试论混凝土结构裂缝问题分析与防治

摘要：现浇混凝土结构易出现的裂缝，给混凝土结构带来了很多不利的影响，如影响建筑观感和使用功能等。本文着重对混凝土结构裂缝的成因、预防及防治等做了探讨。

关键词：混凝土结构；裂缝；成因；防治措施

近年来，现浇混凝土结构因其整体性强，抗震性好，以及商品混凝土和高强、高性能混凝土的大量使用，我国现浇混凝土结构得到了广泛推广和应用。但当建筑结构的平面尺寸较大(建筑长度接近或略大干规范规定的伸缩缝最大间距)时，现浇混凝土结构，尤其是普通楼板，易出现许多裂缝。

调查分析表明，工程实践中建筑结构的裂缝原因，由外荷载直接作用产生的裂缝很少，而由间接作用(混凝土收缩、温度变形)引起的“间隙裂缝”则占了绝大多数。“间接裂缝”给混凝土结构带来很多不利影响。主要表现在：影响建筑观感和使用功能。裂缝出现之后，使房屋的使用者产生严重的不安全感，有一些裂缝造成的渗漏还会破坏房屋的装修，影响房屋的使用功能。尤其在建筑商品化的今天，这已经成为房屋业主投诉的焦点。不仅严重地影响了房地产开发商的信誉，而且设计单位、施工单位也为此付出了惨痛的代价；影响结构的耐久性。裂缝的出现，加剧了混凝土的碳化及冻融的蜕化作用，并导致了钢筋锈蚀，缩短结构的使用年限。本文着重对混凝土结构裂缝的成因、预防及防治措施做粗浅探讨。

一、产生混凝土裂缝的因素

混凝土是一种抗拉性能极低的脆性材料，在施工和使用过程中，当发生温度、湿度变化、机械震动、地基不均匀沉降时，极容易产生变形和裂缝。另外，材料的收缩和徐变同样会导致结构产生不能忽略的变形。

1.水化热。混凝土水化过程中产生大量的水化热，对大体积混凝土结构应考虑水化热的影响。在现行的《普通混凝土配合比设计规程》JGJ／T55-96中的6.5节明确：混凝土结构中，实体最小尺寸大于或等于1M时，称大体积混凝土。这种结构在升温阶段，混凝土处于塑性，约束应力很小，但降温时，弹性模量很快增加，若处理不当，混凝土内外温差会很大，往往混凝土表面已经硬化而内部温度仍很高，较大的温度差造成了变形约束而开裂。

2.混凝土收缩。混凝土同样有“湿涨干缩”现象，它们要经过相当长的时间才趋稳定，通常龄期1年的混凝土收缩量约为总量(龄期以20年计)的80％，而龄期2个月的为50％。混凝土收缩主要来自水泥石的收缩，水灰比越大，收缩越大。除此之外，水泥用量、水泥细度、构件截面形状以及环境条件(温度、湿度等)对结构收缩都有影响。

3.环境影响。混凝土在空气中硬化时，体积会发生收缩，由此在构件内产生拉应力，在早期混凝土强度较低时，混凝土收缩值最大。因此，若构件早期养护不良，极易产生收缩裂缝。当环境气温发生变化时，结构本身温度也随之而变，即混凝土结构随气温的冷暖而发生缩用，这种变化每年一轮回，而不像前二者是一次性完成的。

4.材料质量。混凝土是由水泥、砂、石按一定比例拌合而成的人造混合材料，水泥、砂、石等质量不好或在施工过程中不按操作规程运作等都会导致混凝土开裂。

5.施工方面。混凝土质量好坏的标志是成型后混凝土的均匀性和密实程度。因此混凝土的搅拌、运输、浇灌、振实各道工序中的任何缺陷和疏漏，都可能使裂缝产生；模板构造不当，漏水、漏浆、支撑刚度不足、过早拆模等都有可能造成混凝土的开裂；混凝土养护，特别是早期养护质量与裂缝关系密切；水灰比过大、水泥或外加剂加入量过大；施工过程中钢筋表面污染、混凝土保护层过小或过大、浇灌中碰撞钢筋使其移位等；任意留置施工缝且不按规定处理；后期施工扰动前期混凝土；在不宜施工的气候条件下勉强施工，冬季施工未采取防冻措施等都容易产生裂缝。

二、防止混凝土裂缝的措施

1.控制混凝土温升

混凝土结构在降温阶段产生温度应力的原因在于由于降温和水分蒸发等原因导致的收缩，并且由于外在约束作用使其不能自由变形。因此，对水泥水化热导致的温升进行控制，即达到了减小降温温差的目的，这对降低温度应力、防止产生温度裂缝能起到重要作用。为控制混凝土结构因水泥水化热而产生的温升，可以采取下列措施：

(1)选用中低热的水泥品种。混凝土升温的热源是水泥水化热，在施工中应选用水化热较低的水泥以及尽量降低单位水泥用量。

(2)掺加外加剂。为了满足送到现场的混凝土具有一定坍落度，如单纯增加单位水泥用量，不仅多用水泥，加剧混凝收缩，而且会使水化热增大，容易引起开裂。因此应选择适当的外加剂。木质素磺酸钙属阴离子表面活性剂，对水泥颗粒有明显的分散效应并能使水的表面张力降低而引起加气作用。因此，在混凝土中掺入水泥重量0.25％的木钙减水剂(即木质素磺酸钙)，它不仅能使混凝土和易性有明显的改善，同时又减少了10％左右的拌合水，节约10％左右的水泥，从而降低了水化热。近年来，随着新型“减低收缩剂”f如UEA.AEA)等的应用，掺入后可使混凝土空隙中水分表面张力下降从而减少40％－60％收缩，但是能否起到有效控制收缩裂缝的作用，还应注重其应用条件和后期收缩。

(3)掺加粉煤灰外掺料。试验资料表明，在混凝土内掺入一定数量的粉煤灰，由于粉煤灰具有一定活性，不但可代替部分水泥，而且粉煤灰颗粒呈球形，具有“滚珠效应”而起作用，能改善混凝土的粘塑性，并可增加泵送混凝土f大体积混凝土多用泵送施工)要求的0.315mm以下细粒的含量，改善混凝土可泵性，降低混凝土水化热。另外，根据大体积混凝土的强度特性，初期处于高温条件下，强度增长较快、较高，但后期强度就增长缓慢，这是由于高温条件下水化作用迅速，随着混凝土的龄期增长，水化作用慢慢停止的缘故。掺加粉煤灰后可改善混凝土的后期强度，但其早期抗拉强度及早期极限拉伸值均有少量降低。因此对早期抗裂要求较高的工程，粉煤灰掺入量应少一些，否则表面易出现细微裂缝。

(4)控制混凝土的出机温度和浇筑温度。对混凝土出机温度影响最大的是石子及水的温度，砂的温度次之，水泥的温度影响很小。为了进一步降低混凝土的出机温度，其最有效的办法就是降低石子的温度。在气温较高时，为防止太阳的直接照射，可在砂、石堆场搭设简易遮阳装置，必要时须向骨料喷射水雾或使用前用冷水冲洗骨料。建议最高浇筑温度控制在40℃以下为宜，这就要求在常规施工情况下合理选择浇筑时间，完善浇筑工艺以及加强养护工作。

2.改善边界约束和构造设计

(1)设置滑动层。由于边界存在约束才会产生温度应力，如在与外约束的接触面上全部设滑动层，则可大大减弱外约束。如在外约束的两端各1／4～1／5的范围内设置滑动层则结构的计算长度可折减约一半。为此，遇有约束强的岩石类地基、较厚的混凝土垫层等时，可在接触面设滑动层，对减小温度应力

将起显著作用。滑动层的作法有：涂刷两道热沥青加铺油毡一层：铺设10－20mm厚沥青砂；铺50mm厚砂或石屑层等。

(2)避免应力集中。在孔洞周围、变断面转角部位、转角处等由于温度变化和混凝土收缩，会产生应力中而导致裂缝。为此，可在孔洞四周增配斜向钢筋、钢筋网片：在变断面处避免断面突变，可作局部处理使断面逐渐过渡，同时增配抗裂钢筋，这对防止裂缝是有益的。

(3)设置缓冲层。在高、低底板交接处、底板地梁处等，用30－50mm厚聚苯乙烯泡沫塑料作垂直隔离，以缓冲基础收缩时的侧向压力。

(4)合理分段施工。当混凝土结构的尺寸很大时，则可与设计单位研究后合理地采用“后浇带”分段进行脚注。用“后浇带”分段施工时，其计算是将降温温差和收缩分为两部分。在第一部分内结构被分成若干段，使之能有效地减小温度和收缩应力；在施工后期再将这若干段浇筑成整体，继续承受第二部分降温温差和收缩的影响。这两部分降温温差和收缩作用下产生的温度应力叠加，其值应小于混凝土的设计抗拉强度。此即利用“后浇带”控制产生裂缝并达到不设永久性伸缩缝的原理。后浇带处的混凝土，宜用微膨胀混凝土，混凝土强度等级宜比原结构的混凝土提高5-10N／mm，并保持不少于15d的潮湿养护。“后浇带”处宜用网状模板。网状模板是一种不拆除模板，浇筑混凝土时砂浆通过网格孔渗透到模板面，使表面成为一种抗剪性能很理想的均匀粗粒界面，第二次浇筑混凝土时，不需要拆模和凿毛，能保证后浇带混凝土的质量。

3.应用混凝土裂缝控制技术措施

(1)优化设计方案。应适当增加楼板的厚度以提高楼板的刚度，结构各部分的变形计算应一致，建筑设计应防止造型突变，基础设计应与上部结构相适应，尽量防止不均匀沉降，楼板配筋应采用小直径小间距，上部钢筋最好也通长设置。强弱电预埋管路应分开走向，杜绝交叉。建议优选现浇空心楼盖技术，工程实践证明此种结构基本上无裂缝现象发生。

(2)严格选择原材料。选用低碱水泥，减少碱骨料反应。混凝土外加剂要性能优良，质量可靠；严格控制混凝土水灰比，尽量降低水泥用量，建议基础混凝土可选用混凝土的60d标准强度。混凝土坍落度越低越有利于防裂。

(3)施工过程的控制。模板支撑体系的承载力和刚度要适应施工进度，满足钢筋、混凝土拌合物及施工临时荷载的需要。拆模时间要通过混凝土强度试验确定；根据混凝土结构的特点、施工环境选择混凝土浇筑方案，混凝土拌合物的坍落度越小越好，一般不易大于160mm，有条件时最好使用干硬性混凝土，大体积混凝土要分层浇筑。新旧混凝土在接茬前要在旧混凝土表面凿毛，充分湿润；及时进行混凝土表面覆盖和浇水养护，要建立保温保湿的养护理念，因为混凝土的硬化过程需要温度更需要水分，有条件时尽量采用蓄水养护。