混凝土裂紋產生原因及控制方法

周亞軍

摘 要：結合施工中混凝土出現裂紋的現象，對混凝土裂紋的概念、類型進行了論述，提出溫度、濕度、收縮引起的變形是裂紋產生的主要原因。采用控制混凝土原材料的質量、優化配合比、加強振搗、改進施工、養護工藝、加強施工人員責任心等方法控制裂紋的綜合措施，總結了早期裂紋、干縮、毛裂裂紋的修補方法。

關鍵詞：混凝土裂紋；變形；優化配合比；改進工藝；修補

中圖分類號：TU755 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）08-0099-02

混凝土的裂紋普遍存在，在工程中裂紋隨處可見。盡管施工中采取各種措施，但裂紋仍然時有發生。裂紋的存在和發展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、耐久性及抗滲性。影響橋梁的外觀、使用壽命，嚴重的將威脅到人民的生命、財產安全。

1 裂紋的一般概念

混凝土結構型裂紋是一種材料特征。 在試驗儀器下發現沒有受荷的混凝土和鋼筋混凝土結構中存在肉眼看不見的微觀裂紋。主要有以下幾種：

（1）粘著裂紋是指粗細骨料與膠凝材料的粘接面上的裂紋，主要沿骨料周圍出現。（2）硬化后的水泥漿體裂紋是指水泥漿中的裂紋，出現在骨料與骨料之間。（3）骨料裂紋是指石子本身存在的裂紋。

在這幾種裂紋中前兩種最多，微裂產生的原因是混凝土中粗細骨料，水泥膠凝材料、氣體、水分等所組成的非勻質材料，在溫度、濕度變化條件下混凝土逐步硬化，同時產生體積變形。這種變形是不均勻的，膠凝材料收縮較大，骨料收縮較小，硬化后的水泥漿體熱膨脹系數大，骨料較小，它們之間的變形受到約束，產生相互的應力，這種應力引起粘著微裂和水泥膠凝體變裂，只是肉眼看不見。當混凝土承受荷載并逐漸增力時，微裂開始擴展延伸并增加成可見的裂紋甚至構件完全破壞。

2 混凝土裂紋種類

（1）一類是靜荷載、動荷載和其它外荷載所產生的應力引起的裂紋。（2）第二類是變形（溫度、收縮）引起的裂紋。

其結構特征是結構要求變形，當受到約束和限制時產生內應力，應力超過混凝土抗應力值后產生裂紋，裂紋出現后變形得到滿足內應力松弛，這種裂紋對承載力影響不大，但對耐久性危害較大。依據實驗數據統計，工程中混凝土由于變形（溫度、收縮、不均勻沉陷）引起裂紋的約占80%，由于荷載引起裂紋的約占20%左右。

3 裂紋產生原因

混凝土本身收縮很大，在環境氣溫變化與收縮共同作用對于橋梁不利，由于澆筑的部位厚度不同等原因，因此存在應力集中。控制收縮裂紋比較重要。其原因歸納如下：

3.1 采用泵送混凝土

泵送砼特點是：流動性好，骨料粒徑一般5-20mm宜優先選用卵石，采用中砂，水泥用量較多。為防止混凝土拌合物在泵送管道中離析和堵塞的泵送劑，減水劑、引氣劑、粉煤灰等，這些都會造成砼收縮及水化熱升高。

3.2 混凝土強度等級不斷提高

高強度混凝土要求水泥選用普通硅酸鹽水泥，用量要增加，粗骨料粒徑要偏小，砂率偏大等都會使水化熱及收縮增加。

3.3 混凝土的抗拉性能不足

人們關心是混凝土的抗壓強度優先于抗拉強度，所以對材料抗拉性能的級配研究很少。

3.4 養護方法不當

混凝土的較大濕度收縮變形要求有適應它的養護方法，不只是灑水而要溫控養護。

3.5 施工的影響

（1）混凝土施工過分振搗，模板溫度過高，易形成凝縮裂紋。（2）混凝土澆搗后過分抹平壓光會使砼的細骨料較多地浮到梁體表面，形成含水量較大的水泥漿層，水泥漿中的氫氧化鈣與空氣中二氧化碳發生化學作用生成碳酸鈣，引起表面體積碳水化收縮，導致砼表面龜裂。（3）鋼筋與水作用生銹產生的裂紋。（4）混凝土分層灌注或分段澆筑時接頭部位處理不當，在新舊砼的施工縫之間形成裂紋。

4 裂紋控制的綜合措施

根據混凝土的物理性質變形裂紋主要有濕度、沉陷（塑性）收縮、干縮裂紋。從它們產生的原因來看，我們提出以下有效措施來防止裂紋或把裂紋控制在無害范圍內，并取得較好的效果。

4.1 原材料和配合比

（1）原材料。嚴格控制混凝土原材料的質量和技術指標，特別是粗細骨料的含泥量很容易被人忽視，采用原材料二次沖洗，采石場與使用前各沖洗一次，并采用優質中砂，使其含泥量控制在2%以內，粗細骨料分級采購、運輸、堆放、計量，存放場地全部硬化處理并設置雙向排水坡防止積水。水泥必須符合現行國家標準，根據設計的混凝土強度選用收縮小、和易性好的水泥強度等級。粗骨料應選用級配合理、粒形良好、質地均勻堅固、針片狀含量低、連續級配的碎石，使粒徑分布盡可能達到密實填充。細骨料應選用級配良好、質地堅硬、吸水率低、孔隙率小、粒徑小于5mm且雜質含量小的潔凈天然河砂。（2）配合比。高性能混凝土配合比及坍落度應本著保證設計強度，滿足耐久性、施工要求及合理使用材料的原則選配砼配合比，混凝土選配滿足TB/T3275-2011《鐵路混凝土》要求。在滿足設計及施工工藝要求的前提下，水泥采用品質穩定、強度等級P.O 42.5的低堿普通硅酸鹽水泥。選用I級粉煤灰，盡量減少水泥用量以降低混凝土的水化熱升溫，并盡量降低水灰比延長混凝土初凝時間，以減少混凝土收縮。

4.2 施工工藝改進

控制混凝土的出機溫度和澆筑溫度，夏天在水中加冰塊降級水溫拌和是混凝土降低出機溫度的最有效方法，當氣溫較高時炎熱天氣應避開中午、下午的高溫時段，盡量選擇在早上或晚上進行混凝土的灌注。如果已經開盤灌注偶遇下雨時，應及時吊起防雨棚進行遮雨，混凝土運輸及灌注過程中必須及時覆蓋。

4.3 振搗工藝

由于梁體砼塌落度在160～200mm之間，砼在初凝前存在泌水現象，內部還存在大量水分，當環境溫度升高時砼表面失水較多，造成砼表面硬皮。隨著水化反應繼續，多余水分蒸發就造成表面產生裂紋。因此，在砼初凝前進行兩次振搗有助于將多余水分蒸發，破壞初凝前產生的毛細管道。增加了混凝土的密實度，減少內部微裂和提高砼的強度和抗裂性。在砼初凝前必須完成二次振搗否則會破壞砼內部結構。一般兩次振搗的時間間歇控制在30min左右。澆注過程中要增加振動棒進行振搗方可密實，振搗時間以表面泛漿為宜，現場試驗證明約3min左右效果最佳，間距要均勻以振搗力波及范圍重疊二分之一為宜，在灌注結束后用抹子拍打容易出現裂紋的區域，表面要人工輔助壓實、抹平。同時要注意不能漏振、過振。

4.4 養護工藝

梁體養護基本原則砼前期采用自動化蒸汽養護，后期采用自動噴淋系統養護。保持合適的溫度和濕度是砼養護的條件，橋面采用蓄水養護方式進行養護，在橋面四周用砂漿抹3cm高的擋水臺，用橡皮球將橋面泄水孔進行封堵，然后進行蓄水。橋面蓄水養護可有效防止水分流失、灑水不均的問題，減少養護次數，保證了養護質量。梁端采用土工布進行覆蓋，用環保霧化炮噴水養護。內腔采用自動噴淋噴霧養護，端頭掛簾封閉，防止水分蒸發。外底模推遲拆模時間。減少砼表面熱損失，降低砼表層溫差，防止表面裂紋。由于散熱時間延長，砼強度和松弛作用充分發揮，使砼總溫差產生的拉力小于抗拉強度。適宜的溫濕度可防止砼表面脫水而產生收縮裂紋。底腹板拆模后四周安裝自動噴淋系統養護。噴出均勻的氣霧狀水，確保箱梁達到全方位、全濕潤的養護質量標準。

4.5 加強對工程技術人員責任心教育，提高專業知識和管理水平

對施工人員進行防治砼裂紋技術交底，使他們知道控制要點，從提高人的質量意識來預防控制。落實質量保證體系、質量管理責任制，從制度管理上預防控制。

5 裂紋修補的措施

5.1 干縮裂紋的修補

高溫干燥環境時干縮裂紋一般在1～2天時間之間發生，這時必須采取措施修補裂紋，方法簡單效果好。先用毛刷將裂紋兩邊清理20cm寬，在用吹風機清理干凈，然后用水性建筑乳膠進行均勻揉刷，使裂紋內充滿膠液再用干水泥粉填充裂紋，表面用普通水泥和白水泥粉按一定配比進行拌和涂抹調色，保證修補色差一致。最后用土工布覆蓋灑水自然養護。養護時間不少于14天。

5.2 毛裂裂紋的修補

（1）用鐵錘和鋼釬沿裂紋鑿成寬10-20mm深15-20mm的v型槽，用吹風機和鋼絲刷清除v型槽內浮碴和碎屑，如有松動的混凝土也可以用鋼釬剔除掉。（2）給v型槽內均勻涂刷一層厚不小于1mm的環氧樹脂膠液并用板刷反復揉刷，使槽壁混凝土所有的坑洼部分都粘上環氧膠液。待15min后將攪拌好的環氧樹脂膠粘劑或環氧樹脂砂漿，用抹子填塞在V型槽內一邊填塞一邊用小錘砸搗使其堅實，并在其表面上抹一層10mm水泥砂漿用鐵抹壓實抹光，同時用抹子將溢流在外邊緣的樹脂膠液鏟刮干凈，最外層干抹一層粉煤灰（30～35）g：水泥100g著色粉，反復抹平。（3）24h后用砂紙、毛刷、小鏟刀將環氧樹脂修補的表面加以打磨，直至修飾到痕跡難以辨別即可。

5.3 早期裂紋修補

（1）采用水泥漿混合料涂抹方式修補，按照以下配合比進行配制并混合攪拌至顏色均勻成膩子狀。一次配膠量不宜過多以30min左右用完為宜。見表1。（2）用清水將需修補的裂紋處不小于10cm寬范圍內的混凝土表面沖洗干凈，清除裂紋表面的灰塵、浮渣等污物，如混凝土表面有油污應用丙酮清洗擦凈，以增加修補層與基面粘度防止脫層。（3）使用毛刷將修補混合料涂刷在裂紋處，遵循由低向高、由一端向另一端的原則進行涂刷。（4）在確認修補劑硬化后，使用砂紙對修補表面進行打磨處理。待技術人員檢查合格后轉入下一裂紋修補。

5.4 修補注意事項

（1）修補所用的各種材料、必須有產品質量合格證書，必須按產品說明書上的方法進行使用。（2）修補材料與混凝土之間必須粘結牢固嚴禁起皮、掉粉、漏刷和透底。（3）配置的修補材料顏色要均勻，修補后與表面顏色一致。（4）進行打磨處理后，表面要平整光滑。

6 結語

通過對砼裂紋產生的原因進行深入的研究，并采取了相應的預防措施，經過現場實踐有效地控制了砼裂紋的產生，混凝土外觀質量得到了改善，做到了內實外美取得了良好的效果。對今后同類工程施工具有借鑒作用。

參考文獻

[1]TB/T3275-2011《鐵路混凝土》[M].中國鐵道出版社，2011.

[2]Q/CR 9207-2017《鐵路混凝土工程施工技術規程》[M].中國鐵道出版社，2017.