混凝土结构裂缝成因探讨

顾金星

南京南大工程检测有限公司 江苏 南京 210008

随着我国经济建设的不断发展，各种建筑在数量上逐年增多，但由于缺乏必要的养护和管理，许多已建成并投入使用多年的房屋建筑都不同程度出现了不同形式的破损破坏现象。预防和控制混凝土结构裂缝开展，确保现有建筑和设施的正常使用，维护人民群众的居住安全和正常生活条件，延长建筑结构的使用寿命，是一项长期而复杂的重要任务。

1 探究混凝土开裂的成因

在混凝土结构中，裂缝是一种最为普遍的损伤缺陷，其出现频率之高令人惊叹。随着混凝土新技术和施工工艺的不断更新，一些混凝土出现了不同程度的裂缝问题。这些裂缝的存在不仅会对建筑物的外观造成影响，还会对建筑物的使用功能产生负面影响，进而显著降低结构的整体性和刚度，甚至可能导致钢筋腐蚀，缩短建筑物的使用寿命，降低其耐久性，最终对人民生命财产安全构成严重威胁。因此，必须重视对建筑混凝土结构裂缝问题的研究和防治。对于混凝土结构的裂缝，进行全面的检测、鉴定和综合分析，以找出裂缝的成因，并有针对性地提出裂缝处理方案和排除潜在隐患，至关重要。

1.1 温度裂缝

当混凝土受到内外温度变化的影响时，其表面可能会出现裂缝，这是一个需要特别注意的问题。混凝土结构一般为超静定结构，由于外界环境与混凝土之间存在着温差以及时间作用，当温度应力达到一定数值的时候，不可避免的使混凝土构件中产生裂缝。无论选用何种材料，其品质都会受到温度变化、交替收缩和膨胀等多种因素的影响，从而在结构上产生细微的变化。一旦混凝土结构内表面与外部温差较大，就有可能导致混凝土裂缝产生。当混凝土结构内部出现开裂现象时，轻者影响外观质量，重者会导致内部钢筋锈蚀，其所带来的影响将是极其严重的。然而，在一天的不同时间段内，混凝土的温度差异也在不断变化，当温差明显时，混凝土的变形会受到较大限制，并逐渐被拉伸，从而引发裂缝问题。

1.2 干燥收缩

当混凝土在干燥环境硬化过程中，其体积的变化会受到干缩的影响，这种干缩现象非常复杂也是导致干缩裂缝形成的根源。混凝土中由于水泥水化而产生的收缩应力和水灰比、粉煤灰掺量、骨料种类等因素都对干缩有着重要的影响。混凝土表面的干缩裂缝呈现出错综复杂的走向，缺乏规律性，通常在露天养护一段时间后，侧面或表层会出现。

1.3 塑性收缩

在混凝土浇筑的早期阶段，一般在终凝之前的塑性阶段，结构表面会出现形态不规则、长度不一的塑性裂缝。由于早期水分蒸发剧烈而引起收缩应力集中，当环境温度升高后，产生了拉应力而开裂。裂缝的可塑性表现为裂缝出现后，可以通过二次压实等措施进行闭合，这是一个特殊的分类。

1.4 荷载裂缝

当荷载施加于构件时，不同性质的荷载会导致裂缝呈现出多样的形态，通常情况下，主拉应力的方向与裂缝方向呈正交关系。因此，在实际的工程中，我们尽量要保证结构构件受到的内力为正压力或在主拉应力方向配置足够的钢筋，否则就容易发生裂缝问题，而这也正是导致建筑工程质量降低的主要原因之一。在实际的建造过程中，也存在多种因素会对结构在受荷后出现的裂缝产生影响，这些裂缝通常会在建造和使用过程中出现。如果没有采取合理有效的控制措施，则会导致裂缝进一步扩展，使建筑质量受到重大影响。当构件在堆放、运输、吊装时的吊点和垫块位置不当，或者施工已经严重超载，张拉预应力值过大时，若脱模方法不当或过早脱模，荷载裂缝也有可能出现。

1.5 不均匀沉降

当建筑物的地基基础出现不均匀的沉降时，结构构件会遭受强制变形，导致结构构件内部产生附加应力，从而引发混凝土构件的开裂现象。这种裂缝一般称为剪切裂缝或弯剪裂缝，以八字形裂缝居多。随着沉降不均度的不断加剧，裂缝的规模和宽度也将进一步扩大。因此在结构设计中必须考虑到这种不利影响。地基变形的情况决定了这类裂缝的尺寸、形态和走向。因此，在分析研究建筑上部结构中出现的裂缝问题时要充分考虑到这些因素，并采取相应措施加以控制。此外，由于涉及到设计、材料、施工和使用等多个方面的因素，导致裂缝的出现，其影响范围广泛，内容繁多。

1.6 原材料的影响

选用不同强度等级的混凝土，如砂、石、水泥、外加剂和掺合料等都会对结构裂缝的形成和扩展产生显著影响，尤其是水泥强度等级和细度对混凝土开裂的影响尤为重要，因为水泥强度等级越高的混凝土设计，其脆性和收缩性也越高，更容易出现开裂问题。因此在实际施工过程中一定要注意控制好原材料质量，保证混凝土强度达到规范要求。粗骨料中含有较多的泥块或砂粒，使得混凝土强度下降而导致出现早期裂缝。混凝土收缩的不断增加，粗细集料的级配与含泥量过大的粗细集料的质量息息相关，若不符合相关规定，很容易导致混凝土收缩问题的出现，从而引发裂缝。所以说控制好粗集料的质量是一个重要环节，而控制好粗集料中的水分含量和含泥量则可以有效地降低混凝土的收缩。对于混凝土的掺合料和外加剂而言，若掺量和选择不当，则可能导致混凝土出现一定程度的收缩问题。对于粗粒状材料来说，其抗拉性能要比细粒料强一些，而对水泥石来讲则不然，这就导致了粗颗粒水泥石的抗裂性不如后者好。不同种类的水泥在收缩程度上存在显著差异，矿渣硅酸盐水泥相较于普通硅酸盐水泥表现出更为明显的收缩趋势[1]。

1.7 施工的影响

混凝土作为一种人造混合材料，其品质的重要指标在于其成型后的均匀性和致密性。在施工过程中由于各种原因，混凝土会出现不同程度的裂缝。因此，混凝土在运输、搅拌、振捣、浇灌等多个工序环节中所出现的任何缺陷和疏漏，均可能是导致裂缝产生的直接或间接原因。由于混凝土浇筑时受到环境气温、湿度以及水泥水化热温升等因素影响，容易导致混凝土出现各种不同形式的裂缝。混凝土的开裂还可能源于模板构造的缺陷，如漏浆、漏水、支撑刚度不足、支撑地坪下沉以及过早拆模等因素。另外，浇筑时温度过高也会使混凝土内部水分蒸发过快而导致裂缝出现。在实际的施工过程中，若钢筋表面受到污染或者混凝土保护层过小或过大，都可能会导致开裂的情况。混凝土的养护质量，特别是在早期阶段，将直接影响到裂缝的开展程度，因为早期的内外温差过大或表面干燥过快等因素都可能导致裂缝的产生。

1.8 设计的影响

混凝土构件的开裂与设计因素也有一定关系，其中最常见的是构件截面的突然变化，开口或裂缝引起的应力集中，以及不当的设计处理。在构件设计中，若钢筋配置过少或过粗，将会导致构件出现裂缝；而若预应力施加不当，则会引发构件出现局部裂缝；由于采用的混凝土强度等级过高，导致水泥用量过多，从而对收缩产生了不利的影响；在结构设计中，未充分考虑混凝土构件的收缩变形，这一因素被忽略了，导致结构分段过长进而产生裂缝；混凝土开裂的原因多种多样，其中也包括但不限于结构缝的不当设置等。

2 混凝土结构裂缝的预防措施

根据对混凝土结构各类裂缝成因的深入分析，我们可以得出结论：在控制混凝土结构裂缝方面，需要从混凝土原材料的选择、建筑结构的设计以及施工过程等三个方面采取相应的措施。

2.1 加强监管力度

有些材料供应商所生产的原材料未能达到相关标准，例如水泥品牌与实际情况不符、钢筋的抗拉强度不足、直径未达到标准值。这些都是施工企业在选择原材料时出现了偏差而造成的，因此，要想提高建筑施工中的工程质量就必须保证原材料的合格率。为了降低成本，一些施工单位常常会采购成本较低的原材料，这种做法可能导致原材料的整体性能不尽如人意。另外，由于某些施工单位对于建筑材料验收没有严格把关，一些质检人员在检验合格后，没有对同等级、同批次的原材料进行复检，导致一些不合格的材料出现在施工现场，最终影响了国家建筑质量标准的实现。这些都是由于没有做好建筑工程原材料验收工作所造成的。因此，在建筑的施工阶段，必须对原材料进行严格的把控，提升质检人员的素质和能力，同时按照相关流程对施工标准和进度进行严格控制，以最终实现提高建筑质量的目标。

2.2 对建筑物施工过程进行把控

为了确保混凝土浇筑的质量和效率，建筑施工人员需要具备高超的职业技能，以应对浇筑过程中的复杂性和不确定因素，包括明确浇筑方法、顺序、注意事项以及施工安全管理等。对于大型建筑物来说，为了保证其结构稳定，可以采用整体浇筑法，但同时必须要做好基础施工工作[2]。另外，考虑到钢筋的长度和跨度较大，可能会导致较大的位移，因此必须严格控制钢筋的位置在规范允许的范围内，这一点至关重要。对于不同种类的混凝土来说，其养护方式和要求都不一样。在考虑混凝土材料和周边环境温度等因素的基础上，应确定适当的养护时间，并在浇筑完成后立即进行恰当的保温和保湿处理，同时定期进行监测，以避免出现裂缝。

2.3 合理设置伸缩缝

在建筑结构的设计过程中，可以将不规则结构划分为多个独立规则的变形单元，并在这些单元之间设置沉降缝、伸缩缝等措施，以解决基础沉降不均匀和由于环境温度变化和自身收缩所导致的内部应力问题。有时候，伸缩缝或沉降缝的设置可能会牺牲建筑的使用功能，因此若建筑的使用功能必须紧密相连，则无法设置伸缩缝。

2.4 对建筑物设置后浇带

为了适应建筑结构沉降和混凝土收缩所带来的混凝土结构变形，当变形缝无法设置时，我们在基础底板、梁墙等位置预先设置施工缝，并在规定的时间后进行浇筑，从而将建筑结构连接为一个整体，这就是后浇带的应用范围。这种方法能够有效减少建筑物因不均匀沉降和混凝土自身收缩变形导致的开裂现象。为确保混凝土前后浇筑之间不会出现开裂，后浇带的混凝土结构强度应高于原混凝土的强度等级，并且在温度较低的情况下进行浇筑。对于地下室外墙与主体结构连接处采用后浇带的方式来衔接墙体和主体结构可以说是一种较为先进有效的做法。因为后浇带需要进行二次浇筑，所以其支撑部件的保留时间会被推迟一些，这将对整个建筑结构的施工通道和作业空间产生一定的影响，同时也会导致总工期的推迟。

2.5 对建筑结构设置膨胀混凝土加强带

在混凝土加强带内部添加膨胀剂，使其与水泥水化产物发生化学反应，从而引发混凝土的膨胀，其强度高于浇筑混凝土一个等级，位于建筑结构收缩应力最大的位置，一般在建筑结构长度方向的中央位置。在工程实践中得出的结论是，采用膨胀混凝土加强带可以实现不间断施工，而对于超长混凝土结构，则能够实现不留缝隙不开裂的效果，从而消除了分缝处理所带来的麻烦，缩短了施工工期，节约了施工成本，同时也提高了效益。因此，对膨胀混凝土加强带在建筑施工中应用技术展开研究具有重要意义。相较于后浇带，膨胀加强带在控制结构不均匀沉降变形方面表现欠佳。由于膨胀加强带内的材料和构造措施不同，对温度变化的影响也有所不同，因此不能简单地将它等同于普通后浇带来对待。此外，建筑沉降差异的控制需要采用后浇带，而膨胀加强带并不能完全替代[3]。

2.6 合理设计建筑结构，增加混凝土结构抗裂构造

在进行建筑结构设计时，应当优先考虑平面设计的规则性，以减少楼面之间的结构突变风险；对于不规则构件，可采用加强框架梁柱等结构构件的措施来减少产生裂缝的风险。在存在开口或凹口等会削弱结构强度的区域，应当适当增加钢筋的配备；在那些需要承受较大载荷、容易发生较大变形的区域，引入加强筋以提高其抗拉强度，从而有效减少裂缝的产生；在受力情况复杂的地方，采用较高刚度和强度的钢筋，以增强其承载能力。在相同的配筋量条件下，较小直径的配筋比较大直径的配筋更具有预防混凝土开裂的效果。对裂缝出现较多或宽度较大的地方，可采取加强措施以避免开裂。对于那些容易出现应力集中的区域，必须实施加固措施，以避免出现裂缝的情况。

2.7 运用预应力技术

预应力是一种用于优化结构载荷分布的技术，它通过施加预先的压应力来抵消结构变形所产生的拉应力，从而降低结构开裂的风险。在实际工程应用时，可以通过将预应力和其他方法相结合使用，以达到更好的效果。无需使用粘接预应力技术，可以更有效的预防混凝土结构出现开裂现象，具有重要的应用价值。在钢筋混凝土结构中，通过施加预应力对钢筋进行拉伸，以消除环境温度变化所导致的混凝土收缩引起的拉应力，从而预防裂缝的产生。

3 结语

混凝土结构的开裂是由多种因素造成的，但人为因素造成的开裂是可以避免的，有些是由于混凝土材料的基本特性或周围环境的温度变化造成的，而有些则是难以预防的。因此，对于混凝土结构设计人员而言，如何防止混凝土出现开裂已经成为了一项重要而紧迫的任务。在控制混凝土结构开裂的过程中，选择一种既经济实用又能够有效解决开裂问题的方法至关重要。因此，我们需要注重理论与实践的有机结合，总结经验，长期探索，不断完善裂缝控制的理论和技术，从而设计和建造更多高质量的建筑。