混凝土结构裂缝成因分析及控制措施

2025-03-10付博伦

科技创新与应用 2025年6期

摘" 要：许多混凝土结构在建设过程和使用过程中出现不同程度、不同形式的裂缝，钢筋混凝土构件基本上都是带裂缝工作的，结构的破坏也都是从裂缝的扩展开始的，因此对结构裂缝必须加以控制，根据多年的工程实践和体会，提出预防和减少混凝土结构裂缝的一些措施。

关键词：混凝土结构；裂缝；裂缝成因；裂缝类型；控制措施

中图分类号：TU755.7" " " 文献标志码：A" " " " " 文章编号：2095-2945（2025）06-0142-05

Abstract： Many concrete structures have cracks of varying degrees and forms during the construction and use process. Reinforced concrete members basically work with cracks， and structural damage also starts from the expansion of cracks. Therefore， structural cracks must be controlled. Based on years of engineering practice and experience， some measures to prevent and mitigate cracks in concrete structures are proposed.

Keywords： concrete structure; crack; crack cause; crack type; control measure

在建筑工程中，混凝土结构的建设及使用过程中出现裂缝是较为常见的现象，钢筋混凝土构件通常处于带裂缝工作的状态，裂缝的大小形态多种多样，裂缝的扩展可能带来结构的损伤乃至破坏，我们经常能看见混凝土结构的裂缝，引起裂缝的因素有很多，最常见的一般是由荷载作用引起结构构件的变形产生裂缝，这个荷载可以是外荷载，也可以是温度等内力，其次是施工期间没按施工规范要求施工导致的混凝土裂缝，还有就是混凝土浇筑后养护期间本身的收缩也会产生裂缝。正常设计施工的工程会进行裂缝计算，只要外荷载不超过设计荷载，很少会有裂缝产生；所以最常见的裂般是施工不规范产生的混凝土收缩裂缝，再有因为温差产生的温度变形引起温度缝，以及由这2种因素共同引起的裂缝。时间长了，裂缝会不断开展，此时混凝土碳化深度就越来越深，裂缝开展大于0.4 mm时，穿过混凝土保护层，深入钢筋表面，钢筋外露引发锈蚀，导致钢筋混凝土构件的强度和刚度变小，满足不了混凝土耐久性要求，影响正常使用，裂缝的开展可能导致构件断裂，如果不引起重视，任由其发展，严重时可能引起建构筑物垮塌。本文从结构设计与工程施工2方面，根据规范并研究修改资料，结合工程设计实践，分析混凝土裂缝产生原因，提出预防和减少混凝土结构裂缝的一些建议和措施，供设计单位或施工单位及相关人员参考。

1" 混凝土施工中的早期裂缝

在实际工程中，关于混凝土结构裂缝产生有很多因素，有时还可能是各种因素叠加和相互作用导致的，很多裂缝是在外荷载还没作用或没达到设计荷载就产生的，所以无法用外荷载的原因来解释，当然每一条裂缝的产生一定是有原因的，其中混凝土早期裂缝是最为常见的，经研究分析混凝土的早期裂缝一般有以下几种。

1.1" 塑性收缩裂缝

在混凝土浇筑后，初凝阶段水泥水化热快速反应，分子链开始形成，水分蒸发引起混凝土失水收缩，称为凝缩。此时骨料和胶合料间因为受到阻碍（如钢筋、模板等）也会产生不均匀的沉缩变形，这种变形发生时混凝土处于塑性阶段，所以称之为塑性收缩。塑性收缩的量级很大，可达1%左右，这种塑性收缩产生的裂缝通常到达钢筋表面处。

预防措施：①减小混凝土塌落度，控制水灰比，宁可小一些。②保证混凝土均质性，下料不应太快。③振捣均匀，浇筑密实，在混凝土浇筑1～2 h后，对混凝土进行二次振捣，表面拍打振实。④施工过程中严禁随意加水及在大雨中施工。

1.2" 干缩裂缝

混凝土的干缩情况非常复杂，在凝固时会发生多种情况的收缩变形，最大的收缩发生在第一次干燥之后。产生混凝土干缩的因素很多，有水泥的用量及强度、粗细骨料的种类、水灰比及混凝土振捣情况、养护和混凝土的配筋率等。

干缩裂缝是混凝土在塑性状态变硬过程中依然存在一定的水分，混凝土表层结构水分快速流失，而混凝土内部水分流失较慢，引发表层干缩，主要原因是表面水分蒸发过快。水灰比越大，收缩越大，一般高强度混凝土的水灰比较小，对干燥收缩有利。

还有一种干缩裂缝是受吹风的影响，这个一般发生在高耸构筑物表面，由于上部风速风压都大，表面容易引起裂缝和开裂，在干燥地区，大风会导致干缩加剧。

预防措施：①要做好混凝土的养护工作，根据情况采取措施保证混凝土的温湿度；不宜拆模过早，防止表面早期大量失水。②适当增加骨料的含量和最大粒径，使用高效减水剂和引气剂，以减少水泥用量和改善混凝土的工作性能。③采取措施保证养护条件，以避免混凝土表面水分的过多蒸发。

1.3" 温度应力裂缝

混凝土浇筑后，水泥和水发生化学反应之后产生水化热，结构都不是绝热的，在水化热导致升温的同时，混凝土也在散热，水化热升温到峰值后，热能耗尽，散热仍在进行，温度下降。但是由于升温时间短，一般也就2～5 d，那时混凝土的弹性模量较小，混凝土抗拉强度也低，当混凝土表面温差产生的拉应力超过混凝土抗拉强度便会出现裂缝，其在混凝土表面表现的比较明显。

预防措施：①降低水化热。选用水化热低、凝结时间长的水泥，控制水灰比，减少单位体积混凝土用水量。②采取措施或在早晚温度不高时浇筑混凝土，以降低混凝土浇筑时的温度。③分层分块或跳仓施工。④加强养护，在混凝土表面保温保湿。一般有蓄水养护和覆盖洒水养护2种方式，养护时间不少于14 d。

1.4" 施工质量引起的裂缝

混凝土构件特别是装配式建筑的混凝土预制构件拆模后，在构件的运输堆放，以及现场进行拼装及吊装中，若不采取措施，施工不合理，也可能产生各种形式的裂缝，尤其是薄板或细长的构件更容易出现裂缝。

预防措施：①施工中严格控制砂石含泥量及石子粒度，加强振捣，提高密实度和抗拉强度。②加强养护、遮盖，脱模后继续护盖浇水，养护不少于14个昼夜。③控制拆模板时间，混凝土强度需达到设计允许值时才能拆模。④控制混凝土构件在运输及吊装不当情况下引起的裂缝，在运输及吊装前应做好施工管理及应对措施。

1.5" 冻胀裂缝

混凝土在低温条件下的施工是国内外都重视的课题，混凝土处于负温情况下，首先是拌合水出现反常。水冻成冰，体积增大9%，所以对混凝土工程，冬季的低温条件是非常不利的因素，比如当混凝土刚浇筑完毕初凝后，此时遭受低温缓慢受冻，混凝土中的水分在冻结期间已有部分转移，引起混凝土内部水分的重新分布，受冻后，在混凝土内部形成冰聚体，对外部水分少、压力小的部分产生很大的破坏推力，造成强度降低、裂缝等损害。

预防措施：①确保混凝土强度达到5 MPa之前，不受负温影响。②新老混凝土施工缝必须保证在0℃以上浇筑。③采用适宜的水灰比，一般控制在0.6～0.65。④做好养护，采取措施，比如蓄热法、主动加热法、暖棚法及加抗冻早强掺合剂的方法，来保温保湿，养护对抗冻抗裂极为重要。

1.6" 大体积混凝土裂缝

大体积混凝土是指混凝土的各个边长大于1 m的混凝土基础或构件，大体积混凝土浇筑后由水化热引起的内部温度和外部温度之间温差产生的应力剧烈变化，产生温度和收缩应力，从而导致混凝土裂缝的产生，影响到基础的整体性或防水性等，从实际工程看，工业建筑设计中的大体积设备基础较为常见，这种大块式各种设备基础的裂缝控制须认真对待。

预防措施：①大体积的块体基础一般采取设置水平或竖向施工缝，分块、分层浇筑。②超长基础一般在中间预留“后浇带”，待两侧混凝土浇筑完毕42 d后，再用高一级混凝土浇筑。③采用“跳仓法”浇筑，比如将基础分成3块浇筑，先浇筑第一、三块，养护时间不少于7 d后再浇筑中间的第二块。④温度控制法，在大体积混凝土内布置温度监控点，在基础施工过程中详细测量温度，计算降温时混凝土累积拉应力，再与混凝土抗拉强度比较，若小于抗拉强度，说明降温或收缩不会产生混凝土贯穿裂缝。

2" 裂缝控制设计措施

随着社会经济发展及建筑功能需要，大量的建筑向大型化方向发展，超长建筑越来越多，远远超过规范要求的温度伸缩缝间距，还有大体积基础的不断出现，超限的建筑物和构筑物越来越多，高强混凝土的大量应用，超长混凝土结构出现温度裂缝日趋增多，虽然大多数情况下，裂缝并不会对结构安全性造成太大的影响，但只要是裂缝，都会影响结构的耐久性。所以超长建筑的裂缝控制应引起设计人员的重视，一般在结构设计中可采取以下设计措施。

2.1" 根据规定的混凝土结构耐久性设计的基本原则，按环境类别和设计使用年限进行设计

首先按GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》确定混凝土的环境类别，再根据类别按规范要求确定混凝土的灰水比、强度、最大氯离子含量及最大含碱量等。

2.2" 加强施工管理，消除施工中的混凝土早期裂缝

混凝土早期养护非常重要，养护时间越长收缩越小，所以要采取保湿保温养护措施。同时注意振捣，特别是在梁板（或墙板）交接处，但不得超振，以防离析和大量泌水。楼板浇筑后立即喷雾，二次压光，覆盖塑料薄膜，加强潮湿养护对控制早期塑性裂缝很有益处，切忌要求过短的施工工期，导致养护时间不足。

2.3" 设置后浇带

结构长度是影响温度应力的因素之一，后浇带是列入规范中的超长建筑不设伸缩缝的常用方法，设计人员根据不同长度或建筑功能选用设置后浇带。多年来的许多工程实践表明：施工阶段采取的措施对于早期防裂最为有效，后浇带是避免施工期收缩裂缝的一种有效措施，设置后浇带可有效增大伸缩缝间距。后浇带可称为“先放后抗”的原则，后浇带已广泛应用于众多工程，在实践中获得良好的效果。

2.4" 采取保温隔热及抵抗考虑温度应力措施

1）在超长混凝土框架外设置保温隔热层，减小温差，以及加强并做好屋面保温隔热措施，满足建筑节能设计标准的同时，有效地减少温差温度应力。

2）建筑超长时，结构设计中考虑温度应力组合，计算楼板梁的配筋，利用增加钢筋来抵抗温度应力。

3）在满足强度的前提下，尽量不采用过高强度等级的混凝土，混凝土强度一般不宜大于C35。

2.5" 采用补偿收缩混凝土

补偿收缩混凝土由于添加了膨胀剂，所以混凝土膨胀时会对约束体产生拉应力，约束体会对它产生相应的压应力，这是一种自应力，用于补偿混凝土收缩产生的拉应力。按规范要求，补偿收缩混凝土的限制膨胀率控制在0.020%～0.030%；每间隔40 m设置一条2 m宽膨胀加强带，混凝土膨胀剂的限制膨胀率控制在0.030%～0.040%，膨胀加强带技术已在许多工程中应用。

2.6" 采用预应力混凝土结构

利用张拉后预应力筋对混凝土产生的预压应力，来抵消混凝土收缩产生的拉应力，这样能有效地减少混凝土裂缝。

2.7" 采用纤维增强混凝土

普通混凝土的抗压强度高、抗拉强度低、延性差，为改善混凝土性能，在普通混凝土中掺入乱向分布的纤维，这些乱向分布的纤维显著地改善了混凝土的抗拉、抗弯、抗冲击及抗疲劳性能，具有较好的延性，有效地阻碍混凝土内部微裂缝的扩展及宏观裂缝的形成，控制因干燥或塑料收缩引起的开裂，并降低混凝土的渗透性，防止水渗出。

1）目前研究较多的有钢纤维、耐碱玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维、聚甲醛纤维和聚丙烯纤维混凝土等，用的最多的是钢纤维，结构型钢纤维长度一般为30～65 mm，直径为0.3～1.3 mm，长径比宜为30～100。相关研究表明，当纤维掺量为1.5%时，钢纤维混凝土的劈裂抗拉强度的增长率开始下降，由此推断，纤维对混凝土劈裂抗拉强度的提高有一个极大值点，当纤维掺量高于该点时，混凝土的劈裂抗拉强度不再增加甚至会降低。这可能是因为纤维掺量过大时，纤维容易成团，无法发挥自身抗拉强度大的优势；另外，过多的纤维会影响混凝土骨料基相和浆体的界面黏接强度。

2）纤维按用途分有3种。第一种：仅用于混凝土早期塑性抗裂，这种纤维要求细度高（4～15 denier），掺量约为0.6 kg/m3。第二种：除塑性抗裂外，也用于抗混凝土硬化后温度和收缩裂缝。这种纤维要求对混凝土有增韧作用，根据ASTM C1116/C1116M—10《纤维增强混凝土标准规范》的建议，其增韧指标I5≥2.6。第三种：最大程度地增加混凝土的抗弯韧性，其掺量高达20 kg/m3，这种纤维一般为粗纤维（5 000 denier），能完全代替钢纤维应用。

3" 工程实例

某大型科技馆为单层多跨钢筋混凝土框架结构，屋面上做屋顶花园景观设计，屋面平均覆土大于1 m，结构平面尺寸为160 m×80 m，最大柱网为12 m×21 m，21 m跨为预应力屋面梁，由于科技馆的特殊性及建筑要求，建筑专业要求结构设计不设伸缩缝，结构在设计中采取以下措施，竣工投入使用未发现裂缝。

3.1" 理论分析结果

经结构软件分析，该科技馆框架结构在温度应力和混凝土收缩作用下，框架中部的梁板温度拉应力较大，已经超过混凝土的轴心抗拉标准值，同时发现框架柱周边的温度应力也很大，显然也是因为混凝土梁板的变形受到柱的约束，导致产生拉应力。

3.2" 结构设计措施

1）在框架结构平面中间部位设置后浇带，后浇带800 mm宽，要求在两侧混凝土浇筑完成42 d后，采用高一等级的膨胀混凝土浇筑。

2）选用矿渣水泥和粉煤灰水泥，因为这种水泥具有凝结硬化慢，水化热较小的特性。

3）掺加高效缓凝减水剂。

4）混凝土中掺入水泥用量25%的粉煤灰、矿渣粉等活性混合材，粉煤灰含碳量要求小于5%。

5）控制骨料的规格和质量，粗、细骨料的级配要求良好，粗骨料的含泥量不大于3%，采用连续级配的石子，采用含泥量不大于1%的中、粗砂，水灰比采用0.4。

6）混凝土配合比，应通过试配确定膨胀剂水泥及外加剂。除满足设计强度等级，还应达到GB 50119—2013《混凝土外加剂应用技术规范》中对补偿收缩混凝土限制膨胀率的规定。

7）混凝土施工工程中加强振捣，在混凝土终凝以前，人工或机械多次抹压，防止表面沉缩裂缝和塑性裂缝的产生。

8）注意膨胀混凝土的养护，要求7 d内应特别加强湿养护，模板拆除时间不少于7 d，拆除模板后继续养护至15 d。

9）为抑制屋面混凝土塑性收缩裂缝，在屋面板混凝土中掺Fibermesh INFORCE（增强型纤维网），用量为每立方米掺0.9 kg。

10）纵向配筋率适当加大，构造配筋应细而密，楼板钢筋宜采用Φ8～Φ12间距100～150 mm，双向对拉。楼板中电缆线管置于截面中部，转角区及应力集中部位应用钢筋网片加强。

11）加强非预应力配筋，应发展部分预应力混凝土结构，中间大跨度梁采用预应力结构，有效地减少混凝土梁的裂缝。

4" 结论

建筑物混凝土的裂缝是不可避免的，但其有害程度是可以控制的，结构设计和工程施工的重要目的就是把裂缝控制在规范容许的范围内，控制在无害的范围内。实际工程中混凝土的裂缝是混凝土施工质量的一个主要问题，在设计中应进行裂缝计算，控制裂缝宽度，采取合理的构造措施，减少温度应力；同时施工过程中应该有针对性地采取相应的预防措施，尽可能地控制裂缝及裂缝的开展，使混凝土结构尽量不出现肉眼看见的裂缝，控制混凝土裂缝开展，只要裂缝宽度不超过规范要求，就认为满足正常使用要求，也就满足混凝土的耐久性要求，采取各种有效措施，避免超过规范要求的裂缝出现。

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