水泥混凝土裂缝成因分析及预防

摘要：本文对混凝土工程中常见的一些裂缝原因进行了探讨分析，具体情况提出了一些预防、处理措施。

关键词： 混凝土裂缝 成因分析 预防处理

1混凝土裂缝的原因

混凝土裂缝可归纳为三类：一类是外力（包括突发性的外力和结构静、动载）引起的裂缝；二类是混凝土本身存在不均匀收缩变形加上约束作用引起的裂缝，简称收缩裂缝；三类是施工管理、施工方法不当等人为因素引起的裂缝。

1.1 外力引起的裂缝

外力引起的裂缝其危害最大，直接决定着结构的承载能力。如某地下工程穿越一段20m长的塌方段，设计时采用离壁衬砌。混凝土衬砌厚度没考虑塌方的影响，结果由于此段石质松散，在地下水作用下造成了塌方，大块岩石砸压在拱顶上，拱顶和侧墙多处裂缝，严重影响了结构的承载能力，不得不进行二次衬砌加固。目前，高速公路上超载运营较普遍，对桥梁影响很大。由于超载的原因，桥梁结构某些薄弱部位有可能出现裂缝。这种裂缝会随时间而逐渐扩大，最后使混凝土结构造成破坏，应引起足够的重视。

1.2 收缩裂缝

由于水泥本身性质所决定的水泥混凝土产生收缩裂缝是不可避免的，对于这种裂缝目前尚无一个精确的计算方法。设计时只能根据规范和经验采取相应的措施，严格控制施工质量，把裂缝控制在允许的范围之内，混凝土收缩裂缝有以下几种：

1.2.1 干燥收缩裂缝

由于混凝土内的水分蒸发，表面水分蒸发快，收缩也大，内部水分蒸发慢，收缩也小，形成内外收缩差，当其差值较大，加上表面收缩变形受到内部混凝土的约束作用而出现拉应力，当拉应力达到一定值时，引起混凝土表面开裂。

1.2.2 自生收缩裂缝

水泥水化体积变小，引起自生收缩。由于收缩是不均匀的，收缩大的部位受到收缩小的部位混凝土的约束作用而产生裂缝。

1.2.3 碳化收缩裂缝

空气中的二氧化碳与水泥水化生成物如氢氧化钙等作用生成碳酸钙、铝胶、硅胶和游离水，引起表面体积收缩。表面收缩受到结构内部未碳化混凝土的约束而产生表面龟裂。在干燥环境、振捣过度表面形成砂浆层的情况下更为严重。

1.2.4 降温收缩裂缝

水泥水化放出热量，混凝土温度升高，水化反应完成，放热也终止。放热过程表面降温快，产生较大的降温收缩。内部降温慢，收缩小。由于混凝土内、外部产生温差，表面收缩又受到内部混凝土的约束产生拉应力，当拉应力达到一定值时，混凝土就会出现裂缝。

以上这几种因混凝土收缩引起的裂缝，在没有其他不利因素的影响下，仅发生微裂，对结构没有什么大的影响，是允许的。但在其他各种不利因素的影响下，微裂可转化为不允许出现的宏观裂缝。如何使裂缝控制在用肉眼看不见的允许范围之内，是我们重点要解决的课题。

1.3 人为因素引起的裂缝

1.3.1由于水灰比、砂率过大、石子级配不好、振捣过度、养生不到位等原因引起粗骨料

过度沉落，形成竖向体积缩小，沉落过程中受到钢筋、模板等约束而产生沉降收缩裂缝。

1.3.2 由于地基不均匀下沉，模板变形或过早拆除模板等因素，引起不均匀沉陷裂缝。

1.3.3 混凝土没达到规定强度放张（先张法）或张拉（后张法），引起反拱值偏大，或放张方法不当，都会引起张拉、放张裂缝。对先张法混凝土空心板、梁、芯模上浮，后张法箱梁模板移位、内模上浮，使顶板混凝土产生裂缝。

1.3.4 混凝土内掺有氯化物外加剂或以海砂作骨料、海水拌制混凝土，使钢筋生锈，铁锈膨胀把混凝土涨裂；混凝土保护层过薄，碳化深度超过保护层，在水的作用下，使钢筋生锈膨胀导致裂缝；水泥中含铝酸三钙过多，和含有硫酸盐或镁盐的水反应生成难溶的体积增大的反应物，使混凝土体积膨胀而裂缝；混凝土骨料中含活性氧化硅与高碱水泥中碱反应生成碱硅酸凝胶，吸水后体积膨胀使混凝土崩裂（称碱骨料反应）；水泥中含游离氧化钙过多，在混凝土硬化后继续水化，体积膨胀使混凝土崩裂。以上这些裂缝统称为化学反应裂缝，只有加强试验室检测工作，才能避免产生这些裂缝。

1.3.5 冬季施工没采取防冻措施，使混凝土受冻而产生裂缝，可称为冻胀裂缝。

1.3.6 由于施工安排不当，混凝土墙身和基础施工间隙时间过长，先浇筑的混凝土基础收缩已基本完成，而后浇筑的混凝土收缩刚开始，墙身收缩受到基础的约束，再加上伸缩缝间距偏大，墙身配筋偏少等原因，导致墙身产生裂缝，如薄壁桥台常出现此种裂缝；对大体积混凝土浇筑在岩石地基或厚大老混凝土垫层上时，没采取隔离层措施，由于约束作用产生裂缝，此类裂缝可称为人为因素的约束裂缝。

1.3.7 其他因素引起的裂缝。木模没浇水湿透、拆模方法不当或受到剧烈振动；构件运输、堆放时支撑垫木位置不当或运输过程中受到较大的振动；吊点位置不当、安装时下放速度过快，产生撞击；安装错误使构件放反等都会产生裂缝。

2 预防措施

2.1材料选择上

2.1.1 应选择干缩率较小的水泥。常用水泥中矿渣水泥干缩率较大，普通水泥次之，粉煤灰水泥干缩率较小。一般来说，建筑工程和桥梁工程采用普通水泥即可。干缩率小其抗裂性不一定好，这里要考虑水泥的徐变。如普通水泥虽然干缩率较大，但徐变更大，致使干缩应力大为减少。粉煤灰水泥有利于混凝土的抗裂性，但粉煤灰必须经过磨细，掺入水泥中才能降低水泥的干缩率。由于大多数水泥水化引起的混凝土自生体积变形，表现为收缩，因此，可用低热膨胀水泥拌制混凝土，使其在硬化过程中产生微膨胀，在约束条件下产生压应力，可以抵消由于收缩产生的拉应力，达到防止开裂的目的。

采用含铝酸三钙少的水泥，以减轻水中硫酸盐或镁盐对水泥的作用；采用低碱水泥，降低碱骨料反应；采用正规厂家生产的含游离氧化钙少的水泥以防止混凝土出现崩裂。

2.1.2 选择骨料时，应选用碎石、粗砂，尽量不用砾石、细砂，因前者比后者干缩率小。也不能用海砂，避免钢筋锈蚀膨胀裂缝的发生。

2.1.3 严禁采用含硫酸盐或镁盐的水或海水搅拌混凝土，以避免与水泥中铝酸三钙反应，造成体积膨胀裂缝或钢筋锈蚀膨胀裂缝。

2.1.4 尽量不采用含有氯化物的外加剂，防止钢筋锈蚀，产生膨胀裂缝。

2.2 合理确定混凝土配合比

混凝土配合比对干缩率影响很大，单位用水量、水泥用量和含砂率越大，混凝土干缩率也越大。其中单位用水量影响最大。据有关资料介绍，水灰比由0.4增加到0.7时，混凝土干缩率增加50%。

2.3 级配方案

选定骨料最佳级配方案，减少空隙率，使混凝土获得最密实的体积。依靠混凝土本身的密实性达到提高混凝土的抗拉强度、减小收缩裂缝的目的。

2.4 原材料管理

加强原材料管理，严格控制砂、石含泥量。试验证明，当含泥量为7%时，其抗拉强度与不含泥相比，降低30%左右。应严格按规范规定的砂含泥量应小于3%、石含泥量应小于1%的要求办。

2.5 养生

养生不好不仅对混凝土强度影响很大，还极易产生裂缝。养生的方法很多，不管采用哪种方法，能使混凝土保持湿养，散发水分越慢越好。笔者认为，采用塑料薄膜进行封闭式的养生方法较为理想，即简单、养生效果好、又便宜，并能充分利用施工余水进行养生。凡是混凝土工程都存在施工余水散发的问题。因为在配制混凝土时，为了使混凝土有好的和易性及保证水泥能充分水化，混凝土拌和水量远远超过水泥完成水化反应所需的水量。多余的水分在混凝土硬化过程中继续向外散发，这部分水称施工余水。据测定，仅20%左右的水成为化合水，80%呈游离水散发出来。采用塑料薄膜进行封闭式养生法，由于塑料透水率很低，又能保温，不仅充分利用了施工余水进行养生，而且对减少收缩裂缝起着重要作用，应尽量采用这种养生方法。

蒸汽养护结构构件时，升温速度不大于15OC/h，降温速度不大于10 OC/h，并缓慢揭开养护棚布。

2.6 施工方法方面

2.6.1 对于截面尺寸相差较大的混凝土构筑物，可先浇筑较深部位的混凝土，静停一段时间（不能超过初凝期），待沉降稳定后再与上部薄截面混凝土同时浇筑，以避免沉降过大导致裂缝。

2.6.2 对小型混凝土预制件可在混凝土初凝后、终凝前进行二次抹压，以提高抗拉强度，减少收缩量。

2.7 试验室检测方面

加强试验室检测工作，把好原材料质量关，这点非常重要，应引起足够重视。

2.8 其他方面

2.8.1 对软硬地基，设计时应采取必要的防沉降措施，以避免出现沉降裂缝。

2.8.2预应力放张（先张法）或张拉（后张法）时，混凝土必须达到规定的强度，控制应力应准确，要缓慢放张预应力筋。建议采用有效的、经济的、安全的千斤顶放张方法。

2.8.3 冬季施工注意防冻，基础部分要及时回填、保温，防止冻胀裂缝。

2.8.4 拆模时防止受到剧烈冲击、振动，钢模采用有效的隔离剂。

2.8.5 平缓起吊，防止构件受力不均或受扭。

2.8.6 预制构件堆放场地应平整，垫块设置要合理，避免预制构件放反。

2.8.7 运输时防止构件晃动、碰撞。

4 结 论

裂缝是混凝土结构中普遍存在的一种现象，由于它的出现会降低建筑物的抗渗能力和承载能力，因此对混凝土的各类裂缝要区别对待、认真研究，并在施工中采取各种有效的措施来预防裂缝的出现和扩大，保证建筑物和构件安全、稳定地使用。