混凝土结构裂缝浅析与控制

2010-07-25韩德丰朱明华

河南建材 2010年3期

韩德丰，朱明华，李梅

1安阳市建筑工程质量检测中心站（455000） 2安阳市财政投资评审中心（455000）

0 概述

我国城市建设发展迅猛，混凝土用量日益增多，但混凝土结构的质量通病——裂缝，却一直没能彻底解决。在工程建设过程以及交付使用阶段,都存在着程度不同的裂缝现象，不仅引发施工企业与业主间的纠纷,还给工程质量留下了缺陷和隐患。

裂缝是混凝土建筑物最常见的病害之一,严重的裂缝不仅危害建筑物的整体性和稳定性,而且还会产生大量的漏水，影响建筑物的正常使用。裂缝还会引起其他病害的发生与发展，如渗漏溶蚀、环境水侵蚀、冻融破坏、钢筋锈蚀等。这些病害与裂缝形成恶性循环,对混凝土建筑物的耐久性造成危害。

混凝土是多相复合材料，性能十分复杂，往往在硬化或使用过程中出现裂缝。裂缝由多种原因作用而引起，在裂缝对混凝土结构安全进行可靠性评价时，应以科学的态度，针对混凝土结构及裂缝产生机理、裂缝的形态进行分析，区分裂缝类型，正确判定其实际危害程度。只有通过深入的探索和研究，不断总结实践经验，全面了解和掌握形成混凝土结构裂缝的内在规律，才能从设计、施工以及使用阶段采取措施进行预防，寻找解决和逐步消除裂缝的有效途径。

1 混凝土结构裂缝浅析

宏观上,混凝土是由骨科和硬化水泥浆体两种主要材料构成的不规则的三维实体结构，并且具有非均质、非线性和不连续性质；微观上，由于上述性质的原因，决定了混凝土结构难以保持稳定。同时环境温度和湿度、固化时间等因素也影响其稳定性。因此，混凝土在承受荷载前，就已经存在复杂的微观应力、应变和裂缝；受荷后微观裂缝将会发生更加剧烈的变化和扩展。

混凝土凝固过程中，由于水泥的水化作用，水泥浆逐渐变稠、硬化，并与粗骨料粘结成一体。在此过程，水泥浆失水后收缩变形远大于骨料的收缩变形。因此，两者之间形成的收缩差使粗骨料受压、水泥浆受拉，从而产生应力场，这些应力场在截面上的合力为零，但局部应力可能很大，以致在骨料表面产生微观裂缝。随着收缩变形差值不断增大，导致混凝土内部的微观裂缝逐渐延伸和扩展,并互相连通成宏观裂缝。

混凝土同样具有热胀冷缩的性质,其线膨胀系数一般为1.0×10-5/℃。当环境温度发生变化，或是水泥水化热使混凝土温度发生变化时，混凝土结构就会产生温度变形。当这种变形和约束共同作用产生的应力超过混凝土的极限抗拉强度时，裂缝也会随之出现。

显而易见，收缩(温度)变形和约束是混凝土形成收缩裂缝的内在条件。当拉应力大于抗拉强度，或拉伸变形大于极限拉伸变形时，就会产生较大的裂缝。裂缝按深度不同，可分为表层裂缝、深层裂缝和贯穿裂缝；按裂缝开度变化可分为死缝（宽度和长度不再变化）、活缝（宽度随外界环境和荷载条件变化而变化，长度不变或变化不大）和增长缝（宽度或长度随时间而增长）；按产生原因可分为温度裂缝、干缩裂缝、钢筋锈蚀裂缝、超载裂缝、碱骨料反应裂缝、地基不均匀沉降裂缝等。

2 几种典型裂缝的预防和控制

2.1 塑性裂缝

塑性裂缝出现在混凝土结构表面，裂缝较浅、互不贯通且形状不规则。多发生于混凝土初凝前，常因水分蒸发而产生，属于普通的干缩裂缝。

1）成因分析

①水泥的收缩率较大或水泥用量过多。

②混凝土浇筑后，表面没有及时覆盖，表面游离水分蒸发过快，体积急剧收缩。

③采用过量的细砂且混凝土的水灰比过大。

2）预防措施

①配制混凝土时，合理选用水泥，严格控制水灰比和水泥用量，石子粒径应选用连续粒级，采用中粗砂。

②浇筑混凝土时应振捣密实，以减少混凝土的空隙率和收缩量。

③浇筑混凝土后，加强混凝土的保温、保湿、养护，并及时对混凝土表面进行覆盖。

④及时检查，发现混凝土表面有细微裂缝，应及时进行抹压封闭。

3）处理方案

由于此类裂缝仅出现于混凝土表面,对结构影响不大,故一般可用薄砂浆进行封闭处理。

2.2 干缩裂缝

置于未饱和空气中的混凝土因水分散失而引起的体积缩小变形，称为干缩。主要是水分在混凝土硬化后较长时间产生蒸发所致。干缩裂缝处在混凝土结构的表面，缝宽多在0.05mm～0.2mm之间，其走向纵横交错，没有规律性。较薄的梁板构件裂缝多沿短边方向分布;整体板块则多发于截面变化处;大体积混凝土在平面位最为多见，有时侧面也出现。由于温度的扩散速度比干缩的扩散速度要快1000倍，所以在大体积混凝土内部基本上没有干缩问题,预制构件常出现在箍筋位置。此类裂缝通常在混凝土露天养护完毕一段时间后，在表面或侧面出现，并随温度、湿度变化而发展。

1）成因分析

①干缩扩散速度小，混凝土表面已干缩，而其内部不缩或收缩极小，此时表面的收缩变形，受到内部混凝土的约束而产生拉应力，致使表面裂缝。

②使用了收缩较大的水泥配制混凝土,同时采用了含泥量超标的细砂。

③混凝土过度振捣，造成石子沉积，表面形成水泥含量较多的浮浆层。④外加剂品种的影响,如氯盐类外加剂常常会加大干缩。⑤施工过程中对混凝土表面的养护不当,加速了水分蒸发。

2）预防措施

①选用适宜的水泥，严格控制砂石含泥量。

②混凝土应适度振捣,并适时对混凝土表面进行抹压处理，必要时在混凝土初凝前进行二次抹压处理。

③加强早期养护，如喷洒养护液、覆盖塑料薄膜以及蓄水养生等，并适当延长养护时间。

3）处理方案

①干缩裂缝多发生在表面，对结构影响不大，但会使钢筋锈蚀，同时有损观感。可用钢丝刷或其他工具对裂缝处进行毛化处理，并冲洗干净，用1:1水泥砂浆压实抹光并养护即可。

②正在施工的混凝土结构表面，可分两次压实抹平，并及时覆盖塑料薄膜进行持续养护。

2.3 温度裂缝

温度裂缝是混凝土浇筑后因温差作用而引起。尤其是大体积混凝土,浇筑后水泥水化热使内部混凝土温度快速增长，当内外温差大于25℃，极易产生收缩裂缝。还有一种温度裂缝是由于环境温差引起的,如混凝土突受寒潮侵袭或夏天混凝土经阳光曝晒后突然下雨,都会使混凝土内部与表层产生很大温差，使内部混凝土对表层混凝土起约束作用，导致温度裂缝。此类裂缝常出现于梁、板结构且平行于短边；超长构件裂缝分段出现，中部较密，端部则呈倾斜走向，其形状多为两端细、中间宽且大小不一，缝长随时间发展逐步扩展。早期出现于混凝土终凝前,硬化后的裂缝则受构件尺寸、构造、约束、环境因素影响。

1）成因分析

①泵送混凝土，水灰比大且水泥含量高，在未分层且快速浇筑的情况下,混凝土内会聚集较高的水化热和膨胀应力。

②整体浇筑的大体积混凝土，其中心水化热高，外表面散热快，受环境温湿度下降影响，极易产生冷缩或约束型贯穿裂缝。

③强度等级较高的混凝土,常选用高强度等级水泥配制并掺加复合型外加剂（能大幅度提高混凝土的抗压强度，但对抗拉强度效果并不明显），在混凝土早期强度快速增长过程，遇外表温度急剧下降且未能及时采取保温措施时，将会导致冷缩裂缝产生。

④长期处在露天未进行封闭或防护的混凝土梁板结构，受阳光曝晒和低温冻融浸害，大幅度温差周期性交替作用，势必加剧裂缝扩展和漫延。

2）预防措施

①优化配合比设计,采用高效减水剂并掺加一定量活性掺合料(高性能粉煤灰、优质矿粉等)。

②选用低水化热水泥。

③采用级配良好、热膨胀系数小的骨料，严格控制含泥量，如石灰岩骨料混凝土热膨胀系数为（5～6）×10-6/℃，而砂岩骨料混凝土热膨胀系数为（10～12）×10-6/℃，同样温度降低1℃，砂岩骨料混凝土温度变形比石灰岩骨料混凝土的温度变形大1倍。

④根据不同施工季节，严格控制混凝土的入模温度、适度振捣并及时进行有效养护,竖向构件脱模后应及时涂刷养生液，冬季施工采用蓄热养护法，严格控制构件内外温差。

⑤大体积混凝土，尽可能设置胀缩缝(后浇、膨胀带)，实施分段浇筑,并对其截面尺寸突变、应力集中部位进行处理。

3）处理方案