混凝土結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生的原因分析及控制措施

賴林峰 黃泉開(kāi) 陳俊杰 薛紫劍

（福建省建筑工程質(zhì)量檢測(cè)中心有限公司龍巖分公司， 福建 龍巖 364000）

1 案例

某工廠職工宿舍樓由兩個(gè)單位工程（一號(hào)樓和二號(hào)樓）組成，總建筑面積8500m2。其中一號(hào)樓上部主體為六層的現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，采用預(yù)拌商品混凝土，混凝土施工輸送方式為泵送。施工單位對(duì)該單位工程第四層樓板進(jìn)行混凝土澆筑施工后發(fā)現(xiàn)，在混凝土澆筑后約 5小時(shí)左右混凝土表面出現(xiàn)大量裂縫；在模板拆除后構(gòu)件的底面發(fā)現(xiàn)縱向裂縫情況。第四層樓板裂縫分布情況見(jiàn)圖1。經(jīng)過(guò)滲水試驗(yàn)和鉆取芯樣分析發(fā)現(xiàn)：大部分為表面裂縫，局部有貫通裂縫。

圖1 四層樓板裂縫分布情況

圖2 在25℃下水泥水化放熱速率曲線

2 原材料問(wèn)題導(dǎo)致開(kāi)裂

2.1 混凝土所用水泥溫度過(guò)高

水泥生產(chǎn)過(guò)程要經(jīng)過(guò)超過(guò)1000℃的高溫煅燒，在水泥出廠后，水泥聚積堆放要經(jīng)過(guò)一段時(shí)間熱量才能散除。如果在溫度未降到一定范圍內(nèi)，就出廠并投入使用，將造成嚴(yán)重的混凝土開(kāi)裂情況。水泥本身的熱量加上水泥水化反應(yīng)熱，使得拌制的混凝土溫度過(guò)高，過(guò)高的溫度使混凝土內(nèi)部水分蒸發(fā)過(guò)快，水化熱所需的水分不足，不但混凝土強(qiáng)度無(wú)法增長(zhǎng)，還因?yàn)闊崦浝淇s的原因?qū)е滤鶟仓幕炷翗?gòu)件產(chǎn)生裂縫，嚴(yán)重情況甚至出現(xiàn)貫通的開(kāi)裂縫隙。

2.2 混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)水泥水化熱散熱不均勻

混凝土（特別是大體積混凝土）早期開(kāi)裂的主要原因是內(nèi)部溫度應(yīng)力。混凝土澆筑后，水泥的水化反應(yīng)會(huì)放出大量熱量，而混凝土內(nèi)部不易散熱；外圍混凝土與空氣接觸散熱較快，這就造成混凝土較大的內(nèi)外溫差，這種溫差造成內(nèi)部和外部熱脹冷縮的程度不同，就在混凝土表面產(chǎn)生膨脹應(yīng)力，當(dāng)膨脹應(yīng)力超過(guò)了混凝土所能承受的抗拉極限，混凝土表面就會(huì)產(chǎn)生溫度裂縫。

水泥水化反應(yīng)主要分為5個(gè)典型的反應(yīng)階段（見(jiàn)圖2）[1]：①起始期；②誘導(dǎo)期；③加速期；④減速期；⑤穩(wěn)定期。通過(guò)觀察硅酸鹽水泥水化放熱速率曲線，在水泥遇水后2-8小時(shí)期間，水化熱急劇增加，若在這個(gè)時(shí)間內(nèi)混凝土結(jié)構(gòu)中的水化熱聚居無(wú)法散去，最后混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)外的溫差造成的應(yīng)力就將使混凝土產(chǎn)生裂縫。

2.3 混凝土所用砂石骨料含泥量泥塊含量太大

含泥量過(guò)大，將降低水泥的膠結(jié)能力。混凝土攪拌不均勻，含泥量過(guò)高導(dǎo)致混凝土中水泥的膠結(jié)能力不夠，造成局部混凝土強(qiáng)度出現(xiàn)薄弱區(qū)，該薄弱區(qū)如果剛好在受力比較集中的部位，無(wú)法抵抗各種作用力，將導(dǎo)致裂縫的出現(xiàn)。

3 混凝土自身原因

混凝土自身干燥收縮產(chǎn)生的干縮裂縫。在混凝土配合比設(shè)計(jì)過(guò)程中，通常是提高增加膠凝材料的用量、摻減水劑等措施來(lái)提高混凝土強(qiáng)度等級(jí)。對(duì)于普通強(qiáng)度的混凝土，膠凝材料的用量一般在 380kg/m3～450kg/m3范圍內(nèi)，再加上減水劑作用，混凝土的水灰比控制在 0.35～0.40范圍內(nèi)，拌合物的坍落度可達(dá)到160±20mm。混凝土的初凝時(shí)間一般在8h～10h，在初凝前混凝土屬于介于流體狀態(tài)和可塑狀態(tài)之間沒(méi)有強(qiáng)度的。在高溫干燥環(huán)境下，加上混凝土表面氣流的影響，混凝土表層漿體的水份很容易蒸發(fā)。隨著水分蒸發(fā)，表面的收縮將導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生，此類裂縫分布無(wú)規(guī)律可循，數(shù)量較多且多數(shù)為表面縫隙[2]。

4 施工因素導(dǎo)致的樓板裂縫

4.1 施工工藝不當(dāng)

混凝土的施工過(guò)程中過(guò)分振搗和抹面，使混凝土的骨料下降，而上部多為水泥漿。混凝土表面出現(xiàn)泌水現(xiàn)象，形成砂漿層，砂漿層水分含量較大，干縮性也較大，造成干縮裂縫。另外，在混凝土施工時(shí)，由于施工過(guò)程不規(guī)范，管理不到位導(dǎo)致某些操作人員為了提高施工速度，私自對(duì)混凝土拌合物加水，使混凝土水灰比增大，水泥砂漿含水過(guò)多。將增大泌水量，留下大量泌水通道并使表面形成弱化層，當(dāng)水份蒸發(fā)時(shí)產(chǎn)生毛細(xì)管收縮應(yīng)力，從而產(chǎn)生收縮裂縫。直接加水還將嚴(yán)重的降低了混凝土強(qiáng)度。

4.2 施工進(jìn)度過(guò)快

混凝土澆筑后混凝土要進(jìn)過(guò)初凝、終凝等階段后強(qiáng)度才能慢慢提升，這一過(guò)程需要經(jīng)過(guò)合理的養(yǎng)護(hù)。當(dāng)混凝土還未達(dá)到一定的強(qiáng)度就進(jìn)行上部的施工作業(yè)活動(dòng)，如：鋼筋捆扎、材料堆放等，使樓板受到?jīng)_擊振動(dòng)荷載或堆放的集中力等作用，引起不規(guī)則的受力裂縫。并且這些裂縫一旦形成，就難于閉合[3]。

4.3 混凝土養(yǎng)護(hù)不當(dāng)

在混凝土還未達(dá)到終凝狀態(tài)前，過(guò)早撒水養(yǎng)護(hù)會(huì)影響混凝土的膠結(jié)能力。當(dāng)混凝土終凝過(guò)后未及時(shí)養(yǎng)護(hù)，混凝土內(nèi)的水分蒸發(fā)過(guò)快，產(chǎn)生急劇的體積收縮。由于此時(shí)的混凝土強(qiáng)度比較低，不能抵抗這種應(yīng)力而產(chǎn)生開(kāi)裂。

5 防止裂縫產(chǎn)生的控制措施

①選用水化熱較低的礦渣水泥。在配合比設(shè)計(jì)階段采用摻合料替代部分水泥的方法，比如摻入礦渣粉或者粉煤灰，以降低水泥水化過(guò)程中混凝土內(nèi)部熱量的聚集。

②選用合適的外加劑。通過(guò)使用高效減水劑或者高性能減水劑，既能提供混凝土的拌合物性能和強(qiáng)度，還能減少水泥用量，從而達(dá)到降低水泥水化熱的釋放熱量。

③選用含泥量低的砂石骨料。有條件的情況下細(xì)骨料全部選用河砂，如果使用機(jī)制砂，由于機(jī)制砂石粉含量一般都比較高，其摻入比例不得過(guò)高，最好控制在30%以內(nèi)。

④提高模板剛度，早期養(yǎng)護(hù)時(shí)不得有荷載。確保模板的牢固程度，對(duì)跨度較大或懸挑部位的模板應(yīng)加密支撐。在澆筑后的混凝土結(jié)構(gòu)上，不得過(guò)早在其上部進(jìn)行材料堆放等施工活動(dòng)，最好在澆筑三天后再開(kāi)始從事輕微的施工活動(dòng)。

⑤科學(xué)養(yǎng)護(hù)。早期可采用包膜養(yǎng)護(hù)，避免混凝土表面水分過(guò)早蒸發(fā)，終凝后方可散水養(yǎng)護(hù)。

6 結(jié)語(yǔ)

混凝土裂縫是一個(gè)普遍存在的問(wèn)題，混凝土內(nèi)外溫差、混凝土原材料、施工管理等因素都會(huì)造成裂縫產(chǎn)生。在施工過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)施工過(guò)程中的質(zhì)量控制和施工作業(yè)的科學(xué)管理。混凝土裂縫產(chǎn)生的原因很大一部分是因?yàn)榛炷羶?nèi)外溫差產(chǎn)生溫度應(yīng)力引起的，有效地控制混凝土內(nèi)外溫差是控制裂縫產(chǎn)生的最好辦法[3]。

[1]Mostafa N Y,Brown P W.Heat of hydration of high reactive pozoolans in blended cement:Isothermal conduction calorimetry[J].Thermochimica Acta ,2005,435(2):162-167.

[2]吳 慶，程新國(guó).商品混凝土早期裂縫的原因分析及控制措施［J］.混凝土.2004.06:56

[3]聞 兵，劉建橋，苑宗雙，李建國(guó).現(xiàn)澆混凝土樓板裂縫產(chǎn)生的原因及分析［J］.遼寧師專學(xué)報(bào).2012.14-4:104

[4]曹玉田.探討混凝土裂縫產(chǎn)生的原因和控制措施［J］.交通世界2011.3/4：133.