混凝土裂縫成因分析與控制探討

翟曉霞

【摘要】本文分析論述了混凝土裂縫產生的原因、預防、抑制與控制的方法和措施，分別就不同種類的裂縫提出具體的成因分析、預防方法與抑制措施和目前常用的幾種修補方法。

【關鍵詞】混凝土裂縫； 控制措施； 堵漏方法； 施工

1 概述

混凝土是多種材料組成的一種混合體脆性材料，各種組成材料的膨脹性質不同，在受到溫度、壓力和外力的作用下，往往會出現裂縫。本文列舉了常見的混凝土裂縫出現的原因和對出現裂縫后如何進行處理等進行論述，以期對實際工程中混凝土裂縫的治理有所幫助。

2 混凝土裂縫的種類

2.1 按裂縫產生原因分類

（1）變形引起的裂縫

包括結構因溫度濕度變化、收縮、膨脹、地基不均勻沉陷等原因引起的裂縫。其特征是結構在外荷載的作用下產生變形，當變形受到約束和限制時混凝土內部就產生抵抗內應力。內應力超過一定數值后將產生裂縫，材料通過裂縫來使得結構的變形得到進一步的滿足，同時讓內應力得到松弛、應變能得到釋放。

（2）荷載引起的裂縫

常見的混凝土構件裂縫有梁的彎曲裂縫和剪切裂縫、板的彎曲裂縫和板頂裂縫、軸壓柱的受力裂縫、偏壓柱的受力裂縫、柱牛腿的受力裂縫、預應力板的張拉裂縫、懸挑陽臺角板的受力裂縫、地震作用下框架結構的X 形裂縫等。據國內外調查資料表明，工程結構由變形（ 溫濕度、收縮與膨脹、不均勻沉降） 而引起的裂縫約占80%，由荷載引起的裂縫約占20%。

（3）鋼筋銹蝕引起的裂縫

由于混凝土炭化或氯化物介入使鋼筋表面氧化膜破壞，鋼筋銹蝕物氫氧化鐵體積比原來增長約2 ～ 4 倍，從而對周圍混凝土產生膨脹應力，導致保護層混凝土開裂、剝離，沿鋼筋縱向產生開裂，并有銹跡滲到混凝土表面。

（4）溫度變化引起的裂縫

當外部環境或結構內部溫度發生變化（常見與屋蓋混凝土）， 混凝土將發生變形，若變形遭到約束，則在結構內將產生應力， 當應力超過混凝土抗拉強度時即產生溫度裂縫。

引起溫度變化的主要因素有：年溫差、日照、驟然降溫、水化熱、蒸汽養護或冬季施工措施不當等。

（5）收縮引起的裂縫

收縮受約束而不能自由收縮引起的裂縫。影響混凝土收縮裂縫的主要因素有：水泥品種、標號及用量、骨料品種、水灰比、外摻劑、養護方法、外界環境、振搗方式及時間等。

2.2 按裂縫的形狀分

裂縫按形狀可分為表面的、深入的、貫穿的、斷續的、橫向的、縱向的、斜向的、對角線的、上寬下窄、上窄下寬、囊核形、外寬內窄的、X 形的、八字形的等等。

2.3 按裂縫所處的狀態分

裂縫狀態可分為運動、不穩定、穩定、閉合和愈合等狀態。對于處于運動和不穩定擴展狀態的裂縫，應考慮加固和補救措施。而對于穩定、閉合、愈合的裂縫則可繼續長久地使用。例如有些防水結構，在0.1MPa 水壓下，出現0.1mm ～ 0.2mm 裂縫時，可能開始時有輕微滲漏，但經過一段時間后，裂縫處水化的水泥析出Ca（OH）2，逐漸彌合了裂縫，并與大氣中CO2 作用形成CaCO3 結晶，封閉和自愈合裂縫，防止了滲漏的產生，這種裂縫是穩定的， 不會影響工程結構的使用和耐久性。

3 混凝土裂縫產生的原因

常見的引起混凝土裂縫的原因有：

（1）混凝土的收縮及水化熱增加

大流動性泵送澆注，水泥用量增加，水灰比增加，砂率增加， 骨料粒徑減小，用水量增加等導致收縮及水化熱增加。

（2）采用高強度等級的混凝土

在滿足結構設計規范的前提下，對混凝土等級的選用習慣上認為：“強度等級越高安全度越大，就高不就低，提高強度等級沒壞處”。 設計者有時為了遷就施工方便，采用高強混凝土，導致水泥標號增加，水泥用量增加，水用量增加，而細骨料及粗骨料的粒徑往往偏小、砂率偏大等使水化熱增加收縮增大。

（3）結構約束應力不斷增大

為滿足建筑外觀的需要，結構規模日趨增大，結構形式日趨復雜，超長、超寬、超厚及超靜定結構成為經常采用的結構形式， 并采用現澆施工，這種結構形式往往對混凝土有顯著的約束作用， 對于各種變形作用必然引起較大約束應力。

（4）濫用外加劑

目前混凝土外加劑及摻合料種類繁多，但大多都只有強度指標，缺乏對水化熱及收縮變形影響的長期實驗資料，有些試驗資料不嚴格。許多外加劑在滿足工程特殊要求（如快硬早強等）的同時，大大地增加了收縮變形，有的甚至降低耐久性。

4 混凝土裂縫的控制措施

4.1 控制的基本原則與綜合措施

鋼筋混凝土結構的裂縫是不可避免的，但其有害程度是可以控制的，有害與無害的界限由結構使用功能決定。

故裂縫控制的基本原則是通過設計、施工、材料等方面綜合技術措施的運用，將裂縫控制在無害范圍內，具體如下：

（1）設計綜合技術措施：合理選擇結構形式，降低結構約束程度、對水平構件梁、板、墻等采用中低強度級混凝土、加強構造配筋，如屋面板頂部的受壓區連續配筋，板的陽角及陰角配置放射筋、增加梁的腰筋等。

（2） 混凝土配制的綜合技術措施：優選有利于抗拉性能的混凝土級配，盡力減小水灰比、減少坍落度、降低砂率增加骨料粒徑，降低含泥量及雜質含量、選用影響收縮和水化熱較小的外加劑和摻合料。

4.2 常用的控制大體積混凝土結構裂縫的幾個有效措施

4.2.1 設計方面

設伸縮縫、后澆帶和凹槽；結構設計內容調整；采取一些有效的構造措施；在對含鋼量的控制上，如果對結構有利則可適當放寬一些指標限制。

4.2.2 施工方面

①混凝土的運送：盡量減少用地泵泵送混凝土，地泵的振動會影響其附近50 ～ 100m 范圍內已經澆搗好的混凝土的質量，使其內部出現細微裂縫，一旦混凝土的干收縮發生時，這些裂縫就會發展為肉眼可以看見的裂縫。

②混凝土的振搗：第一次振搗需在混凝土2/3 初凝時間內完成， 酌情增加對混凝土的二次振搗，二次振搗可在一次振搗后至初凝前的1/3 初凝時間段內進行，不可振搗時間不足，也不可以超時振搗。澆搗大體積混凝土時要先平倉再振搗，切勿將兩道工序合二為一。

5 混凝土裂縫修補措施

混凝土裂縫出現后，為了保證建筑物的安全、改善建筑物的美觀和延長建筑物的使用年限，就要對裂縫采取有效措施進行修補。目前常用的混凝土裂縫的修補措施主要有：

（1）混凝土置換法：該方法是將嚴重損壞或失效的混凝土除掉，置換新的混凝土或其他材料。其具體工藝是：剔除混凝土、混凝土面層及鋼筋處理、置換材料的配置、養護及粉刷。其中置換材料應根據使用條件和處理要求選擇，主要考慮其環境適應性、耐久性、耐腐蝕性、彈性模量、強度、熱膨脹系數和與基層的結合性能等。

（2）表面封閉法：這是一種在微細裂縫（ 寬度一般<0.2mm） 的表面涂膜以提高其防水性及耐久性的方法， 是一種極簡單和最普通的裂縫修補方法。通過密封裂縫表面達到防止水分、二氧化碳以及其他有害介質侵入的目的。這種工法的缺點是修補工作無法深入到裂縫內部，不適合有明顯水壓的裂縫。表面封閉所采用的密封材料因修補目的及使用環境不同而異，通常采用彈性密封膠、聚合物水泥等。

6 結束語

混凝土的裂縫是材料本身的固有特性，盡管目前已經發展了很多的改良技術，但裂縫的控制仍然是工程界的一大難題，探索出有效的裂縫控制措施和修復方法對混凝土工程將產生巨大的貢獻。

參考文獻：

[1]American Concrete Institute 1977，Guide to Durable Concrete，ACI201 2R-77.

[2] 王鐵夢. 建筑物的裂縫控制[M]. 上海： 上海科學技術出版社，1993.

[3] 鞠麗艷. 混凝土裂縫抑制措施的研究進展.《混凝土》2002 年第5 期。