混凝土裂缝主要分类及防治概述

赖日飞

（缙云县九州混凝土有限公司，浙江 丽水 321400）

0 前言

混凝土作为一种多相材料，通过胶凝材料水化生成的胶凝矿物相将砂石等骨料胶结成为坚硬的固体。相比金属材料和高分子材料，混凝土具有强度高、可模性强、耐久性好等诸多优点，但也存在脆性大、拉伸强度低等缺点。混凝土易受自身原材料质量波动影响，同时在温度和湿度变化以及恶劣的服役环境下均易出现微裂纹，当这些微裂纹逐渐发展就会形成有害裂缝，对混凝土结构耐久性造成危害，从而缩短工程主体的使用寿命。

根据裂缝形成的主要起因，混凝土裂缝可以分为温度裂缝、收缩裂缝及塑性裂缝[1]，裂缝的发展是由表及里的过程，细小的裂纹通过荷载或者环境劣化不断扩展，进而成为有害裂缝。本文对混凝土裂缝的主要成因进行分析，对混凝土裂缝提出预防和修复的举措，希望为混凝土开裂防治提供有效参考。

1 混凝土裂缝的主要分类

1.1 温度裂缝

温度对水泥水化速率产生影响，能够调控水泥水化进程，当周围养护温度升高或者使用热水泥时，水泥水化放热加快[2]，出现温度峰值的时间缩短，使得混凝土出现内部缺陷增多，从而引起体积稳定性不良。混凝土内外温差过大是引起混凝土开裂的主要原因，当混凝土浇筑内部温度和混凝土表面温差超过 25℃，或者混凝土表面温度与环境温差大于 20℃ 时，温度拉应力超过混凝土内部的约束力，就会产生混凝土初期微裂纹，随着裂纹的扩展极易形成贯穿性的裂缝。温度裂缝一般无固定走向，根据不同部位而异。梁板类一般与其短边平行，大面积的构件一般裂缝相互交错，对混凝土结构危害较大[3]。

1.2 塑性裂缝

塑性裂缝多发生在混凝土浇筑初期，发生在硬化前，此时混凝土尚处于塑性阶段，混凝土表面失水速率较快，形成较强的拉应力，而混凝土尚未硬化形成强度，混凝土无法有效抵抗变形而出现塑性裂缝。引起塑性裂缝的因素较多，水泥和矿物掺合料细度和品类、水胶比以及外加剂带来的超缓凝问题都可能成为混凝土塑性开裂的诱因。曾国东等[4]人发现矿物掺合料加入后能够降低混凝土早期塑性开裂风险，其中加入 15%～20% 左右的粉煤灰可以使开裂面积大幅下降，适宜掺量的花岗岩石粉可以有效降低混凝土早期开裂风险。水泥用量越高，出现塑性开裂的概率越大，因此高强度等级混凝土相比低强度等级混凝土更容易出现塑性开裂。同时，水胶比过大、外加剂中缓凝剂用量过多也会导致混凝土塑性收缩加大。此外由于骨料和砂浆质量不均，出现骨料下沉或者受到钢筋扰动出现塑性沉降，也会造成混凝土塑性开裂。

1.3 收缩裂缝

混凝土受到自身水泥水化及周围环境的影响，可能出现塑性收缩、干燥收缩、化学收缩和碳化收缩。其中干燥收缩是引起混凝土收缩开裂的主要原因[5]，当混凝土表面和大气中存在湿度差或者温度差就容易出现拉应力，从而使得混凝土内部失水加快，当混凝土养护不良或者未及时抹面时就会出现混凝土表面微裂纹，继续发展会形成混凝土有害裂缝。水胶比过大、水泥过细以及砂石含泥量过高等都会加剧混凝土养护不良条件下的开裂。雷万康[6]研究了热水泥对混凝土性能的影响，研究发现水泥温度提高增加了水泥早期水化热，混凝土早期强度提高，但也增加了混凝土早期开裂风险。袁杰 等[7]研究了砂含泥和骨料含粉对混凝土收缩的影响，砂中含泥和骨料含粉均对混凝土收缩带来不利影响，这使得混凝土体积稳定性减弱，混凝土开裂风险增加。当前优质砂石资源短缺，机制砂和劣质骨料的应用加大了工程开裂风险[8]，其中骨料含泥量超标会引起混凝土失水过快，混凝土受到干燥收缩和碳化收缩开裂的概率增加。

2 混凝土裂缝的防治

2.1 严格控制原材料质量

混凝土作为多组分材料，胶凝材料、砂石骨料、拌合水质量好坏都会对混凝土裂缝控制带来一定影响。水泥作为主要的胶凝材料，主要起到胶结砂石的作用。影响水泥质量的因素有矿物组成、粉磨细度以及水泥碱含量等，其中 C3A 含量高的水泥早期水化较快，需要较多的石膏调节凝结时间，在使用过程中会造成混凝土坍落度损失过快，与外加剂适应性减弱，在浇筑后混凝土开裂的风险增加。粉煤灰、矿粉等传统矿物掺合料的使用降低了水泥用量，同时改善混凝土和易性，降低水泥早期水化热，并保证混凝土长期强度和耐久性，但矿物掺合料的使用也会使混凝土早期强度下降，混凝土结构过早拆模后就会出现荷载裂缝。近年来，随着资源短缺及国家节能减排政策的实施，天然砂资源逐渐退出日常商品混凝土生产，取而代之的是机制砂的大范围应用，甚至全机砂也已经在高强高性能混凝土生产中得以应用，机制砂中含泥量、含粉量、细度模数等都会对混凝土性能产生影响，进而增加了混凝土质量波动风险。

2.2 做好结构防裂

混凝土裂缝的控制需要贯彻全过程控制，即从基础地质勘察、结构设计、施工及混凝土选用及后期养护等各个环节进行规范管理。合理的结构设计是降低混凝土裂缝的重要环节，主要从伸缩缝的设置、混凝土强度等级选用以及合理的钢筋布置等开展，混凝土结构在温度变化或者收缩时，由于体积变形过大从而会导致开裂，而收缩缝的设置恰好可以减少混凝土收缩对结构实体的伤害。设计人员要根据工程实际，参考结构跨度及不同部位，设置适当宽度和长度的伸缩缝，在部分薄弱区域，可以通过加入纤维、加厚板面、增加配筋等方式进行增强抗裂设计[9]，此外人们往往将设置后浇带、加强带等方法配合使用，综合抗裂。

高等级混凝土的使用为设计人员降低墙体厚度、增加建筑物的有效利用空间提供了可能，因此设计人员往往选择提高混凝土强度等级来确保结构的强度和承载能力。但高强度等级混凝土意味着较高的胶材用量、较低的水胶比，这使得混凝土早期集中放热量大、水化温升快，易造成混凝土出现温度应力而出现开裂。因此，设计人员本着适用、经济、安全的角度合理选用混凝土等级，减少材料浪费，降低混凝土水化开裂风险。

合理选用钢筋配制有利于防止混凝土开裂。在梁、柱等的钢筋配制中，应适当增加纵向受力钢筋条数，以分散集中应力；在钢筋代换时，要考虑所替换的钢筋类型及面积是否有利于结构抗裂。

2.3 做好施工现场养护

混凝土良好的工作性能可以保证施工的顺利进行，后续良好的养护有利于混凝土强度发展和耐久性，也有利于混凝土裂缝的防控。养护的目的就是保证混凝土内部水分供应，确保水泥持续水化和周围环境温度和湿度差值不至于产生应力破坏。在夏季时浇水养护可以保持混凝土表面湿润，降低混凝土表面温度，减低混凝土内部应力集中；冬季通过覆盖棉毡等保温措施可以降低内外温差，避免混凝土遭受冻害，减少混凝土由于温度应力而引起的内部裂缝。由于混凝土裂缝是由表及里的破坏过程，降低混凝土表面微裂纹数量，通过良好的养护可以达到微细裂纹自愈合的目的。夏露等[10]通过试验研究了减缩剂养护、养护剂养护和土工布养护 3 种养护方式对综合管廊混凝土抗裂性能的影响，结果发现减缩剂可以推迟混凝土初始开裂时间，裂缝宽度可以降低 70%，同时开裂面积相比土工布养护减少 46%，这说明适当的养护可以提高混凝土的抗裂效果。蒋睿[11]研究表明，随着混凝土强度等级提高，整个体系对养护条件的要求越苛刻，尤其是大流动性和高性能混凝土的发展，使得现场养护愈发重要。

2.4 混凝土裂缝防治新技术

随着科技的蓬勃发展，人们也在不断探索混凝土开裂防治技术，比如施工工法创新、新修复材料等，为混凝土裂缝防治提供了有益探索。

首先，混凝土配合比设计有了新理念，注重前期开裂设计，在保证混凝土工作性能和强度的情况下，尽量降低水泥用量，提高矿物掺合料的用量，从而降低混凝土温升，减少温度裂缝的发生概率。对于大体积混凝土，尤其是水利水电、核电等重大工程，冰水搅拌、骨料风冷技术以及低热水泥混凝土配制技术等的应用降低了水泥水化放热速率，混凝土内部温升峰值削弱。中国长江三峡集团乌东德水电站就在世界上创新使用低热水泥铸就无裂大坝。

近年来关于自修复材料的研究如火如荼，其原理在于通过加入自修复胶囊或者微型颗粒的材料，通过自身反应或者与水泥基材反应，修复混凝土细小裂缝。Dry Carolyn 教授[12]以空心玻璃纤维代替微胶囊，并以缩醛高分子材料作为修复材料，注入空心玻璃纤维中，当混凝土出现裂缝时可以使得玻璃纤维破坏，流出的修复材料通过沉淀填补缝隙，达到修复的效果。国内的江沈阳等人[13]采用环氧树脂包裹硅酸钠并覆盖细沙制作成功硅酸钠修复剂，通过试验制备了自愈合混凝土。此外新型灌浆材料的发展也为混凝土的后续修补提供了可能。

3 结语

混凝土裂缝的产生往往是多方面的，混凝土原材料、施工质量、现场养护以及设计因素等都可能引起混凝土裂缝。混凝土裂缝的发展是由表及里、由小到大的发展过程，因此控制混凝土早期微裂缝的发展显得尤为必要，防止无害裂缝扩展为有害裂缝，有害裂缝继续扩展。防治混凝土裂缝，依靠各环节控制也要注重新技术研究，尽最大努力降低有害裂缝的产生，维护混凝土结构安全。