浅谈混凝土收缩裂缝的成因\防控与修复

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【摘要】本文分析了混凝土结构物裂缝的种种危害以及产生的原因，并进一步提出了裂缝防治措施和修复方法，旨在对某些容易忽视的问题引起重视。

【关键词】混凝土；裂缝；成因；收缩；防控

引言

许多混凝土结构在建设与使用过程中出现了不同程度、不同形式的裂缝。近年来，随着预拌混凝土的大力推广应用以及结构形式日趋大型化、复杂化，使得这一问题变得更为突出。

大量工程实践以及近代科学关于混凝土强度的细观研究都表明结构物的裂缝是不可避免的，它是材料的一种特性。因此，科学地对待裂缝问题是在对裂缝进行分类、研究的基础上，应当采取有效的措施，将裂缝的有害程度控制在允许的范围内。本文将就混凝土结构中常见裂缝的成因、控制措施以及修补方法作一些浅要分析。

1.概论

1.1 裂缝的基本概念

混凝土是由水泥砂浆体水化硬化后的水泥石与砂、石骨料组成，它们的物理力学性能并不一致，水泥浆体硬化后的干缩值较大，而混凝土中的骨料则限制了水泥浆体的自由收缩，这种约束作用使混凝土内部从硬化开始就在骨料与水泥浆体的粘结面上出现了微裂缝。

1.2 混凝土裂缝产生的主要原因

1.2.1 砼收缩

收缩裂缝占混凝土非结构性裂缝中的主要部分。收缩是混凝土固有的物理特性，一般来说，水灰比越大、水泥强度越高、骨料越少、环境温度越高、表面失水越大，则其收缩值越大，也越易产生收缩裂缝。

1.2.2 混凝土材料及配合比

混凝土所采用材料的质量不合格，可能导致结构出现裂缝，因此，必须把好材料的质量关，使工程质量在根本上得到保证，避免“豆腐渣工程”的产生。袁观锡等人也认为钢筋混凝土裂缝产生的原因与选料有直接的关系，应选用级配良好的骨料，严格控制砂、石含量，避免外掺料掺量不合理现象。

1.2.3 施工及现场养护原因

由于施工工艺不合理，施工质量低劣，可能产生各种形式的裂缝。如：模板支撑下沉、过早拆除底模和支撑、混凝土养护不当致使干燥过快或新、旧混凝土接头处理欠妥等，产生的裂缝部位有所差别。预制钢砼梁在运输、吊装过程中，由于支撑不合理、吊点位置不符，以及较大的振动或冲击荷载，也会导致钢砼梁出现裂缝。

1.2.4 工程设计方面

工程设计欠周全，也是引起混凝土梁产生裂缝的一个重要原因之一。比如说钢筋砼梁的截面不够、梁的跨度过大、高度偏小，或者由于计算错误，受力钢筋截面偏小、配筋位置不当、节点不合理、结构缝设置不妥等因素，均容易导致砼梁出现结构裂缝。

1.2.5 温度变化

温度裂缝是粗裂缝产生的重要原因，一般出现在配筋薄弱之处。梁上能够观察到的严重裂缝损害，很多都是由于温度引起的内应力和约束应力所造成的，其大小与温差有关。在浇注混凝土时，由于混凝土内外温差过大，容易引起较大的温度应力，当混凝土温度应力超过混凝土抗拉强度时，混凝土即会开裂。

1.2.6 功能改变

在使用过程中，改变原来使用功能，将办公室改为仓库、屋面加层、使用不当、增大梁上荷载等均会出现裂缝。

1.3 裂缝控制的基本概念

裂缝的扩展是结构物破坏的初始阶段。同时，结构物裂缝可以引起渗漏，引起持久强度的降低。近代科学关于混凝土强度的细观研究以及大量工程实践所提供的经验都说明结构物的裂缝是不可避免的，裂缝是一种人们可以接受的材料特征，如对建筑物的抗裂要求过严，必将造成工程造价过高。科学的要求是将其有害程度控制在允许的范围以内，统称为“建筑物的裂缝控制”。

2.混凝土收缩裂缝分析

2.1 混凝土的收缩

混凝土是一种非均质不同向的多向混合材料，由粗骨料和硬化水泥浆两种主要材料构成的不规则的三维实体结构，并具有非均质、非线形和不连续的性质。在混凝土凝固过程中，水泥砂浆失水收缩变形远比粗骨料收缩变形大。此收缩变形差使粗骨料受压，砂浆受拉，从而产生应力场，这些应力场在截面上的合力为零，但局部应力可能很大，以至在骨料表面产生微观裂缝。

2.2 混凝土收缩裂缝种类

2.2.1 塑性收缩裂缝

塑性收缩裂缝发生在混凝土塑性阶段，终凝之前。其形成原因是混凝土浆体中水分流向表面并迅速蒸发，随着失水的增加，毛细负压产生的收缩力使混凝土表面产生急剧的体积收缩。而此时混凝土尚未形成强度，从而致使混凝土表面开裂。

2.2.2 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开裂。

2.2.3 干燥收缩裂缝

干燥收缩裂缝在混凝土养护完以后才出现。其形成原因主要是由于混凝土硬化后，水分蒸发引起混凝土表面干缩，当干缩变形受到混凝土内部约束时，产生较大的拉应力使混凝土表面被拉裂。

2.2.4 自身收缩裂缝

自身收缩裂缝与外界湿度变化无关，而是由于水泥熟料在水化反应的过程中，反应后生成物的平均密度变小而引起体系的体积收缩(称为化学减缩)所致。

2.2.5 碳化收缩裂缝

碳化收缩裂缝是碳化作用所产生的游离态水蒸发，引起浆体的收缩所致。碳化作用是指大气中的CO2 在有水的条件下与水化产物作用生成CaCO3、铝胶、硅胶以及游离态水，这部分水蒸发引起混凝土体积收缩(称为碳化收缩)，其实质是碳酸对水泥石的腐蚀作用。

2.3 混凝土收缩裂缝的影响因素

产生收缩裂缝的原因，一般认为在施工阶段因水泥水化热及外部气温的作用引起砼收缩而产生的裂缝。常发生在结构变截面处，往往与受力钢筋平行。

3.混凝土收缩裂缝预防措施

3.1 合理设计混凝土配合比及原材料

在确定配合比时，应采用低水灰比、低水泥用量和低用水量，粗细骨料应选择级配良好且其最大粒径尽可能大的骨料，如在满足泵送混凝土的前提下，选用粒径较大的石灰岩碎石，细度模数应为2.8～3.0左右的中砂。

骨料粒径越粗，收缩越小，骨料粒径越细，砂牢越高，收缩越大。选择材料时，宜选用铝酸三钙含量较低、细度不宜过细、收缩较小的粉煤灰水泥或普通硅酸盐水泥。

3.2 采用合理的构造措施

由于建筑施工周期长，室外结构为较长时间暴露在大气中的露天结构，其收缩变化明显比室内结构要大，因此在施工期间就会出现裂缝。在结构中断面薄弱处、应力集中处应采用各种加强措施。另外，屋面保温、隔热层要设置合理，要保证适合的材料和厚度，合理设置温度缝。

混凝土体积较大时，要防止各种收缩应力叠加，在结构应力复杂、应力集中或应力较大部位，特别要防止出现过大的收缩应力。

3.3 掺外加剂

在现浇混凝土中掺加合适的膨胀剂可以抵消（下转第36页）（上接第33页）混凝土的收缩应力，进而抑制裂缝的产生。为减少混凝土收缩，应对外加剂掺量、水泥用量等提出要求，以提醒混凝土供应商、施工方注意和重视。

3.4 改善周围环境

环境湿度越大，收缩越小，环境温度越高，越干燥，收缩越大。夏季注意高温，北方注意环境湿度，必要时可降温或加湿。另外，混凝土浇筑完成后要及时覆盖塑料薄膜或潮湿的土工布等，保持混凝土表面湿润。一般洒水养护时间最少不得低于7d，养护时保持的湿度越高、温度越低、养护时间越长，则混凝土收缩越小。

3.5 合理控制时间

根据施工地点气温实际情况，合理控制拆模时间，避免因拆模过早引起混凝土表面收缩裂缝。一般夏季施工时。拆模时间不低于10 h，冬季施工时，拆模时间不低于15h。

3.6 改善搅拌工艺

适当延长混凝土的搅拌时间，提高混凝土的和易性，从而提高混凝土强度和混凝土抗裂性。严格控制振捣时间、振捣棒移动距离和插入深度。以保证混凝土振捣密实，严防漏振及过振。

3.7 严格控制混凝土的浇筑速度

合理地进行分层，保证混凝土的连续浇筑，以保证混凝土温度均匀上升。严格控制振捣时间、振捣棒移动距离和插入深度。以保证混凝土振捣密实。严防漏振及过振。

4.结论

混凝土裂缝问题是项技术难题，长期困扰工程界。目前混凝土裂缝主要是收缩变形和温度变形所致，控制这些裂缝除了广大工程建设人员在设计与施工方面采取相应措施外，也需要科研人员尽快地研制出能减少水泥收缩和水化热的高效材料，从而将裂缝问题降低到最小限度。

对于混凝土裂缝，应以预防为主，为此需要精心设计、施工，掌握住它的基本知识，并根据实际采取有效措施，适时、适度地做好每个环节，才会使施工质量得到很好的保证。