混凝土裂缝形成原因分析及改善措施

2011-12-31谭家伟

中国新技术新产品 2011年12期

谭家伟

（广东威恒输变电工程有限公司，广东佛山 528000）

前言

在混凝土施工中，由于大量的水泥水化热不易散发，在混凝土内部温度过高，与混凝土表面产生较大的温度差，使混凝土内部产生压应力，表面产生拉应力。当表面拉应力超过早期混凝土抗拉强度时就会产生温度裂缝，因此，控制裂缝的产生是保证混凝土施工质量的关键。

1.形成混凝土裂缝的几个因素

1.1.原材料质量引起的裂缝

配制棍凝土时所采用原材料质量不合格，也可能导致结构出现裂缝。

1.1.1.水泥

如果水泥安定性不合格，其中的游离氧化钙含量超标，则由于氧化钙在凝结过程中水化很慢.在混凝土凝结后仍然继续起水化作用，可破坏已硬化的水泥石，使混凝土抗拉强度下降。若水泥出厂时强度不足，水泥受潮或过期，亦可能使混凝土强度不足，导致混凝土开裂。

1.1.2.砂、石集料

(1)砂石的粒径、级配、杂质含量

如果砂石粒径太小、级配不良，将导致水泥和拌和水用量加大，使混凝土收缩加大，影响混凝土的强度；如果使用超出规定的特细砂，后果将更加严重。当砂石中含泥量高时，将造成水泥和拌和水用量加大，降低混凝土强度以及抗冻性和抗渗性。

(2)碱骨料反应

混凝土中的碱与集料中的某些成份发生碱骨料反应，其生成物容易吸水膨胀，导致混凝土开裂。碱骨料反应裂缝的分布与钢筋限制有关。当限制力小时.常出现地图状裂缝，并在缝中有白色或透明的浸出物；当限制力强时则出现顺筋裂缝。

1.1.3.拌和水及外加剂

拌和水或外加剂中氯化物含量较高时对钢筋锈蚀有较大影响。采用海水或含碱泉水拌制混凝土，或采用含碱的外加剂，可能对碱骨料反应有影响。

1.2.收缩裂缝

在混凝土收缩种类中，塑性收缩和缩水收缩是造成混凝土体积变形的主要原因，另外还有自生收缩和碳化收缩。

塑性收缩主要发生在施工过程中，混凝土浇注后4-5h.水泥水化反应激烈，分子链逐渐形成，出现泌水和水分急剧蒸发，混凝土失水收缩，同时骨料因自重下沉，此时混凝土尚未硬化，称为塑性收缩。塑性收缩产生的量级很大，可达1%左右。

缩水收缩是因为混凝土表层水份损失快，内部损失慢，从而产生表面收缩大、内部收缩小的不均匀收缩。表面收缩受到内部约束，使表面混凝土承受拉应力，当拉应力较大时，容易产生收缩裂缝。

混凝土收缩还包括由于混凝土的体积变形不能自由伸缩而产生的自生收缩；由大气中的二氧化碳与水泥水化物发生化学反应而引起的碳化收缩。

1.3.钢筋锈蚀引起的裂缝

由于混凝土质量较差或保护层厚度不足，混凝土保护层受二氧化碳侵蚀碳化至钢筋表面，或由于氯化物介入，钢筋周围氯离子含量较高，均可引起钢筋表面氧化膜破坏，钢筋中铁离子与混凝土中的氧气和水份发生锈蚀反应，其锈蚀物氢氧化铁体积比原来增长2-4倍，对混凝土产生膨胀应力，导致保护层开裂、剥离，沿钢筋纵向产生裂缝，并有锈迹渗到混凝土表面。由于锈蚀，使得钢筋有效断面面积减小，钢筋与混凝土握裹力削弱，结构承载力下降，并将诱发其它形式的裂缝，加剧钢筋锈蚀，导致结构破坏。

1.4.施工工艺质量引起的裂缝

在混凝土结构浇注过程中，如果施工工艺不合理、施工质量低劣，容易产生各种形式的裂缝，特别是细长薄壁结构。裂缝出现的部位和走向、裂缝宽度因产生的原因而异，比较常见的有：

(1)混凝土浇注过快，混凝土流动性较低，容易在浇注数小时后发生前述的塑性收缩裂缝；

(2)混凝土搅拌、运输时间过长，使水分蒸发过多，引起混凝土塌落度过低；

(3)混凝土初期养护时急剧干燥，使得混凝土与大气接触的表面上出现不规则的收缩裂缝；

(4)拆模过早，混凝土强度不足。构件在自重或施工荷载作用下产生裂缝；

(5)施工质量控韦嗟加任意套用配合比，水、砂石、水泥材料计量不准，造戒混凝土强度良不足和其他性能（和易性、密实度)下降，导致结构开裂。

1.5.温度裂缝

当外部温度或结构内部温度发生变化，混凝土将发生形变，若变形受到约束，结构内将产生应力，当应力超过混凝土抗拉强度时将产生温度裂缝。

通常情况下，温度应力主要有3种形成方式：

(1)大体积混凝土(厚度超过2m)浇注之后由于水泥水化放热产生温度应力；此外，由于混凝土弹性模量的急剧变化也会在其内部形成残余应力；

(2)当水泥放热基本结束后，由于混凝土的冷却以及外界气温变化引起温度应力：

(3)在使用过程中，由于突发降水、冷空气侵袭或日落等致使混凝土结构外表面温度突然下降，内部温降相对较慢而产生温度应力。

2.改善混凝土裂缝的具体措施

2.1.原材料控制

（1）选用中低水化热的水泥呻口矿渣硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水铌或粉煤灰水泥等。充分利用混凝土的后期强度，减少水泥用量。在满足使用的条件下，大体积混凝土设计强度应就“能低不高”的原则。同时应注意水泥的质量，特别是安定性达标。

(2)尽量选用粒径较大(不超过40mm)且级配良好的粗集料；砂和碎石的含泥量不超过1%，针片状颗粒含量不得大于15%。

(3)在混凝土中掺加超细矿粉。超细矿粉具有微珠润滑效应，有明显的减水作用，并能够提高混凝土的和易性、体积稳定性、密实性以及抗化学侵蚀性能，同时还具有增加混凝土强度，减少塌落度损失、降低水化热等性能。

(4)适当加大活性细掺料的用量，以替代部分水泥，从而降低水化热，增强硬化前后混凝土的体积稳定性。如使用大掺量粉煤灰不仅能提高混凝土的和易性，而且改善了混凝土的工作性能。和可靠性。

(5)拌和水中不得有较高含量的氯化物等杂质，禁止使用梅水和含碱泉水拌制混凝土。

(6)选用合适的外加剂。混凝土中掺入水泥重量0.25%的木钙减水剂，不仅使混凝土工作性能有了明显的改善，同时又减少。10%拌和水，节约·10%左右的水泥，降低了水泥水化热。又如利用膨胀剂置换等量的水泥，不仅降低了水化热，同时微膨胀剂吸收部分水化热后发生化学反应，在混凝土中产生自应力而使结构处于受压状态，提高了混凝土的抗渗和抗拉能力，避免了裂缝的产生。

2.2.改善养护措施

在大体积混凝土施工中.良好的保温保湿养护对于减少混凝土的收缩，控制内外温差，降低约束应力，充分利用其松弛效应具有重要的意义。根据佣凝土结构工程施工质量验收规渤可知，大体积混凝土内外温差不应高于25℃。内外温差越大，裂缝发生可能性越大，程度越严重。在混凝土浇注完毕后12h内，应先盖塑料薄膜1层，然后盖草包或麻袋2层；再盖塑料薄膜1层进行养护。遇气温突变，温度急剧下降的情况，养护措施必须随时跟上。值得一提的是，混凝土养护应使其浇筑的内外温差及降温速度满足温控指标的要求；保温养护的持续时间应根据温度应力(包括混凝土收缩产生的应力)加以控制和确定，但不得少于15d。

2.3.表面防护

为了提高钢筋混凝土结构的耐久性，避免因钢筋锈蚀而使混凝土开裂，对混凝土抗裂性能有较高要求的特殊工程，也可采用在其表面涂覆有机涂层的措施。采用外覆有机涂层的方法能够有效阻止或降低诸如水、二氧化碳以及氯化物等腐蚀性介质向混凝土内部的渗透，从而有效地延长了混凝土的使用寿命。目前，国内常用的防护体系是：环氧封闭漆+环氧云铁中间漆+丙烯酸聚氨酯面漆。经过近10年的实践检验，该有机涂层能够对混凝土进行腐蚀防护，且效果良好，但造价较高。

此外，对于己产生较宽裂缝的混凝土，为了避免开裂处的钢筋发生腐蚀，或已腐蚀的钢筋继续腐蚀，必须对其进行灌浆处理。如果因开裂导致其结构承载力下降，应进行加固处理以保证其承载力要求。