混凝土结构裂缝成因及预防措施

混凝土结构裂缝成因及预防措施

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摘要

混凝土在施工过程中会不同程度、不同形式的出现裂缝，这是一个相当普遍和常见的现象，并且在大体积混凝土施工中表现尤为突出，这些裂缝会影响到混凝土工程的整体性和耐久性。如何在施工中预防和控制大体积混凝土裂缝，成为工程建设长期困扰的一个技术难题，值得我们不断的探索和提高。

引起裂缝的原因是多方面的, 有的是地基不均匀沉陷引起裂缝, 有的是混凝土温度应力变化引起裂缝, 混凝土早期养护不到位, 支模不稳定, 原材料的质量问题, 混凝土的干缩变形, 水灰比的选择等, 都可能使混凝土施工出现裂缝。为保证混凝土施工质量要求, 预防混凝土施工裂缝发生, 通过分析混凝土施工裂缝的成因, 提出应对混凝土施工裂缝的有效措施, 对提高混凝土施工技术及其可能引起的混凝土施工效应, 具有较为重要的价值。

关键词: 混凝土; 施工裂缝; 裂缝原因; 成因控制质量控制管理

1 温度裂缝

1.1 产生的原因和特征

水泥水化过程中产生大量的热量，从而使混凝土内部温度升高，在浇筑温度的基础上，通常升高35℃左右。如果没有降温措

施或浇筑温度过高，混凝土内部温度高达80～90℃的情况也时有发生。由于热量的传递、积存，混凝土内部的最高温度大约发生在浇筑后的3～5d，因为混凝土内部和表面的散热条件不同，所以混凝土中心温度低，形成温度梯度，造成温度变形和温度应力。温度应力和温差成正比，温度越大，温度应力也越大。当这种温度应力超过混凝土的内外约束应力(包括混凝土抗拉强度)时，就会产生裂缝。这种裂缝的特点是裂缝出现在混凝土浇筑后的3～5d，初期出现的裂缝很细，随着时间的发展而继续扩大，甚至达到贯穿的情况。总而言之, 温度应力是引起混凝土施工裂缝的主要原因。应严格控制施工期间混凝土的温度应力变化, 以达到从根本上控制和预防混凝土施工裂缝的发生。

１．２温度裂缝的控制措施

混凝土内部的温度与混凝土厚度及水泥品种、水泥用量有关。混凝土越厚，水泥用量越大，水化热越高的水泥，其内部温度越高，形成温度应力越大，产生裂缝的可能性越大。对于大体积混凝土，其形成的温度应力与其结构尺寸相关，在一定尺寸范围内，混凝土结构尺寸越大，温度应力也越大，因而引起裂缝的危险性也越大，这就是大体积混凝土易产生温度裂缝的主要原因。因此防止大体积混凝土出现裂缝最根本的措施就是控制混凝土内部和表面的温差。减少温差的措施是选用中热硅酸盐水泥或低热矿渣硅酸盐水泥，在掺加泵送剂或粉煤灰时，也可选用矿渣硅酸盐水泥。此外，可充分利用混凝土后期强度，以减少水泥用

量。因此，为更好地控制水化热所造成的温度升高、减少温度应力，可以根据工程结构实际承受荷载的情况，对工程结构的强度和刚度进行复核与验算，并取得设计单位的同意后。为了降低混凝土的出机温度和浇筑温度，可以采取以下方法：①降低原料温度，每１ｍ３混凝土中集料所占重量最大，所以最有效的办法是降低集料温度。在气温较高时，为了防止太阳直接照射，可以在砂石堆场搭设简易遮阳棚，必要时可向集料喷淋雾状水，或者在使用前用冷水冲洗集料；②在搅拌混凝土时加冰块冷却；③生产混凝土时避开当天高温时段；④对搅拌运输车罐体、泵送管道采取保温、冷却措施。

2 沉陷(塑性)收缩裂缝

2.1 产生的原因和特征

这种裂缝产生的原因主要是混动性过大和流动性不足以及不均匀，在凝结硬化前没有沉实或者沉实不够，当混凝土沉陷时受到钢筋、模板抑制以及模板移动、基础沉陷所致。裂缝在混凝土浇筑后1～3 小时出现，裂缝的深度通常达到钢筋上表面。2.2 影响因素和防止措施

（1）要严格控制混凝土单位用水量在170kg/m3 以下，水灰比在0.6 以下，在满足泵送和浇筑要求时，宜尽可能减少坍落度；（2）掺加适量、质量良好的泵送剂和掺合料，可改善工作性和减少沉陷；

（3）混凝土搅拌时间要适当，时间过短、过长都会造成拌合物

均匀性变坏而增大沉陷；

（4）混凝土浇筑时，下料不宜太快，防止堆积或振捣不充分；（5）混凝土应振捣密实，时间以10～15s/次为宜，在柱、梁、墙和板的变截面处宜分层浇筑、振捣。在混凝土浇筑1～1.5h 后，混凝土尚未凝结之前，对混凝上进行两次振捣，表面要压实抹光；（6）在炎热的夏季和大风天气，为防止水分激烈蒸发，形成内外硬化不均和异常收缩引起裂缝，应采取措施缓凝和覆盖。

3 干缩裂缝的成因及控制

3．１干缩裂缝产生的原因

混凝土浇注后仍处于塑性状态时，由于表面水分蒸发过快而产生的裂缝。这类裂缝多在表面

出现，形状不规则，长短不一，呈龟裂状，深度一般不超过５０ｍｍ，但薄板结构如果混凝土中掺加有含泥量大的粉砂则可能穿透。此类裂缝的主要原因是混凝土浇注后３～４ｈ左右其表面没有被覆盖，特别是平板结构在炎热或大风干燥天气条件下，混凝土表面水分蒸发过快，或者是被基础、模板吸水过快，以及混凝土本身的高水化热等原因造成混凝土产生急剧收缩，而此时混凝土强度几乎为零，不能抵抗这种变形力而导致开裂，从混凝土中蒸发和被吸收水分的速度越快，干缩裂缝越易产生。而预拌混凝土公司为了满足施工现场的可泵性、流动性，其出机混凝土坍落度和砂率较大，加之夏季高温中为降低坍落度损失，以及大体积混凝土中均掺缓凝剂，早期强度较低，所以水分特别容易散失，

表面容易形成裂缝。

3．２干缩裂缝的控制措施

（１）合理选择水泥品种。一般来说，水泥的需水量越大，混凝土的干燥收缩越大，不同水泥混凝土的干燥收缩按其大小顺序排列为：矿渣硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、中低热水泥和粉煤灰水泥。所以，从减少收缩的角度出发，宜采用中低热水泥和粉煤灰水泥。

（２）控制水泥用量。混凝土干燥收缩随着水泥用量的增加而增大，但是增加量不显著。在有可能减少水泥用量时，还是尽可能降低水泥用量。

（３）用水量的把握。混凝土的干燥收缩受用水量的影响最大，在同一水泥用量条件下，混凝土的干燥收缩和用水量成正比，为直线关系；当水泥用量较高的条件下，混凝土的干燥收缩随着用水量的增加而急剧增大。因此水灰比越大，干燥收缩越大。（４）最佳砂率的确定。混凝土的干燥收缩随着砂率的增大而增大，但增加的数值不大。泵送混凝土宜适当加大砂率。

（５）化学外加剂的选用。掺加减水剂、泵送剂，特别是同时掺加粉煤灰的双掺技术可以减小干燥收缩，

（６）正确选择养护时间和方法。混凝土浇筑面受到风吹日晒，表面干燥过快，产生较大的收缩，受到内部混凝土的约束，在表面产生拉应力而开裂。如果混凝土终凝之前进行早期保温保湿养护，对减少干燥收缩有一定作用。

4 基础变形引起的裂缝

因原有地基条件的改变、不准确的试验资料，基础置于滑坡体及其分期建造，地基冻胀，过大的结构荷载、地基地质及结构基础类型的差异，活动断层及溶洞等地质段欠佳，地质勘察精度不达标等，导致水平位移及基础竖向的不均匀沉降的发生，且混凝土结构的抗拉能力低于结构内出现的附加应力，致使结构发生开裂。

4.1 可通过以下措施预防基础变形造成的裂缝

一是加大检查和验收地基的力度，完成基坑开挖后，需告知监理单位及时进行现场验收，某些地基很复杂，基坑开挖完成后设计方需要求勘察补钻探，若探出的地质状况不好，一定要先进行加固，如果验收合格下面的的施工即可开始。二是基槽的开挖施工最好不对其原状结构造成扰动。三是对建筑物的长高比做好控制，整体刚度随长高比的缩小而增大，也有助于不均匀沉降的调整。四是对各阶段承重结构的受力状况的调整需合理可行，使荷载能够均匀分布，避免太集中的受力。五是沉降缝的布设方位要准确。

5 冻胀引起的裂缝

如果大气气温在零度以下，冻结了吸水饱和的混凝土，游离的水变成了冰，体积膨胀9%，使混凝土产生了膨胀应力；此外，微观结构内的混凝土凝胶孔的过冷水发生重分布及迁移造成渗透压，增大了混凝土的膨胀力，致使混凝土强度下降，发生了裂

缝。

5.1 对于冻胀引起的裂缝主要预防措施

冬季施工时，采用电气加热法、暖棚法、地下蓄热法、蒸汽加热法养护以及在混凝土拌和水中掺入防冻剂（但氯盐不宜使用），可保证混凝土在低温或负温条件下硬化。

6 施工工艺引起的裂缝

有关施工工艺的内容较多，其中，振捣施工时出现的疏漏及缺陷、砼的搅拌、浇筑和运输，以上比较常见，均有可能导致裂缝的出现；模板构造不合理，拆模较早、支撑刚度不够、漏浆及漏水等均可引起砼出现开裂现象；对砼的养护过程中，裂缝与早期的养护质量有密切的关联；分层或分段浇筑混凝土时，若接头部位的处理不当，则裂缝易发生在施工缝与新旧混凝土间；施工质量的控制不佳，对混凝土配合比随意套用，水泥材料、水和砂石的计量不精确，降低了密实度及和易性等其他特性，造成混凝土强度不达标，同时开裂现象也会发

6.1 可通过如下措施预防施工工艺中发生的裂缝

（1）配合比设计的用水量和水灰比不宜过高，使水泥用量降低。

（2）严格根据施工图来配置钢筋，特别要注重如下几点：

钢筋的数量、品种和规格及代用，一定要对其与构件抗裂性能的关联一起注意。

（3）模板构造应合理，支架及模板的刚度应符合要求，拆模时

机要准确。

（4）喷水养护应及时进行，若碰到问题，或无法确保其充分湿润，可利用保湿材料将其覆盖。

（5）对施工顺序的安排应合理可行。若相邻建（构）筑物间距过小，往往应先由较深的基础开始施工，避免基坑开挖对已建基础的地基础造成破坏。若建（构）筑物各部分荷载相差过大，应施工重、高部分，后施工轻、低部分。

7 结语

要使混凝土施工不产生裂缝, 就必须结合工程现状, 施工环境, 认真分析施工条件, 严把材料质量关, 规范支模、配料、运料、搅拌、振捣、拆模等施工环节, 控制混凝土入料温度, 按要求及时养护, 进而达到提高混凝土施工技术之目的,有效控制混凝土施工裂缝发生, 确保混凝土施工满足工程质量要求, 使混凝土施工达到峻工验收时的优良工程。总之,通过预防措施, 混凝土施工裂缝是完全可以避免的。

致谢

在学习过程中，从基础课程、专业课程的学习中，学到了许多理论知识，平时在学习和生活中遇到的问题都得到了老师们的帮助与关怀，使我的专业水平进一步提高。特别是本次论文的撰写，在老师的指导下，使我找到了一种“学习—总结—提高”的学习和工作方法。本文选题来源于本人参加的工程实践，本文的撰写过程，便是对自己大学学习的一次总结，在此期间得到了老师、同学们的热忱帮助，在此表示感谢。