混凝土裂缝产生原因和控制措施

混凝土裂缝产生原因和控制措施

徐海忠

杭州信达投资咨询估价监理有限公司310007

摘要：本文通过混凝土裂缝产生原因的分析，对其控制措施进行论述。对有害和无害裂缝的描述，对其控制措施进行论述，其适用于各种混凝土结构工程，特别是超长混凝土结构，如工业与民用建筑、隧道、码头、桥梁及高层、超高层混凝土结构等。

关键词：混凝土裂缝；环境温度；风速；相对湿度；民用建筑；隧道；码头；桥梁及高层；超高层

混凝土裂缝控制与结构设计、材料选择和施工工艺等多个环节相关。混凝土裂缝产生的原因分析：

1.塑性收缩裂缝

塑性裂缝多在新浇筑的混凝土构件暴露于空气中的上表面出现，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。

塑性裂缝产生的主要原因为：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，是或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、相对湿度等等。

2.沉降收缩裂缝

沉陷裂缝的产生是由于结构地基土质不匀，松软或回填土不实或浸水而造成不均匀沉降所，或者因为模板刚度不足，模板支撑间距过大或支撑底部松动等导致，特别是在冬季，模板支撑在冻土上，冻土在冻后产生不均匀沉降，使混凝土结构产生裂缝。此类裂缝多为深进或贯穿性裂缝。

3.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压的混凝土结构中。混凝土浇筑后，在硬化过程中水泥水化产生大量的水化热。由于混凝土体积较大，大量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，这样就形成内外较大的温差，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抗应力。当抗应力超过混凝土抗拉强度极限时，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。

在混凝土的施工中当温差变化较大，或者是混凝土受到寒潮的袭击时，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，这种裂缝通常只在混凝土表面较浅的范围内产生。温度裂缝的走向通常无一定规律，大面积结构裂缝常常纵横交错。

混凝土结构成型后，没有及时覆盖，表面水分散失快，体积收缩大，而混凝土内部湿度变化小，收缩也小，因而表面收缩变形受到内部混凝土的结束，出现抗应力，引起混凝土表面的收缩裂缝。

混凝土是一种多乳胶凝人造石材，属刚性体，主要特点抗压强度高、抗拉强度低、延伸率微小，易产生收缩裂缝。混凝土工程裂缝最常见出现问题是由于收缩变形受到结束引发的收缩裂缝和由外部荷载作用引发荷载（受力）裂缝。混凝土的裂缝出现是很难避免的。但是能预防和治理。出现裂缝后根据治理裂缝是本需要解决的问题。

一、混凝土裂缝分类及裂缝出现收集的资料.

根据地下工程和防水混凝土的防水要求，对混凝土裂缝而言，可分为有害裂缝和无害裂缝.混凝土裂缝产生主要是限制条件变形作业引起的，变形作业包括温度变形（水化热、气温、生产热、太阳热），温度变形（自生收缩、失水干缩、碳化收缩、塑性收缩等）

1.有害裂缝的基本概念

（1）混凝土结构产生的裂缝对耐久性受到影响；

（2）裂缝有渗漏水；

（3）裂缝贯穿结构层；

（4）混凝土结构的冷缝明显且有渗漏水；

（5）裂缝的深度与构造钢筋相连，形成钢筋串水；

（6）裂缝的宽度大于0.2mm，且不能自愈；

（7）裂缝密度呈网状；

（8）裂缝对结构安全性、稳定性有危害影响。

混凝土制作应有预防措施，防止产生危害裂缝的出现。出现有害裂缝后，应认真进行治理，清除有害裂缝，保证混凝土结构的安全性，耐久性和无渗漏水。

2.无害裂缝的基本概念

（1）裂缝的出现对结构耐久性、安全性、稳定性无影响；

（2）裂缝无渗漏水，且不贯通；

（3）裂缝宽度小于0.2mm，且不渗漏水；

（4）裂缝可自愈。

二、混凝土裂缝治理应收集的资料

（1）混凝土材料资料：水泥用量，水灰比，砂石比、砂率、外掺料（粉煤灰和外加剂）；

（2）混凝土施工资料：施工时环境条件、气象条件、气温条件、浇筑混凝土顺序商品混凝土质量，坍落度损失、降低水化热措施、拆模时间，拆模顺序，混凝土的养护措施；

（3）温度控制资料：入模温度（入模温度=原材料温度+混凝土搅拌时的温升+混凝土运输中的温度）、混凝土水化热最高内温、混凝土内温与表温差，混凝土温降梯度；

（4）结构设计资料：控住混凝土开裂的具体措施，附加防水层设置，施工缝、变形缝、无浇帯等的设置、配筋方式等。

三、混凝土裂缝调查资料

（1）裂缝出现的资料（拱、墙、底）、裂缝的方向（垂直、斜交、水平）、裂缝的宽度、深度、长度和延伸方向；

（2）裂缝开裂的时间，有无发展；

（3）裂缝渗漏水现状（雨季和旱季）。

四、结构设计对超长结构混凝土的裂缝控制要求

超长混凝土结构如不在结构设计与工程施工阶段采取有效措施，将会引起不可控制的非结构性裂缝，严重影响结构外观、使用功能和结构的耐久性。超长结构产生非结构性裂缝的主要原因是混凝土收缩、环境温度变化在结构上引起的温差变形于下部竖向结构的水平约束刚度的影响。

为控制超长结构的裂缝，应在结构设计阶段采取有效的技术措施。主要应考虑以下几点：

1、对超长结构宜进行温度应力验算，温度应力验算时应考虑下部结构水平刚度对变形的约束作用、结构合拢后的最大温升与温降及混凝土收缩带来的不利影响，并应考虑混凝土结构徐变对减少结构裂缝的有利因素与混凝土开裂对结构截面刚度的折减影响。

2、为有效减少超长结构的裂缝，对大柱网公告建筑可考虑在楼盖结构与楼板中采用预应力技术，楼盖结构的框架梁应采用有粘结预应力技术，也可在楼板内配置构造构造无粘结预应力钢筋，建立预应力，以减少由于温度降温引起的拉应力，对裂缝进行有效控制。除了施加预应力以外，还可适当加强构造配筋、采用纤维混凝土等用于减少超长结构裂缝的技术措施。

3、设计时应对混凝土结构施工提出要求，如对大面积底板混凝土浇筑时采用分仓法施工、对超长结构采用设置后浇帯与加强带，以减少混凝土收缩对超长结构裂缝的影响。当大体积混凝土置于岩石地基上时，宜在混凝土垫层上设置滑动层，以达到减少岩石地基对大体积混凝土的约束作用。

五、混凝土的裂缝控制要求中原材料的要求

1、水泥宜采用符合现行国家标准规定的普通硅酸盐水泥或硅酸盐水泥；大体积混凝土宜采用低热矿渣硅酸盐水泥或中、低热硅酸盐水泥，也可使用硅酸盐水泥同时复合大掺量的矿物掺合料。水泥比表面积宜小于350m2/kg，水泥碱含量应小于0.6%；用于生产混凝土的水泥温度不宜高于60℃，不应使用温度高于60℃的水泥拌制混凝土。

2、应采用二级或多级级配粗骨料，粗骨料的堆积密度宜大于1500kg/m3，紧密堆积密度的空隙率宜小于40%。骨料不宜直接露天堆放、暴晒，宜分级堆放，堆场上方宜设罩棚。高温季节，骨料使用温度不宜高于28℃。

3、根据需要，可掺加短钢纤维或合成纤维的混凝土裂缝控住技术措施。合成纤维主要是抑制混凝土早期塑性裂缝的发展，钢纤维的掺入能显著提高混凝土的抗拉强度、抗弯强度、抗疲劳特性及耐久性；纤维的长度、长径比、表面性状、截面能力和力学性能等应符合国家有关标准的规定，并根据工程特点和制备混凝土的性能选择不同的纤维。

4、宜采用高性能减水剂，根据不同季节和不同施工工艺分别选用标准型、缓凝型或防冻型产品。高性能减水剂引入混凝土中的碱含量（以Na2O+0.658K2O）应小于0.3kg/m3；引入混凝土中的氯离子含量应小于0.02kg/m3；引入混凝土中的硫酸盐含量（以Na2SO4计）应小于0.2kg/m3。

5、采用的粉煤灰矿物掺合料，应符合现行国家标准《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》GB1596的规定。粉煤灰的级别不宜低于Ⅱ级，且粉煤灰的需水量比不宜大于100%，烧失量宜小于5%。

6、采用的矿渣粉掺合料，应符合规定《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》GB/T18046的规定。矿渣粉的比表面积宜小于450m2/kg，流动度比应大于95%，28d活性指数不宜小于95%。

7、配合比要求

1）混凝土配合比应根据原材料品质、混凝土强度等级、混凝土耐久性以及施工工艺对工作性的要求，通过计算、试配、调整等步骤选定。

2）配合比设计中应控制胶凝材料用量，C60以下混凝土最大胶凝材料用量不宜大于550kg/m3，C60、C65混凝土胶凝材料用量不宜大于560kg/m3，C70、C75、C80混凝土凝胶材料用量不宜大于580kg/m3，自密实混凝土胶凝材料用量不宜大于600kg/m3，混凝土最大水胶比不宜大于0.45。

3）对于大体积混凝土，应采用大掺量矿物掺合料技术，矿渣粉和粉煤灰宜复合使用。

4）纤维混凝土的配合比设计要求应满足《纤维混凝土应用技术规程》JGJ/T221的要求。

5）配置的混凝土除满足抗压强度、抗渗等级等常规设计指标外，还应考虑满足抗裂性指标要求，

六、大体积混凝土设计龄期

大体积混凝土宜采用长龄期强度作为配合比设计、强度评定和验收的依据。基础大体积混凝土强度龄期可取为60d（56d）或90d；柱、墙大体积混凝土强度等级不低于C80时，强度龄期可取为60d（56d）。

七、混凝土的裂缝控制要求中对施工要求

1、大体积混凝土施工前，宜对施工阶段混凝土浇筑体的温度、温度应力和收缩应力进行计算，确定施工阶段混凝土浇筑体的温升峰值、里表温差及降温速率的控制指标，制定相应的温控技术措施。

一般情况下，温控指标宜符合下列要求：夏（热）期施工时，混凝土入模前模板和钢筋的温度以及附近的局部气温不宜高于40℃，混凝土入模温度不宜高于30℃，混凝土浇筑体最大温升值不宜大于50℃；在覆盖养护期间，混凝土浇筑体的表面以内（40~100mm）位置处温度与浇筑体表面的温差值不应大于25℃；结束覆盖养护后，混凝土浇筑体表面以内（40~100mm）位置处温度与环境温度差值不应大于25℃；浇筑体养护期间内部相邻两点的温度差值不应大于25℃；混凝土浇筑体的降温速率不宜大于2.0℃/d。

基础大体积混凝土测温点设置和柱、墙、梁大体积混凝土测温点设置及测温点要求应符合《混凝土结构工程施工规范》GB50666的要求。

2、超长混凝土结构施工前，应按设计要求采取减少混凝土收缩的技术措施，当设计无规定时，宜采用下列方法：

分仓法施工：对大体积、大厚度的底板可采用留设施工缝分仓浇筑，分仓区段长度不宜大于40mm地下室侧墙分段长度不宜大于16mm；分仓浇筑间隔时间不应少于7d跳仓接缝处按施工缝的要求设置和处理。

后浇带施工：对超长结构一般应每隔40~60m设一宽度为700~1000mm的后浇带，缝内钢筋可采用直通或搭接连接；后浇带的封闭时间不宜少于45d；后浇带封闭施工时应清除缝内杂物，采用强度提升一个等级的无收缩或微膨胀混凝土进行浇筑。

3、在高温季节浇筑混凝土时，混凝土入模温度应低于30℃，应避免模板和新浇筑的混凝土直接受阳光照射；混凝土入模前模板和钢筋的温度以及附近的局部气温均不应超过40℃；混凝土成型后应及时覆盖，并尽可能避开炎热的白天浇筑混凝土。

4、在相对湿度较小、风速较大的环境下浇筑混凝土时，应采取适当挡风措施，防止混凝土表面失水过快，此时应避免浇筑有较大暴露面积的构件；雨期施工时，必须有防雨措施。

5、混凝土的拆模时间处考虑拆模式的混凝土的强度外，还应考虑拆模时的混凝土温度不能过高，以免混凝土表面接触空气时降温过快而干裂，更不能在此时浇凉水养护；大风或或气温急剧变化时不宜拆模；在炎热和大风干燥季节，应采取逐段拆模、边拆边盖的拆模工艺。

6、混凝土综合养护技术措施。对于高强度混凝土，由于水胶比较低，可采用混凝土内掺养护剂的技术措施；对于竖向等结构，为避免间断浇水导致混凝土表面干湿交替对混凝土的不利影响，可采取外分包节水养护的技术措施，保证混凝土表面的持续湿润，

7、纤维混凝土的施工应满足《纤维混凝土应用技术规程》JGJ/T221的规定。技术指标，混凝土的工作性、强度、耐久性等应满足设计要求，关于混凝土抗裂性能的检测评价方法主要方法如下：

（1）圆环抗裂试验，见《混凝土结构耐久性设计与施工指南》CCES01附录A1；

（2）平板诱导试验，见《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》GB/T50082；

（3）混凝土收缩试验，见《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》GB/T50082。

适用范围

适用于各种混凝土结构工程，特别是超长混凝土结构，如工业与民用建筑、隧道、码头、桥梁及高层、超高层混凝土结构等。