水泥的徐變。如普通水泥雖然干縮率較大，但徐變更大，致使干縮應力大為減少。粉煤灰水泥有利于砼的抗裂性，但粉煤灰必須經過磨細，摻入水泥中才能降低水泥的干縮率。由于大多數水泥水化引起的砼自生體積變形，表現為收縮，因此，可用低熱膨脹水泥拌制砼，使其在硬化過程中產生微膨脹，在約束條件下產生壓應力，可以抵消由于收縮產生的拉應力，達到防止開裂的目的。

采用含鋁酸三鈣少的水泥，以減輕水中硫酸鹽或鎂鹽對水泥的作用；采用低堿水泥，降低堿骨料反應；采用正規廠家生產的含游離氧化鈣少的水泥以防止砼出現崩裂。

（2）選擇骨料時，應選用碎石、粗砂，盡量不用礫石、細砂，因前者比后者干縮率小。也不能用海砂，避免鋼筋銹蝕膨脹裂縫的發生。

（3）嚴禁采用含硫酸鹽或鎂鹽的水或海水攪拌砼，以避免與水泥中的鋁酸三鈣反應，造成體積膨脹裂縫或鋼筋銹蝕膨脹裂縫。

（4）盡量不采用含有氯化物的外加劑，防止鋼筋銹蝕，產生膨脹裂縫。

3.2 合理確定砼配合比

砼配合比對干縮率影響很大，單位用水量、水泥用量和含砂率越大，砼干縮率也越大，其中單位用水量影響最大。據有關資料介紹，水灰比由0.4增加到0.7時，砼干縮率增加50%。

3.3 級配方案

選定骨料最佳級配方案，減少空隙率，使砼獲得最密實的體積。依靠砼本身的密實性達到提高砼的抗拉強度、減小收縮裂縫的目的。

3.4 原材料管理

加強原材料管理，嚴格控制砂、石含泥量。試驗證明，當含泥量為7%時，其抗拉強度與不含泥相比，降低30%左右。應嚴格按規范規定的砂含泥量應小于3%、石含泥量應小于1%的要求管理。

3.5 養生

養生不好不僅對砼強度影響很大，還極易產生裂縫。養生的方法很多，不管采用哪種方法，能使砼保持濕養，散發水分越慢越好。筆者認為，采用塑料薄膜進行封閉式的養生方法較為理想，既簡單、養生效果好，又便宜，并能充分利用施工余水進行養生。凡是砼工程都存在施工余水散發的問題。因為在配制砼時，為了使砼有好的和易性及保證水泥能充分水化，砼拌和水量遠遠超過水泥完成水化反應所需的水量。多余的水分在砼硬化過程中繼續向外散發，這部分水稱施工余水。據測定，僅 20%左右的水成為化合水，80%呈游離水散發出來。采用塑料薄膜進行封閉式養生法，由于塑料透水率很低，又能保溫，不僅充分利用了施工余水進行養生，而且對減少收縮裂縫起著重要作用，應盡量采用這種養生方法。

蒸汽養護結構構件時，升溫速度不大于15 ℃/h，降溫速度不大于10 ℃/h，并緩慢揭開養護棚布。

3.6 施工方法

（1）對于截面尺寸相差較大的砼構筑物，可先澆筑較深部位的砼，靜停一段時間（不能超過初凝期），待沉降穩定后再與上部薄截面砼同時澆筑，以避免沉降過大導致裂縫。

（2）對小型砼預制件可在砼初凝后、終凝前進行二次抹壓，以提高抗拉強度，減少收縮量。

3.7 試驗室檢測

加強試驗室檢測工作，把好原材料質量關，這點非常重要，應引起足夠重視。

3.8 其他方面

（1）對軟硬地基，設計時應采取必要的防沉降措施，以避免出現沉降裂縫。

（2）預應力放張（先張法）或張拉（后張法）時，砼必須達到規定的強度，控制應力應準確，要緩慢放張預應力筋。建議采用有效的、經濟的、安全的千斤頂放張方法。

（3）冬季施工注意防凍，基礎部分要及時回填、保溫，防止凍脹裂縫。

（4）拆模時防止受到劇烈沖擊、振動，鋼模采用有效的隔離劑。

（5）平緩起吊，防止構件受力不均或受扭。

（6）預制構件堆放場地應平整，墊塊設置要合理，避免預制構件放反。

（7）運輸時防止構件晃動、碰撞。

4 結束語

裂縫是混凝土結構中普遍存在的一種現象，由于它的出現會降低建筑物的抗滲能力和承載能力，因此對混凝土的各類裂縫要區別對待、認真研究，并在施工中采取各種有效的措施來預防裂縫的出現和擴大，保證建筑物和構件安全、穩定地使用。

1 王鐵夢.工程結構裂縫控制［M］.北京：中國建筑工業出版社，1998

2 卓尚木等.鋼筋混凝土結構事故分析與加固［M］.北京：中國建筑工業出版社，1997