简述混凝土裂缝原因及预防措施

合肥水泥研究设计院 邹 沁 张媛媛

简述混凝土裂缝原因及预防措施

合肥水泥研究设计院 邹 沁 张媛媛

钢筋混凝土是一种砂石骨料、水泥、水及其他外加材料混合而形成的非均质脆性材料，在其微观相组成之间主要结合力是范德华力。因此其抗拉强度远低于抗压强度。当混凝土内部产生拉应力超过其抗拉强度时，就产生裂缝。混凝土裂缝是混凝土工程一种很普遍的现象，现就裂缝产生的原因以及如何控制混凝土裂缝做简单介绍。

混凝土裂缝 原因 预防

一、概述

钢筋混凝土是一种砂石骨料、水泥、水及其他外加材料混合而形成的非均质脆性材料，在其微观相组成之间主要结合力是范德华力。因此其抗拉强度远低于抗压强度。当混凝土内部产生拉应力超过其抗拉强度时，就产生裂缝。因此混凝土开裂的条件就是在约束变形产生的拉应力超过混凝土极限抗拉强度，也就是说必须同时考虑三个条件：变形的大小、约束的程度、当时混凝土抗拉强度。不受约束的自由变形不会产生应力；抗拉强度足以抵抗所产生的拉应力时则不会开裂。所产生的应力大小和当时的弹性模量有关，和能够松弛应力的徐变有关；是否引起开裂还和混凝土的抗拉强度有关。

《混凝土结构设计规范》GB50010-2002允许一般混凝土结构有一定的裂缝存在，但不能超过规定的最大裂缝宽度限值。当混凝土裂缝宽度超过规定的限值后，外部各种有害物质、气体开始向内部渗透、侵蚀、碳化作用也将跟随裂缝很快的渗入到混凝土内部。钢筋在氧气和水分作用下开始发生锈蚀。钢筋被锈蚀后所产生的铁锈体积比原体积要增加许多，其外侧混凝土受到钢筋膨胀的挤压作用后，其产生垂直于径向胀压力，当超过混凝土的拉应力后，就会在混凝土的保护层上引发沿钢筋的纵向裂缝。混凝土的裂缝的扩展或有新裂缝的出现，将会加速混凝土的碳化合侵蚀物质的介入。钢筋腐蚀程度加剧，这又将进一步混凝土的开裂，使混凝土结构的承载能力下降，耐久性降低。

二、混凝土裂缝的类型

混凝土的裂缝按产生的时间可分为硬化前裂缝、硬化过程裂缝和完成硬化后裂缝。

按裂缝产生的原因将混凝土裂缝分为两大类：

1. 结构性裂缝——由荷载、作用引起的裂缝。

2. 非结构性裂缝——由变形变化引起的裂缝，包括温度、湿度、收缩和膨胀、不均匀沉降等因素引起的裂缝。

（1）混凝土收缩主要有塑性收缩、干燥收缩和温差收缩。

塑性收缩主要指在混凝土硬化之前，处于塑性状态，硬化初期主要是水泥、石在水化凝固硬化过程中产生的变化。塑性收缩是指混凝土在凝结之前，表面因失水较快而产生的收缩。塑性收缩裂缝一般在干热或大风天气出现，裂缝多呈中间宽，两段细且长短不一，互不连贯状态。其产生的主要原因为：混凝土在终凝前强度很小，受高温或较大风力影响，混凝土表面失水过快，造成毛细血管中产生较大的负压而使混凝土体积急剧收缩，而此时混凝土的强度又无法抵抗其本身的收缩，因此产生龟裂。

现浇钢筋混凝土板硬化过程中，由于水分蒸发体积逐渐缩小，将产生收缩，但板的四周受到梁、柱、墙体等约束，不能自由伸展。而当混凝土的收缩引起的约束应力超过一定程度时，就会引起现浇板的开裂，开裂部位通常是应力相对集中处，所以板的收缩裂缝绝大多数产生在楼板的拐角处，其走向与板对角线相垂直。

干燥收缩主要是由于水泥、石的脱水收缩。砂石不仅多不收缩，而且还可抑制水泥、石收缩而减少混凝土的收缩。干缩裂缝多出现在混凝土养护结束后的一段时间或是混凝土浇筑完毕后的一周左右。干缩裂缝的产生主要是由于混凝土内外水分蒸发程度不同而导致变形不同的结果，相对湿度越低，水泥浆体干缩越大，干缩裂缝越易产生。干缩裂缝多为表面的平行线状或网状浅细裂缝，干缩裂缝通常会影响混凝土抗渗性，引起钢筋的锈蚀影响混凝土耐久性等。

水泥在水化过程中产生大量的热量，这是混凝土内部升温的主要热量来源，水化热聚集在结构内部不易散失，引起混凝土内部急剧升温，随着混凝土工龄期的增长，其强度相应提高，对混凝土内部降温收缩变形的约束越来越强，以致产生很大的温度应力，当温度应力大于混凝土极限抗拉强度时，即产生温度裂缝。温度裂缝多发生在大体积混凝土表面或温差变化较大的地区的混凝土中。温度裂缝的走向通常无一定规律。

大体积混凝土结构裂缝纵横交错；梁板类长度尺寸较大的结构，裂缝多平行于短边；深入和贯穿性的温度裂缝一般与短边方向平行或接近平行，裂缝沿着长边分段出现，中间较密。大体积混凝土结构一般要求一次性整体浇筑。浇筑后，水泥因水化引起水化，由于混凝土体积大，聚集在内部水泥水化热不宜散发，混凝土内部温度将显著升高，而其表面则散热较快，形成较大的温差，使混凝土内部产生压应力，表面产生拉应力。此时，混凝土龄期短，抗拉强度低。当温差产生的表面抗拉应力超多混凝土极限抗拉强度，则会在混凝土表面产生裂缝。

现浇钢筋混凝土板在混凝土硬化期间水泥将放出大量的水化热，内部温度不断上升，在混凝土表面引起张拉应力。后期降温过程中，由于受到框架梁、柱、墙的约束又会在混凝土内部出现拉应力。气温的降低也会在混凝土的表面引起较大的拉应力，特别是屋面板，由于直接与室外接触（尽管屋面也做了保温层），其产生裂缝的概率要大于楼面板。当温度应力的拉应力超过混凝土抗拉极限能力时，就会出现裂缝。

（2）化学反应引起的裂缝。

混凝土搅拌后会产生碱性离子，这些离子与某些活性骨料产生化学反应并吸收周围环境中的水而体积增大，造成混凝土膨胀开裂。这种裂缝一般出现在混凝土使用期间。

（3）沉降裂缝。

沉降裂缝是由于结构地基土质不匀、松软，或回填土不实或浸水而造成不均匀沉降导致。或者因为模板刚度不足、模板支承间距过大或支承底部松松导致。特别是在冬季，模板支承在冻土上，冻土冻化后产生不均匀沉降，致使混凝土结构产生裂缝。

三、预防措施

1. 材料选用。应选用水化热较低的水泥，严禁使用安定性不合格的水泥。粗骨料：宜用表面粗糙、质地坚硬的石料、级配良好、空隙率小、无碱性反应；有害物质及黏土含量不超过规定。细骨料：宜用颗粒较粗、空隙较小、含泥较低的中砂。外掺加料：宜采用减水剂等外加剂，以改善混凝土工作性能，降低用水量，减少收缩。

2. 配料。配合比设计：应采用低水灰比、低用水量，以减少水泥用量。配制混凝土时计量应准确，要严格控制水灰比和水泥用量，搅拌均匀，离析的混凝土必须重新搅匀后，方可浇筑。

3. 配筋。钢筋等级、规格、数量的改变、代用，必须满足《混凝土结构设计规范》GB50010-2002第8.1条相关要求。以低强度钢筋代换高强度等级钢筋后，裂缝宽度有所减小。相同等级钢筋代换时，若代换钢筋直径大于原钢筋直径，则需要加大代换钢筋的面积以满足裂缝宽度的要求。钢筋的位置要正确，保护层过大或过小都可能导致混凝土开裂，钢筋间距过大，易引起钢筋之间的混凝土开裂。

4. 模板工程。模板构造要合理，以防止模板各种干净的变形不协调而导致混凝土开裂。模板和支架要有足够的刚度，防止在施工荷载作用下，模板变形过大造成开裂。合理把握拆模板时机，拆模时间不能过早，应保证早龄期混凝土不损坏或不开裂，但也不能太晚，尽可能不要错过混凝土水化热峰值。

5. 混凝土浇筑。混凝土浇筑时应防止离析现象，振捣应均匀、适度。加强混凝土早期养护，并适度延长养护时间内，在气温高、湿度低或风速大的条件下，更应及早进行喷水养护，在浇水养护有困难时，或者不能保证其充分湿润时，可采用覆盖保湿材料等方法。

6. 工程设计。建筑平面选型时在满足使用功能的前提下，力求简单，平面复杂的建筑物，容易产生扭曲等附加应力而造成墙体及楼板开裂。合理布置纵横墙，纵墙开洞应尽可能小。减少地基的不均匀沉降，除了前述的措施外，在基础设计中可以采取调整基础的埋深，不同的地基强度和采用不同垫层厚度等方法来调整地基的不均匀变形。正确的设置沉降缝。沉降缝位置和缝宽的选定应合适，构造要合理，可以和其结构缝合并设置。

7. 当混凝土裂缝较宽时，会影响结构的抗渗性能，导致水分及有害物质渗入，诱发钢筋锈蚀或加速混凝土的自然老化，从而降低工程结构的承载力、使用功能和耐久性。此时可以对混凝土表面进行防水处理，从而防止潮气入侵。例如硅烷溶液时混凝土表面防水材料中一种应用较为广泛的防水剂。经硅烷防水剂处理过的基材具有良好的斥水效应，能有效阻止水分侵入。同时，由于斥水型防水剂没有封闭基材毛细管通道，不妨碍水气由里向外扩散，使基材具有良好的透气性。

8. 改善基础边界条件，增设滑动层，降低外约束力。当基础混凝土浇筑在基岩或混凝土上时，其降温过程中因混凝土的冷缩受到基岩或老混凝土处部约束引起的拉应力，要大于其升温中因膨胀受到基岩或老混凝土外部约束的压应力，混凝土降温的幅度越大，基底的约束程度越大，因此引发的收缩拉应力及裂缝可能性越大。

四、结语

裂缝是混凝土结构中普遍存在的一种现象，它的出现不仅会降低建筑物的抗渗能力，影响建筑物的使用功能，而且会引起钢筋的锈蚀，混凝土的碳化，降低构件的耐久性，影响建筑物的承载力。裂缝控制要重视工程设计、材料选用、施工、混凝土养护等各个环节，强调过程管理。其中裂缝控制限制环境中侵蚀性介质入侵混凝土结构的第一道防线，控制裂缝尤其是早期裂缝，对保证混凝土结构耐久性有重要意义。

[1]《混凝土结构设计规范》GB 50010-2002

[2]陈志源,李启令.土木工程材料[M].武汉工业大学出版社,2009