混凝土施工裂缝控制分析

摘要：混凝土是一种由砂石骨料、水泥、水及其他外加材料混合而形成的非均质脆性材料。如何防止产生裂缝，特别是冬期施工对混凝土的控制，是保证混凝土结构质量的关键。

关键词：冬期施工；裂缝；缺陷；混凝土结构质量

一、冬期施工裂缝控制分析

在冬期施工过程中，环境温度为-10～20℃，混凝土施工采用泵送混凝土，P•O42.5级水泥，CSA抗裂防水剂。根据相关规范要求，入模温度控制在15℃以上。采用综合蓄热法，即在混凝土中掺防冻剂，并采用保温棚覆盖，棚内用火炉加温养护5～7d后拆模并处于自然状态下，结果出现了大面积的混凝土裂缝，且均为竖向裂缝，长度3～4d，宽度0.5～2mm，多数裂缝是通常中间粗两端细（推断为高温膨胀引起的混凝土温度裂缝）；严重影响混凝土结构的质量。

（一）裂缝的产生

1．温度裂缝

温度裂缝多发生在大体积混凝土表面或温差变化较大地区的混凝土结构中。

一种是混凝土内部水化热太大引起的内外温差：混凝土浇筑后，在硬化过程中，水泥水化产生大量的水化热，根据热工计算和现场测试，每立方米混凝土水泥用量310kg可释放15500kJ热能，混凝土内部温度达到了55℃左右。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；另一种是环境温度急剧变化引起的温差，在混凝土的施工中当温差变化较大，会导致混凝土表面温度急剧下降，而产生收缩，表面收缩的混凝土受内部混凝土的约束，将产生很大的拉应力而产生裂缝。实践证明当混凝土本身温差达到25～26℃时，混凝土内便会产生大致在10MPa左右的拉应力。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。混凝土养护温度及内部温度，见图1。

图1工艺调整前混凝土养护温度图

2．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。塑性收缩裂缝一般在干热或大风天气出现，裂缝多呈中间宽、两端细且长短不一，互不连贯状态。较短的裂缝一般长20～30cm，较长的裂缝可达2～3m，宽1～5mm。其产生的主要原因为：混凝土在终凝前几乎没有强度或强度很小，或者混凝土刚刚终凝而强度很小时，受高温或较大风力的影响，混凝土表面失水过快，造成毛细管中产生较大的负压而使混凝土体积急剧收缩，而此时混凝土的强度又无法抵抗其本身收缩，因此产生龟裂。影响混凝土塑性收缩开裂的主要因素有水灰比、混凝土的凝结时间、环境温度、风速、相对湿度等。

3．干缩裂缝

干缩裂缝多出现在混凝土养护结束后的一段时间或是混凝土浇筑完毕后的一周左右。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而导致变形不同的结果：混凝土受外部条件的影响，表面水分损失过快，变形较大，内部湿度变化较小变形较小，较大的表面干缩变形受到混凝土内部约束，产生较大拉应力而产生裂缝。相对湿度越低，水泥浆体干缩越大，干缩裂缝越易产生。干缩裂缝多为表面性的平行线状或网状浅细裂缝，宽度多在0.05～0.2mm之间，大体积混凝土中平面部位多见，较薄的梁板中多沿其短向分布。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，在水压力的作用下会产生水力劈裂影响混凝土的承载力等。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。

（二）裂缝的预防

1．混凝土配合比优化

尽量选用低热或中热水泥，如矿渣水泥、粉煤灰水泥，对混凝土配合比进行优化，调整了胶凝材料特别是水泥的用量，如表1所示。表1混凝土合比kg/m3

水泥 沙 碎石 粉煤灰 抗裂防水剂 防冻剂 水

原配合比 310 773 1082 50 40 16 165

调整后配合比 281 831 1028 75 44 12 170

（1）减少水泥用量，增加粉煤灰用量，以减少水化热的产生，延长混凝土的凝结时间并延缓水化热释放时间，避免水化热集中释放导致混凝土内部过高。规范技术要求已规定了水泥用量的下限，现提出水泥用量的上限参考，如表2所示。

表2混凝土胶凝材料掺量

混凝土等级 混凝土胶凝材料总量/(kg/m3)

C30 ≤400

C40 ≤440

注：粉煤灰掺量宜为15%～30%；胶凝材料为：水泥用量+粉煤灰用量的总合

（2）增加抗裂防水剂用量。原因墙体不同于底板结构，属于易裂部位，增加抗裂防水剂掺量到胶凝材料的11%，有利于加快混凝土中膨胀组分（钙矾石）的增长，在混凝土强度增长较慢时减少混凝土的自收缩，防止裂缝的产生。

（3）减少防冻剂掺量。防冻剂在混凝土水化时起防冻作用，而当混凝土终凝后，防冻剂起的是早强剂的作用，加速混凝土强度的增长，导致混凝土早期强度增长过快产生自收缩。

（4）合理选择水泥的品种，尽量选择水化热小的水泥品种，以减少水化产生的热量，从而避免水化热过高集中导致混凝土内、外温差大，引起裂缝。

（5）合理选择混凝土的配合比，依据混凝土构件的几何尺寸和内部钢筋的绑扎情况，在满足浇筑混凝土的前提下，尽量选择骨料粒径大的配合比方案，达到减少水泥用量的目的，从而降低混凝土构件内部的水化热，防止裂缝。

（6）合理的选择混凝土的浇筑方法，使混凝土的水化均匀，防止裂缝。

（7）冬季施工做好混凝土浇筑后的构件保温，避免内外温差大而引发裂缝。

（8）混凝土构件拆模后的浇水养护或拆模后采用涂膜养护，保证混凝土构件的水分，防止风干而引起裂缝。

（9）大体积混凝土的浇注，也可采用0℃的水进行混凝土的搅拌，以此来降低混凝土内部的水化热，防止裂缝。

（10）混凝土的配合中合理添加减水防裂剂可使混凝土用水量减少25%；避免因水泥长期不凝而带来的塑性收缩增加，从而达到降低混凝土中水泥水化热，防止裂缝。

2．施工过程中的控制

（1）控制混凝土养护温度。通过每天对混凝土内部温度的监测，来严格控制混凝土的养护温度与内部温度的温差，当混凝土内部温度上升时，养护温度随之上升；混凝土内部温度下降时，养护温度随之下降；延长养护时间，使混凝土内部温度能够逐渐的与环境温度相接近。由于掺有防冻剂，养护温度只要达到正温环境就能够满足混凝土强度增长的要求，而养护温度过高，一是加速混凝土早期强度的增长，易产生收缩裂缝；二是当养护停后，混凝土马上由正温20℃转为负温20℃，温差达到40℃，这必然产生温度裂缝。

（2）混凝土的振捣实行快插慢拔、分层振捣的振捣方法。振捣上一层时插入下一层混凝土5cm以消除两层间的接缝。通过二次振捣可以使混凝土更加密实，能提高混凝土的抗拉能力。

（3）延长混凝土带模养护的时间，避开混凝土水化热达到峰值时拆模；由于带模养护，混凝土温度散发比较慢，有效的控制混凝土内外温差。

（4）拆除模板后马上涂刷混凝土养护剂；养护剂能够在混凝土表面形成一层薄膜，保持混凝土中的游离水分不会随风干或干燥气候而蒸发，导致混凝土表面失水导致干缩过快，引起混凝土的干缩裂缝产生。通过对混凝土配合比好施工工艺的调整，有效地降低了混凝土内部自身的温度，并根据环境温度和混凝土内部温度来控制混凝土养护温度，严格控制混凝土的温差不超过25℃，对温差引起的裂缝起到了预防作用。工艺调整后的混凝土内部温度、养护温度、环境温度见图2。

图2工艺调整后混凝土龄期与内部温度、养护温度关系图

二、裂缝处理

裂缝的出现不但会影响结构的整体性和刚度，还会引起钢筋的锈蚀、加速混凝土的碳化、降低混凝土的耐久性和抗疲劳、抗渗能力。因此根据裂缝的性质和具体情况要区别对待、及时处理，以保证建筑物的混凝土裂缝的修补措施主要有以下一些方法：表面修补法，灌浆、嵌逢封堵法。

（一）表面修补法

表面修补法是一种简单、常见的修补方法，它主要适用于稳定和对结构承载能力没有影响的表面裂缝以及深进裂缝的处理。通常的处理措施是在裂缝的表面涂抹水泥浆、环氧胶泥或在混凝土表面涂刷油漆、沥青等防腐材料，在防护的同时为了防止混凝土受各种作用的影响继续开裂，通常可以采用在裂缝的表面粘贴玻璃纤维布等措施。

（二）灌浆、嵌逢封堵法

灌浆法主要适用于对结构整体性有影响或有防渗要求的混凝土裂缝的修补，它是利用压力设备将胶结材料压入混凝土的裂缝中，胶结材料硬化后与混凝土形成一个整体，从而起到封堵加固的目的。常用的胶结材料有水泥浆、环氧树脂、甲基丙烯酸酯、聚氨酯等化学材料。嵌缝法是裂缝封堵中最常用的一种方法，它通常是沿裂缝凿槽，在槽中嵌填塑性或刚性止水材料，以达到封闭裂缝的目的。常用的塑性材料有聚氯乙烯胶泥、塑料油膏、丁基橡胶等等；常用的刚性止水材料为聚合物水泥砂浆。

三、结语

虽然混凝土结构均易不同程度出现裂纹，同时也成为混凝土构件的通病，只要采取科学合理的预防和养护措施和调整混凝土的浇筑方案，就能够防止冬季施工过程中大体积浇筑时混凝土裂缝的产生，从而提高混凝土的耐久性。

参考文献

[1]高强钢筋与高性能混凝土推广应用新技术、新工艺及常见缺陷处理方法实用手册[M]．北京：中国建筑出版社．

[2]李长城．浅谈混凝土结构耐久性及高性能混凝土的应用[J]．中小企业管理与科技（下旬刊），2010（4）．

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。