淺談混凝土裂縫的原因、預防和處理

李揚陽

【摘要】混凝土裂縫問題是一個普遍存在而又難以解決的工程問題，本文列出了一些工程中常見的混凝土裂縫，并對其原因進行分析提出自己的一些預防和處理的辦法。

【關鍵詞】混凝土；裂縫；預防；處理

混凝土是一種非均質脆性材料，由骨料、水泥石以及其中的氣體和水組成。在溫度和濕度變化的條件下，硬化并產生體積變形，由于各種材料變形不一致，互相約束而產生初始應力，造成在混凝土內出現微裂縫。微裂縫通常是一種無害裂縫，寬度一般在0.05mm以下，對混凝土的承重、防滲及其他一些使用功能不產生危害。但是在混凝土受到荷載、溫差等作用之后，微裂縫就會不斷的擴展和連通，最終形成我們肉眼可見的宏觀裂縫，宏觀裂縫寬度在0.05mm以上，并且認為寬度小于0.2～0.3mm的裂縫是無害的，但是這里必須有個前提，即裂縫不再擴展，為最終寬度。

混凝土建筑和構件通常都是帶縫工作的，由于裂縫的存在和發展通常會使內部的鋼筋等材料產生腐蝕，降低鋼筋混凝土材料的承載能力、耐久性及抗滲能力，影響建筑物的外觀、使用壽命，嚴重者將會威脅到人們的生命和財產安全。很多工程的失事都是由于裂縫的不穩定發展所致。近代科學研究和大量的混凝土工程實踐證明，在混凝土工程中裂縫問題是不可避免的，在一定的范圍內也是可以接受的，只是要采取有效的措施將其危害程度控制在一定的范圍之內。鋼筋混凝土規范也明確規定：有些結構在所處的不同條件下，允許存在一定寬度的裂縫。但在施工中應盡量采取有效措施控制裂縫產生，使結構盡可能不出現裂縫或盡量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、安全。

1、裂縫產生的原因

1.1收縮裂縫

收縮裂縫顧名思義其產生原因就是混凝土硬化后水分蒸發體積收縮。從理論上講，當混凝土在無任何約束而處于自由收縮時，不會產生裂縫，而實際工程中，混凝土總是受到各種約束的，如兩端的約束、內部配制鋼筋的約束等。由于混凝土收縮過程中受到約束，因而內部產生拉應力，當拉應力大于混凝土的抗拉強度時，就會產生收縮裂縫。 一般來講，混凝土受到的約束越大，其產生的收縮裂縫越多或越寬。可以說，混凝土自身收縮是其固有的物理特性，而由此類原因產生的收縮裂縫，占常見裂縫的絕大多數。主要有以下幾種：

1.1.1干燥收縮

由于水泥混凝土的脫水干燥，其長度或體積會有所減少，稱干燥收縮。

1.1.2水化收縮

水泥和水反應后生成物體積，會比反應前水泥和水的體積減小；水化反應的同時，絕對體積也會減少，即產生水化收縮。

1.1.3 混凝土自身收縮

所謂自身收縮，是指在外部無水分供應時，水泥漿的骨架形成后，伴隨著水泥水化反應的逐步完成，水泥漿中的水被消耗，出現的收縮現象。

1.1.4干濕引發的體積變化

硬化后混凝土結構雖然是穩定的，但在水中或者高濕度的地方，會由于吸水而產生膨脹，稱之為潤濕膨脹。

1.2溫度裂縫

溫度裂縫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，在硬化過程中，水泥水化產生大量的水化熱，（當水泥用量在350-550 kg/m3，每立方米混凝土將釋放出17500-27500kJ的熱量，從而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，導致內部溫度急劇上升，而混凝土表面散熱較快，這樣就形成內外的較大溫差，較大的溫差造成內部與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。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，這種裂縫多發生在混凝土施工中后期。在混凝土的施工中當溫差變化較大，或者是混凝土受到寒潮的襲擊等，會導致混凝土表面溫度急劇下降，而產生收縮，表面收縮的混凝土受內部混凝土的約束，將產生很大的拉應力而產生裂縫，這種裂縫通常只在混凝土表面較淺的范圍內產生。影響溫度裂縫的主要因素有：水泥品種、水泥漿量、構件形狀、斷面尺寸、混凝土澆注時溫度及外界氣溫等。

1.3沉降裂縫

沉降裂縫的產生是由于結構地基土質不均勻、松軟或回填土不實或浸水而造成不均勻沉降所致，或者因為模板剛度不足，模板支撐間距過大或支撐底部松動等導致，特別是在北方的冬季，模板支撐在凍土上，凍土化凍后產生不均勻沉降，致使混凝土結構產生裂縫。此類裂縫多為深進或貫穿性裂縫，其走向與沉陷情況有關，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，裂縫寬度往往與沉降量成正比關系。裂縫寬度受溫度變化的影響較小。地基變形穩定之后，沉陷裂縫也基本趨于穩定。

混凝土裂縫除上述提到的原因之外還有混凝土材料及配合比、施工及現場養護不到位、使用原因等，此處不再一一贅述。

2、混凝土裂縫的預防措施

設計方面、施工方面的因素可以通過人為措施進行干預和調整，并且能夠得到改善甚至于做到完全避免；而混凝土自身的干縮變形確是無法完全避免的，因為它是混凝土本身固有的特性，我們只有通過改善各種影響混凝土干縮變形的因素， 才能減少和減小混凝土的裂縫產生和寬度。對混凝土裂縫的控制方法，應該以預防為主，同時在施工過程做好過程控制， 盡量做到按設計和施工規范進行操作， 如果發現微小裂縫存在，應及早進行處理補救。現針對現場實際可能出現的情況，提出以下控制措施和建議。

1.優先選用低水化熱的礦渣水泥拌制混凝土，并適當使用緩凝減水劑；

2.在保證混凝土設計強度等級的前提下，適當降低水灰比，減少水泥用量；

3.降低混凝土的入模溫度，控制混凝土內外的溫差（當無設計要求時，控制在25℃以內）；

4.及時對混凝土覆蓋保溫、保濕；

5.在拌合混凝土時可摻入適量的微膨脹劑或膨脹水泥，使混凝土得到補償收縮，減少混凝土的溫度應力；

6.設置后澆縫，當大體積混凝土平面尺寸過大時，可以適當設置后澆縫，以減小外應力和溫度應力；

7.大體積混凝土可采用二次抹面工藝，減少表面收縮裂縫。

3、混凝土裂縫處理

裂縫的出現不但會影響結構的整體性和剛度，還會引起鋼筋的銹蝕、加速混凝土的碳化、降低混凝土的耐久性和抗疲勞、（下轉149頁）（上接147頁）抗滲能力。因此根據裂縫的性質和具體情況我們要區別對待、及時處理，以保證建筑物的安全使用。

混凝土裂縫的修補措施主要有以下一些方法：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

表面修補法是一種簡單、常見的修補方法，它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。通常的處理措施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，在防護的同時為了防止混凝土受各種作用的影響繼續開裂，通常可以采用在裂縫的表面粘貼玻璃纖維布等措施。

3.2填充法

用修補材料直接填充裂縫，一般用來修補較寬的裂縫，作業簡單，費用低。寬度小于0.3mm，深度較淺的裂縫、或是裂縫中有充填物，用灌漿法很難達到效果的裂縫、以及小規模裂縫的簡易處理可采取開V型槽，然后作填充處理。

3.3灌漿法

此法應用范圍廣，從細微裂縫到大裂縫均可適用，處理效果好。利用壓送設備（壓力0.2～0.4Mpa）將補縫漿液注入砼裂隙，達到閉塞的目的，該方法屬傳統方法，效果很好。也可利用彈性補縫器將注縫膠注入裂縫，不用電力，十分方便效果也很理想。

3.4結構加固法

當裂縫影響到混凝土結構的性能時，就要考慮采取加固法對混凝土結構進行處理。結構加固中常用的主要有以下幾種方法：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。

3.5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，此方法是先將損壞的混凝土剔除，然后再置換入新的混凝土或其他材料。常用的置換材料有：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。

3.6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，鈍化鋼筋，以達到防腐的目的。陰極防護法、氯鹽提取法、堿性復原法是化學防護法中常用而有效的三種方法。這種方法的優點是防護方法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。

3.7仿生自愈合法

仿生自愈合法是一種新的裂縫處理方法，它模仿生物組織對受創傷部位自動分泌某種物質，而使創傷部位得到愈合的機能，在混凝土的傳統成分中加入某些特殊成分（如含粘結劑的液芯纖維或膠囊），在混凝土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。

結語：

裂縫是混凝土結構中普遍存在的一種現象，它的出現不僅會降低建筑物的抗滲能力，影響建筑物的使用功能，而且會引起鋼筋的銹蝕，混凝土的碳化，降低材料的耐久性，影響建筑物的承載能力，因此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處理，并在施工中采取各種有效的預防措施來預防裂縫的出現和發展，保證建筑物和構件安全、穩定地工作。