混凝土裂缝形成的机理分析及对策

胡孝华（滁州职业技术学院技师学院，安徽 滁州 239000）

混凝土是建筑工程广泛使用的建筑材料，在施工或使用中常会出现裂缝，给结构安全带来隐患，引起用户投诉。下面结合工程实践中混凝土容易发生的裂缝分析其机理及对策。

1 常见的混凝土裂缝现象

工程实践中混凝土会出现不同形状裂缝，总结如下：

1）框架结构办公楼混凝土板底模板拆除后，发现不规则裂缝呈现龟裂状；施工中发现框架梁与现浇板交接阴角处出现水平裂缝。

2）两层框架结构门面房，施工中框架梁跨中部位出现裂缝。

3）高层框剪结构住宅楼，施工中及交房后发现客厅混凝土顶板底出现平行长边的裂缝。

4）某地下车库施工过程中发现地下室顶板的梁、板出现裂缝，混凝土墙上部出现裂缝。

5）地下人防工程混凝土底板出现裂缝引起渗漏。

6）混凝土构件表面常出现各种不规则深浅不一裂缝。

2 常见裂缝的机理分析

2.1 混凝土组成材料问题造成裂缝

2.1.1 水泥质量不合格造成裂缝

1）水泥质量低劣强度不足，配置混凝土强度达不到设计要求，造成构件断裂产生裂缝。

2）水泥安定性不合格引起的裂缝:水泥安定性是指水泥在凝结硬化过程中体积均匀变化的性质,安定性不良的水泥会导致混凝土产生不均匀膨胀导致裂缝。安定性不良的主要原因是水泥中一次游离氧化钙、方镁石含量偏高或石膏掺量过多。

（1）游离CaO、MgO遇水会产生水化反应：CaO+H2O=Ca(OH)2， MgO+H2O=Mg(OH)2

游离CaO、MgO经过1470℃以上高温煅烧，结构致密处于烧死状态，化学反应缓慢，水化产物体积分别增加97%、148%，使已经硬化混凝土开裂。

（2）水泥中石膏改变水泥组成中闪凝矿物C3A的反应历程，调节凝结时间。水泥凝结硬化后还有石膏剩余会发生如下的反应:

2CaSO4·2H2O+3CaO·Al2O3·CaSO4·12H2O(AFm)+14H2O=3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O(AFt)

由单硫型水化硫铝酸钙转化成三硫型水化硫铝酸钙AFt，这个反应过程中体积产生较大的膨胀。或直接由C3A和石膏反应生成AFt:

3CaSO4·2H2O+3CaO·Al2O3+26H2O=3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O

固相体积增大到2.22倍。这些反应都发生在混凝土硬化后，会破坏混凝土结构致混凝土开裂，严重时会使混凝土崩溃。

2.1.2 砂石质量问题造成的裂缝

1）砂石中含泥量较大：由于泥吸水后软化，干燥后收缩，产生干缩裂缝。

2）石子体积稳定性差：石子混有膨胀性矿石，如含蒙脱石、高岭石等吸水后软化，干燥后收缩，构件产生干缩裂缝。

3）SO3含量高：骨料中含有硫酸盐或硫铁矿（FeS2）等，当其含量以三氧化硫量计较高（如＞1%），有可能与水泥的钙离子作用，生成硫酸钙和硫铝酸钙，发生体积膨胀，导致混凝土开裂。

2.1.3 碱-骨料反应

碱骨料反应是由于水泥中碱含量较高，骨料中又含有活性SiO2时，碱与骨料中的活性二氧化硅反应：2mNaOH+活性SiO2→mNa2O·SiO2·H2O，形成碱性硅酸盐凝胶。

碱性硅酸盐凝胶具有较强的吸水能力，在吸收水分的过程中产生膨胀而将混凝土结构胀裂破坏。另外水泥中碱还与白云质石灰石产生脱白云石反应：

CaMg(CO3)2+2ROH→ CaCO3+Mg(OH)2+R2CO3，

该反应使白云石中粘土矿物暴露并吸水膨胀而造成破坏。由于水泥浆体结构中有较多Ca(OH)2存在，还会依下式使碱重新产生：Na2CO3+Ca(OH)2二CaCO3+2NaOH

这样使脱白云石反应继续进行不断循环，造成更严重的破坏。因此当水泥中含碱较高(R2O＞0.6%)，同时使用含有白云质碳酸盐和活性SiO2的粗骨料易造成混凝土开裂。

2.1.4 外加剂使用不当产生裂缝

现在混凝土几乎离不开外加剂，目前对许多外加剂的作用机理尚不是很清楚，使用方法不当会对混凝土的裂缝带来影响。

1）外加剂使用不当，没有根据原材料的不同进行试验，有的外加剂本身质量低劣，经常发现掺早强剂的混凝土不早强，掺抗冻剂的混凝土不抗冻，直接影响构件质量，导致混凝土强度下降产生裂缝。

2）外加剂的掺量不准确，计量器精度差，或由人工来加，工人对掺加比例没搞清楚导致掺加偏大，造成混凝土不硬化或硬化缓慢，造成混凝土构件破坏。

2.2 混凝土收缩产生的裂缝

2.2.1 沉宿裂缝

骨料级配差，水灰比大，构件厚度较厚，或混凝土振动不均匀，局部时间过长，表面浮浆多，导致固化慢，产生表面裂缝。混凝土浇筑后，由于水泥品种或级配等原因，产生泌水，相对密度大的骨料下沉，当受到钢筋的阻滞后，导致下沉不均匀致使受阻部位产生裂缝，如梁板交接处的裂缝。

2.2.2 收缩裂缝

1）自生收缩：又叫硬化收缩,水泥加水后发生一系列的物理化学变化，硅酸盐矿物发生水化反应：3CaO·SiO2（2CaO·SiO2）+H2O → CaO-SiO2-H2O+Ca(OH)2，产生水化硅酸钙和氢氧化钙，这个过程中水化产物的体积小于水泥固体加水的体积而收缩。

2）塑性收缩:混凝土浇筑后到终凝之前,水泥水化反应剧烈,分子链逐步形成，出现泌水和水分急剧蒸发引起失水收缩；同时骨料和胶合料之间也产生不均匀的沉宿变形，如水灰比过大、水泥用量大、保水性差、粗骨料少、振捣不良、环境温度高，都会引起塑性收缩表面裂缝。

3）干缩和碳化收缩：水泥石在干燥和潮湿的环境中会产生干宿和湿涨引起裂缝。水泥石中氢氧化钙和空气CO2中产生碳化反应:Ca(OH)2+CO2→CaCO3+H2O,形成碳化收缩。

2.3 模板问题产生裂缝

2.3.1 模板支架不合理造成的裂缝

模板支设前没有编制专项施工方案，未根据结构形式和荷载情况计算支架材料的规格和间距，凭经验估算，使模板支撑强度、刚度、稳定性不足，导致混凝土变形过大产生裂缝，严重的会引起事故。特别是底层混凝土模板施工，由于基土没有夯实达不到承载力要求，或施工过程中受到水的侵蚀支架下沉，导致混凝土变形开裂。

2.3.2 楼板强度不足引起的裂缝

当下层现浇混凝土模板支撑拆除后，浇筑上层楼板混凝土，由于施工荷载过大，混凝土强度不足产生变形和裂缝。当施工速度过快，新浇的混凝土强度较低，而模板支撑受力没有上下对齐，又没有加垫板，导致楼板局部变形产生裂缝。

2.3.3 模板拆除不规范引起的裂缝

为了模板的周转或赶工期，混凝土强度不足时，强行拆除模板支架出现裂缝，特别是悬挑结构，有时会酿成事故。在冬期施工，因温度较低，混凝土强度增长缓慢，拆除模板时间没有延长，造成构件强度不足产生裂缝。

3 混凝土裂缝的对策

3.1 加强原材质量控制

1）水泥质量：水泥加强进场检查，及时复检，不合格的水泥及时清理出场。水泥要按不同的品种、标号、牌号分别存放在储罐或仓库内，做到先进的先用。因储存不当或水泥储存时间超过三个月的，在使用前对其质量进行复试，按复试结果使用。对重要结构或含活性成分较多的骨料，要对水泥含碱量进行控制。针对不同结构、环境、气候选择适当的水泥品种，注意不同品种、牌号的水泥严禁混用。

2) 砂石质量：砂石使用前进行复检，保证砂石的强度、级配、杂质的含量符合要求。严格控制砂石中的膨胀性矿物、含泥质、有机质、活性二氧化硅的含量。

3) 外加剂质量：使用的外加剂要有生产许可证、产品合格证、性能检测报告，产品质量符合国家标准要求。到工地的外加剂要先复试再使用，使用外加剂之前务必熟悉外加剂的质量要求、各项技术指标和掺量。外加剂厂家安排专人根据混凝土性能要求、施工环境、原材料质量、混凝土配合比，先进行掺量试验，满足要求方可使用。

3.2 严格施工工艺和规程

混凝土施工前，必须编制专项施工方案，要对模板和支架进行强度、刚度、稳定性进行计算，对危险性较大的高大模板要进行专家论证。混凝土浇筑前严格按方案对模板、支架进行验收，合格后方可浇筑。对整体浇筑的混凝土结构，要先浇柱、再浇梁、再浇板，相互之间间隔合理的时间。在混凝土终凝前要对其进行二次抹面处理，及时消除表面裂缝。

3.3 优化混凝土组成和配合比

混凝土配合比设计充分考虑强度、流动性、耐久性之间的关系，根据混凝土构件尺寸、施工季节、使用环境来选择水泥品种与标号，尽可能通过添加外加剂来增加混凝土的流动性，添加粉煤灰掺合料来减少水泥用量，改善混凝土自身的收缩。

3.4 加强施工过程管理

1）模板安拆前应按方案对工人进行技术交底，浇筑混凝土前必须进行专项验收。模板拆除严格报验程序，留置拆模试块，达到规范要求强度后才能拆除，严禁随意拆除模板。上一层混凝土没有浇筑严禁拆除下一层模板，拆除后的模板严禁集中堆放。

2）严格控制水灰比，加强混凝土塌落度检查，对塌落度不合格的混凝土必须重新拌制，严禁现场往混凝土中加水。加强混凝土养护，混凝土终凝后及时养护，根据水泥品种和外加剂添加情况确定养护时间。

3）后浇带严格按图纸设置，位置要准确防止漏设。后浇带两侧的模板严禁拆除，后浇带的封闭时间应充分考虑混凝土的收缩和结构的沉降，按设计要求施工。