混凝土裂縫的產生與預防

摘要：本文主要分析了混凝土裂縫產生的原因及溫度應力的形成過程，闡述了預防裂縫產生的措施，為混凝土裂縫的防治工作提供參考。

關鍵詞：混凝土 裂縫 成因 溫度應力 預防措施

1 混凝土產生裂縫的原因

很多因素都會引起混凝土裂縫的產生，其中，濕度、溫度的變化是主要因素。混凝土硬化時，水泥會釋放很多水化熱，使內部溫度不斷升高，使混凝土表面產生拉應力。后期在降溫時，因為基礎和舊混凝土對混凝土造成的約束作用，其內部產生了拉應力。混凝土表面會因為溫度的下降而產生較大的拉應力。如果混凝土的抗裂能力達不到拉應力的要求，就會產生裂縫；大部分混凝土的內部濕度變化不大，但表面的濕度可能會產生很大的變化。混凝土屬于脆性材料，抗拉強度約為抗壓強度的1/10，因為原材料的均勻度不夠，水灰比無法滿足要求，運輸及澆筑時產生離析，同一塊混凝土中也有多處薄弱部位，這些部位的抗拉能力不夠，容易產生裂縫。對于鋼筋混凝土來講，壓應力由混凝土承擔，而大部分拉應力都由鋼筋承擔；在鋼筋混凝土的邊緣和混凝土內部，混凝土自身來承擔結構內部產生的拉應力[1-2]。設計時，往往要求不產生拉應力或產生很小的拉應力。而在施工時，混凝土由最高溫度被冷卻至運轉過程中的穩定溫度，因此混凝土內部往往會有很大的拉應力出現。甚至有時溫度應力比其他外荷載引起的應力要大。所以，熟悉并掌握溫度應力變化規律對于結構設計的合理性以及混凝土施工十分重要。

2 混凝土溫度應力分析

溫度應力的形成過程包括三個階段：早期、中期和晚期。

2.1 早期：開始澆筑混凝土時，基本上水泥就結束了放熱，往往是30d。在該環節水泥會釋放很多水化熱，混凝圖彈性模量的變動也很快。因為彈性模量發生了變動，混凝土內部在該階段就產生了殘余應力。

2.2 中期：從水泥不再釋放水化熱到混凝土冷卻至穩定的溫度，在本環節，由于混凝土冷卻和外界氣溫發生變動而產生了溫度應力，并且和早期產生的殘余應力相互疊加，混凝上的彈性模量在該階段不會出現太大的變動。

2.3 晚期：混凝土徹底冷卻后的運轉階段。外界氣溫發生變化導致溫度應力的產生，溫度應力會和前兩種的殘余應力相疊加。

3 預防措施

3.1 減輕溫度應力

為減少溫度應力，避免裂縫的產生，可以改變約束條件，控制溫度。

3.1.1 對溫度的控制。具體措施包括：改善骨料級配，采用干硬性混凝土、添加混合料、加引氣劑或塑化劑等，來降低水泥用量；拌制混凝土的過程中，摻水或用水冷卻碎石，使混凝土的澆筑溫度降低；混凝土的澆筑如果在高溫條件下進行，澆筑的最好不要太厚，以利于更好的散熱；水管應該埋設在混凝土中，遇冷水降溫；拆模時間要把握得當，當氣溫急劇下降就對表面進行保溫處理，以防止在混凝土表面出現較大的溫度梯度；如果在寒冷的氣候條件下施工，混凝土澆筑塊表面和薄壁結構不宜長時間暴露，應該采取一定的措施達到保溫的目的。

3.1.2 改變約束條件。合理地分塊、分縫；防止基礎出現過大的起伏；施工工序處理得當，以防側面長時間暴露，產生較大高差；提高混凝土性能及其抗裂能力，養護到位，避免混凝土表面干縮，尤其要確保混凝土的質量，防止貫穿裂縫的出現，因為一旦出現貫穿裂縫，對于結構的整體性恢復起來有相當大的難度，所以施工的重點必須是預防貫穿性裂縫。

3.2 適時拆模，注重防護

對于混凝土施工，一般都會提早將新澆筑的混凝土模板拆除，以提高模板的周轉率。若混凝土溫度比氣溫要高，為防止混凝土表面早期裂縫的出現，則對拆模時間做適當調整。新澆筑的拆模過早，表面會產生較大的拉應力，引起“溫度沖擊”。澆筑混凝土施工初期，因為釋放大量的水化熱，表面產生的拉應力相對要大，這時表面溫度大于氣溫，如果在這個時間將模板拆除，會引起表面溫度驟降，產生溫度梯度，對表面附加一拉應力，和水化熱應力相互疊加，加之混凝土出現干縮現象，使表面的拉應力增大到一定的數值，會有裂縫出現，但如果在拆模后及時用輕型保溫材料覆蓋表面，則會有效避免混凝土表面出現較大的拉應力。

3.3 適量加筋

加筋不會對大體積混凝土的溫度應力帶來過多的影響，由于大體積混凝土含筋率很低，只會影響到普通的鋼筋混凝土。若溫度較低，且應力在屈服極限以下，鋼就可以保持穩定的性能。鋼的線脹系數和混凝土線脹系數沒有太大的差別，如果溫度發生變化，則二者之間產生的內應力就極小。因為鋼的彈性模量是混凝土彈性模量的7~15倍，如果混凝土內部應力和抗拉強度相當而導致開裂問題，則鋼筋的應力就約為100~200kg/cm2。所以，對于鋼筋混凝土來講，幾乎不可能通過鋼筋來避免細小裂縫。但在加筋后，結構內的裂縫就會變多，間距縮小，深度和寬度也隨之縮小；若鋼筋的直徑小且間距密，會有助于提升混凝土的抗裂性能。一些裂縫常會出現在混凝土及鋼筋混凝土結構表面，這些裂縫多為細且淺的干縮裂縫。但其會在一定程度上破壞結構的耐久性和強度。

3.4 使用外加劑

為確保混凝土的質量合格，避免開裂現象的產生，使混凝土的耐久性能得到提升，必須正確使用外加劑。如減水防裂劑的作用如下：

3.4.1 混凝土內部的毛細孔道較多，水分蒸發后毛細管中就會有毛細管張力出現，從而產生干縮變形。擴大毛細孔徑，能使毛細管表面張力下降，但也能降低混凝土的強度。

3.4.2 對混凝土收縮造成影響一大因素就是水灰比，摻加減水防裂劑可節省25%的用水量。

3.4.3 混凝土收縮率在很大程度上取決于水泥用量，摻加減水防裂劑的混凝土在保持混凝土強度的條件下可減少15%的水泥用量，其體積用增加骨料用量來補充。

3.4.4 減水防裂劑能使水泥漿稠度得到改善，減少混凝土泌水和沉縮變形。

3.4.5 提升骨料、水泥漿的粘結力，改善混凝土的抗裂性能。

3.4.6 如果混凝土開始收縮，受到約束而出現拉應力，如果拉應力比混凝土抗拉強度要大，就會出現裂縫。減水防裂劑能使混凝土的抗拉強度得到改善，從而使混凝土的抗裂性能大大提升。

3.5 混凝土的早期養護

混凝土早期養護主要是為了保持一定的溫濕條件，從而達到以下目的：

3.5.1 避免不利溫度變形對混凝土造成影響，防止不利的干縮及冷縮；實踐表明，出現較多的混凝土裂縫多為深度不同的表面裂縫，其主要是因為在嚴寒地區溫度梯度導致溫度驟降從而引起裂縫。混凝土的保溫在很大程度上能夠避免表面早期裂縫的產生。從溫度應力角度來考慮，保溫要滿足下列要求：避免混凝土表面梯度和內外溫度差的產生，防止出現表面裂縫；避免混凝土超冷，設法使混凝土的施工期最低溫度和混凝土使用期的穩定溫度相當；避免老混凝土超冷，來減少新舊混凝土之間的約束作用。

3.5.2 順利進行水泥水化作用，使抗裂能力及強度滿足要求。合理的溫濕度條件十分重要，混凝土的保溫措施同時也具有保濕的作用。新澆筑的混凝土中的含水量完全能夠達到水泥水化的目的。但是因為水分蒸發等會造成水分散失，延緩甚至阻礙水泥水化，這種不利影響甚至會直接破壞表面混凝土。所以，混凝土澆筑結束后的最初幾天是養護的關鍵時期，在施工中要特別重視這個階段的養護工作。

參考文獻：

[1]李東升.混凝土冬季施工[M].北京:中國水利水電出版社，2001.

[2]高強.鋼筋混凝土結構裂縫控制指南[M].北京:化學工業出版社，2004.