混凝土工程裂縫分析及控制

簡介：混凝土的裂縫是一個(gè)普遍存在的工程實(shí)際問題，本文對混凝土工程中常見的一些裂縫問題進(jìn)行了探討分析，并針對具體情況提出了一些預(yù)防、處理措施。

混凝土裂縫是混凝土工程施工中的質(zhì)量通病，裂縫產(chǎn)生的原因以及如何防止混凝土裂縫，早已成為全球混凝土工程的一項(xiàng)研究課題，現(xiàn)就本人所學(xué)理論知識結(jié)合本人較少的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，淺談混凝土工程施工裂縫原因分析及預(yù)防。

一、混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫的原因

混凝土是一種非均質(zhì)的復(fù)雜多相混合材料，在其微觀結(jié)構(gòu)相組成之間主要的結(jié)合力是范德華力。當(dāng)混凝土內(nèi)部產(chǎn)生拉應(yīng)力超過其抗拉強(qiáng)度時(shí)，就會產(chǎn)生裂縫。因此，混凝土發(fā)生開裂的條件就是：在約束下變形產(chǎn)生的拉應(yīng)力超過當(dāng)時(shí)的混凝土抗拉強(qiáng)度，應(yīng)該滿足三個(gè)條件：變形大小、約束程度、混凝土抗拉強(qiáng)度。不受約束的自由變形不會產(chǎn)生應(yīng)力；抗拉強(qiáng)度足以抵抗所產(chǎn)生的拉應(yīng)力時(shí)則不會開裂。也就是說不能籠統(tǒng)地認(rèn)為收縮必然開裂。所產(chǎn)生的應(yīng)力大小和當(dāng)時(shí)的彈性模量有關(guān)，和能夠松弛應(yīng)力的徐變有關(guān)；是否引起開裂還和混凝土的抗拉強(qiáng)度有關(guān)。

干縮收縮：干縮裂縫多出現(xiàn)在混凝土養(yǎng)護(hù)結(jié)束后的一段時(shí)間或是混凝土澆筑完畢后的一周左右。水泥漿中水分的蒸發(fā)會產(chǎn)生干縮，且這種收縮是不可逆的。干縮裂縫的產(chǎn)生主要是由于混凝土內(nèi)外水分蒸發(fā)程度不同而導(dǎo)致變形不同的結(jié)果：混凝土受外部條件的影響，表面水分揮發(fā)過快，內(nèi)部濕度變化相對較小，大型混凝土表面干縮變形受內(nèi)部約束，產(chǎn)生較大拉應(yīng)力而產(chǎn)生裂縫。相對濕度越低的混凝土，干縮裂縫越易產(chǎn)生。干縮裂縫多為表面性的平行線狀或網(wǎng)狀淺細(xì)裂縫，大體積混凝土中平面部位多見。干縮裂縫會對混凝土的抗?jié)B性產(chǎn)生影響，影響混凝土的耐久性。

主要預(yù)防措施：

一是選用收縮量較小的水泥，一般采用中低熱水泥和粉煤灰水泥，降低水泥的用量。二是混凝土的干縮受水灰比的影響較大，水灰比越大，干縮越大，因此在混凝土配合比設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量控制好水灰比的選用，同時(shí)摻加合適的減水劑。三是嚴(yán)格控制混凝土攪拌和施工中的配合比，混凝土的用水量絕對不能大于配合比設(shè)計(jì)所給定的用水量。四是加強(qiáng)混凝土的早期養(yǎng)護(hù)，并適當(dāng)延長混凝土的養(yǎng)護(hù)時(shí)間。

溫度收縮：混凝土澆筑后，在硬化過程中，水泥水化產(chǎn)生大量的水化熱，由于混凝土的體積較大，大量的水化熱聚積在混凝土內(nèi)部而不易散發(fā)，導(dǎo)致內(nèi)部溫度急劇上升，而混凝土表面散熱較快，這樣就形成內(nèi)外的較大溫差，較大的溫差造成內(nèi)部與外部熱脹冷縮的程度不同，使混凝土表面產(chǎn)生一定的拉應(yīng)力。當(dāng)拉應(yīng)力超過混凝土的抗拉強(qiáng)度極限時(shí)，混凝土表面就會產(chǎn)生裂縫，這種裂縫多發(fā)生在混凝土施工中后期。在混凝土的施工中當(dāng)溫差變化較大，或者是混凝土受到寒潮的襲擊等，會導(dǎo)致混凝土表面溫度急劇下降，而產(chǎn)生收縮，表面收縮的混凝土受內(nèi)部混凝土的約束，將產(chǎn)生很大的拉應(yīng)力而產(chǎn)生裂縫，這種裂縫通常只在混凝土表面較淺的范圍內(nèi)產(chǎn)生。

主要預(yù)防措施：一是盡量選用低熱或中熱水泥。二是降低水灰比，一般混凝土的水灰比控制在0.6以下。三是高溫季節(jié)澆筑時(shí)可以采用搭設(shè)遮陽板等輔助措施控制混凝土的溫升，降低澆筑混凝土的溫度。四是改善混凝土的攪拌加工工藝，在傳統(tǒng)的\"三冷技術(shù)\"的基礎(chǔ)上采用\"二次風(fēng)冷\"新工藝，降低混凝土的澆筑溫度。五是在混凝土中摻加一定量的具有減水、增塑、緩凝等作用的外加劑，改善混凝土拌合物的流動性、保水性，降低水化熱，推遲熱峰的出現(xiàn)時(shí)間。

塑性收縮裂縫及預(yù)防：是在與外界無水分交換情況下因水泥水化消耗漿體內(nèi)部自身的水分而產(chǎn)生的。自收縮從混凝土初凝就開始產(chǎn)生，在1天以內(nèi)發(fā)展最快，3天以后減慢，此后就發(fā)展得很緩慢了。自收縮不同于化學(xué)收縮，但由化學(xué)收縮引起。化學(xué)收縮的原因是水泥和水發(fā)生水化反應(yīng)，產(chǎn)物的固體體積增大，而與反應(yīng)前水泥與水的體積之和相比則減小，故也稱化學(xué)減縮。

主要預(yù)防措施：一是選用干縮值較小早期強(qiáng)度較高的硅酸鹽或普通硅酸鹽水泥。二是嚴(yán)格控制水灰比，摻加高效減水劑來增加混凝土的坍落度和和易性，減少水泥及水的用量。三是澆筑混凝土之前，將基層和模板澆水均勻濕透。四是及時(shí)覆蓋塑料薄膜或者潮濕的草墊、麻片等，保持混凝土終凝前表面濕潤，或者在混凝土表面噴灑養(yǎng)護(hù)劑等進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。五是在高溫和大風(fēng)天氣要設(shè)置遮陽和擋風(fēng)設(shè)施，及時(shí)養(yǎng)護(hù)。

二、施工中裂縫控制

影響開裂的因素很復(fù)雜，往往不是單一因素造成的。控制裂縫也不只是施工人員和混凝土生產(chǎn)者的事，而是涉及包括設(shè)計(jì)、混凝土及其原材料生產(chǎn)、施工甚至監(jiān)理和業(yè)主在內(nèi)各方面的責(zé)任。因此需要各方共同努力解決。包括混凝土原材料的控制、混凝土的制備和現(xiàn)場施工的各個(gè)環(huán)節(jié)，對于控制早期裂縫、減少后期開裂、保證實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的混凝土結(jié)構(gòu)耐久性是至關(guān)重要的。

現(xiàn)場施工中應(yīng)注意裂縫控制方面問題：

1、混凝土運(yùn)到工地后應(yīng)立即檢測坍落度，并盡快澆筑。如發(fā)現(xiàn)坍落度不足，不得擅自加水。

2、澆筑溫度：夏季澆筑混凝土應(yīng)降低溫度，至少應(yīng)比當(dāng)天最高溫度氣溫低10℃。但混凝土澆筑溫度太低時(shí)，受環(huán)境較高溫度影響的表面硬化較快，內(nèi)部溫度升高時(shí)產(chǎn)生膨脹，會使先硬化的表面受拉而開裂。

3、不正確的澆筑順序會造成可以避免的約束和不均勻的沉降。例如梁和柱或板和墻同時(shí)澆筑，會因沉降不勻在交接處產(chǎn)生裂縫。相反，采取恰當(dāng)?shù)臐仓樞驎p少開裂，如大面積的板當(dāng)使用膨脹劑時(shí)，采取“跳倉”方式澆筑可減少開裂。所以不同構(gòu)件澆筑前應(yīng)認(rèn)真規(guī)劃澆筑順序。

4、應(yīng)當(dāng)正確進(jìn)行混凝土拌和物的振搗，使用振搗棒時(shí)絕對禁止用振搗棒橫拖趕動混凝土。否則必然造成離下料口遠(yuǎn)處砂漿過多而開裂。

三、結(jié)論

1、裂縫控制是限制環(huán)境中侵蝕性介質(zhì)進(jìn)入混凝土結(jié)構(gòu)的第一道防線，控制裂縫尤其是早期裂縫，對保證混凝土結(jié)構(gòu)達(dá)到設(shè)計(jì)要求的耐久性，有重要意義。

2、裂縫控制需要建設(shè)主管∕開發(fā)商、設(shè)計(jì)人員、材料供應(yīng)商和施工承包商共同的努力，但是施工過程的各環(huán)節(jié)對混凝土成型質(zhì)量和裂縫控制尤為重要。

3、除從計(jì)劃上改變追求高早強(qiáng)外，盡量控制減小2天內(nèi)強(qiáng)度增長速率，對竣工時(shí)間長的大型工程（如高層建筑的底層結(jié)構(gòu)）， 盡量延遲強(qiáng)度驗(yàn)收期限。

4、配制混凝土?xí)r應(yīng)選用開裂敏感性小的水泥（低C3A、C3S，低堿、低比表面積）、抗裂性好的礦物摻和料（磨細(xì)礦渣如摻量小于70%，其比表面積不宜超過400m2/kg。由于種種原因，所供應(yīng)的磨細(xì)礦渣一般都為400～450 m2∕kg，則使用時(shí)宜與粉煤灰復(fù)合使用，或用于水下或地下時(shí)摻量大于75%，以減小混凝土由于礦渣過細(xì)引起的自收縮和溫升；盡量選用熱膨脹系數(shù)小的粗骨料。

5、選用配合比時(shí)盡量減小水泥用量和膠凝材料總量（用水量），。除非必需（如自密實(shí)混凝土）。

參考文獻(xiàn)

[1] 李國泮，馬貞勇譯，A.M.Neville原著，混凝土的性能，1983年第一版

[2] 安明喆，高性能混凝土自收縮的研究，清華大學(xué)博士學(xué)位論文，1999年

[3]楊榮俊，楊玉啟，朱連濱等，高性能混凝土（HEC）配合比簡易設(shè)計(jì)法，見：閻培渝、姚燕主編，水泥及復(fù)合材料科學(xué)與技術(shù)──吳中偉院士從事科教工作六十年學(xué)術(shù)討論會論文集，中國建材工業(yè)出版社，1999年10月

作者簡介：吳春靖，聊城大學(xué)建筑工程學(xué)院2010級本科生；

莫家騏，聊城大學(xué)建筑工程學(xué)院2010級本科生；

張超，聊城大學(xué)建筑工程學(xué)院分團(tuán)委副書記。

本文為聊城大學(xué)2013年度大學(xué)生科技創(chuàng)新基金項(xiàng)目階段性成果。