淺析混凝土結構施工中裂縫的成因及其控制

薛興喜　薛文弟

摘 要：混凝土結構是工業民用建筑、交通基礎建設中最常用的形式，在施工過程中，常常由于施工原材料的選擇和施工工藝控制不利等原因，出現各種不同種類的裂縫，嚴重影響到結構的使用安全。本文結合施工實際，論述了裂縫的種類，對混凝土結構施工中裂縫產生的原因進行了深入分析，從原材料控制、澆筑工藝控制、養護等方面提出了相應的防治措施。避免混凝土結構在施工過程中裂縫的發生，以保證結構的耐久性和使用功能。

關鍵詞：混凝土 施工 裂縫 防治措施

中圖分類號：TU52 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）02（c）-0070-02

目前，我國工業民用建設及交通基礎建設得到了迅猛發展，混凝土結構得了普遍應用。但是，由于混凝土是一種非均質性材料，施工中因為工藝控制不利，經常會出現各種不同形式的裂縫，裂縫的存在，嚴重影響到建筑結構的整體性和耐久性，有時甚至影響到建筑物的使用安全。裂縫是擺在工程技術人員面前，必須認真加以解決的一個重要課題。

1 混凝土結構裂縫的特點及其危害

混凝土結構內出現的裂縫按照深度的不同，分為貫穿裂縫、深層裂縫及表面裂縫三種。貫穿裂縫是由混凝土表面裂縫發展為深層裂縫，最終形成貫穿裂縫。它切斷了結構的斷面，破壞了結構的整體性和穩定性，其危害是比較嚴重的；而深層裂縫部分地切斷了結構斷面，也具有一定的危害性。表面裂縫一般較淺，危害性較小，但也會因裂縫的外因而繼續發展，從而形成深層裂縫或貫通裂縫而造成較大的危害。

混凝土結構裂縫的危害主要有：（1）影響建筑結構物的功能。有防滲要求的結構物會因滲水而影響使用。由于水的滲透會增大處理費用，提高了施工成本。（2）降低了結構物的承載性能。由于裂縫的存在，使結構物的強度、剛度均不同程度地降低，影響結構物的承載性能。（3）影響混凝土的耐久性，使結構物過早破壞，降低了使用壽命。一方面，由于裂縫的存在，在水的作用下，構件內的鋼筋易受到銹蝕；另一方面在滲水浸潤的作用下，結構物會產生“堿-集料反應”，導致混凝土膨脹開裂與破壞，使混凝土的強度降低，進而影響混凝土的耐久性，使構件不能達到設計預期使用壽命。

2 施工過程中混凝土結構裂縫形成的原因

施工中裂縫產生的原因主要有四種：沉淀裂縫、塑性收縮裂縫、溫度裂縫、干縮裂縫。

2.1 沉淀裂縫

混凝土在澆筑、振動搗實和抹面以后仍有一個沉淀密實的過程，此時，內部水化熱開始產生，出現泌水現象，部分較大骨料下沉。在此期間塑性混凝土局部受到約束，這種約束作用導致在約束部位產生孔隙或裂縫。例如在鋼筋上方產生沿著鋼筋方向的裂縫，在鋼筋下方產生孔隙。尤其在鋼筋直徑較粗，砼坍落度過大和保護層變薄時更容易發生裂縫。另外搗實不足，抹面不到位也會使沉淀裂縫增加。

2.2 塑性收縮裂縫

塑性收縮裂縫通常發生在新澆筑的混凝土表面。當施工環境在濕度低、溫度高和風的作用下，混凝土表面水分迅速損失時，就會產生塑性收縮裂縫。塑性收縮裂縫一般在混凝土終凝以前發生，且在養護開始以前。

當新澆筑的混凝土表面水分蒸發速度大于泌水補給速度時，混凝土表面產生收縮，表面變得干稠凝固，塑性混凝土內產生拉應力，導致混凝土表面生成淺短的不規則裂縫。

2.3 溫度裂縫

溫度是導致混凝土產生裂縫的主要原因之一。大體積混凝土結構中的水泥水化熱是引起裂縫的重要因素。新澆筑的大體積混凝土在硬結過程中，產生大量的水化熱，混凝土內部溫度急劇升高。由于混凝土導熱不良，散熱較小，形成內部熱量積聚。使內部溫度大大高于表面溫度。混凝土內部的溫度是水化熱的絕熱溫度、澆筑溫度和結構物的散熱溫度等各種溫度的疊加，而溫度應力則是由內外溫差變形造成的，溫度愈大，溫度應力也愈大。在內外溫差的作用下，使混凝土結構內部積聚熱量而膨脹，產生壓應力；而混凝土表面產生拉應力。當表面拉應力超過混凝土的極限抗拉強度時，混凝土表面產生裂縫。升溫階段的混凝土表面裂縫較小。隨著水泥水化反應的結束及混凝土的不斷散熱，混凝土由升溫階段過渡到降溫階段。降溫階段的混凝土內部熱量散失緩慢，溫度遠高于表面溫度，如果混凝土外表溫度降溫過快，會在表面產生溫縮裂縫，甚至發展成貫穿裂縫，對結構的抗滲性、整體性、耐久性乃至承載力十分不利。

2.4 干縮裂縫

混凝土中約20%的水分是水泥硬化所必需的，而約80%的水分要蒸發，多余水分的蒸發會引起混凝土體積的收縮，即混凝土收縮的主要原因是由于內部水蒸發引起的。濕度的改變引起體積變化是混凝土的一種性質，水泥石損失水分引起干縮，如果收縮時沒有約束，混凝土內外不會產生裂縫，在收縮的同時如果存在約束會引起拉應力，拉應力超過其抗拉強度時，就會產生裂縫，裂縫能夠在較小的應力作用下擴展延伸。在大體積混凝土中，混凝土表面和內部混凝土的差異收縮就會引起拉應力，在內部混凝土的約束下，表面混凝土的較大收縮引起了裂縫，隨著時間的推移，裂縫向著混凝土內部伸展。

以上這4種原因，有時單獨存在，有時相互疊加，造成混凝土構件不同類型、不同深度的裂縫，影響著結構的使用功能與壽命。

3 混凝土結構裂縫的施工控制

為避免和防止混凝土的裂縫，在施工中必須從以下幾個方面認真加以控制。

3.1 優化混凝土的施工配合比，精選原材料

（1）宜選用低水化熱和凝結時間長的水泥品種。大體積混凝土宜選用中熱硅酸鹽水泥、低熱礦渣硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥或礦渣硅酸鹽水泥，以降低混凝土的水化熱量。

（2）采用連續級配，強度高，表面潔凈的粗集料。必要時，應對集料進行充分的水洗，去掉石料中的粉塵、泥土，以增強骨料與水泥的粘結力。

（3）摻加高效減水劑，增加和易性，降低水灰比，減少混凝土的單位用水量，以減少混凝土的沉淀裂縫和收縮裂縫。對于較大體積的混凝土結構應摻入粉煤灰，用以改善混凝土的和易性，減少水泥用量，降低水化熱，減少混凝土硬結過程中的內熱膨脹。

（4）對有抗裂要求，收縮比較大的構件，摻加5%～8%（水泥劑量）的微膨脹劑，制成補償收縮混凝土。使混凝土在硬結過程中產生微量膨脹，以抵銷混凝土的收縮。

3.2 混凝土澆筑過程中的質量控制

（1）控制好混凝土的分層、分塊澆筑及混凝土的入模溫度。大體積混凝土構件要確定好分層、分塊澆筑順序。同時降低混凝土的入模溫度（冬季最低不低于5℃）。夏季施工時，應對集料進行遮陽覆蓋，降低原材料溫度，采取冷水拌合混凝土。澆筑時選擇夜間低溫或陰天時施工。夏季入模溫度不宜高于28℃。通過以上措施，使水泥水比熱延緩發生，避免疊加產生峰值，降低內部膨脹，外部收縮引起的裂縫。

（2）對澆筑后的大體積混凝土溫度控制采取“內降外保”的原則。對混凝土內部采取設置冷卻水管通循環水冷卻，對混凝土外部采取覆蓋蓄熱或蓄水保溫等措施。使其內部最高溫度不大于75℃，內外溫差不大于25℃，以避免混凝土內熱膨脹與溫差引起的裂縫。

（3）加強振搗，改善混凝土內部的密實性。對表層容易出現收縮裂縫的混凝土構件，除了加強振搗外，還要在混凝土終凝前，對表層進行二次搗振，以充分消除混凝土因塑性收縮、泌水引起的表層疏松和裂縫，以增加混凝土的密實性、抗裂性能。

（4）加強養護，延緩構件拆模時間。混凝土施工完畢，應及時覆蓋保溫保濕養生。在蒸發量較大的季節澆筑時，當蒸發面較大，水泥初凝時，應向混凝土表面噴灑霧狀水養護，以減少混凝土的干縮、收縮裂縫。正常養護時，應確保混凝土處于完全覆蓋潮濕狀態。拆除模板時，應盡量延遲，以消除構件中內外溫差，防止因構件內水化熱尚未散失，構件溫度尚未降低到合適溫度就拆模，造成混凝土構件表面溫度降低過快，受到“冷擊”而產生裂縫。尤其在冬季施工更要加強注意。

4 結語

混凝土是建筑構件中的主要受力承載部分，它的施工完美與否直接關系到結構的使用功能和壽命。而裂縫是導致構件使用功能和壽命降低的重要原因。為減少、降低裂縫的危害，施工中應該嚴格按照國家有關規范、技術標準進行施工，以提高結構物的安全性、耐久性，保障功能無損，最大化的提高其社會效益。

參考文獻

[1] JTG/TF 50-2011，公路橋涵施工技術規范實施手冊[S].北京：人民交通出版社，2011.

[2] 劉秉京.混凝土技術[M].北京：人民交通出版社，1998.

[3] 馮浩，朱清江.混凝土外加劑工程應用手冊[M].北京：中國建筑工業出版社，2005.