混凝土裂缝原因分析及控制措施

刘洪霞

（辽源市东星建设有限责任公司，吉林 辽源 136200）

混凝土裂缝一般可分为荷载裂缝和变形裂缝。荷载裂缝又可分为外荷载裂缝和荷载次应力裂缝，变形裂缝也可分为材料自身变形裂缝和结构变形裂缝。本文所述的只是混凝土自身变形所产生的裂缝，也有学者称之为间接裂缝。

前些年，混凝土裂缝并不是一件可怕的事情，在工地现场搅拌、小车运送、料斗浇筑形式的混凝土，只要对混凝土原材料的质量、混凝土的搅拌和浇筑以及成型养护稍加控制，混凝土的裂缝是完全可以避免的。然而现在的混凝土多为商品混凝土，混凝土原材料质量控制、配合比计量控制以及混凝土搅拌、运送、泵送浇筑的技术含量有了空前的提高，尽管混凝土的养护也做到了尽善尽美，但混凝土的裂缝却变成了不可避免的事。混凝土的裂缝已从特殊性转化为普遍性，从可控制发展到不可控制，直至成为混凝土质量的通病，引起工程技术人员的普遍重视。混凝土材料裂缝产生的原因有以下几方面：

1 裂缝原因分析

受约束的混凝土，当温度、混凝土收缩等因素产生的拉应力大于混凝土极限抗拉强度时，混凝土被拉裂而产生裂缝。Rogdlla等人在1995年普查了美国的混凝土桥面板后得到的结论是：

（1）混凝土收缩导致大部分裂缝，而不是由于混凝土硬化期交通荷载或振动作用。

（2）这些桥面板都是用高强混凝土制备，早期具有高弹模量，因此在温度变化一定或干缩量相同时，产生较高的应力；更重要的是，混凝土的徐变对这种应力没有什么释放作用。

（3）高强混凝土通常水泥用量比较大，因此收缩更大，早期水化时的温度更高；现今的水泥由于细度大、含较多的碱和C3S就更容易开裂。

由此可知，导致混凝土裂缝的主要原因是由混凝土收缩引起的。

2 混凝土收缩

混凝土收缩包括混凝土自收缩和混凝土干缩。混凝土自收缩主要是指在与外界绝湿条件下混凝土的收缩；混凝土的干缩是混凝土毛细孔中多余的水的蒸发所导致混凝土体积的缩小。不论是自收缩或干缩，还包括以前人们知道的混凝土的化学收缩，导致混凝土裂缝一发不可收拾的原因包括以下几个方面：

2.1 水泥性能对混凝土收缩的影响

以前认为水泥品种不是导致混凝土开裂的主要原因。根据最新的研究表明，水泥抗裂性能的劣化，是导致混凝土收缩增大、开裂的主要原因。由于追求高强度及早强，水泥的含碱量越来越高、水泥细度越来越细、C3S的含量越来越高，这导致水泥抗裂性能的大幅度降低。

2.2 外加剂对混凝土收缩的影响

混凝土高效减水剂是商品混凝土不可缺少的组成材料，而高效减水剂的性能直接影响混凝土的收缩性能。在国家标准《混凝土外加剂净 GB8078－1997中规定：高效减水剂的收缩率应小于等于135%。也就是说在混凝土稠度相同的条件下，允许加高效减水剂的混凝土的收缩可以比不加高效减水剂的普通混凝土的收缩大 35%。一般的高效减水剂的收缩率比在 115%～135%之间。这就是为什么泵送混凝土比非泵送混凝土、商品混凝土比现场搅拌混凝土容易开裂的原因，因为前者比后者加更多的高效减水剂。

3 早强带来的后果

为追求高效益，必须加快工程进度，往往要求混凝土早强。早强使混凝土水灰比减少，导致混凝土自收缩增大；早强使混凝土的早期弹性模量大大增加，但混凝土的早期抗拉强度几乎没有增加同时混凝土早期收缩不但未丝毫减少反而增大。众所周知混凝土收缩所产生的拉应力与混凝土的收缩量和弹性模量成正比，从而大大增加了因混凝土收缩所产生的拉应力。这对于脆性构料的混凝土来说，无疑是一个致命的打击，使本来能抵抗收缩所产生的拉应力的事实成为泡影，其结果混凝土只能被拉裂。

4 混凝土裂缝控制技术措施

4.1 材料方面

严格控制原材料质量，从源头上把住混凝土质量关，精心设计混凝土配合比，以达到增加混凝土抗拉强度、减少混凝土收缩的目的。

现代研究认为，混凝土的收缩包括化学减缩（由于混凝土中的水泥水化导致的收缩）、自收缩（混凝土与外界温湿条件下产生的收缩，在水灰比小于 0.35的条件下收缩严重）、塑性收缩（在混凝土初凝前，由于混凝土拉应力难以抵抗约束作用而产生的收缩）、干燥收缩（由于混凝土毛细孔中多余的水分蒸发而导致的收缩），混凝土中各种原材料对收缩的影响如下：

4.1.1 水泥

水泥是混凝土中主要的胶凝材料，也是混凝土中强度的主要提供者，水泥的品种、细度、强度等级都会对混凝土的性能产生影响。在单方水泥用量一定的情况下，水泥中的C3A和C3S的含量越高、水泥越细，对混凝土的抗裂越不利。在水泥品种一定的情况下，单方水泥用量增多，一方面会增加因水泥水化反映产生的化学收缩和因水泥水化热增加导致的温度变形，另一方面也会提高混凝土的强度和弹性模量，对混凝土的抗裂性能不利。

4.1.2 水

水对混凝土收缩的影响主要通过单方用水量的多少来体现。一般情况下，单方用水量（水灰比）越小，混凝土的干燥收缩越小，但单方用水量（水灰比）太小（小于 0.35）时，混凝土内部不能形成连通的毛细孔，外界的水分难以进入，随着水化的进行，使混凝土内部出现自真空现象，使混凝土的自收缩效应明显增加，对混凝土的抗裂性能不利。

4.1.3 粗、细骨料

粗、细骨料是混凝土的重要组成部分，它在混凝土中主要起到骨架作用，并且对胶凝材料的收缩具有一定的抵抗作用。集料的级配好，能降低混凝土中单方水和水泥的用量，降低混凝土的收缩。此外，粗细骨料的含泥量、泥块含量对混凝土的收缩也有很大的影响，由于泥块的吸水膨胀与失水收缩作用，含泥量、泥块含量越高，对混凝土的收缩越不利。研究还表明，碎石与卵石相比，对减少混凝土收缩更有利。

4.1.4 粉煤灰

粉煤灰是一种活性较好、堆积密度较小的掺合料，且其水化热远低于水泥，在混凝土中主要起到改善混凝土的工作性、降低水化热、节约成本等作用。水化热的降低减少了混凝土的温度变形，并且掺入混凝土中使得混凝土早期弹性模量降低，对混凝土的抗裂是有利的。此外，粉煤灰的加入可以取代部分水泥，从而降低水泥的用量，对混凝土的收缩有利。

4.1.5 外加剂

目前使用较多的是具有高效减水作用的外加剂。高效减水外加剂的主要作用在于降低混凝土的水灰比以及改善混凝土的孔结构，减少泌水及保证混凝土在一定时间内具有一定的流动性。水灰比的降低和孔结构的改善在一定程度上可以减少水泥用量及混凝土的收缩，对混凝土抗裂有利。不同的外加剂对降低混凝土的收缩作用是不同的，在实际工程中，应优先选用收缩率低的混凝土外加剂。

4.1.6 膨胀剂

混凝土膨胀剂主要通过水化产生具有膨胀作用的物质，在限制条件下，膨胀能转变为预压应力，改善混凝土内部应力状态，相当于提高混凝土的抗拉强度，由于混凝土膨胀发生在混凝土水化的早期，此时混凝土的抗拉强度还较低，对混凝土抵抗开裂是非常有利的。

4.2 施工方面

混凝土施工的整个工艺过程都对混凝土收缩或楼屋面板混凝土收缩裂缝有影响，包括装模、钢筋绑扎、混凝土用料质量、配合比控制、振捣和养护等。下面仅就一些对楼屋面板裂缝影响较大、且容易被施工人员忽略的因素及其对策进行分析：

4.2.1 楼屋面板混凝土早期振动的影响

众所周知，20世纪八九十年代的工程施工工期一般较短，施工单位为了赶工期，常常是半夜浇完楼屋面板混凝土，第二天早上放线和绑扎构造柱钢筋，下午即开始上砖和砌墙。此时混凝土刚终凝不久，强度很低，在斗车轮压或卸料的振动下，极易在混凝土内部产生较多的微裂隙，这些微裂隙开始时互不连通，后在结构应力、混凝土收缩变形和温度变形的反复作用下逐步发展、连通而形成可见裂缝。

4.2.2 混凝土浇水养护的影响

多数施工单位不重视对混凝土早期的浇水养护，仅早晚或早中晚各淋水一遍。楼层面板混凝土蒸发面积大，尤其在夏天表面干燥较快，早龄期混凝土的干缩即可能引起内应力和微裂隙，也可能因混凝土表面与混凝土内部之间的湿度差使表面混凝土龟裂或直接开裂，从而降低屋面板的抗裂性能。

5 防裂混凝土发展方向

防裂混凝土应向高性能混凝土方向发展，这是不言而喻的。根据防裂混凝土的特点，其发展方向如下：

（1）具有高度体积稳定性的混凝土。即具有较小的收缩，达到在约束状态下的混凝土，其极限收缩所产生的拉应力小于混凝土的极限拉应力，使混凝土自身具有抵抗开裂的能力。

（2）具有较小的水化热，避免混凝土因内外温度梯度所产生的拉应力而拉裂混凝土。

（3）具有良好的耐久性。

（4）向绿色混凝土方向发展。尽量减少水泥用量，以减少因生产水泥所产生的二氧化碳；利用工业废料或城市废弃物，生产混凝土原材料，保护人类环境资源，保护人类生存环境。