混凝土裂縫與預防研究

劉強

[摘要]混凝土是由砂石骨料、水泥、水及其他外加材料混合而形成的非均質脆性材料。由于混凝土施工和本身變形、約束等一系列問題，硬化成型的混凝土中存在許多的微孔隙、氣穴和微裂縫，由于這些初始缺陷的存在使混凝土呈現出一些非均質的特性。微裂縫通常是無害的，對混凝土的承重、防滲以及其他使用功能不直接產生危害。但是混凝土受荷載、溫差作用后，微裂縫會不斷地擴展和連通，最終形成肉眼可見的宏觀裂縫，也就是混凝土工程中常說的裂縫。文章主要分析混凝土裂縫與預防。

[關鍵詞]混凝土；裂縫；預防

[DOI]10.13939/j.cnki.zgsc.2016.34.186

1 前 言

由于裂縫的存在會使內部的鋼筋等材料產生腐蝕，降低鋼筋混凝土材料承載能力、耐久性及抗滲能力，影響建筑物的外觀、使用壽命和本身強度，嚴重者將會威脅到人們的生命和財產安全。現代科學研究和大量的混凝土工程實踐證明，雖然混凝土工程中無法避免裂縫問題，但控制在一定的范圍內是可以接受的。鋼筋混凝土規范也明確規定：在所處不同條件下，允許存在一定寬度的裂縫。但在施工過程中應努力采取有效措施控制裂縫產生，盡可能不出現裂縫或減少裂縫的數量和寬度，尤其要盡量避免有害裂縫的出現，從而確保工程質量。

混凝土裂縫產生的原因很多，大致可分為三類，一是因變形而引起的裂縫：如溫度變化、收縮、膨脹、不均勻沉陷等原因；二是有外載作用引起的裂縫；三是養護不當和化學作用引起的裂縫等。在實際工程中要根據實際情況區別對待，并有針對性地解決裂縫產生問題。

2 混凝土工程中常見裂縫及預防

2.1 干縮裂縫及預防

干縮裂縫較廣地出現在養護結束后的一段時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產生干縮，這種收縮是不可逆的。干縮裂縫的產生主要是由于混凝土內外水分蒸發程度不同而導致變形不同的結果：混凝土受外部環境的影響，表面水分損失較快，變形較大，內部濕度變化較小變形較小，較大的表面干縮變形受到混凝土內部約束，產生較大拉應力而產生裂縫。相對濕度越低，水泥漿體干縮越大，干縮裂縫越易產生。干縮裂縫為表面性平行線狀或網狀淺細裂縫，寬度多在0.05～0.2mm的較多，大體積混凝土中平面部位多見，較薄的梁板中多沿其短向分布。干縮裂縫會影響混凝土的抗滲性，引起鋼筋的銹蝕影響混凝土的耐久性，在水壓力的作用下產生水力劈裂影響混凝土的承載力等。混凝土干縮主要和混凝土的水灰比、水泥的用量、水泥的成分、集料的性質和用量、外加劑的用量等有關。

主要預防措施：一是混凝土的干縮受水灰比的影響較大，水灰比大，干縮性同樣也大，因此在混凝土配合比設計中應控制好水灰比的選用，同時摻合適的減水劑；二是首選收縮量較小的水泥，采用中低熱水泥和粉煤灰水泥，降低水泥的用量；三是控制混凝土攪拌和施工中的配合比，混凝土的用水量應小于配合比設計所給定的用水量；四是加強混凝土的早期養護，適當延長混凝土的養護時間。冬季施工時適當延長混凝土保溫覆蓋時間，并涂刷養護劑養護；五是在混凝土結構中設置合適的收縮縫。

2.2 塑性收縮裂縫及預防

塑性收縮是指混凝土在凝結前，表面因失水較快而產生的收縮。塑性收縮裂縫一般在炎熱或大風天氣出現，裂縫多呈兩端細、中間寬且長短不一，互不連貫狀態。較短的裂縫一般長20～30cm，較長的裂縫可達2～3m，寬1～5mm。產生的主要原因為：混凝土在終凝前無強度或強度很小，或者混凝土剛剛終凝而強度很小時，受干熱或大風天氣的影響，混凝土表層失水過快，導致毛細管中產生較大的負壓使混凝土體積急劇收縮，此時混凝土的強度無法抵抗其本身收縮，因此產生龜裂。影響塑性收縮開裂的主要因素有水灰比、環境溫度、混凝土的凝結時間、風速、相對濕度等。

主要預防措施：一是選用干縮值小且早期強度較高的硅酸鹽或普通硅酸鹽水泥；二是控制水灰比，摻加高效減水劑增加混凝土的坍落度和和易性，減少水泥和水的用量；三是澆筑混凝土之前，將模板和基層澆水均勻濕透；四是覆蓋塑料薄膜或者潮濕的草墊、麻片等進行保護，保持混凝土終凝前的表面濕潤度，或在混凝土表面噴灑養護劑等進行養護；五是盡量避開高溫和大風天氣或要設置遮陽和擋風設施，及時養護。

2.3 沉陷裂縫及預防

沉陷裂縫的產生是由結構地基土質不勻、松軟，或回填土不實或浸水而造成不均勻沉降所致；或因為模板剛度不足，模板支撐間距過大或支撐底部松動等導致，尤其是在冬季，模板支撐在凍土上，凍土化凍后產生不均勻沉降，導致混凝土結構產生裂縫。沉陷裂縫多為深進或貫穿性裂縫，走向與沉陷情況有密切關系，一般沿與地面垂直或呈30°～45°角方向發展，較大的沉陷裂縫，往往有一定的錯位，且裂縫寬度與沉降量成正比關系。裂縫寬度受溫度變化影響較小。地基變形穩定之后，沉陷裂縫也基本趨于穩定。

主要預防措施：一是施工前應該對松軟土、填土地基上部結構進行必要的夯實和加固；二是確保模板有足夠的剛度和強度，且支撐牢固，使地基受力均勻；三是嚴防混凝土澆灌過程中地基被水浸泡；四是模板拆除時間不宜太早，注意拆模的先后次序；五是在凍土上搭設模板時需采取一定的預防措施。

2.4 溫度裂縫及預防

溫度裂縫較多發生在大體積混凝土表面或溫差變化較大地區的混凝土結構中。混凝土澆筑后，硬化過程中水泥水化產生大量的水化熱（當水泥用量在350～550kg/m3，每立方米混凝土將釋放出17500～27500kJ的熱量，使混凝土內部溫度升達70℃左右甚至更高）。由于混凝土的體積較大，大量的水化熱聚積在混凝土內部而不易散發，內部溫度急劇上升，而混凝土表面散熱較快，這樣就形成內外較大溫差，較大的溫差導致內外部熱脹冷縮的程度不同，使混凝土表面產生一定的拉應力（實踐證明當混凝土本身溫差達到25℃～26℃時，混凝土內會產生大致在10MPa左右的拉應力）。當拉應力超過混凝土的抗拉強度極限時，混凝土表面就會產生裂縫，較多發生在混凝土施工中后期。

溫度裂縫走向通常無規律，大面積結構裂縫常縱橫交錯；梁板類長度尺寸較大的結構，裂縫多平行于短邊；深入和貫穿性的溫度裂縫一般與短邊方向平行或接近平行，裂縫沿著長邊分段出現，中間較密。裂縫寬度大小不一，受溫度變化影響較為明顯，冬季寬，夏季窄。

主要預防措施：一是盡量選用低熱或中熱水泥，如礦渣水泥、粉煤灰水泥等；二是減少水泥用量，將水泥用量盡量控制在450kg/m3以下；三是降低水灰比，一般水灰比控制在0.6以下；四是改善骨料級配，摻加粉煤灰或高效減水劑來減少水泥用量，降低水化熱；五是改善混凝土的攪拌工藝，在“三冷技術”的基礎上采用“二次風冷”新工藝，降低混凝土的澆筑溫度；六是在混凝土中摻加一些具有減水、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，延遲熱峰出現時間；七是高溫季節采用搭設遮陽板等輔助措施控制混凝土的升溫，降低澆筑混凝土的溫度；八是合理安排施工工序，分層、分塊澆筑，以利于散熱，減小約束；九是在大體積混凝土內部設置冷卻管道，通冷水或者冷氣冷卻，減小內外溫差；十是加強混凝土溫度監控，采取及時冷卻的保護性措施；十一是預留收縮縫；十二是減小約束，澆筑前在基巖和老混凝土上鋪設5mm左右的砂墊層或瀝青等材料涂刷；十三是加強養護，澆筑后用濕潤的草簾、麻片等覆蓋，并注意灑水養護，適當延長養護時間，保證混凝土表面緩慢冷卻。

2.5 化學反應引起的裂縫及預防

堿骨料反應裂縫和鋼筋銹蝕引起的裂縫是鋼筋混凝土結構中最常見的因化學反應而引起的裂縫。

混凝土拌合后會產生一些堿性離子，離子與某些活性骨料產生化學反應并吸收周圍環境中的水而體積增大，造成混凝土酥松、膨脹開裂。這種裂縫一般出現在混凝土結構使用期間，一旦出現較難補救，因此應在施工中采取有效措施進行預防。主要預防措施：一是砂石骨料盡量選用堿活性小的；二是選用低堿水泥和低堿或無堿的外加劑；三是選用合適的摻和料抑制堿骨料反應。

由于澆筑過程中振搗不良或者是鋼筋保護層較薄，有害物質滲入使鋼筋產生銹蝕，銹蝕的鋼筋體積膨脹，導致沿鋼筋的位置出現脹裂，此種類型的裂縫多為縱向裂縫。通常預防措施：一是保障鋼筋保護層的厚度；二是混凝土級配要良好；三是澆注過程要振搗密實；四是鋼筋表層涂刷防腐保護性涂料。

3 裂縫處理

裂縫的出現不僅影響結構整體性和剛度，還會引發鋼筋的銹蝕、加速混凝土的碳化、降低混凝土的耐久性和抗疲勞、抗滲能力。因此對裂縫的性質和具體情況要區別對待、及時處理，以保證建筑物的安全性。

混凝土裂縫出現的修補措施主要有以下幾種方法：表面修補法，灌漿、嵌縫封堵法，結構加固法，混凝土置換法，電化學防護法以及仿生自愈合法。

3.1 表面修補法

表面修補法是簡單、常見的易補的修補方法，主要適用于穩定和對結構承載能力沒有影響的表面裂縫以及深進裂縫的處理。通常的處理是在裂縫的表面涂抹水泥漿、環氧膠泥或在混凝土表面涂刷油漆、瀝青等防腐材料，為了防止混凝土受各種作用的影響繼續開裂，可采用在裂縫表面粘貼玻璃纖維布等措施。

3.2 灌漿、嵌縫封堵法

灌漿法主要適用于對結構整體性有影響或對有防滲混凝土裂縫的修補，利用壓力設備將膠結材料壓入出現裂縫中，膠結材料硬化后與混凝土形成一個整體，起到封堵加固目的。常用的膠結材料有水泥漿、環氧樹脂、甲基丙烯酸酯、聚氨酯等化學材料。

嵌縫法是裂縫封堵中最常用的方法，它是沿裂縫鑿槽，在槽中嵌填塑性或剛性止水材料，達到封閉裂縫的目的。

常用的塑性材料有聚氯乙烯膠泥、塑料油膏、丁基橡膠等；常用的剛性止水材料為聚合物水泥砂漿。

3.3 結構加固法

當裂縫影響到混凝土結構的性能時，就需考慮采取加固法對產生裂縫進行處理。結構加固中常用方法有：加大混凝土結構的截面面積、在構件的角部外包型鋼、采用預應力法加固、粘貼鋼板加固、增設支點加固以及噴射混凝土補強加固。

3.4 混凝土置換法

混凝土置換法是處理嚴重損壞混凝土的一種有效方法，先將損壞的混凝土剔除，置換入新的混凝土或其他材料。常用置換材料有：普通混凝土或水泥砂漿、聚合物或改性聚合物混凝土或砂漿。

3.5 電化學防護法

電化學防腐是利用施加電場在介質中的電化學作用，改變混凝土或鋼筋混凝土所處的環境狀態，以鈍化鋼筋達到防腐的目的。陰極防護法、氯鹽提取法、堿性復原法是化學防護法中常用有效的三種方法。這種方法的優勢是受環境因素的影響較小，適用鋼筋、混凝土的長期防腐，既可用于已裂結構也可用于新建結構。

3.6 仿生自愈合法

仿生自愈合法是一種新的裂縫處理方法，模仿生物組織對受創傷部位自動分泌某種物質，使創傷部位得到愈合的機能，在混凝土的傳統組分中加入特殊組分（如含黏結劑的液芯纖維或膠囊），在內部形成智能型仿生自愈合神經網絡系統，當混凝土出現裂縫時分泌出部分液芯纖維可使裂縫重新愈合。

4 結 論

裂縫是混凝土結構中普遍存在的一種現象，它的出現不僅降低建筑物的抗滲能力，影響建筑物的使用功能，而且會引發鋼筋的銹蝕，混凝土的碳化，降低材料的耐久性，影響建筑物的承載能力、使用壽命和本身強度，要對混凝土裂縫進行認真研究、區別對待，采用合理的方法進行補救處理，并在施工過程中采取各種有效預防措施來防范裂縫的出現和發展，從而確保工程質量，保證建筑物和構件安全、穩定地工作。