混凝土结构裂缝成因及防控措施

　　摘要：混凝土结构裂缝是最普遍的现象之一，造成结构裂缝的原因是多方面的，也是不可避免的。文章对混凝土结构裂缝的成因进行了分析，并提出了合理设计、对原材料进行控制等防治措施。

　　关键词：混凝土,裂缝,成因,防控措施

　　近年来，随着我国国民经济的高速增长，带动了建筑业快速、持续地发展。在工业与民用建筑结构中，混凝土结构是主要的。大量的工程表明，混凝土结构由于多方面原因往往会出现一些裂缝。这些裂缝会使混凝土的强度和刚度受到削弱，耐久性降低，严重时甚至发生垮塌事故，危害结构的正常使用。所以，鉴别、分析和防治裂缝，对保证混凝土结构的整体性及正常使用具有重要意义。

　　1 混凝土裂缝种类及成因分析

　　实际上，混凝土是由水泥、砂、石、水及外加材料等组成的结合体，由于混凝土的组成材料、构造以及气候、环境等外界的不良影响，导致混凝土结构裂缝的成因复杂而繁多，甚至多种因素相互影响，但每一条裂缝均有其产生的一种或几种主要原因，就其产生的原因，大致可划分为如下几种：

　　1.1外荷载引起裂缝

　　(1)设计计算阶段，计算模型不合理;结构受力假设与实际受力不符;荷载少算或漏算;内力与配筋计算错误;结构安全系数不够。

　　(2)施工阶段，施工违反操作规程。常见因素有搅拌、运输时间过长;振捣不良;浇筑速度过快;塑性混凝土下沉;施工缝接茬处理不好;初期养护不当，早期受冻;钢筋骨架构造不当;乱踩配筋致使保护层减小;模型板刚度不足;模板支架下沉或失稳;过早拆模等;其中多数属物理性缺陷。

　　1.2温度变形

　　混凝土具有热胀冷缩的性质，其线膨胀系数一般为1×10-5/℃。当环境温度发生变化时，混凝土热胀冷缩在内部产生了温度应力，由于混凝土抗拉强度较低，从而产生温度裂缝。

　　1.3湿度变形

　　混凝土在空气中结硬时，体积会逐渐减小，一般谓之干缩。收缩裂缝较普遍，常见于现浇墙板式结构、现浇框架结构等，通常是因为养护不良造成。混凝土的收缩值一般为0.2‰～0.4‰。其发展规律是早期快，后期缓慢。

　　1.4收缩裂缝收缩是砼的一个主要特性，对砼的性能有很大影响

　　产生收缩裂缝的原因，一般认为在施工阶段因水泥水化热及外部气温的作用引起砼收缩而产生的裂缝。多为规则的条状，很少交叉。常发生在结构变截面处，往往与受力钢筋平行。收缩裂缝多发生在大体积砼中，梁、板、柱等小块体构件，砼收缩裂缝危害较大，尤其是暴露在大气中的构筑物，影响更大。

　　1.5塑性裂缝

　　塑性裂缝是混凝土硬化以前形成的裂缝，塑性裂缝根据成因的原理分为塑性沉降裂缝和塑性收缩裂缝。塑性沉降裂缝是混凝土硬化前因骨料等比重大的颗粒下沉，竖向体积缩小而产生的塑性变形裂缝，塑性收缩裂缝是指浇筑后还处于塑性状态的混凝土当表面受风吹日晒、炎热或大风干旱等气候的影响时，混凝土表面水分蒸发过快以及混凝土水化热过高等现象，由于其内部的温度变化很小，内外形成了很大的温差，使结构产生较大的拉应力而产生裂缝。

　　1.6施工质量的影响

　　(1)混凝土振捣不密实、不均匀，出现蜂窝、麻面、空洞，导致钢筋锈蚀或其它荷载裂缝的起源点。

　　(2)混凝土保护层过厚，或乱踩已绑扎的上层钢筋，使承受负弯矩的受力筋保护层加厚，导致构件的有效高度减小，形成与受力钢筋垂直方向的裂缝，

　　(3)混凝土浇筑过快，混凝土流动性较低，在硬化前因混凝土沉实不足，硬化后沉实过大，容易在浇筑数小时后发生裂缝，既塑性收缩裂缝。

　　(4)温度控制设计不合理，浇筑温度过高，通水冷却不及时，对水化热计算不准，新浇混凝土气温骤降又无保温措施或保温效果太差，引起混凝土内部温度过高或内外温差过大，从而产生温度裂缝。

　　(5)混凝土初期养护时急剧干燥，使得混凝土与大气接触的表面上出现不规则的收缩裂缝。

　　另外，养护条件的影响养护条件对裂缝的出现有着关键的影响。

　　2 混凝土裂缝的防控措施

　　根据大量研究和工程实际，从原材料选择，改进组成设计、改善施工工艺等方面着手，可以预防混凝土裂缝的产生。

　　2.1合理设计

　　(1)加强构造配筋，设计时注意构造配筋十分重要，它对结构抗裂影响很大。对连续式板不宜采用分离式配筋，应采用上下两层连续配筋;对转角处的楼板宜配上下两层放射筋，孔洞加强筋;以混凝土梁的腰部增配构造钢筋，其钢筋直径为8～14mm，间距为100～200mm，视情况而定，合理地选用钢筋直径和间距。选用直径细而间距密的配筋方案，能较好的提高混凝土的抗裂性。

　　(2)合理设置结构伸缩缝。根据《混凝土结构设计规范》，为避免结构由于温度收缩应力引起的开裂，采取永久式伸缩的方法，伸缩缝允许间距为30～55m(室内或土中长墙、剪力墙结构及框架结构)，露天条件为20～35m。对砼梁的腰部增配构造钢筋，超长结构混凝土不设置伸缩缝须有裂缝控制措施，超长结构都应提高含钢率，尽可能选用较大的配筋率及较小的钢筋直径，适当增加水平温度筋;在截面变化及应力复杂处适当增加配筋，并进行抗裂验算，方能有效地减少收缩缝。

　　(3)控制应力集中裂缝。工业与民用建筑的各种底板、墙板、顶板以及地下箱形基础和其他特殊构筑物都可能遇到各种形状的孔洞，如圆形的、方形的、矩形的等，还有一些结构在长度方向遇有断面突变的情况。在孔洞和变断面的转角部位，由于温度收缩作用，也会引起应力集中，导致裂缝产生。目前，设计中常采取有效的构造加强，即在转角或圆孔边增设构造筋加强，转用处增配斜向钢筋或网片来控制应力集中裂缝。

　　(4)设置“后浇带”，控制施工期间较大的温差和收缩应力。

　　(5)避免结构突变(或断面突变)产生应力集中，当不能避免断面突变时，应作局部处理，做成逐渐变化的过渡形式，同时加配钢筋。

　　2.2优先原材料

　　(1)严格控制砼原材料的质量和技术标准，特别是在泵送砼工艺中，一定要采取“精料方针”粗细骨料的含泥量应尽量减少，砂石骨料的粒径应当尽可能大一些，水泥尽可能选用普通硅酸盐水泥及粉煤灰水泥，不要轻易采用早强水泥。

　　(2)混凝土集料的配合比应作细致分析，强度等级和水化热及收缩有矛盾，应根据工程所处条件，如防水、防渗、防气、防射线等进行最优方案组合，为了降低用水量，应选择对收缩变形有利的减水剂，相对中低强度等级的混凝土可选用普通减水剂，夏季宜选用缓凝剂，而冬季可选用普通型。减少水泥的用量，将水泥用量尽量控制在450kg/m3以下，以减少水化热量。

　　(3)用级配优良的砂、石原材料，含泥量应符合规范要求。

　　2.3改进组成设计

　　(1)应采用低水灰比、低用水量，以减少水泥用量。

　　(2)利用混凝土的后期强度，降低水泥用量。

　　(3)配合比设计人员应深入施工现场，依据施工现场的浇捣工艺、操作水平、构件截面等情况，合理选择好混凝土的设计坍落度，针对现场的砂、石原材料质量情况及时调整施工配合比，协助现场搞好构件的养护工作。

　　2.4现场操作方面

　　(1)模板工程。钢筋混凝土结构裂缝的预防，在模板工程中应注意以下各点：模板构造要合理，以防止模板各杆件间的变形不同而导致混凝土裂缝。模板和支架要有足够的刚度，防止施工荷载(特别是动荷载)作用下，模板变形过大造成开裂。掌握拆模时间，拆模时间不能过早，应保证早龄期混凝土不损坏或开裂。但也不能太晚，尽可能不要错过混凝土水化热峰值，即不要错过最佳养护介入时机。混凝土拆模时间可根据工程具体条件(如工序要求、施工荷载状况)确定，应尽可能多养护一段时间。拆模后混凝土表面的温度不应下降15℃以上，拆模时混凝土的现场试块强度等级不宜低于C5。

　　(2)浇捣工作：避免在雨中或大风中浇灌混凝土。浇捣时，振捣捧要快插慢拔，振捣应均匀、适度，根据不同的混凝土坍落度正确掌握振捣时间，避免过振或漏振，应提倡采用二次振捣、二次抹面技术，以排除泌水、混凝土内部的水分和气泡。同时混凝土浇筑时应防止离析现象。

　　(3)混凝土养护：在混凝土裂缝的防治工作中，对新浇混凝土的早期养护工作尤为重要。以保证混凝土在早期尽可能少产生收缩。主要是控制好构件的湿润养护，对于大体积混凝土，有条件时宜采用蓄水或流水养护。养护时间为14～28天。

　　(4)混凝土的降温和保温工作：对于厚大体积混凝土，施工时应充分考虑水泥水化热问题。采取必要的降温措施(埋设散热孔、通水排热等)，避免水化热高峰的集中出现、降低峰值。浇捣成型后，应采取必要的蓄水保温措施，表面覆盖薄膜、湿麻袋等进行养护，以防止由于混凝土内外温差过大而引起的温度裂缝。

　　(5)对于地下结构混凝土，尽早回填土，对减少裂缝有利。

　　(6)夏季应注意混凝土的浇捣温度，采用低温模、低温养护，必要时经试验可采用冰块，以降低混凝土原材料的温度。

　　3 结语

　　总之，对于混凝土裂缝的控制是涉及到原材料质量、混凝土配合比、混凝土生产质量控制、施工气象、设计(配筋、板厚)、施工(模板、振捣、养护)诸多因素的课题。需要各部门、各环节的共同努力、相互配合才能凑效。随着目前我们对混凝土耐久性研究的不断深入，材料科学的不断发展和建筑技术水平的不断提高，实践证明：只要努力研究，混凝土裂缝问题是可以控制在最小范围内的。

　　参考文献：

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　　[4]李彬彬,张强.混凝土裂缝控制技术浅析[J].中国科技纵横,2011,(4)

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