混凝土裂缝成因分析及控制

张小亮

混凝土具有抗压强度高、成型方便、耐久性好、易于取材的优良特点，高标号的混凝土抗压强度可以和钢材媲美，因此，被广泛作为房屋、道路、桥梁、水利等各种工程建筑物的主要构筑材料。但是，混凝土本身具有抗拉强度低、材料脆性的弱点，就是这个弱点导致建筑物中会出现混凝土裂缝问题。混凝土裂缝的产生有不同方面的原因，一些裂缝具有潜在的危险性，一些裂缝不影响混凝土的性能，需要区别对待。

1 混凝土裂缝的产生机理

混凝土裂缝产生的主要原因是由于混凝土抗拉强度低以及材料的脆性造成的。混凝土的抗压强度主要由粗骨料承担，抗拉强度则依靠水泥的粘结力和粗骨料极小一部分咬合力，这部分力量十分弱小，导致混凝土抗拉强度远低于抗压强度，加上混凝土材料整体构成极不均匀，砂、石材料自身为脆性，使混凝土表现为脆性，延性极差，容易产生裂缝，这是本质原因。当混凝土受到的拉应变超过其自身极限拉应变后，混凝土就会开裂，裂缝就产生了。混凝土的极限拉应变数值很小，约为0.000 1～0.000 2[1]。影响混凝土极限拉应变的因素很多，其中主要因素有密实度、水灰比、早期养护等。龄期对混凝土极限拉应变也有很大影响，刚硬化的或龄期较短的混凝土极限拉应变很小，很容易引起开裂。

2 常见混凝土裂缝分类及成因

2.1 非荷载原因引起的裂缝

常见裂缝主要包括收缩裂缝、干湿裂缝和温度裂缝。

收缩裂缝成因是湿混凝土在发生水泥的水化反应后，水化产物总体积比反应前的总体积小，使混凝土体积产生收缩，混凝土的收缩与硬化同时发生，混凝土硬化可持续约几十年，收缩也将持续几十年。但是，混凝土收缩的主要部分是在最早的1年～2年内完成。工程实践中发现，由于近年来水泥活性和强度等级的增加，收缩量有所增大，并且拖延时间较长。影响收缩的因素很多，如水泥品种采用矿渣硅酸盐水泥比普通硅酸盐水泥水化热低，但其收缩约增加25%，超厚的大底板基础发生的收缩则非常缓慢且很小，这种收缩对混凝土结构物不产生破坏，工程中一般不需控制。

干湿变形裂缝:混凝土具有湿胀干缩的性质，胀缩的情况取决于周围环境湿度的变化。当混凝土处于干燥环境中时，混凝土内部毛细管中游离水及凝胶体吸附水的蒸发，使得混凝土产生体积收缩。当混凝土在水中或潮湿环境中时，体积不变或产生微膨胀，其膨胀值远小于收缩值，一般不产生破坏。

混凝土内部和外部温差过大(温差不应大于25℃)[1]就会使混凝土内部因温度高产生膨胀，从而造成混凝土内部受压外部受拉。混凝土在硬化初期只有很低的抗拉强度，当内外温差所引起的拉应力超过混凝土抗拉强度，混凝土就会产生裂缝。一般民用建筑混凝土体积不是特别大，这类裂缝基本不危及建筑物安全。

沉降裂缝是由于基础不均匀沉降使结构受迫变形引起的裂缝，这类裂缝主要发生在地质条件不均匀的地基和强夯地基上，当地基发生不均匀沉降后，沉降大的结构与沉降小的结构会产生相对位移，从而使结构构件产生附加的拉力或剪力，当这种附加内力超过材料的强度时，便产生相对裂缝。这类裂缝的处理主要是设计时采用合理的基础形式。

2.2 荷载原因引起的裂缝

荷载裂缝是指因动、静荷载的直接作用引起的裂缝，也称为结构性裂缝。作用在截面上的正常荷载作用效应包括弯矩、剪力、扭矩、轴向拉力都可能引起钢筋混凝土构件开裂，荷载类型不同，裂缝的形态也不相同。在规范允许范围内的结构性裂缝不影响建筑物的安全。但荷载裂缝向坏的方向发展时往往发展成有害裂缝，当这种裂缝产生时，影响到或可能发展到影响结构性能、使用功能或耐久性，甚至引起建筑物的破坏。在工程中，荷载引起的有害裂缝主要表现为贯穿性裂缝。不是所有的荷载裂缝都有害，但是当荷载裂缝进一步发展时必须引起高度警惕。

有害荷载裂缝产生的原因主要有以下几方面:1)设计因素，由于设计人员考虑不足，造成结构承载力不足，钢筋应力过大，从而使混凝土产生较大裂缝。比如钢筋混凝土，由于钢筋承载力不足，变形过大，造成混凝土承受过大拉应力，从而产生贯穿性裂缝;2)由于结构受到的不可抗力作用大于其极限承载能力，从而使结构产生裂缝，比如建筑物受到地震作用后出现的结构性裂缝;3)施工方面的原因，施工质量控制不好和不合适的施工进度也会引起结构性裂缝的产生，比如，楼层过快的施工进度可能导致在混凝土强度还没有达到可以承受的荷载之前，由于超负荷而出现裂缝。

3 混凝土裂缝的危害

一般民用建筑物无害裂缝主要是引起人们心理的不安全感，影响建筑物的美观。其实对于钢筋混凝土来讲，工作时要发挥钢筋的受拉作用，就要产生一定的变形，混凝土受拉变形能力远远小于钢筋，混凝土受拉变形超过其极限变形能力后，将产生微裂缝，拉应力转移给钢筋承担，结构此时发挥出整体效能。钢筋混凝土是允许带缝工作的，只是裂缝要控制在国家标准容许的范围之内，这时的裂缝是不会影响建筑物安全和耐久性的。

裂缝对钢筋混凝土耐久性的危害影响，在受力状态合理的情况下，实质上理解为由于钢筋锈蚀对耐久性产生的影响，钢筋的锈蚀速度与裂缝宽度、所处的环境及混凝土的碳化深度有关，实验研究表明，钢筋的锈蚀程度随裂缝的宽度增加有增大的趋势，但环境因素对钢筋锈蚀程度的影响更大。

4 裂缝的控制

在设计过程中，要充分考虑结构、构件的受力状态、工作环境以及混凝土的力学性能，进行混凝土耐久性设计，保证混凝土在预期使用寿命内能够完成预定功能，后期不必花费高额的维修费用。合理的配筋对钢筋混凝土十分重要，对于由荷载引起的裂缝，可以选用与混凝土粘结较好的变形钢筋，控制钢筋的应力不要过高，钢筋直径不宜过粗，这样就能充分发挥钢筋和混凝土协调变形，可以控制正常使用条件下的裂缝。

在混凝土材料的选用过程中要十分注意碱骨料反应，碱骨料反应是指混凝土空隙中的碱性溶液与活性骨料发生反应生成碱—硅酸凝胶，碱—硅酸凝胶遇水后产生膨胀，从而引起混凝土裂缝。碱骨料反应在工程界被称为混凝土的“癌症”，因此要十分重视。对于大体积混凝土，施工时尽量选用低水化热水泥，如矿渣硅酸盐水泥、火山灰水泥等，从而避免温度裂缝。

混凝土施工中要控制运输、浇筑和养护三方面。混凝土搅拌和运输时间应合理控制，避免因时间过长水分过多蒸发，混凝土坍落度降低，使得混凝土出现不规则的收缩裂缝。混凝土浇筑时不能漏振也要避免过度振捣，避免混凝土泌水现象发生。后期养护时要避免混凝土裸露在阳光直射和大风环境中，以免出现干缩裂缝。混凝土浇筑完毕后可进行二次抹压，必要时利用吸水泵排出表面泌水，但表面刮抹应限制到最小程度，避免在其表面撒水泥干粉刮抹，加强混凝土早期养护[2]。

总之，混凝土裂缝产生有其具体的原因，只要采取多方面的措施，裂缝问题就能得到很好的控制。

[1] 赵国藩.高等钢筋混凝土结构学[M].北京:机械工业出版社，2008.

[2] 武晓丽.混凝土裂缝成因及控制[J].港工技术，2006(5):35-37.

[3] 葛吉虹.现浇钢筋混凝土楼板裂缝的成因分析及处理[J].山西建筑，2007，33(14):119-120.