浅析混凝土结构裂缝成因及控制

摘要：本文对工程建设中广泛存在的混凝土裂缝问题进行了浅析，总结了产生混凝土裂缝的原因，针对不同成因提出了相应的控制措施。

关键词：混凝土；裂缝；应力；成因；控制

一、概述

混凝土自诞生之起就在工程建设领域占有重要的地位，有关混凝土的理论和技术也非常成熟，但是混凝土结构裂缝问题现在仍然是一个广泛出现且不宜解决的问题，在施工实践中经常遇到各种各样的裂缝，严重的已经影响了结构安全和正常使用。

混凝土结构裂缝产生的形式和种类很多，要从根本解决混凝土的裂缝问题，还是需要从混凝土裂缝的形成原因入手。正确判断和分析混凝土裂缝的成因是有效控制和减少混凝土裂缝产生的最有效的途径。

二、常见混凝土裂缝的成因分析

混凝土产生裂缝的原因很多，从原材料的选取、混凝土的拌制、浇注、养护一直到使用，以及混凝土施工和使用时的环境等等方面都可能引起裂缝的产生。

混凝土裂缝按受到的作用不同可分为荷载裂缝和变形裂缝，荷载裂缝是由于外荷载引起的应力和次应力而产生的，变形裂缝是由于变形引起的，大体上后者占到裂缝总量的80%左右。

1、水泥水化热

混凝土硬化过程中，水泥水化时产生大量热量，每克水泥可产生50.2焦耳的热量，大量的水化热使混凝土内部温度上升，混凝土自里向外产生温度梯度，产生不同的膨胀量，从而产生裂缝。

2、原材料的质量和种类

2.1粗细集料含泥量过大，造成混凝土收缩增大。集料颗粒级配不良或采用不恰当的间断级配，容易造成混凝土收缩的增大，诱导裂缝的产生。

2.2骨料粒径越细、针片含量越大，混凝土单方用灰量、用水量增多，收缩量增大。

2.3混凝土外加剂、掺和料选择不当、或掺量不当，严重增加混凝土收缩。

2.4水泥品种原因，矿渣硅酸盐水泥收缩比普通硅酸盐水泥收缩大、粉煤灰及矾土水泥收缩值较小、快硬水泥收缩大。

2.5水泥等级及混凝土强度等级原因：水泥等级越高、细度越细、早强越高对混凝土开裂影响很大。混凝土设计强度等级越高，混凝土脆性越大、越易开裂。

3、混凝土本身的原因

3.1塑性变形：混凝土成型后还未硬化时仍处于塑性状态，此时混凝土的骨料下沉会产生塑性下沉裂缝，混凝土的表面水分蒸发速度大于其沁水速度会产时塑性收缩裂缝。

3.2干缩裂缝：干缩裂缝是因为混凝土内外水分蒸发程度不同导致的变形不同产生的。

3.3自收缩裂缝：在恒温绝湿条件下混凝土初凝后因胶凝材料继续水化引起自干燥，造成混凝土的体积缩小，此时如受到约束就会产生自收缩裂缝。

4、施工工艺的影响

4.1现场浇捣混凝土时，振捣或插入不当，漏振、过振或振捣棒抽撤过快，均会影响混凝土的密实性和均匀性，诱导裂缝的产生。

4.2高空浇注混凝土，风速过大、烈日暴晒，混凝土收缩值大。

4.3对大体积混凝土工程，缺少两次抹面，易产生表面收缩裂缝。

4.4大体积混凝土浇注，对水化计算不准、现场混凝土降温及保温工作不到位，引起混凝土内部温度过高或内外温差过大，混凝土产生温度裂缝。

4.5现场养护措施不到位，混凝土早期脱水，引起收缩裂缝。

4.6现场模板拆除不当，引起拆模裂缝或拆模过早。

4.7现场预应力张拉不当造成超张、偏心现象，引起混凝土张拉裂缝。

5、设计原因

5.1设计中结构构件的断面突变而产生的应力集中所产生的构件裂缝。

5.2设计中对构件施加预应力不当，造成构件的裂缝(偏心、应力过大等)。

5.3设计中未充分考虑混凝土的收缩变形，构造钢筋配置过少或过粗等引起构件裂缝(如墙板、楼板)。

5.4设计中未充分考虑混凝土构件的收缩变形。

5.5设计中采用的混凝土等级过高，造成用灰量过大，对收缩不利。

6、其他原因

其他原因还有很多，不合理的混凝土配合比，不当使用外加剂，地基不均匀沉降，使用荷载超过设计要求，使用者使用不当等都可能造成混凝土的开裂。

三、裂缝的控制措施

1、原材料的选用和混凝土配合比的设计

1.1合理选用水泥：尽量选用水化热低，干缩变形小的水泥品种，以选用低热矿渣硅酸盐水泥或中热硅酸盐水泥为宜。尽量避免采用早强高的水泥。

1.2掺加外加剂：掺加具有减水、缓凝、引气等功能的外加剂，改善混凝土的流动性、粘滞性、保水性，在降低用水量、提高强度的同时，能减少水化热，从而混凝土裂缝的产生。

1.3选用杂质少、级配合理、针片状颗粒少的粗骨料，特别是引起碱骨料反应的粗骨料坚决不能使用。细骨料也易选取杂质少、级配好的材料。

1.4掺合料的使用：正确使用掺合料。现在想混凝土中掺加粉煤灰的做法已经有了大量的应用。大量掺加粉煤灰可以减少水泥用量，改善混凝土的粘稠度，由于减少水泥用量，使水化热相应减少。实验表明：与实际结构物浇注的硅酸盐水泥混凝土相比，掺30%粉煤灰后，混凝土的温升降低十摄氏度左右，减少了因温度变化产生裂缝的可能性，同时其强度发展及最终强度均不低于未掺加时。

当然，对掺加粉煤灰的量，以及相应的混凝土配合比，应根据水泥的种类，粗细骨料的具体情况，粉煤灰的品牌、细度级别等情况经过实验来确定。

1.5混凝土的配合比：配合比设计人员应深入现场，依据施工现场的具体情况，施工环境，施工队伍的施工水平，施工选用的水泥、粗细骨料等情况，选择合理的配比。施工情况产生变化要及时调整混凝土的配合比。

2、规范的施工过程，合理的施工工艺

从混凝土的拌制、运输到浇注、振捣成型，从养护到拆模，及施工环境的控制都要严格按照施工规范的要求进行。施工前制订合理的施工方案，进行细致的准备，做好施工交底，施工中还要根据具体情况及时调整。

合理的施工工艺对防止混凝土的开裂也能良好的作用。比如二次投料的搅拌工艺，终凝前的二次振捣工艺等，都能减少混凝土的裂缝产生。

对大体积混凝土的施工尤其要引起重视，施工前要精心设计，对混凝土内部的温升要进行计算，做出详细的施工方案，施工时严格按施工方案进行操作，加强温度监控，并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。确保不出现贯通性的裂缝，其他裂缝也要控制在规范和设计的要求之内。

3、设计方面

3.1设计中的‘抗’与‘放’。

在建筑设计中应处理好构件中‘抗’与‘放’的关系。所谓‘抗’就是处于约束状态下的结构，没有足够的变形余地时，为防止裂缝所采取的有力措施，而所谓‘放’就是结构完全处于自由变形无约束状态下，有足够变形余地时所采取的措施。

设计人员应灵活地运用‘抗与放’结合、或以‘抗’为主、或以‘放’为主的设计原则。来选择结构方案和使用的材料。

3.2设计中应尽量选用规则的形状，避免结构断面突变带来的应力集中。如因结构或造型方面原因等而不得以时，应充分考虑采用加强措施。

3.3积极采用补偿收缩混凝土技术：

在常见的混凝土裂缝中，有相当部分都是由于混凝土收缩而造成的。要解决由于收缩而产生的裂缝，可在混凝土中掺用膨胀剂来补偿混凝土的收缩，实践证明，效果是很好的。

3.4重视对构造钢筋的认识：

在结构设计中，设计人员应重视对于构造钢筋的配置，特别是于楼面、墙板等薄壁构件更应注意构造钢筋的直径和数量的选择。

3.5对于大体积混凝土，建议在设计中考虑采用60天龄期混凝土强度值作为设计值，以减少混凝土单方用灰量，并积极采用各类行之有效的混凝土掺合料。

四、结束语

混凝土产生裂缝在工程实践中出现的非常多，也是建筑质量通病之一，而且裂缝一旦产生，处理起来费工费料，效果还不一定好。因此，对混凝土的裂缝应立足于“防”，根据裂缝产生的原因，采取相应的对策，从原材料的选用，配合比的设计，到混凝土的生产、运输、成型，以及拆模、养护，一直到使用，都要考虑裂缝问题，把裂缝控制在国家规范和设计要求的范围之内。

随着当今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，相信混凝土裂缝问题将会逐渐得以圆满地解决。