混凝土裂缝成因分析及相应的防治方法

卢先锋

(福建省水利水电工程局有限公司,泉州 362000)

近年来，中国各个城市基础设施建设及房地产开发的规模逐步增长，使用了大量的混凝土材料。混凝土质量问题得到了专家和学者的重视和研究，混凝土裂缝问题是其中一个重要的研究方向。混凝土开裂可以说是“常发病”和“多发病”，经常困扰着工程技术人员[1]。混凝土受拉构件中，一般处于裂缝工作状态，因为混凝土的抗拉能力很弱，容易产生裂缝，但细微的裂缝并不会影响受拉构件的使用安全，然而在受压构件中，混凝土裂缝的出现则意味着该构件存在安全问题，尤其是在防水要求高的结构中，混凝土裂缝宽度是受到严格控制的，比如地下室、地下交通轨道、隧道等。混凝土裂缝的产生会导致被保护的钢筋接触到空气，使暴露在空气中的钢筋因锈蚀较快而截面面积变小，极限抗拉应力下降，并且在周围含水的地方水会顺着裂缝渗进结构体内部，对使用及安全造成问题[2]。裂缝不仅会影响建筑外观，更会减少其使用年限[3]。

影响混凝土裂缝产生的因素有很多，而且包括了许多方面，包括材料特性、结构设计、环境影响等，为防止裂缝的产生，应对诸多因素加以优化。对于裂缝控制而言，影响因素较多，在出现的原因上也比较多样化[4]。在检测到结构存在具有安全隐患的混凝土裂缝时，应对构件进行加固。该文研究了混凝土裂缝产生的原因及防治方法。

1 混凝土裂缝产生的原因及预防措施

1.1 收缩裂缝

塑性收缩是在混凝土未凝结硬化之前，还处于塑性状态的时候发生的收缩。

塑性收缩裂缝产生的原因，一方面在混凝土浇捣后还处于流态期间，由于原材料存在密度、几何形状等差异导致沉降和泌水一起进行，粗、重骨料向下沉淀和轻质的水泥浆向上浮动，使得混凝土骨料和水泥浆互相分离，上层水分挥发后混凝土的体积较刚刚浇筑完时减少了；另一方面，混凝土表面水分流失，内部形成负压力，而未硬化导致弹性模量很低，出现塑性收缩。当混凝土表面抗拉强度小于限制收缩产生的拉应力时，会出现塑性收缩裂缝。

这种裂缝一般在温差较大的天气出现，中间宽，两边细，有长有短，不连贯，在恶劣条件下还可能会出现通缝。塑性收缩裂缝危害性较大，可能会影响到结构整体的安全性。

1.1.2 缩水收缩(干缩)裂缝

混凝土干缩的定义是混凝土水分蒸发(失水干燥)，引起混凝土体积收缩的现象。裂缝的出现与水分的内部迁移及混凝土孔隙特征有关，这种裂缝通常在浇筑后三个月内完成大部分。这种裂缝形式分为两种。其中一种广泛分布在墙面上，数量多；另一种在墙体中间位置，较粗而上下连贯。主要是因为混凝土养护条件差，长时间受到风吹和日光直射，导致表面水分流失，混凝土内部水分补充到表面，内外变形差异产生较大应力后引起的；水泥在水化过程中产生大量的热量不能快速散到外面，混凝土的温度上升，导致混凝土发生膨胀现象[5]。影响因素有水灰比和骨料含量、不同的骨料种类、相对湿度。

1.1.3 收缩裂缝的预防措施

混凝土配合比设计合理，对水泥品种、砂率级配、掺合料掺量等几个方面进行设计；提前对模板和垫层进行湿润或刷油处理；浇筑完成后即采用密封保水方法对混凝土进行养护，如遇高温或大风天气，浇筑完成后立即进行覆膜覆盖、洒水养护，并适当延长对混凝土的养护时间；及时对混凝土表面进行抹压，使得表面光滑，减少空隙从而减少水分流失，但应注意避免抹压过度，使结构形状改变；预制的预应力构件严格控制张拉时间与张拉应力；预制构件在堆放时间内，应保湿养护较长时间，特别是对于薄壁构件，应避免日光直晒与受到风的吹拂。

因农村形成的养殖畜禽模式依旧存在，影响了动物防疫工作的实施。目前许多农户依旧未认识到动物防疫工作的重要，防疫理念有所欠缺，从而限制动物防疫工作顺利实施，甚至严重者殴打防疫人员。基层动物的防疫团队未健全，人员素质有限，设施落后，法律法规未完善，操作性弱，某些生物制品欠缺保护率，农村级别防疫人员薪资低，等均影响了动物防疫水平。

1.2 沉降裂缝

沉降裂缝主要是在墙面上沿水平钢筋布置方向出现，分布比较广。裂缝方向为贯穿或者进深，与沉陷方向相同。沉陷较大时通常会出现错位。沉陷量越大，裂缝宽度越大。裂缝产生的原因是地基土质不均，在荷载作用下结构出现不均匀沉降，从而产生裂缝。或者是相邻部分结构荷载差异较大，不均匀沉降导致二者中间产生裂缝。这种裂缝往往比较大，会严重影响使用。

预防措施：其一，浇筑前在模板施工中尽量减少下料口；在振捣混凝土的同时振动上层钢筋网架，将粘在钢筋上的水泥浆抖落；最外层钢筋的保护层厚度严格控制，可增加混凝土垫片数量；严格控制振捣时间，一律采用机械式振捣；若分层浇筑，则分层间隔不得大于混凝土初凝时间。

其二，详细对地基土层进行勘察，如平面上压缩模量差值较大，应进行换填处理或其他地基处理方式，将各区域压缩模量控制在一定范围内；预制构件时在坚硬土层上进行，如有条件先在场地上制作混凝土垫板，在垫板上进行施工操作；支撑体系在地基土上的支点有足够的强度和刚度，且应随时保持表层一定厚度的地基土干燥。

1.3 温度裂缝

这种裂缝往往发生于大体积混凝土构件的表面或者温差较大的地区的混凝土结构，主要是因为混凝土内外温差过大，混凝土构件内部产生拉应力造成的。

预防措施：可从材料选择及搅拌工艺上控制搅拌温度以及混凝土的水化升温，如选用低水化热的水泥品种，或掺加各种掺合料来降低水泥的用量，或降低搅拌所用的水的温度；对采用加热养护的混凝土构件，对于升降温速度需要进行合理设计，应不大于10 ℃/h，且揭盖脱模时避免操作过快导致混凝土表面急剧冷却，表面应力过大产生裂缝；对大体积混凝土构件，养护时间段内温差较大时采用保温养护；养护时间应适当延长，充分利用混凝土的“应力松弛效应”，养护期间温差应控制在20 ℃以内；对于超大混凝土结构，可在构件内预埋冷却管，通过循环冷水冷却混凝土，将水化产生的热量导出；对于较厚较宽且少筋的大体积混凝土结构，掺不超过20%块石用于吸热，此举还可以节省混凝土；避开炎热天气和夜间等温差较大的时间段浇筑混凝土，夏季炎热天气可使用简易的遮阳装置；采用分层薄层浇筑混凝土，每层厚度小于200 mm，使热量分布均匀并加速降温；采取温度监测举措，及时分析数据并调整保温和养护措施；地下室或基础等地下结构混凝土构件拆模后及时回填，减小结构侧面暴露时间；设置施工缝、后浇带，分块散热速度较快；在有接缝的部位，增加配筋，弱化边缘效应，局部提高构件抗拉强度。

1.4 施工裂缝

混凝土的施工是决定工程施工质量高低的一个重要环节[6]。混凝土在搅拌、浇筑、拆模、堆放、运输、吊装等施工过程中，工人施工操作不符合规范、设计的施工工艺不合理等因素，都可能会令混凝土产生施工裂缝。

常见的情况有为赶进度楼板混凝土强度未达到要求而使施工材料增加荷载，导致开裂；在混凝土初凝前就将模板拆除；在对预应力混凝土构件加载卸载时荷载速率变化不均匀，加载过大；钢筋绑扎不牢固，浇筑时发生弯曲；浇捣不密实；模板约束与支撑不牢固，浇筑混凝土后发生较大形变等。

预防措施：使用木模板提前浇水湿透，防止模板膨胀将混凝土拉裂，脱模时应平稳，尽量减少剧烈的冲击和振动；预应力构件浇筑时预留孔管芯通体直线，减少弯曲，浇筑后定时转动钢管管芯，待混凝土强度达到设计允许值才可抽出管芯，操作过程应平稳缓慢，以防混凝土表面拉裂；构件的堆放需要按支承点受力状态设置垫木，技术交底应作详细说明，如支点位置、堆放层数等；构件叠层堆放时，各支点保持在同一条水平直线上，堆放方向要正确；构件在运输过程中，构件与构件之间安放垫木并分析稳定性，防止因晃动、碰撞等因素导致垮塌；冬季寒冷时期混凝土浇筑掺加含氯盐早强剂的同时，应掺加阻锈剂以减少氯的腐蚀作用；夏季施工时应测试浇捣时的温度，温度过高则需采取低温养护措施，如有必要可使用冰块对混凝土加以冷却；在某些结构的基底铺设可滑移层以减免接面约束[7]。

1.5 徐变裂缝

徐变裂缝是混凝土在长期使用过程中而产生的裂缝，包括在外荷载作用下产生的徐变裂缝和无外荷载作用下的徐变(如因长期固结产生的徐变、自重应力作用下产生的徐变)裂缝。裂缝产生的原因有混凝土在受到荷载时，内部颗粒之间的相对滑动会延续较长时间；混凝土骨料与水泥水化产物的结合面持续发展；混凝土在自身的重力作用下产生类似于土体固结的塑性变形。混凝土徐变可能会增大受弯构件的挠度、受压构件的偏心距和导致预应力损失。

预防措施：在构件端头处适当加大截面高度，额外设置钢筋来承受水平力，也可以做放射式配筋或弯起构造筋，弯起构造筋的弯起方向平行于主拉应力方向；结构支撑节点采用可以允许轻微位移的连接节点，如连接件连接、螺栓连接、柔性连接、铆接、预留孔安装橡胶垫圈等；在混凝土构件之间设置伸缩缝，为徐变预留空间；混凝土中添加纤维，可减少徐变和提高强度；控制预应力筋的弯起角度，尽可能减少非预压区域；预制构件在吊装前应该放置较长的时间，尽可能晚地固定吊车梁，以让混凝土徐变完成大部分，减小到一个稳定值，因为混凝土徐变三个月后可以达到60%，四到五个月混凝土徐变已基本稳定，此时混凝土构件将具有较长龄期，也有较高的强度；预应力混凝土构件卸载预应力不应过早，以减少混凝土收缩增加徐变变形量，还能提高混凝土的抗裂能力；设置构件端头支承垫板，使应力集中分布。

1.6 应力裂缝

应力裂缝指混凝土结构在正常使用阶段外荷载作用下产生的裂缝。外荷载直接作用产生的裂缝为直接应力裂缝，外荷载间接作用产生的裂缝为次应力裂缝。外荷载的作用下会增加混凝土局部承受的应力(拉应力或压应力)，当内应力增长超过极限值后混凝土将产生裂缝。

预防措施：现场技术人员加强对工人在施工过程中钢筋、模板、振捣、收面等的质量控制检查，确保钢筋绑扎焊接位置、钢筋间距、支撑钢筋位置、模板固定等要点符合规范要求，严格按照设计要求使用相符合的混凝土等级；拆模时间不能过早，至少需要等混凝土初凝后才能拆除模板；合理安排施工临时堆载，混凝土强度未达设计值时禁止对构件施加大荷载；堆放、运输、吊装时支承点和吊点位置正确无偏移，转移过程中避免振动、碰撞；模板施工时在胎模端部安放并固定具有一定弹性的木质或橡胶垫片，模板转角不宜过大，防止构件收缩时转角卡住构件使构件拉裂；在构件的各个节点处加大箍筋配筋率或安放钢筋网片，以提高劈裂应力区的强度，且应保证钢筋外围有一定厚度的混凝土保护层；混凝土面多次抹平压光，提高板面质量。

2 混凝土裂缝的处理方法及适用范围

混凝土裂缝出现后，其宽窄、发展、深浅、形状可能随时间变化而变化，处于运动状态，我们称之为“不稳定裂缝”，其中有部分裂缝呈可逆状态，一般随热胀冷缩、荷载大小不断变化[2]。混凝土裂缝出现后，应及时根据结构安全等级及裂缝危害程度制定修补方案，防止裂缝进一步扩大，造成不必要的安全问题。根据以往对混凝土裂缝处理的经验，编制针对性的技术措施，能快速有效地处理问题。

1)表面涂抹法：该方法适用于混凝土表面深度很浅的细条状裂缝、没贯穿结构层的裂缝、不再伸缩的裂缝等已经稳定了的细小裂缝(裂缝宽度小于0.05 mm，长度宜小于20 mm)，或是因混凝土结构变形引起的、对承载力无影响的细小裂缝，比如温度裂缝、收缩裂缝、徐变裂缝等。该方法是使用涂刷材料对裂缝产生范围进行涂刷，以掩盖裂缝。

2)表面贴补法：使用合成膜或其它防水片、卷材粘贴在裂缝出现的区域上，既可掩盖裂缝，又可美化混凝土结构。表面涂抹法的适用范围也适用于表面贴补法，另外，表面贴补法还适用于蜂窝麻面的平整，漏水位置不明确的大面积漏水裂缝的防渗堵漏。表面涂抹法和表面贴补法不适用于较大的裂缝。

3)裂缝填充法：在裂缝中填入修补材料，排出水分和空气，表面抹平涂刷处理。处理宽度较大的裂缝效果较好。该方法具有技术门槛低、操作简单、费用低、持续效果好等优点。但是对于宽度较小、深度较浅的裂缝，或裂缝中填充有不规则固体杂物并难以清理的情况下，使用填充法的效果不理想。对于小规模裂缝，可以先将裂缝处理成比较规则的形状，清理干净后再填充修补材料。

4)灌浆法：该方法适用范围较广，处理效果好，适用于各种情况产生的裂缝。但具有对于细小裂缝经济性差、操作复杂、需要特殊的设备等缺点。在施工时根据结构的重要程度使用浆液。如对于不承受荷载的分隔墙等一般结构使用费用较低的水泥浆，而对于承受较大载荷的结构，如梁、板、柱承重墙等重要构件，应使用添加膨胀剂的水泥浆，以减少硬化收缩。

5)结构补强法：该方法适用于处理因承载超过承载能力范围内的荷载而产生的裂缝，裂缝形成且稳定后没有对裂缝加以处理导致结构耐久性降低的裂缝，受火灾等高温烘烤的承载结构，或其他结构强度受到影响产生的裂缝。包括断面补强法、预应力法、锚固补强法等加强结构强度的方法。

上述各种处理方法可以结合使用。灌浆法一般采用环氧树脂或水泥浆，也有使用双液浆(水泥浆和水玻璃)。填充法使用细石混凝土填充捣实，还可以添加钢丝网或者纤维等用于加固。

3 结 语

混凝土裂缝的控制是综合性的问题，涉及范围广，包括混凝土生产质量、施工质量、技术设备、气候环境等诸多因素。为了预防混凝土构件裂缝的产生，除了发展先进的施工技术和专业的施工设备外，还需要严格遵守施工程序，规范施工，严格控制混凝土浇筑及养护期间的温度和水分含量，优化设计混凝土的配方如骨料级配、水泥参数、外加剂品种及掺量，地基处理得当减少不均匀沉降，采用机械振捣禁止人工振捣等。在混凝土裂缝出现后应及时处理，避免裂缝进一步扩大，可根据现场情况，合理采用表面涂抹法、表面贴补法、裂缝填充法、灌浆法、结构补强法等实用方法进行修补或加固处理。

[1] 吉 喆.混凝土裂缝的预防与处理[J].安阳师范学院报，2007(2)：143-144.

[2] 金恩平，朱跃峰.建筑工程施工中混凝土裂缝的预防与处理[J].河南大学学报(自然科学版)，2005，35(3):111.

[3] 贺龙喜，宋 娟，周 卫.钢筋混凝土结构裂缝的控制分析[J].科技创新导报，2017，34:51.

[4] 高大帅，温青培.分析混凝土早龄期性能与裂缝控制[J].四川建材，2008，44(2):247-248.

[5] 胡峰博.水泥混凝土干缩裂缝的控制措施[J].科技视界，2018(02)：162-163.

[6] 胡俊福.工程施工中裂缝处理策略的分析[J].建筑技术开发，2008，45(1):104-105.

[7] 富文权，韩素芳.混凝土工程裂缝预防与控制[J].混凝土，2003(5) ：3-17.