浅谈混凝土收缩裂缝的产生及预防措施
浅谈混凝土收缩裂缝的产生及预防措施
袁宏侠
近年来，随着商品混凝土的推广和应用，混凝土结构工程中的裂缝已成为普遍的质量通病。从对混凝土强度理论进行研究的结果以及大量工程实践所提供的经验来看，混凝土结构的裂缝是不可避免的。但由于裂缝的存在和发展，通常会使混凝土部的钢筋等材料产生腐蚀，从而降低钢筋混凝土构件的承载能力、耐久性及抗渗能力，并影响建筑物的外观和使用寿命，重者还会威胁到结构安全。为了不至于对工程的结构安全造成影响，有必要在工程施工中对混凝土进行有效的控制，使其裂缝宽度限制在允的围。下面浅析一下混凝土收缩裂缝的产生及预防措施。
收缩，是混凝土材料固有的特性，是混凝土在空气中结硬时产生的体积变化。这种体积变化，在完全自由状态下，不会使混凝土产生裂缝。但实际上，由于结构的整体作用，每一构件，甚至每一构件的不同部分，都会受到不同大小、不同形式的约束。混凝土体积变形与这些约束相互作用，就会使混凝土产生拉应力。当这种拉应力超过混凝土的抗拉强度时，混凝土中就会出现裂缝。混凝土中收缩裂缝一般表现为如下几种形式：
（1）干燥收缩裂缝
干燥收缩裂缝大多出现在混凝土浇筑结束后一时间左右，多为表面性的平行线状或网状浅细裂缝，宽度在0.05~0.2mm之间，大体积混凝土中的平面部位比较常见，在较薄的梁板中则沿其短向分布。干缩裂缝的产生，主要是由于混凝土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，表面水分蒸发过快，变形较大，部湿度变化较小、变形较小，于是，较大的表面干
缩变形受到混凝土部约束，产生较大拉应力，因而产生裂缝。
（2）塑性收缩裂缝
塑性收缩是指混凝土终凝之前，因高温或风速较大，大面积暴露的新浇混凝土表面因失水较快而产生的收缩裂缝。这种收缩裂缝是由混凝土塑性收缩引起的。一般裂缝多呈中间宽、两端细且长短不一，呈互不连贯的龟裂状态。较短的裂缝一般长20—30cm，较长的裂缝可达2—3m，宽1—5m。其形成的主要原因是由于混凝土毛细管负压作用。当新浇混凝土表面水分的蒸发速度大于混凝土泌水速度时，水的蒸发由表面深入到混凝土浆体部，使蒸发面形成凹液面，由此产生的毛细管负压力使固体颗粒之间产生引力。随着水分蒸发的进行，颗粒之间的水形成弯月曲率半径越来越小，毛细管负压力就随之增大，导致混凝土部拉应力变大而使混凝土体积急剧收缩，此时混凝土的强度又无法抵抗其本身收缩，因此产生龟裂。
（3）温差收缩裂缝
温差收缩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。由于混凝土体积较大，水泥水化时都会放出大量的热量，这使混凝土部温度大大提高（可达60—80℃），大量的水化热聚积在部而不易散发，导致部温度急剧上升，而混凝土表面散热较快，这样就形成外的较大温差，较大的温差造成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，这种裂缝多产生在混凝土施工中后期。一般大体积混凝土部的温升在2—3d可达到最高温度，持续一段时间后才开始缓慢降温，约需21d以后，才降温至与大气温度相同。混凝土在早期快速升温阶段，总体上处于热胀状态，此时混凝土刚从塑态逐渐凝结硬化变
为固态，其塑性变形相对较大，因此产生超强度拉应力的可能性较小，一般不会引起混凝土裂缝。在降温阶段，混凝土从热胀的最大变形点开始降温收缩，而此时混凝土的弹性模量也已增大，故降温收缩会产生一定的拉应力，当该拉应力超过混凝土此时所具有的抗拉强度，就产生裂缝。因此，大体积混凝土在降温阶段较易产生裂缝，应是预防的重点。温度裂缝的走向通常无一定的规律，大面积结构混凝土常纵横交错；梁板类长度尺寸较大的结构，裂缝多平行于短边；深入和贯穿性的温度裂缝一般与短边向平行或接近平行，裂缝沿着长边垂直出现，中间较密，裂缝宽度大小不一，受温度变化影响较为明显，冬季较宽，夏季较窄。高温膨胀引起的混凝土温度裂缝通常是中间粗两端细，而冷缩裂缝的粗细变化不太明显。
（4）化学收缩裂缝
水泥水化反应后，反应生成物的体积与剩余自由体积之和小于反应前水泥混凝土与水体积之和。混凝土化学收缩一般会使混凝土形成细，但如果养护工作不及时或养护时间过短，使水分损失过多，就有可能产生混凝土化学收缩裂缝。（5）自收缩裂缝
自收缩是指在恒温绝湿的条件下，混凝土初凝后因胶凝材料的继续水化引起混凝土自干燥而造成的混凝土的体积减少。由于未水化的胶凝材料的继续水化需要消耗水分，当无水或水化耗水速度大于外界水迁移速度时，在混凝土部就会发生水分迁移而使隙水形成凹液面，使混凝土部产生拉应力，当混凝土中某些部位的受力超过临界点时，该部位就会产生裂缝。
（6）碳化收缩裂缝
混凝土暴露在空气中，空气中的CO
2溶入隙溶液中成为H
2
CO
3
，与隙液中
的CaCO
反应生成游离水，这些游离水蒸发时导致毛细管负压的出现，而使混
3
凝土部产生拉应力。混凝土的碳化收缩都发生在混凝土硬化后较长的时期，一般会使已存在的干缩裂缝变宽或变深。
（7）沉降收缩裂缝
沉降收缩裂缝约在混凝土浇筑后半小时发生，并在硬化时停止。其形成原因是浆体在浇捣后发生不均匀沉落，粗骨料下沉，水泥净浆上浮，当沉降受抑制（如钢筋或预埋件的阻挡）时使混凝土因剪切而裂开。此外，在表面形成的浮浆层也会因泌水而开裂。这种裂缝多出现在混凝土表面，且沿主筋通长向分布，中间宽两短窄，是一种常见的早期裂缝，在现浇钢筋混凝土结构中，尤其在采用泵送混凝土施工的工程中经常出现。
对以上的收缩裂缝进行预防控制，我们应认识到这是一项系统工程，只有通过设计、材料、施工和管理工程师的精诚合作，才能积极有效的进行预防控制。这就要求施工技术的改进，特别是振捣、抹压、养护措施的改进；还需要完善设计理论，特别是不仅仅停留在增加配筋、设置伸缩缝上；最后还必须做到管理措施到位，特别是现场加水问题、施工进度控制问题等等一系列控制混凝土收缩裂缝的措施一定要到位。
1、材料面措施
要控制混凝土裂缝问题，首先要从原材料的选择、外加剂的使用等面来减少混凝土的收缩。
（1）选择合适的骨料
一般认为，在混凝土中主要是水泥浆收缩而骨料起限制作用，因此骨料的形状、含量、弹性模量和含泥量对混凝土自身收缩有较大的影响。选用含泥量小、
针片状少、级配良好的子，并在可泵性和施工可行的情况下选择子粒径大的，对混凝土控制裂缝有利。黄沙则选用含泥量小、细度模数在2.3以上的，能有效降低骨料的空隙率，减少水泥浆的用量，达到降低收缩的目的。
（2）水泥的选择
水泥的品种和细度都会影响到混凝土的收缩。水泥的细度越细虽然可以提高水泥的早期强度，但对混凝土的裂缝控制是极为不利的。因此可根据经验针对不同的工程选择不同的水泥品种。对大体积混凝土来说可选择熟料含量少、水化热低、凝结时间较长的矿渣水泥，粉煤灰水泥和复合水泥。
（3）掺合料的选择
掺合料在高性能混凝土中运用非常普遍，目前最常用的混凝土掺合料为粉煤灰、硅粉和矿粉，这些不同的掺合料对混凝土收缩性能影响程度不同。一般认为掺加粉煤灰和矿粉可以减少混凝土早期收缩而硅粉则相反。掺加粉煤灰和矿粉可以减少水泥用量，降低水化热，推迟热峰的出现时间，改善混凝土拌合物的和易性，增加混凝土的密实性，提高混凝土的耐久性等性能。因此掺粉煤灰和矿粉对混凝土控制温差裂缝能起到很好的效果。
总之，在材料的选择过程中，我们应依据最少水泥用量、最大堆积密度和适当水胶比及减少混凝土收缩、提高混凝土的抗裂性这两个原则来设计最优配合比。
2、设计面措施
目前设计措施主要包括施工缝和后浇带以及合理利用混凝土后期强度以减少水泥用量。施工缝和后浇带主要是将长、大结构混凝土分段浇筑，减小其收缩长度和约束长度，同时可以利用已浇筑的层面进行散热，降低混凝土的部温度，
并使混凝土的结构有伸缩变形的空间，以释放混凝土的温度应力。目前混凝土结构的力学强度和安全系数都比较高，这无疑增大混凝土中水泥的用量，是其中的水化热大大增加，不利于混凝土的温度控制。因此在施工荷载比较小的情况下，可以考虑合理利用混凝土的后期强度，如以大于28天或60天为龄期，采用这种龄期的混凝土试块强度作为达到混凝土设计强度的标准，以合理降低水泥用量，减小混凝土部的水化热。
3、施工面措施
如做好施工是减少和避免收缩裂缝形成的重要因素，在施工中应注意的问题有：
（1）格按设计配合比施工，控制水泥用量和单位用水量，不得在浇筑过程中随意向混凝土中加水。在满足施工条件的基础上，减少混凝土的坍落度，从而减少干燥收缩和塑性收缩裂缝。
（2）振捣混凝土时间要适当，不能过短或过长。振捣时间过短，则混凝土的密实度不够；振捣时间过长，则粗骨料会下沉造成结构上表面砂浆富集，这时如果在没有粗骨料约束的情况下，就极易产生塑性收缩裂缝。
（3）做好温控工作。一般要求混凝土浇筑时气温不得大于30℃，夏天可以放宽到35℃，混凝土部温度不宜超过65℃，且混凝土外温差不宜超过25℃。同时，还可以采取一些比较合理的降温措施，例如可以采取对骨料进行预冷、在混凝土部埋设冷却水管、选用低热水泥及施工时合理分层分块等措施。
（4）做好混凝土的养护工作，防止水分散失。保证良好的养护，最大限度的防止水分散失极为重要。保水最有效的措施是在混凝土浇筑后覆盖塑料薄膜或喷洒养护。二次抹压技术也是很好的法。其做法是在混凝土初凝时间用水抹子在混凝
土表面再全部抹压一遍，等终凝后洒水养护并覆盖塑料膜保持湿润。这种法能及时消除混凝土表面因塑性收缩而产生的微小裂缝，并使泌水道封闭，从而有效减少以后收缩裂缝的产生。
以上是对混凝土收缩裂缝的产生及预防措施所进行的理论和实践上的初步探讨。由于微裂缝在混凝土中是不可避免的，因此，有些结构按其所处条件的不同，允存在一定宽度的裂缝，即宽度控制在一定围的裂缝是允存在的。但在施工中仍应尽可能采取有准备的技术措施控制裂缝，使结构尽量不出现裂缝，或尽量减小裂缝的数量和宽度，特别要避免有害裂缝的出现，从而确保工程质量。这就需要通过设计、施工、材料和管理部门的精诚合作，才能共同有效解决混凝土收缩缝的问题。