砼構件裂縫成因探討

文/鄭寧(北京誠盟公路工程監理有限公司)

通過對砼構件裂縫觀察，對其產生原因進行分析，并提出控制及預防措施。

砼制品在現在工程建設中占有重要地位，同時，砼制品的裂縫也較為普通，在建設工程中裂縫幾乎無所不在，盡管我們在施工中采取各種措施，小心謹慎，但裂縫仍然時有出現。

在大體積混凝土施工中，混凝土常常出現溫度裂縫影響結構的整體性和耐久性。在運輸過程中，溫度變化對結構的應力狀態具有顯著的影響，我們遇到的主要是施工中溫度裂縫，因此本文僅對施工中裂縫的成因和處理措施做探討。

混凝土中產生裂縫有有多種原因，主要有溫度裂縫，混凝土干縮裂縫，模板變形、基礎不均勻沉降等。

溫度應力裂縫

混凝土礫化期間水泥放出大量水化熱，使內部溫度不斷上升，在表面引起拉應力。后期在溫度降溫過程中，由于受到自身強度的約束，又全在混凝土內部出現拉應力。氣溫的降低也含在砼表面引起很大的拉應力。當這些拉應力超出砼的抗裂能力時，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。促表面濕度可能變化較大或發生劇烈變化，使表面干縮形變受到內部砼的約束，也往往導致裂縫。

（一）溫度應力分析

根據溫度應力的形成過程可分為以下三個階段

早期：自從澆筑砼開始至水泥放熱基本結束，一般約30天。該階段水泥放出大量的水化熱砼彈性模量的急劇變化。由于彈性模量變化，這一時期在混凝土內形成線條應力。

中期：水泥水化熱基本結束時起至砼冷卻到穩定溫度時止，這個時期中，溫度應力主要是由于砼的冷卻及外界氣溫變化所引起的，這些應力與早期形成的線條應力相疊加，在此期間混凝土的彈性模量變化不大。

晚期：混凝土完全冷卻以后的運輸時期。溫度應力主要是外界氣溫變化所引起的，這些應力與前兩種的線條應力相迭加。

根據溫度應力引起的原因為兩類：

自生應力：邊界上沒有任何約束或完全靜止的結構，如果內部溫度是非線性分部的，由于結構自身互相結束而出現溫度應力。例如:橋梁墩身結構尺寸相對較大，砼冷卻表面溫度低，內部溫度高，在表面出現拉應力，在中間出現壓應力。

約束應力：結構分全部或部分，邊界受到外界約束，不能自由變形而引起的應力。如：筑梁頂板混凝土和護欄砼。

這兩種溫度應力往往和砼的干縮所引起的應力共同作用，要想根據已知溫度準確分析出溫度應力，不論大小是一項比較復雜的工作在大多數情況下，需要依靠模型或數值計算。砼的徐變使溫度應力有相當大的松弛，計算溫度應力時必須考慮徐變的影響。

（二）溫度應力裂縫的防治措施

為了防止裂縫減少溫度應力可以控制溫度和改善制約條件兩個方面考慮。

控制溫度措施如下：

（1）采用改善骨料級配間干硬性砼摻混合料加引氣劑或塑化劑等措施，以減少混凝土中水泥用量。

（2）拌和砼加水或用水將碎石冷卻以降低砼的澆筑溫度。

（3）熱天澆筑砼時，減少澆筑厚度利用澆筑層面散熱。

（4）在砼中埋設水管通入冷水降溫。

（5）規定合理的拆模時間氣溫驟降時進行表面保溫，以免砼表面發生急劇溫度梯變。

（6）施工中長期暴露的砼澆筑塊表面或薄壁結構在寒冷季節采取保溫措施。

改善約束條件的措施是：

（1）合理的分縫分塊

（2）避免基礎過大起伏

（3）合理安排施工工序，避免過大高差和側面長期暴露。

此外改善砼的性能提高抗裂能力加強養護防止表面干縮，特別是保證同質量對防止裂縫十分重要。特別應注意貫穿裂縫出現后要恢復砼的整體性是十分困難的，所以施工中以防止貫穿裂縫為主。

在砼施工中為了提高模板的利用率，往往要求新澆砼盡早拆模，當砼溫度高于氣溫時因考慮拆模時間，以免引起砼表面早期裂縫。砼早期拆模在砼表面引起很大的拉應力。出現“溫度沖擊”現象，在砼澆筑初期，由于水化熱的散發表面引起相當大的拉應力，此表面溫也 氣溫 此時拆模表面溫度驟降引起溫度梯變，從而在表面附著一拉應力，與水化應力選加再加上砼的干縮，表面的拉應力達到很大的數值，就導致裂縫的危險，如果拆模后在表面覆蓋一輕型保溫材料，如泡沫海綿對防止混凝土表面產生過大的拉應力具有顯著的效果。

加筋對大體積砼的溫度應力影響很小，因為大體積砼的含筋率很低，只是對一般鋼筋砼有影響，在溫度不太高及應力極低于屈服極限條件下，鋼的各種性能是穩定的，而與應力狀態時間及溫度無關。鋼的線.系數與混凝土.系數相差很小，在溫度變化時兩者之間只發生很小的內應力，由于鋼的彈性模量為混凝土彈性模量的7—15倍，當內砼應力達到抗拉驟變而開裂時，鋼筋應力不超過100—200kg/cm，因此，在砼中想要利用鋼筋來防止細小裂縫的出現很困難。但加筋后結構內的裂縫一般就變得數目多間距小，寬度與深度較小了，而且如果鋼筋的直徑細而間距密時，對提高砼抗裂性的效果較好，砼和鋼筋砼結構表面常常會發生細而淺的裂縫，其中大多數屬于干縮裂縫，雖然這種裂縫一般都較淺，但它對結構強度而耐久性仍有一定的影響。

為了保證砼工程質量，防止開裂，提高混凝土的耐久性，正確使用外加劑也是減少開裂的措施之一。例如使用減水防裂劑，筆者在實踐中總結出其主要作用為：

（1）管張力使干縮變形，增大之細孔。可降低毛細管表面張力，但會使混凝土干縮變形，增大之細孔。可降低毛細管表面張力，但會使砼強度降低，這個表面張力現論早在六十年代就已被國際上所確認。

（2）水灰比是影響砼收縮的重要因素，使用減水防裂劑可使砼用水量減少25%。

（3）水泥用量也可使砼收縮率的主要因素，摻加減水防裂劑的砼在保持砼強度條件下，可減少15%的水泥用量，其體積用增加骨料來補充。

（4）減水劑防裂可以改善水泥漿的稠度，減少砼泌水，減少沉縮變形。

（5）提高水泥漿與骨料的粘結力，提高砼抗裂性。

（6）砼在收縮時，受約束產生應力，當應力大于砼抗拉強度時裂縫就會產生，減水防裂劑可有效的提高混凝土抗拉強度，大幅度提高砼的抗裂性能。

（7）摻外加劑可值砼密實性好，可有效提高的抗碳化化性減少碳化收縮。

（8）摻減水防裂劑后砼緩凝時間適當，在有效防止水泥迅速水化熱基礎上，避免因水泥長期不凝而帶來的塑性收縮增加。

（9）摻外加劑砼和易性好，表面易抹平形成微膜，減少水分蒸發減少干燥收縮。

二、干縮裂縫

實踐證明砼常見裂縫，大多數是不同深度的表面裂縫，其主要原因是溫度梯度造成寒冷地區的溫度驟降也管易形成裂縫。因此混凝土的保濕防止表面早期裂縫尤為重要。

（一）干縮裂縫原因分析

從理論上分析，新澆筑中所含水分完全可以滿足水泥水化的要求而有余，但由于蒸發等原因常引起水分損失，從而推遲或妨礙水泥的水化，表面砼最容易而是直接受到這種影響，因此砼澆筑后的最初幾天是養護的關鍵時期，在施工中應切實重視起來。

（二）干縮裂縫防治措施

從溫度應力觀點出發，保濕應達到要求

1、防止砼內外溫度差及砼表面梯度防止表面裂縫。

2、防止砼超冷應盡量設法使砼的施工期間溫度不低于砼使用期溫度溫度。

3、防止老砼過冷的減少新老砼間的約束

砼早期養護主要目的在于保持適宜的溫濕條件的達到兩個方面效果方面使砼會受不和溫濕變形的侵襲，防止有害的砼縮和干縮。一方面使水泥水化作用順利進行，以期達到設計強度和抗裂能力。

適宜的溫濕變條件是相互關聯的砼的保濕措施常常也有保濕的效果。

結束語：

以上對砼的施工溫度與裂縫之間的關系進行了理論和時間上的初步探討學術界對砼裂縫的成因和計算方法，有不同的理論，但對具體的預防和改善措施是不是比較統一的，同時在實踐中的應用效果也是比較好的。具體施工中要靠我們多觀察多比較，出現問題后多分析多總結，結合多種預防處理措施砼的裂縫是完全可以避免的。