混凝土结构裂缝产生原因及控制探讨

殷学飞

摘要：混凝土属于建筑施工中的主要材料，在进行混凝土结构施工时，如何控制混凝土结构裂缝是保证工程项目施工质量的重要措施。混凝土结构裂缝的出现与发展，会对混凝土承载力、耐久性及抗渗性能造成较大破坏。文章从多个方面对混凝土结构裂缝成因进行分析，针对混凝土结构裂缝成因，提出混凝土结构裂缝控制方法。

关键词： 混凝土结构裂缝；成因；控制

一、混凝土结构裂缝产生的原因

混凝土结构的裂缝产生的原因主要分为四个：第一，由于结构的实际工作状态与设计模型的差异而产生的结构次应力引起的裂缝；第二，由外部荷载引起的裂缝缝隙，按常规计算的各种荷载而引起的；第三，由温度差、收缩、膨胀、不均匀沉降等因素产生的变形应力而引起的裂缝，施工中可以采取措施避免。第四，大体积混凝土结构中，由于结构截面大，水泥用量多，水泥水化释放的水化热能产生很大的温度变化和收缩作用，是导致大体积混凝土裂缝主要原因。

1、水化热产生裂缝的机理

（1）大体积混凝土结构的截面尺寸较大，在施工过程中，由水泥水化过程中释放出大量水化热量，由于混凝土体积大，热量散发不易，造成温升较大，从而导致混凝土体积增大。当这种变形不受约束时，混凝土结构内部不会产生应力。但实际上这种变形肯定会受到约束，约束有两种。一是混凝土与外部环境温度差异引起的约束；另一种是由于内部的条件而不同产生的约束，以上两种约束产生的应力为温度应力。

（2）其次，对于大体积混凝土结构施工中，当混凝土浇筑体的边界无约束时（如底、顶板顶面），在早期水化热的温度迅速升高阶段，由于混凝土内、外散热条件不同，形成温度梯度，表面受拉，内部受压。当拉应力超过混凝土抗拉强度时，混凝土表面就产生裂缝。在混凝土的降温阶段，混凝土的温差引起的变形加上混凝土的体积收缩变形，受到地基和结构边界条件的约束时，在浇筑体的中央断面产生了内部拉应力，当该拉应力超过混凝土抗拉强度时，混凝土整个截面就产生了贯穿裂缝。

（3）现浇钢筋混凝土结构梁、板产生裂缝的原因，综合归纳起来可以分为两大类：一是由于设计失误、实际施工不当等原因导致的结构性裂缝；二是由于混凝土本身的收缩和温差作用所产生的非结构性裂缝。有关资料统计及大量的工程实践表明，一般工程中结构性裂缝约占20%，大部分为收缩和温差裂缝约占80%，这些非结构性裂缝可以通过设计和施工阶段采取相应的技术措施进行预防，从而将其控制在现行规范所允许的范围之内。

2、温度应力的分析

根据温度应力引起的原因可分为两类：一是自生应力：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布的，由于结构本身互相约束而出现的温度应力的。例如，桥梁墩身、结构尺寸相对较大，混凝土冷却时表面温度低，内部温度高，在结构表面出现拉应力，在结构中间出现压应力。二是约束应力：结构的全部或部分边界受到外界的约束，不能自由变形而引起的应力。如箱梁顶板混凝土和护栏混凝土。这两种温度应力往往与混凝土的干缩所引起的应力相互共同作用。要根据已知的温度准确分析出温度应力的分布、大小是一项比较烦琐的工作。在大多数的情况下，是需要依靠模型试验或数值计算。

二、裂缝控制的基本原理及预防

1、大体积混凝土结构的裂缝控制

指杜绝有害裂缝，同时减少或避免不影响使用的混凝土表面裂缝。裂缝控制原理是：降低混凝土外部约束与非线性降温和收缩所产生的拉应力，提高混凝土相应龄期的抗拉强度和极限拉伸，以确保混凝土抗裂的安全度要求。裂缝控制方法采取温差与温度应力双控制方法，避免结构物出现温度裂缝，同时调整混凝土表面湿度以防止表面干缩裂缝。结构裂缝产生的主要原因是降温和收缩。任一降温温差包含水化热引起的温差和收缩当量温差，又都可以分解为均匀降温差和非均匀降温差两钟。前者产生外约束力，它成为贯穿性裂缝的主要原因；后者引起自约束力，形成表面裂缝；只有同时控制好这两钟降温差，才能减少和避免混凝土裂缝的产生。

2、控制混凝土裂缝

必须从混凝土产生裂缝的几个主要原因着手，才能有效地将裂缝控制在允许范围内。一般可分为两个控制阶段：设计阶段和施工阶段。设计阶段由设计人员对混凝土强度等级、钢筋的品种、规格、建筑物的结构形式等统筹设计，有效的进行裂缝的控制。施工阶段则采取加入外加剂的方式改善混凝土性能、降低水泥水化热、降低混凝土内外温差、结构中设置施工缝或变形缝、加强混凝土中的配筋率等措施来减少混凝土的收缩，防止混凝土产生有害裂缝。

3、合理的设计施工配合比

由于大体积混凝土结构各项指标均要求较高，并且普遍都采用泵送混凝土，因此合理设计配合比是有效控制和预防混凝土裂缝发生的基础。应该根据工程所处条件，对水灰比、砂石率、水泥用量及掺合料的用量等进行优化设计，选择最优最合理的方案。

三、混凝土结构裂缝的控制措施

1、混凝土材料的应用

混凝土材料质量直接影响着混凝土施工质量，在原材料的选择与应用上，应充分保证其满足施工及设计要求。在选择水泥时，应尽量选择水化热较低，收缩量偏低的水泥，在保证混凝土性能的基础上，降低水泥用量，对进入到施工现场的水泥性能及各项指标进行检验，禁止应用不符合设计要求的水泥；在混凝土中掺入化学添加剂，可以改善混凝土性能，如应用减水剂，可以降低用水量，减少混凝土收缩量，从而避免混凝土裂缝。

2、优化配合比

混凝土配合比的科学性与合理性，直接影响着混凝土整体性能，影响着混凝土施工的经济性。水化热较大引起温度裂缝是混凝土结构裂缝的重要成因，降低水化热，可以从优化混凝土配合比入手，降低水灰比，明确水泥用量与水用量，避免出现混凝土质量问题。

3、配筋设计

按照工程施工要求，合理进行混凝土钢筋配置工作，在进行钢筋配置过程中，应充分考虑钢筋品种、钢筋规格以及钢筋数量，对构件性能进行评估；按照施工图纸，确定钢筋配置位置，避免出现钢筋错位等现象，减少混凝土开裂。

4、模板施工

在混凝土模板施工中，需要从以下几点，进行混凝土结构裂缝控制：在浇筑混凝土之前，需要保持模板及基层充分湿润；模板设计与制作合理，保证模板拥有足够的刚度及强度，防止在浇筑混凝土过程中出现位移或变形，导致混凝土裂缝；合理控制拆模时间，在混凝土增长到一定强度后，方可进行拆模作业，并按照规定次序进行拆模作业。

5、混凝土浇筑

在混凝土浇筑作业时，应根据混凝土坍落度，合理控制振捣时间，一般混凝土振捣时间为四十秒，保证振捣均匀，避免出现过振或漏振等现象。在混凝土初凝前后时间，应采取二次振捣作业及二次抹面技术，通过二次振捣，将混凝土内部中水分及气泡等排除，尤其是针对泌水性较大的混凝土，其浇筑作业应排除泌水，進行二次振捣作业，从而避免因沉降收缩所引起的混凝土裂缝。

6、做好养护措施

在完成混凝土浇筑作业后，应及时采取养护措施，在混凝土终凝之前，保持混凝土表面处于湿润状态，并在混凝土没有完全干燥之前，采取覆盖措施，并进行洒水养护，养护时间应在7 天以上；如在混凝土施工中掺有缓凝剂等化学添加剂，则在其养护时间应延长到14天以上。在混凝土养护期间，应对其内部温度进行测量，避免内外温差较大。

参考文献：

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