混凝土非結構性裂縫的控制措施

鄧青松

(中國五冶集團有限公司，四川成都 610000 )

1 收縮裂縫

1.1 收縮裂縫產生的原因

收縮裂縫是由濕度變化引起的，是混凝土非結構性裂縫中的主要部分。混凝土是以水泥為主要膠結材料，以天然砂、石為骨料加水拌合，經過澆筑成型、凝結硬化形成的人工石材。在施工中，為保證其和易性，往往加入比水泥水化作用所需的水份多4～5倍的水。多出的這些水分以游離態形式存在，并在硬化過程中逐步蒸發，從而在混凝土內部形成大量毛細孔、空隙甚至孔洞，造成混凝土體積收縮。此外，混凝土硬化過程中水化作用和碳化作用也會引起混凝土體積收縮。根據有關試驗測定，混凝土最終收縮量約為0.04%～0.06%。可見，收縮是混凝土固有的物理特性，一般來說，水灰比越大、水泥強度越高、骨料越少、環境溫度越高、表面失水越大，則其收縮值越大，也越易產生收縮裂縫。根據收縮裂縫的形成機理與形成時間，工程中常見的收縮裂縫主要有塑性收縮裂縫和干燥收縮裂縫兩類。

1.1.1 塑性收縮裂縫

塑性收縮裂縫多產生于新澆混凝土表面，大多產生于混凝土初凝后、終凝前。混凝土表面水份蒸發速度超過其內部初、終凝硬化的速度，致使混凝土表面收縮，但是這種收縮受到結構構件和下層配筋約束而產生的淺層開裂，有時還有收縮與壓縮的疊加。裂縫多呈外寬內窄，常見為不規則的多邊形或與鋼筋方向相互平行，長度從幾厘米到幾米不等，一般自表面開始，但也可發展成貫穿裂縫。在環境氣溫高、風速大，氣候干燥的情況下易于出現，高性能混凝土特別容易產生這種裂縫(圖1)。

圖1 混凝土塑性收縮裂縫

主要成因分析：(1)混凝土澆筑后未及時覆蓋，表面水分蒸發過快，產生急劇的體積收縮，而此時混凝土強度極低，不能抵抗這種變形應力而導致開裂；(2)水泥用量過多，或使用過量粉砂，或混凝土水灰比過大；(3)使用有滲透性的柔性模板、模板、墊層過于干燥，吸水大；(4)振搗不足。

1.1.2 干燥收縮裂縫

這類裂縫一般在混凝土澆筑一段時間后出現，裂縫多為表面性的，寬度較細，多在0.05～0.2 mm。走向縱橫交錯，沒有規律性。但薄壁混凝土結構中，多沿結構的短方向分布。此外在結構變截面處以及大體積混凝土的平面部位較多見，嚴重時裂縫會由表及里，由小到大逐步向深部發展，形成貫穿裂縫(圖2)。

圖2 混凝土干燥收縮裂縫

主要成因分析：(1)混凝土澆筑后養護不當，表面水份散失快，體積收縮大，而內部濕度變化小，收縮也小，因而表面收縮變形受內部混凝土約束出現拉應力，引起混凝土表面開裂；(2)混凝土連續長度較長，整體收縮大；(3)混凝土級配中砂石含泥量大，收縮大，抗拉強度低；(4)混凝土過度振搗，表面形成水泥含量較多的砂漿層，收縮增大。

1.2 收縮裂縫的控制措施

1.2.1 塑性收縮裂縫的控制措施

(1)選用干縮值較小早期強度較高的硅酸鹽或普通硅酸鹽水泥。

(2)嚴格控制水灰比，摻加高效減水劑來增加混凝土的坍落度和和易性，減少水泥及水的用量。

(3)澆筑混凝土之前，將基層和模板澆水均勻濕透。

(4)及時覆蓋塑料薄膜或者潮濕的草墊、麻袋等，保持混凝土終凝前表面濕潤，或者在混凝土表面噴灑養護劑等進行養護。

(5)在高溫和大風天氣要設置遮陽和擋風設施，及時養護。

1.2.2 干縮裂縫的控制措施

(1)選用干縮較小的水泥品種：普通水泥的干縮要低于礦渣水泥。

(2)合理調整混凝土的配合比：采用低水灰比，低單方水泥用量和低用水量，同時還宜降低砂率，盡量采用中粗砂。

(3)適當提高混凝土的抗拉強度。在水泥用量一定的條件下，縮小水灰比可使混凝土抗拉強度增高大于混凝土干縮應力的增加，有減少裂縫的趨勢。使用早強劑可提高混凝土的早期強度，但干縮也隨之加大，因此，應以提高抗裂安全度為目的，綜合考慮后采取措施。

(4)施工時應掌握正確的振搗方法，確保混凝土的密實，同時又要避免過振搗。加強濕水養護，確保養護質量，盡量延遲干縮的發生。

(5)采用合理的設計構造措施：合理設置伸縮縫，減輕約束作用，縮小約束范圍。同時對薄壁構件的配筋采用小直徑，增加布筋密度的方式，可以減少裂縫發展的趨勢。

2 溫度裂縫

2.1 溫度裂縫產生原因

溫度裂縫是由于混凝土內外溫差或季節氣溫變化過大而形成的。表面溫度裂縫走向無一定規律性，大面積結構溫度裂縫常縱橫交錯。表面溫度裂縫常發生在施工期間，寬度受溫度變化影響較明顯，冬季較寬，夏季較細(圖3)。

圖3 混凝土溫度裂縫示意

主要成因分析：表面溫度裂縫多由溫差較大引起。特別是大體積混凝土基礎澆筑后，在硬化期間，水泥放出大量水化熱，內部溫度不斷上升，使混凝土表面和內部溫差較大，當溫度產生非均勻的降溫差時，將導致混凝土表面急劇的溫度變化而產生較大的降溫收縮，此時表面受到內部混凝土的約束，將產生較大的拉應力，而混凝土早期抗拉強度很低，因而出現裂縫。

2.2 溫度裂縫控制措施

溫度裂縫的主要控制措施有：

(1)盡量選用低熱或中熱水泥，如礦渣水泥、粉煤灰水泥等。

(2)減少水泥用量,將水泥用量盡量控制在450 kg/m3以下。

(3)降低水灰比，一般混凝土的水灰比控制在0.6以下。

(4)改善骨料級配，摻加粉煤灰或高效減水劑等來減少水泥用量,降低水化熱。

(5)改善混凝土的攪拌加工工藝，在傳統的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。

(6)在混凝土中摻加一定量的具有減水、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，推遲熱峰的出現時間。

(7)高溫季節澆筑時可以采用搭設遮陽板等輔助措施控制混凝土的溫升，降低澆筑混凝土的溫度。

(8)大體積混凝土的溫度應力與結構尺寸相關，混凝土結構尺寸越大，溫度應力越大，因此要合理安排施工工序，分層、分塊澆筑，以利于散熱，減小約束。

(9)在大體積混凝土內部設置冷卻管道，通冷水或者冷氣冷卻，減小混凝土的內外溫差。

(10)加強混凝土溫度的監控，及時采取冷卻、保護措施。

(11)預留溫度收縮縫。

(12)減小約束，澆筑混凝土前宜在基巖和老混凝土上鋪設5 mm左右的砂墊層或使用瀝青等材料涂刷。

(13)加強混凝土養護，混凝土澆筑后，及時用濕潤的草簾、麻袋等覆蓋，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。在寒冷季節，混凝土表面應設置保溫措施，以防止寒潮襲擊。

(14)混凝土中配置少量的鋼筋或者摻入纖維材料將混凝土的溫度裂縫控制在一定的范圍之內。