砼构件裂缝成因探讨

文/郑宁(北京诚盟公路工程监理有限公司)

通过对砼构件裂缝观察，对其产生原因进行分析，并提出控制及预防措施。

砼制品在现在工程建设中占有重要地位，同时，砼制品的裂缝也较为普通，在建设工程中裂缝几乎无所不在，尽管我们在施工中采取各种措施，小心谨慎，但裂缝仍然时有出现。

在大体积混凝土施工中，混凝土常常出现温度裂缝影响结构的整体性和耐久性。在运输过程中，温度变化对结构的应力状态具有显著的影响，我们遇到的主要是施工中温度裂缝，因此本文仅对施工中裂缝的成因和处理措施做探讨。

混凝土中产生裂缝有有多种原因，主要有温度裂缝，混凝土干缩裂缝，模板变形、基础不均匀沉降等。

温度应力裂缝

混凝土砾化期间水泥放出大量水化热，使内部温度不断上升，在表面引起拉应力。后期在温度降温过程中，由于受到自身强度的约束，又全在混凝土内部出现拉应力。气温的降低也含在砼表面引起很大的拉应力。当这些拉应力超出砼的抗裂能力时，即会出现裂缝。许多混凝土的内部湿度变化很小或变化较慢。促表面湿度可能变化较大或发生剧烈变化，使表面干缩形变受到内部砼的约束，也往往导致裂缝。

（一）温度应力分析

根据温度应力的形成过程可分为以下三个阶段

早期：自从浇筑砼开始至水泥放热基本结束，一般约30天。该阶段水泥放出大量的水化热砼弹性模量的急剧变化。由于弹性模量变化，这一时期在混凝土内形成线条应力。

中期：水泥水化热基本结束时起至砼冷却到稳定温度时止，这个时期中，温度应力主要是由于砼的冷却及外界气温变化所引起的，这些应力与早期形成的线条应力相叠加，在此期间混凝土的弹性模量变化不大。

晚期：混凝土完全冷却以后的运输时期。温度应力主要是外界气温变化所引起的，这些应力与前两种的线条应力相迭加。

根据温度应力引起的原因为两类：

自生应力：边界上没有任何约束或完全静止的结构，如果内部温度是非线性分部的，由于结构自身互相结束而出现温度应力。例如:桥梁墩身结构尺寸相对较大，砼冷却表面温度低，内部温度高，在表面出现拉应力，在中间出现压应力。

约束应力：结构分全部或部分，边界受到外界约束，不能自由变形而引起的应力。如：筑梁顶板混凝土和护栏砼。

这两种温度应力往往和砼的干缩所引起的应力共同作用，要想根据已知温度准确分析出温度应力，不论大小是一项比较复杂的工作在大多数情况下，需要依靠模型或数值计算。砼的徐变使温度应力有相当大的松弛，计算温度应力时必须考虑徐变的影响。

（二）温度应力裂缝的防治措施

为了防止裂缝减少温度应力可以控制温度和改善制约条件两个方面考虑。

控制温度措施如下：

（1）采用改善骨料级配间干硬性砼掺混合料加引气剂或塑化剂等措施，以减少混凝土中水泥用量。

（2）拌和砼加水或用水将碎石冷却以降低砼的浇筑温度。

（3）热天浇筑砼时，减少浇筑厚度利用浇筑层面散热。

（4）在砼中埋设水管通入冷水降温。

（5）规定合理的拆模时间气温骤降时进行表面保温，以免砼表面发生急剧温度梯变。

（6）施工中长期暴露的砼浇筑块表面或薄壁结构在寒冷季节采取保温措施。

改善约束条件的措施是：

（1）合理的分缝分块

（2）避免基础过大起伏

（3）合理安排施工工序，避免过大高差和侧面长期暴露。

此外改善砼的性能提高抗裂能力加强养护防止表面干缩，特别是保证同质量对防止裂缝十分重要。特别应注意贯穿裂缝出现后要恢复砼的整体性是十分困难的，所以施工中以防止贯穿裂缝为主。

在砼施工中为了提高模板的利用率，往往要求新浇砼尽早拆模，当砼温度高于气温时因考虑拆模时间，以免引起砼表面早期裂缝。砼早期拆模在砼表面引起很大的拉应力。出现“温度冲击”现象，在砼浇筑初期，由于水化热的散发表面引起相当大的拉应力，此表面温也 气温 此时拆模表面温度骤降引起温度梯变，从而在表面附着一拉应力，与水化应力选加再加上砼的干缩，表面的拉应力达到很大的数值，就导致裂缝的危险，如果拆模后在表面覆盖一轻型保温材料，如泡沫海绵对防止混凝土表面产生过大的拉应力具有显著的效果。

加筋对大体积砼的温度应力影响很小，因为大体积砼的含筋率很低，只是对一般钢筋砼有影响，在温度不太高及应力极低于屈服极限条件下，钢的各种性能是稳定的，而与应力状态时间及温度无关。钢的线.系数与混凝土.系数相差很小，在温度变化时两者之间只发生很小的内应力，由于钢的弹性模量为混凝土弹性模量的7—15倍，当内砼应力达到抗拉骤变而开裂时，钢筋应力不超过100—200kg/cm，因此，在砼中想要利用钢筋来防止细小裂缝的出现很困难。但加筋后结构内的裂缝一般就变得数目多间距小，宽度与深度较小了，而且如果钢筋的直径细而间距密时，对提高砼抗裂性的效果较好，砼和钢筋砼结构表面常常会发生细而浅的裂缝，其中大多数属于干缩裂缝，虽然这种裂缝一般都较浅，但它对结构强度而耐久性仍有一定的影响。

为了保证砼工程质量，防止开裂，提高混凝土的耐久性，正确使用外加剂也是减少开裂的措施之一。例如使用减水防裂剂，笔者在实践中总结出其主要作用为：

（1）管张力使干缩变形，增大之细孔。可降低毛细管表面张力，但会使混凝土干缩变形，增大之细孔。可降低毛细管表面张力，但会使砼强度降低，这个表面张力现论早在六十年代就已被国际上所确认。

（2）水灰比是影响砼收缩的重要因素，使用减水防裂剂可使砼用水量减少25%。

（3）水泥用量也可使砼收缩率的主要因素，掺加减水防裂剂的砼在保持砼强度条件下，可减少15%的水泥用量，其体积用增加骨料来补充。

（4）减水剂防裂可以改善水泥浆的稠度，减少砼泌水，减少沉缩变形。

（5）提高水泥浆与骨料的粘结力，提高砼抗裂性。

（6）砼在收缩时，受约束产生应力，当应力大于砼抗拉强度时裂缝就会产生，减水防裂剂可有效的提高混凝土抗拉强度，大幅度提高砼的抗裂性能。

（7）掺外加剂可值砼密实性好，可有效提高的抗碳化化性减少碳化收缩。

（8）掺减水防裂剂后砼缓凝时间适当，在有效防止水泥迅速水化热基础上，避免因水泥长期不凝而带来的塑性收缩增加。

（9）掺外加剂砼和易性好，表面易抹平形成微膜，减少水分蒸发减少干燥收缩。

二、干缩裂缝

实践证明砼常见裂缝，大多数是不同深度的表面裂缝，其主要原因是温度梯度造成寒冷地区的温度骤降也管易形成裂缝。因此混凝土的保湿防止表面早期裂缝尤为重要。

（一）干缩裂缝原因分析

从理论上分析，新浇筑中所含水分完全可以满足水泥水化的要求而有余，但由于蒸发等原因常引起水分损失，从而推迟或妨碍水泥的水化，表面砼最容易而是直接受到这种影响，因此砼浇筑后的最初几天是养护的关键时期，在施工中应切实重视起来。

（二）干缩裂缝防治措施

从温度应力观点出发，保湿应达到要求

1、防止砼内外温度差及砼表面梯度防止表面裂缝。

2、防止砼超冷应尽量设法使砼的施工期间温度不低于砼使用期温度温度。

3、防止老砼过冷的减少新老砼间的约束

砼早期养护主要目的在于保持适宜的温湿条件的达到两个方面效果方面使砼会受不和温湿变形的侵袭，防止有害的砼缩和干缩。一方面使水泥水化作用顺利进行，以期达到设计强度和抗裂能力。

适宜的温湿变条件是相互关联的砼的保湿措施常常也有保湿的效果。

结束语：

以上对砼的施工温度与裂缝之间的关系进行了理论和时间上的初步探讨学术界对砼裂缝的成因和计算方法，有不同的理论，但对具体的预防和改善措施是不是比较统一的，同时在实践中的应用效果也是比较好的。具体施工中要靠我们多观察多比较，出现问题后多分析多总结，结合多种预防处理措施砼的裂缝是完全可以避免的。