混凝土结构裂缝产生的原因分析及控制措施

赖林峰 黄泉开 陈俊杰 薛紫剑

（福建省建筑工程质量检测中心有限公司龙岩分公司， 福建 龙岩 364000）

1 案例

某工厂职工宿舍楼由两个单位工程（一号楼和二号楼）组成，总建筑面积8500m2。其中一号楼上部主体为六层的现浇钢筋混凝土框架结构，采用预拌商品混凝土，混凝土施工输送方式为泵送。施工单位对该单位工程第四层楼板进行混凝土浇筑施工后发现，在混凝土浇筑后约 5小时左右混凝土表面出现大量裂缝；在模板拆除后构件的底面发现纵向裂缝情况。第四层楼板裂缝分布情况见图1。经过渗水试验和钻取芯样分析发现：大部分为表面裂缝，局部有贯通裂缝。

图1 四层楼板裂缝分布情况

图2 在25℃下水泥水化放热速率曲线

2 原材料问题导致开裂

2.1 混凝土所用水泥温度过高

水泥生产过程要经过超过1000℃的高温煅烧，在水泥出厂后，水泥聚积堆放要经过一段时间热量才能散除。如果在温度未降到一定范围内，就出厂并投入使用，将造成严重的混凝土开裂情况。水泥本身的热量加上水泥水化反应热，使得拌制的混凝土温度过高，过高的温度使混凝土内部水分蒸发过快，水化热所需的水分不足，不但混凝土强度无法增长，还因为热胀冷缩的原因导致所浇筑的混凝土构件产生裂缝，严重情况甚至出现贯通的开裂缝隙。

2.2 混凝土结构内水泥水化热散热不均匀

混凝土（特别是大体积混凝土）早期开裂的主要原因是内部温度应力。混凝土浇筑后，水泥的水化反应会放出大量热量，而混凝土内部不易散热；外围混凝土与空气接触散热较快，这就造成混凝土较大的内外温差，这种温差造成内部和外部热胀冷缩的程度不同，就在混凝土表面产生膨胀应力，当膨胀应力超过了混凝土所能承受的抗拉极限，混凝土表面就会产生温度裂缝。

水泥水化反应主要分为5个典型的反应阶段（见图2）[1]：①起始期；②诱导期；③加速期；④减速期；⑤稳定期。通过观察硅酸盐水泥水化放热速率曲线，在水泥遇水后2-8小时期间，水化热急剧增加，若在这个时间内混凝土结构中的水化热聚居无法散去，最后混凝土结构内外的温差造成的应力就将使混凝土产生裂缝。

2.3 混凝土所用砂石骨料含泥量泥块含量太大

含泥量过大，将降低水泥的胶结能力。混凝土搅拌不均匀，含泥量过高导致混凝土中水泥的胶结能力不够，造成局部混凝土强度出现薄弱区，该薄弱区如果刚好在受力比较集中的部位，无法抵抗各种作用力，将导致裂缝的出现。

3 混凝土自身原因

混凝土自身干燥收缩产生的干缩裂缝。在混凝土配合比设计过程中，通常是提高增加胶凝材料的用量、掺减水剂等措施来提高混凝土强度等级。对于普通强度的混凝土，胶凝材料的用量一般在 380kg/m³～450kg/m³范围内，再加上减水剂作用，混凝土的水灰比控制在 0.35～0.40范围内，拌合物的坍落度可达到160±20mm。混凝土的初凝时间一般在8h～10h，在初凝前混凝土属于介于流体状态和可塑状态之间没有强度的。在高温干燥环境下，加上混凝土表面气流的影响，混凝土表层浆体的水份很容易蒸发。随着水分蒸发，表面的收缩将导致裂缝产生，此类裂缝分布无规律可循，数量较多且多数为表面缝隙[2]。

4 施工因素导致的楼板裂缝

4.1 施工工艺不当

混凝土的施工过程中过分振捣和抹面，使混凝土的骨料下降，而上部多为水泥浆。混凝土表面出现泌水现象，形成砂浆层，砂浆层水分含量较大，干缩性也较大，造成干缩裂缝。另外，在混凝土施工时，由于施工过程不规范，管理不到位导致某些操作人员为了提高施工速度，私自对混凝土拌合物加水，使混凝土水灰比增大，水泥砂浆含水过多。将增大泌水量，留下大量泌水通道并使表面形成弱化层，当水份蒸发时产生毛细管收缩应力，从而产生收缩裂缝。直接加水还将严重的降低了混凝土强度。

4.2 施工进度过快

混凝土浇筑后混凝土要进过初凝、终凝等阶段后强度才能慢慢提升，这一过程需要经过合理的养护。当混凝土还未达到一定的强度就进行上部的施工作业活动，如：钢筋捆扎、材料堆放等，使楼板受到冲击振动荷载或堆放的集中力等作用，引起不规则的受力裂缝。并且这些裂缝一旦形成，就难于闭合[3]。

4.3 混凝土养护不当

在混凝土还未达到终凝状态前，过早撒水养护会影响混凝土的胶结能力。当混凝土终凝过后未及时养护，混凝土内的水分蒸发过快，产生急剧的体积收缩。由于此时的混凝土强度比较低，不能抵抗这种应力而产生开裂。

5 防止裂缝产生的控制措施

①选用水化热较低的矿渣水泥。在配合比设计阶段采用掺合料替代部分水泥的方法，比如掺入矿渣粉或者粉煤灰，以降低水泥水化过程中混凝土内部热量的聚集。

②选用合适的外加剂。通过使用高效减水剂或者高性能减水剂，既能提供混凝土的拌合物性能和强度，还能减少水泥用量，从而达到降低水泥水化热的释放热量。

③选用含泥量低的砂石骨料。有条件的情况下细骨料全部选用河砂，如果使用机制砂，由于机制砂石粉含量一般都比较高，其掺入比例不得过高，最好控制在30%以内。

④提高模板刚度，早期养护时不得有荷载。确保模板的牢固程度，对跨度较大或悬挑部位的模板应加密支撑。在浇筑后的混凝土结构上，不得过早在其上部进行材料堆放等施工活动，最好在浇筑三天后再开始从事轻微的施工活动。

⑤科学养护。早期可采用包膜养护，避免混凝土表面水分过早蒸发，终凝后方可散水养护。

6 结语

混凝土裂缝是一个普遍存在的问题，混凝土内外温差、混凝土原材料、施工管理等因素都会造成裂缝产生。在施工过程中，应当加强施工过程中的质量控制和施工作业的科学管理。混凝土裂缝产生的原因很大一部分是因为混凝土内外温差产生温度应力引起的，有效地控制混凝土内外温差是控制裂缝产生的最好办法[3]。

[1]Mostafa N Y,Brown P W.Heat of hydration of high reactive pozoolans in blended cement:Isothermal conduction calorimetry[J].Thermochimica Acta ,2005,435(2):162-167.

[2]吴 庆，程新国.商品混凝土早期裂缝的原因分析及控制措施［J］.混凝土.2004.06:56

[3]闻 兵，刘建桥，苑宗双，李建国.现浇混凝土楼板裂缝产生的原因及分析［J］.辽宁师专学报.2012.14-4:104

[4]曹玉田.探讨混凝土裂缝产生的原因和控制措施［J］.交通世界2011.3/4：133.