浅谈结构混凝土裂缝控制及其处治

【摘要】混凝土裂缝在混凝土结构中不仅会降低建筑物的抗渗能力，引起钢筋的锈蚀，而且还会降低混凝土的耐久性，影响建筑物安全。分析混凝土裂缝形成原因，控制混凝土裂缝发展，避免或减轻混凝土裂缝，以提高混凝土耐久性，确保结构物安全。

【关键词】混凝土；裂缝；控制；处治

0.引言

混凝土是由砂石骨料、水泥、水及其他外掺材料拌合而形成的非均质脆性材料。在混凝土中存在微裂缝是混凝土材料本身固有的物理性质，裂缝在混凝土结构中难以避免，在一定的范围内是可以接受的。但是，混凝土裂缝的存在和发展通常会使结构内部的钢筋等材料产生腐蚀，降低结构构件的承载能力、抗渗能力及耐久性，影响建筑物的外观和使用寿命，严重的甚至威胁到结构的安全。不少工程事故就是由于裂缝的不断发展所致。随着结构工程向大型化、复杂化方向发展，结构的裂缝问题越来越引起人们的重视。

1.混凝土裂缝的种类及特征

（1）塑沉裂缝：顺钢筋方向表面开裂。（2）干缩裂缝：表面开裂，缝宽和长度都很小，形似龟纹。（3）温度裂缝：由于产生原因不同，可能出现在表面、深层或贯穿裂缝。裂缝宽度大小不一，受温度变化影响大，但每条裂缝变化不大。钢筋混凝土深层或贯穿裂缝一般与主筋平行。对结构安全危害较大。（4）应力裂缝：裂缝走向与主筋方向接近垂直，裂缝宽度较大，且沿长度和深度方向有明显变化。（5）化学作用裂缝：因钢筋锈蚀引起膨胀的特征为顺筋开裂。

1.1塑性沉降裂缝。

塑性收缩是指混凝土在凝结之前，表面因失水较快而产生的收缩。一般发生在混凝土浇筑后1小时前后，随着混凝土结硬而逐渐停止。一般来说6-7小时收缩值最大，其收缩量可达1%左右。10-24h内体积暂时不变化，以后由于干缩，体积继续缩小，造成混凝土体积进一步收缩。它发生在混凝土终凝之前的塑性阶段，也称为塑性收缩。因此时混凝土的强度又无法抵抗其本身收缩，故在混凝土表面出现龟裂，属表面裂缝。塑性收缩裂缝不同于结硬后混凝土的收缩裂缝，塑沉裂缝不受混凝土中钢筋的影响。防止塑沉裂缝，可采取以下措施：

（1）在混凝土浇筑后，尤其是尚未出现析水之前，不受强风吹拂或烈日暴晒。（2）在混凝土浇筑后，尤其是空气湿度较低时尽早养护。（3）在混凝土浇筑前，对基层进行洒水。（4）在混凝土浇筑后3-4h进行混凝土拌合物二次振捣或二次抹面。

1.2 混凝土干燥收缩裂缝

所谓混凝土干缩就是指混凝土在硬化过程中由于自身的水化反应和温度应力作用下产生的体积收缩，容易产生裂缝，造成混凝土强度和耐久性下降 ， 水泥浆中水分的蒸发会产生干缩，且这种收缩是不可逆的。干缩裂缝的产生主要是由于混凝土内外水分蒸发程度不同，表面干缩变形受到混凝土内部约束，从而产生较大的拉应力引起裂缝。干缩裂缝多为表面性的平行线状或网状浅细裂缝。干缩裂缝通常会影响混凝土的抗渗性，引起钢筋的锈蚀，影响混凝土的耐久性。混凝土干缩主要和混凝土的水灰比、水泥的成分、水泥的用量、集料的性质和用量、外加剂的用量等有关。干燥收缩是由毛细水的损失而引起的硬化混凝土的收缩。这种收缩使拉应力增加，可使混凝土在未承受任何载荷之前便出现裂纹。水泥用量越多，水泥石含量越多，干燥收缩越大。水泥的细度越大，混凝土的用水量越多，干燥收缩越大。高标号水泥的细度往往较大，故使用高标号水泥的混凝土干燥收缩较大。使用火山灰质硅酸盐水泥时，混凝土的干燥收缩较大；而使用粉煤灰硅酸盐水泥时，混凝土的干燥收缩较小。骨料的规格与质量，骨料的粒径越大，级配越好，则水与水泥用量越少，混凝土的干燥收缩越小。骨料的含泥量及泥块含量越少，水与水泥用量越少，混凝土的干燥收缩越小。针、片状骨料含量越少，混凝土的干燥收缩越小。水灰比越大，混凝土内的毛细孔隙数量越多，混凝土的干燥收缩越大。干燥收缩受混凝土配合比、搅拌方式、养护时的湿度条件、干燥环境和构件尺寸等因素影响。混凝土的配合比中用水量影响最大。一般用水量每增加1%，混凝土的干缩率增加2%～3%。干燥收缩程度还与环境相对湿度、温度和空气流通状况有关。

1.3 混凝土自生收缩裂缝

自生收缩与干燥收缩一样，是由于水的迁移而引起。但它不是由于水向外蒸发散失，而是因为水泥水化时消耗水分造成凝胶孔的液面下降，使混凝土的相对湿度降低，体积减小。低水灰比的高性能混凝土，早期强度较高的发展率使自由水消耗较快，便开始产生自生收缩。湿度梯度首先引发表面裂缝，随后引发内部微裂缝，若混凝土变形受到约束，则进一步产生收缩裂缝。这是高强度混凝土容易开裂的主要原因之一。水泥水化后，产生胶体和晶体，在一般情况下，胶体多于晶体。胶体在干湿作用下会产生很大的体积变化，而晶体一般不受干湿变化的影响。可见胶体的数量和性质在很大程度上决定水泥在水化干燥时的收缩值。水泥中C2S可产生很多的胶体，C3S可产生胶体较少。因此，水泥中C2S含量大的水泥自缩性大，C3S含量大的水泥自缩性小。此外，水泥中C3A在水化时需水量大，水中养护时膨胀值大，干燥时则收缩大，C3S含量大的水泥自缩性亦大。快硬硅酸盐水泥和抗硫酸盐水泥分别由于C3A和C2S 含量较高而自缩值较大。 可见自收缩是由自干燥或混凝土内部相对湿度降低引起的收缩，是混凝土在恒温绝湿条件下，由于水泥水化作用引起的混凝土宏观体积减少的现象。即未水化的水泥与水发生化学反应时，生成物的体积小于前两者总和的现象。混凝土因干燥产生体积变化的同时发生自收缩。混凝土自收缩的产生，主要是由于水泥硬化体空隙中的相对湿度低，发生自干燥。

1.4混凝土塑性收缩裂缝

塑性收缩是指混凝土在凝结之前，表面因失水较快而产生的收缩。混凝土初凝之前出现泌水和水份急剧蒸发，引起失水收缩。它发生在混凝土终凝之前的塑性阶段，故称为塑性收缩。因此时混凝土的强度又无法抵抗其本身收缩，故在混凝土表面出现龟裂，属表面裂缝。塑性收缩裂缝不同于结硬后混凝土的收缩裂缝，塑性收缩裂缝不受混凝土中钢筋的影响。加强养护、减少蒸发是防止塑性收缩裂缝的有效措施。

钢筋混凝土构件中钢筋的存在，约束了混凝土的自由收缩，使混凝土产生拉应力，配筋率较大的构件、薄壁构件以及暴露在户外的构件，最容易产生收缩裂缝。配筋并不能防止收缩裂缝，而只能使裂缝分散成许多间距较密的细小裂缝。

1.5混凝土温差收缩产生的裂缝

温度裂缝多发生在大体积混凝土表面或温差变化较大环境的混凝土结构中。混凝土浇筑后，在硬化过程中，水泥水化产生大量的水化热，可使混凝土内部温度升达70℃左右甚至更高。由于混凝土的体积较大，大量的水化热聚积在混凝土内部而不易散发，导致内部温度急剧上升，而混凝土表面散热较快，这样就形成内外的较大温差，较大的温差造成内部与外部热胀冷缩的程度不同，使混凝土表面产生一定的拉应力。当拉应力超过混凝土的抗拉强度极限时，混凝土表面就会产生裂缝，这种裂缝多发生在混凝土施工中后期。

选用低热或中热水泥（如矿渣水泥、粉煤灰水泥等）、减少水泥用量（将水泥用量尽量控制在450kg/m3以下）、降低水灰比（一般混凝土的水灰比控制在0.6以下）、选择合理的混凝土配合比、加强混凝土养护是防止混凝土温度收缩裂缝的有效措施。

1.6 混凝土碱-集料反应

碱-集料反应（AAR）是混凝土中的碱与集料中的活性组分之间发生的膨胀性化学反应，碱-集料反应是混凝土原材料中的水泥、外加剂、混合材料和水中的碱（Na2O或K2O）与骨料中的活性成分反应，具有较严重的破坏作用。AAR按活性组分类型可分为碱-硅酸反应（ASR）、碱-碳酸盐反应（ACR）、和碱硅酸盐反应。碱-集料反应反应由于水泥中有较高碱性，OH-使活性二氧化硅发生水解形成碱-二氧化硅凝胶，水被凝胶吸附，使体积增大。AAR反应多在混凝土浇筑几个月或几年后发生，混凝土遭到破坏。在混凝土浇筑成型后若干年（数年至二、三十年）逐渐反应，反应生成物吸水膨胀使混凝土产生内部应力， 膨胀开裂、导致混凝土失去设计性能。由于活性骨料经搅拌后大体上呈均匀分布。所以一旦 发生碱骨料反应、混凝土内各部分均产生膨胀应力，将混凝土自身胀裂、发展严重的只能拆除，无法补救，因而被称为混凝土的癌症。

2.提高混凝土抗裂性措施

抗裂性是指混凝土抵抗干缩变形或温度而发生裂缝的能力。这些变形所引起的拉应力超过混凝土抗拉极限强度时就会发生裂缝。变形量超过混凝土的极限拉伸应变值混凝土就会发生裂缝。因此，混凝土的极限拉伸应变值或抗拉极限强度越大时，它的抗裂性就越高。为提高混凝土抗裂性，一般可采取下列措施：

（1）当混凝土抗拉极限强度越大或弹性模量较低时，极限拉伸值较大，而弹性模量则随着强度的提高而增大（实际上是混凝土强度增长率远比其弹性模量增长率高）。所以混凝土的极限拉伸值是随着强度的增长而有所增长的。故提高混凝土的强度时其抗裂性也可提高。

（2）在混凝土水灰比不变条件下，水泥浆和砂浆含量较多时，其极限拉伸值也较大。因此，采用最大粒径较小的石料时水泥浆和砂浆的含量较多，混凝土极限极限拉伸值可得到提高，并且超过抗压强度的提高百分率。

（3）采用碎石配制混凝土比卵石可提高极限拉伸值30%；采用轻质凝灰岩或陶粒配制混凝土比普通混凝土其极限拉伸值可提高2-3倍；但采用石灰石、碎石配制混凝土抗拉强度高但极限拉伸值较低，主要由于石灰石弹性模量较大。

（4）采用铁铝酸四钙含量高而铝酸三钙含量低的水泥，或采用早期强度较低、后期强度增长率较高的水泥，其其极限拉伸值较大。但高铝水泥极限拉伸值最小，抗拉强度也低。

（5）掺用纸浆废液减水剂时可提高极限拉伸值40%。

（6）在混凝土受拉区布置钢筋极限拉伸值可成倍提高。

（7）充分保湿或水中养护可使混凝土极限拉伸值得到提高，抗裂也相应得到提高，约比处于干燥状态提高极限拉伸值30%。

3.混凝土裂缝的处治

3.1表面修补：适用对承载力没有影响的表面裂缝的处理、大面积细微裂缝防渗的处理。

（1）表面涂抹水泥砂浆：凿毛裂缝附近混凝土或将裂缝凿成凹槽，清除碎屑并洒水湿润，先刷一层水泥净浆，在涂抹水泥砂浆，并用铁抹压密抹光，然后保湿养护。（2）表面涂抹环氧树脂胶泥：用钢丝刷、毛刷将裂缝处清除干净，油污可用二甲苯擦洗，如表面潮湿应用喷灯烤干燥、预热，以保证环氧树脂胶泥与混凝土粘结。若基层难以干燥，则采用环氧煤焦油胶泥涂抹。（3）表面涂刷油漆、沥青：涂刷前混凝土表面应干燥。（4）表面凿槽嵌补：沿混凝土裂缝凿一条V型或U型深槽，槽内嵌水泥砂浆或环氧胶泥、聚氧乙烯胶泥、沥青油膏等，表层做砂浆保护层。U型深槽用于渗水裂缝的治理，V型槽用于一般裂缝的治理。

3.2局部修复：常用方法有充填法、预应力法、部分凿除重新浇筑混凝土法。

3.3化学灌浆：可灌入缝宽

3.4水泥压力灌浆法：适用缝宽>0.5mm的稳定裂缝。

3.5结构补强：外包钢筋混凝土、增加板厚、粘贴钢板、增设预应力补强体系。

3.6减小结构内力：卸载或控制荷载，增设支撑，改简支为连续梁。

3.7其他方法：改变结构方案，加强整体刚度。

参考文献

[1] JTGD60-2004.公路桥涵设计通用规范[S].

[2] JTGE42-2005.公路工程集料试验规程[S].

[3] JTGH11-2004.公路桥涵养护规范[S].

作者简介：许继舜（1970- ），男，安徽省淮北市人，工程师。