水泥混凝土裂缝的原因及预防措施

2011-08-15赵晋玉

科学之友 2011年8期

赵晋玉

（山西平阳重工机械有限责任公司，山西侯马 043002）

1 前言

水泥混凝土由于水泥本身的性质和混凝土在硬化过程中或硬化后在其他外界不利因素的影响下，极易产生裂缝。从裂缝的大小上来分，可分为允许的裂缝（称为微裂）和不允许的裂缝（称为宏观裂缝）。微裂一般裂缝宽度在0.03 mm以内，用肉眼是看不见的，这种细小裂缝的分布是不规则、不连贯的，是由于水泥砼本身的收缩引起的。凡用水泥做黏结料所形成的砼，这种收缩都是不可避免的，由于裂缝宽度较小，对砼结构无多大影响，大量实践已证明了这一点。宏观裂缝一般裂缝宽度大于0.03 mm，用肉眼可以看到，这种裂缝一般是在微裂的基础上，由于受到外荷载作用，较大的温差变化，受施工管理和施工方法不当等因素的影响，使裂缝逐渐增大，把不连贯的裂缝互相连在一起，形成宽长的裂缝，此种裂缝对结构影响很大，应尽量避免出现。为控制砼产生裂缝，尤其是宏观裂缝，有必要找出裂缝的原因，采取有效的措施，避免裂缝的发生。笔者对此问题做如下阐述，仅供参考。

2 混凝土裂缝的原因

砼裂缝可归纳为3类：第一类是外力（包括突发性的外力和结构静、动载）引起的裂缝；第二类是砼本身存在不均匀收缩变形加上约束作用引起的裂缝，简称收缩裂缝；第三类是由于施工管理、施工方法不当等人为因素引起的裂缝。

2.1 外力引起的裂缝

外力引起的裂缝其危害最大，直接决定着结构的承载能力。如某地下工程穿越一段 20 m长的塌方段，设计时采用离壁衬砌。砼衬砌厚度没考虑塌方的影响，结果由于此段石质松散，在地下水作用下造成了塌方，大块岩石砸压在拱顶上，拱顶和侧墙多处裂缝，严重影响了结构的承载能力，不得不进行二次衬砌加固。目前，高速公路上超载运营较普遍，对桥梁影响很大。由于超载的原因，桥梁结构某些薄弱部位有可能出现裂缝，这种裂缝会随时间而逐渐扩大，最后使砼结构造成破坏，应引起足够的重视。

2.2 收缩裂缝

由于水泥本身性质所决定的水泥砼产生收缩裂缝是不可避免的，对于这种裂缝，目前尚无一个精确的计算方法。设计时只能根据规范和经验采取相应的措施，严格控制施工质量，把裂缝控制在允许的范围之内，砼收缩裂缝有以下几种：

2.2.1 干燥收缩裂缝

由于砼内的水分蒸发，表面水分蒸发快，收缩也大，内部水分蒸发慢，收缩也小，形成内外收缩差，当其差值较大，加上表面收缩变形受到内部砼的约束作用而出现拉应力，当拉应力达到一定值时，引起砼表面开裂。

2.2.2 自生收缩裂缝

水泥水化体积变小，引起自生收缩。由于收缩是不均匀的，收缩大的部位受到收缩小的部位砼的约束作用而产生裂缝。

2.2.3 碳化收缩裂缝

空气中的二氧化碳与水泥水化生成物如氢氧化钙等作用生成碳酸钙、铝胶、硅胶和游离水，引起表面体积收缩。表面收缩受到结构内部未碳化砼的约束而产生表面龟裂。在干燥环境、振捣过度表面形成砂浆层的情况下更为严重。

2.2.4 降温收缩裂缝

水泥水化放出热量，砼温度升高，水化反应完成，放热也终止。放热过程表面降温快，产生较大的降温收缩，内部降温慢，收缩小。由于砼内、外部产生温差，表面收缩又受到内部砼的约束产生拉应力，当拉应力达到一定值时，砼就会出现裂缝。

以上几种因砼收缩引起的裂缝，在没有其他不利因素的影响下，仅发生微裂，对结构没有什么大的影响，是允许的。但在其他各种不利因素的影响下，微裂可转化为不允许出现的宏观裂缝。如何使裂缝控制在用肉眼看不见的允许范围之内，是我们重点要解决的课题。

2.3 人为因素引起的裂缝

（1）由于水灰比、砂率过大、石子级配不好、振捣过度、养生不到位等原因引起粗骨料过度沉落，形成竖向体积缩小，沉落过程中受到钢筋、模板等约束而产生沉降收缩裂缝。

（2）由于地基不均匀下沉、模板变形或过早拆除模板等因素，引起不均匀沉陷裂缝。

（3）砼没达到规定强度放张（先张法）或张拉（后张法），引起反拱值偏大或放张方法不当，都会引起张拉、放张裂缝。对先张法砼空心板、梁、芯模上浮，后张法箱梁模板移位、内模上浮，使顶板砼产生裂缝。

（4）砼内掺有氯化物外加剂或以海砂作骨料、海水拌制砼，使钢筋生锈，铁锈膨胀把砼涨裂；砼保护层过薄，碳化深度超过保护层，在水的作用下，使钢筋生锈膨胀导致裂缝；水泥中含铝酸三钙过多，和含有硫酸盐或镁盐的水反应生成难溶的体积增大的反应物，使砼体积膨胀而裂缝；砼骨料中含活性氧化硅与高碱水泥中碱反应生成碱硅酸凝胶，吸水后体积膨胀使砼崩裂（称碱骨料反应）；水泥中含游离氧化钙过多，在砼硬化后继续水化，体积膨胀使砼崩裂。以上这些裂缝统称为化学反应裂缝，只有加强试验室检测工作，才能避免产生这些裂缝。

（5）冬季施工没采取防冻措施，使砼受冻而产生裂缝，可称为冻胀裂缝。

（6）由于施工安排不当，砼墙身和基础施工间隙时间过长，先浇筑的砼基础收缩已基本完成，而后浇筑的砼收缩刚开始，墙身收缩受到基础的约束，再加上伸缩缝间距偏大，墙身配筋偏少等原因，导致墙身产生裂缝，如薄壁桥台常出现此种裂缝；对大体积砼浇筑在岩石地基或厚大老砼垫层上时，没采取隔离层措施，由于约束作用产生裂缝，此类裂缝可称为人为因素的约束裂缝。

（7）其他因素引起的裂缝。木模没浇水湿透、拆模方法不当或受到剧烈振动；构件运输、堆放时支撑垫木位置不当或运输过程中受到较大的振动；吊点位置不当、安装时下放速度过快，产生撞击；安装错误使构件放反等都会产生裂缝。

3 预防措施

3.1 材料选择

（1）应选择干缩率较小的水泥。常用水泥中矿渣水泥干缩率较大，普通水泥次之，粉煤灰水泥干缩率较小。一般来说，建筑工程和桥梁工程采用普通水泥即可。干缩率小其抗裂性不一定好，这里要考虑水泥的徐变。如普通水泥虽然干缩率较大，但徐变更大，致使干缩应力大为减少。粉煤灰水泥有利于砼的抗裂性，但粉煤灰必须经过磨细，掺入水泥中才能降低水泥的干缩率。由于大多数水泥水化引起的砼自生体积变形，表现为收缩，因此，可用低热膨胀水泥拌制砼，使其在硬化过程中产生微膨胀，在约束条件下产生压应力，可以抵消由于收缩产生的拉应力，达到防止开裂的目的。

采用含铝酸三钙少的水泥，以减轻水中硫酸盐或镁盐对水泥的作用；采用低碱水泥，降低碱骨料反应；采用正规厂家生产的含游离氧化钙少的水泥以防止砼出现崩裂。

（2）选择骨料时，应选用碎石、粗砂，尽量不用砾石、细砂，因前者比后者干缩率小。也不能用海砂，避免钢筋锈蚀膨胀裂缝的发生。

（3）严禁采用含硫酸盐或镁盐的水或海水搅拌砼，以避免与水泥中的铝酸三钙反应，造成体积膨胀裂缝或钢筋锈蚀膨胀裂缝。

（4）尽量不采用含有氯化物的外加剂，防止钢筋锈蚀，产生膨胀裂缝。

3.2 合理确定砼配合比

砼配合比对干缩率影响很大，单位用水量、水泥用量和含砂率越大，砼干缩率也越大，其中单位用水量影响最大。据有关资料介绍，水灰比由0.4增加到0.7时，砼干缩率增加50%。

3.3 级配方案

选定骨料最佳级配方案，减少空隙率，使砼获得最密实的体积。依靠砼本身的密实性达到提高砼的抗拉强度、减小收缩裂缝的目的。

3.4 原材料管理

加强原材料管理，严格控制砂、石含泥量。试验证明，当含泥量为7%时，其抗拉强度与不含泥相比，降低30%左右。应严格按规范规定的砂含泥量应小于3%、石含泥量应小于1%的要求管理。

3.5 养生

养生不好不仅对砼强度影响很大，还极易产生裂缝。养生的方法很多，不管采用哪种方法，能使砼保持湿养，散发水分越慢越好。笔者认为，采用塑料薄膜进行封闭式的养生方法较为理想，既简单、养生效果好，又便宜，并能充分利用施工余水进行养生。凡是砼工程都存在施工余水散发的问题。因为在配制砼时，为了使砼有好的和易性及保证水泥能充分水化，砼拌和水量远远超过水泥完成水化反应所需的水量。多余的水分在砼硬化过程中继续向外散发，这部分水称施工余水。据测定，仅 20%左右的水成为化合水，80%呈游离水散发出来。采用塑料薄膜进行封闭式养生法，由于塑料透水率很低，又能保温，不仅充分利用了施工余水进行养生，而且对减少收缩裂缝起着重要作用，应尽量采用这种养生方法。

蒸汽养护结构构件时，升温速度不大于15 ℃/h，降温速度不大于10 ℃/h，并缓慢揭开养护棚布。