淺論混凝土裂縫的原因分析及防治技術(shù)措施

高峰/本鋼審計部

淺論混凝土裂縫的原因分析及防治技術(shù)措施

高峰/本鋼審計部

混凝土裂縫是建設(shè)施工項目經(jīng)常發(fā)生的質(zhì)量通病，嚴(yán)重困擾著工程實體質(zhì)量。本文分析了混凝土裂縫產(chǎn)生的原因，論述了混凝土裂縫的防治技術(shù)措施。

混凝土裂縫；技術(shù)措施；質(zhì)量通病；澆筑

當(dāng)前，全面建成小康社會，實現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興的中國夢正在實踐與實現(xiàn)。建筑業(yè)作為國民經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)，正在加快發(fā)展。本鋼重點工業(yè)工程建設(shè)以及民用高層建筑在抓緊建設(shè)施工。然而，在工程建設(shè)過程中或工程已竣工交付使用過程中，混凝土裂縫是建筑工程中經(jīng)常發(fā)生的，是普遍存在的一個質(zhì)量通病，對工程實體質(zhì)量危害很大。

一、混凝土裂縫質(zhì)量通病產(chǎn)生原因分析

混凝土是以水泥、砂、石、水，必要時摻入化學(xué)外加劑，按適當(dāng)比例配合，經(jīng)過均勻拌制，密實成型及養(yǎng)護硬化而形成的人工石材。混凝土硬化過程中，由于組成材料變形不一致，互相約束產(chǎn)生初始應(yīng)力，造成骨料與水泥晶體之間出現(xiàn)微裂縫。這種裂縫在荷載作用和其它因素影響下，裂縫逐漸擴展，至肉眼可見的程度。在一般建筑中，混凝土規(guī)范對有些結(jié)構(gòu)按其用途不同，允許有一定寬度和深度的裂縫出現(xiàn)，但裂縫超過規(guī)定的范圍，就對結(jié)構(gòu)造成危害，影響結(jié)構(gòu)的正常使用。

1.溫度裂縫。溫度變化大，溫差大，是混凝土產(chǎn)生裂縫的主要原因。混凝土澆筑后，在硬化過程中產(chǎn)生大量水化熱，而大量的水化熱聚集在混凝土內(nèi)部而不易散發(fā)，導(dǎo)致內(nèi)部溫度上升，而混凝土表面散熱較快，這樣就形成內(nèi)外的較大溫差，造成內(nèi)部與外部熱脹冷縮的程度不同，形成溫度梯度，使混凝土表面產(chǎn)生一定的拉應(yīng)力，混凝土本身溫度達到25℃~26℃時混凝土內(nèi)便會產(chǎn)生大致在10Mpa左右的拉應(yīng)力。當(dāng)拉應(yīng)力超過其抗拉強度時，混凝土表面就會產(chǎn)生裂縫。氣溫的降低也會在混凝土表面引起很大的拉應(yīng)力。當(dāng)這些拉應(yīng)力超出混凝土的抗裂能力時，即會出現(xiàn)裂縫。許多混凝土的內(nèi)部濕度變化很小或變化緩慢，但表面濕度可能變化較大或發(fā)生劇烈變化。如養(yǎng)護不周、時干時濕，表面干縮形變受到內(nèi)部混凝土的約束，也往往導(dǎo)致裂縫。混凝土是一種脆性材料，抗拉強度的1/10左右，短期加荷時的極限拉伸變形只有（0.6~1.0）×104，長期加荷時的極限拉伸變形也只有（1.2~2.0）×104，由于原材料不均勻，水灰比不穩(wěn)定，及運輸和澆筑過程中的離析現(xiàn)象，在同一塊混凝土中其抗拉強度又是不均勻的，存在著許多抗拉能力很低，易于出現(xiàn)裂縫的薄弱部位。在鋼筋混凝土中，拉應(yīng)力主要是由鋼筋承擔(dān)，混凝土只是承受壓應(yīng)力。在素混凝土內(nèi)或鋼筋混凝土上的邊緣部位如果結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了拉應(yīng)力，則須依靠混凝土自身承擔(dān)。一般設(shè)計中均要求不出現(xiàn)拉應(yīng)力或者出現(xiàn)很小的拉應(yīng)力。但是在施工中混凝土由最高溫度冷卻到運轉(zhuǎn)時期的穩(wěn)定溫度，往往在混凝土內(nèi)部引起相當(dāng)大的拉應(yīng)力。有時溫度應(yīng)力可超過其它荷載所引起的應(yīng)力。

2.施工過程中技術(shù)失控，也是造成混凝土裂縫的重要原因。在施工過程中，由于施工工藝不當(dāng)，致使支座處負筋下陷，保護層過大，使板上部沿梁支座處產(chǎn)生裂縫；施工中，在混凝土未達到規(guī)定強度，過早拆模，或者在混凝土未達到終凝時間就上荷載，造成混凝土樓板的彈性變形，致使混凝土早期強度低或無強度時，承受彎、壓、拉應(yīng)力，導(dǎo)致樓板產(chǎn)生內(nèi)傷或斷裂；大梁兩側(cè)的樓板不均勻沉降也會使支座產(chǎn)生負穹距，造成橫向裂縫。混凝土施工中的過分振搗，以及模板過于干燥等原因，都會造成裂縫。混凝土澆筑振搗后，粗骨料沉落，擠出水分、空氣，表面呈現(xiàn)泌水而形成豎向體積縮小沉落，造成表面砂漿層比下層混凝土有較大的干縮性能，待水分蒸發(fā)后，易形成混凝土裂縫。混凝土澆搗后，過分抹干壓光會使混凝土的細骨料過多地浮到表面，形成含水量很大的水泥漿層，水泥漿中的氫氧化鈣與空氣中二氧化碳作用生成碳酸鈣，引起表面體積碳水化收縮，導(dǎo)致混凝土板面龜裂。現(xiàn)場養(yǎng)護不當(dāng)也是造成混凝土收縮開裂最主要的原因。混凝土澆筑面不及時覆蓋、澆水養(yǎng)護，表面水分迅速蒸發(fā)，很容易產(chǎn)生收縮裂縫。特別是在氣溫高、相對濕度低、風(fēng)速大的情況下，干縮更容易發(fā)生。混凝土產(chǎn)生裂縫與鋼筋配筋率有關(guān)。通常混凝土配筋率越大，收縮越小，并且配筋率宜細而密，而不宜稀而粗。在應(yīng)力節(jié)點的地方，應(yīng)按專業(yè)力學(xué)性能來設(shè)置，否則會產(chǎn)生應(yīng)力裂縫。混凝土裂縫與外部環(huán)境的濕度有關(guān)。混凝土在水中呈現(xiàn)微膨脹狀態(tài)，而在干燥的環(huán)境中一般呈現(xiàn)收縮狀態(tài)。所以混凝土所處的環(huán)境如長期處于潮濕的環(huán)境中不易產(chǎn)生裂縫。混凝土裂縫與所摻的外加劑之后的綜合環(huán)境有關(guān)。如果混凝土中加入過量的膨脹組分之后，如果配筋率不夠或設(shè)計上有誤差，則也會產(chǎn)生裂縫。所以，設(shè)計人員應(yīng)做應(yīng)力方面的計算，避免裂縫的產(chǎn)生。混凝土裂縫與所受外力有關(guān)。如果混凝土強度沒有完全上來或強度上來后施加超負荷外力時也會造成出現(xiàn)裂紋。

二、混凝土裂縫的防治措施

一是在設(shè)計上要主要注意那些容易開裂的部分，如筏板基礎(chǔ)、高低跨處等，因此在構(gòu)件截面允許配筋率不變且澆筑方便的條件下，鋼筋直徑越細、間距越小則對預(yù)防收縮開裂越有利。

二是為了防止裂縫，減輕溫度應(yīng)力可以從控制溫度和改善約束條件兩個方面著手。采用改善骨料級平配，用干硬性混凝土，摻混合料，減水劑或塑化劑措施以減少混凝土中的水泥用量；拌合混凝土?xí)r加水或用水將碎石冷卻以降低混凝土的入模溫度；熱天澆筑混凝土?xí)r減少澆筑厚度，利用澆筑層面散熱；在混凝土中埋設(shè)水管，通入冷水降溫；規(guī)定合理的拆模時間，氣溫驟降時進行表面保溫，以免混凝土表面發(fā)生急劇的溫度梯度；施工中長期暴露的混凝土表面或薄壁結(jié)構(gòu)，在寒冷季節(jié)采取保溫措施。改善約束條件的措施是：合理地分縫分塊；避免基礎(chǔ)過大起伏；合理安排施工工序，避免過大的高差和側(cè)面長期暴露。此外，改善混凝土的性能，提高抗裂能力，加強養(yǎng)護，防止表面干縮，特別是保證混凝土的質(zhì)量對防止裂縫是十分重要，應(yīng)特別注意避免產(chǎn)生貫穿裂縫，出現(xiàn)后要恢復(fù)其結(jié)構(gòu)的整體性是十分困難的，因此施工中應(yīng)以預(yù)防貫穿性裂縫的發(fā)生為主。在混凝土澆筑初期，由于水化熱的散發(fā)，表面引起相當(dāng)大的拉應(yīng)力，此時表面溫度亦較氣溫為高，此時拆除模板，表面溫度驟降，必然引起溫度梯度，從而在表面附加一拉應(yīng)力，與水化熱應(yīng)力迭加，再加上混凝土干縮，表面的拉應(yīng)力達到很大的數(shù)值，就有導(dǎo)致裂縫的危險，但如果在拆除模板后及時在表面覆蓋一輕型保溫材料，對于防止混凝土表面產(chǎn)生過大的拉應(yīng)力，具有顯著的作用。

三是根據(jù)混凝土流動性大的特點，施工采用“分層定點、一個度、薄層澆筑、循序漸進、一次到頂”的斜面澆注方法，縮小混凝土暴露面積及加大澆筑速度，以利縮小澆筑時間。四是在澆筑柱、梁、板等相互連接的不同深度構(gòu)件時，如果不能在高度差處設(shè)置施工縫，則宜分層澆筑。