1、混凝土裂缝原因分析与预防措施摘要：结合高速公路工程实践，对桥梁结构物混凝土裂缝产生的原因进行分析，针对混凝土裂缝产生原因分析及如何预防裂缝的提出解决措施，为工程实践提供思路。 关键词：混凝土裂缝原因分析预防 中图分类号： TV543 文献标识码： A 前言 在高速公路的建设中，混凝土占有相当大的比例。混凝土是一种由砂石骨料、水泥、水及其他外加材料混合而形成的非均质脆性材料。由于混凝土施工和本身变形、约束等一系列问题，硬化成型的混凝土中存在着众多的微孔隙、气穴和微裂缝，正是由于这些初始缺陷的存在才使混凝土呈现出一些非均质的特性。 施工中，混凝土常常出现裂缝，对工程结构物的耐久性、整体性都有很大的
2、影响；混凝土出现裂缝可以说是工程质量的通病，常常困扰着工程技术人员。近代科学研究和大量的混凝土工程实践证明，在混凝土工程中裂缝问题是不可避免的，在一定的范围内也是可以接受的，只是要采取有效的措施将其危害程度控制在一定的范围之内。钢筋混凝土规范也明确规定：有些结构在所处的不同条件下，允许存在一定宽度的裂缝。但在施工中应尽量采取有效措施控制裂缝产生，使结构尽可能不出现裂缝或尽量减少裂缝的数量和宽度，尤其要尽量避免有害裂缝的出现，从而确保工程质量。 本文对混凝土施工中出现的各种裂缝出现的原因进行分析，混凝土裂缝产生的原因很多，有变形引起的裂缝：如温度变化、收缩、膨胀、不均匀沉陷等原因引起的裂缝；有外
3、载作用引起的裂缝；有养护环境不当和化学作用引起的裂缝等等。在实际工程中要区别对待，根据实际情况采取相应的解决措施，解决裂缝问题。 1 混凝土工程中常见裂缝及原因分析 1.1 干缩裂缝 干缩裂缝多出现在混凝土养护结束后的一段时间或混凝土浇筑完毕后的一周左右，在混凝土硬化过程中，混凝土中毛细管孔隙在干燥过程中过程中逐渐失水而产生干缩，且这种收缩是不可逆的，毛细管逐渐变形产生毛细压力，导致混凝土产生体积收缩变形，这种体积变形受到约束时，就可能产生干缩裂缝。 干缩裂缝多为表面性的平行线状或网状浅细裂缝，宽度多在0.050.2mm 之间，大体积混凝土中平面部位多见，较薄的梁板中多沿其短向分布。干缩裂缝通
4、常会影响混凝土的抗渗性，引起钢筋的锈蚀影响混凝土的耐久性，在水压力的作用下会产生水力劈裂影响混凝土的承载力等等。 干缩裂缝的产生主要是由于混凝土内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，表面水分损失过快，变形较大，内部湿度变化较小变形较小，较大的表面干缩变形受到混凝土内部约束，产生较大拉应力而产生裂缝。相对湿度越低，水泥浆体干缩越大，干缩裂缝越易产生。混凝土干缩主要和混凝土的水灰比、水泥的成分、水泥的用量、集料的性质和用量、外加剂的用量等有关，经试验表明，水泥用量和水灰比越大，其干燥收缩变形也越大，且收缩延续时间越长，混凝土保温养护不到位，则会使混凝土早期收缩加剧从而产
5、生干缩裂缝。1.2 塑性收缩裂缝 塑性收缩是指混凝土在浇筑后凝结之前，还处于塑性状态时，由于天气炎热、表面水分蒸发量大、大风或混凝土本身水化热高、外加剂对水泥的相容性不好等原因而产生的裂缝。裂缝多呈中间宽、两端细且长短不一，互不连贯状态。较短的裂缝一般长 2030cm，较长的裂缝可达23，宽 15mm。 实测结果表明，通常当混凝土拌合物表面水分蒸发率超过 0.5 kg/m2h 时，混凝土将产生急剧收缩，特别是大流动性混凝土。此外，对于结构表面系数大，水灰比较大的薄壁构件，施工时未及时覆盖导致混凝土表层失水过快，混凝土初凝前未做二次震捣和搓毛压平措施时，也易产生塑性收缩裂缝；泵送混凝土常常出现塑
6、性裂缝。 产生塑性裂缝的主要原因：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，造成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。 1.3 地基沉陷裂缝 一般情况下，当混凝土结构主体和基础刚度较大时，其抵抗地基沉陷的能力还是较强的。但当地基处理不满足规范要求时，特别是在严重湿陷性黄土、冻胀土、膨胀土、盐渍土、软弱土等不良场地，仍时常会产生地基沉陷（膨胀）裂缝，在高速公路桥涵中，扩大基础
7、类型的混凝土工程由于横向地基承载力的不同，容易产生地基沉陷裂缝。 地基沉陷裂缝多为深进或贯穿性裂缝，其走向与沉陷情况有关，一般沿与地面垂直或呈 3045角方向发展，较大的沉陷裂缝，往往有一定的错位，裂缝宽度往往与沉降量成正比关系；裂缝宽度受温度变化的影响较小，往往地基变形稳定之后，沉陷裂缝也基本趋于稳定。 产生沉陷裂缝的主要原因：结构地基土质不均匀、松软，回填土不实或浸水而造成不均匀沉降所致；或者模板刚度不足、模板支撑间距过大、支撑底部松动等因素也容易导致地基沉陷裂缝的产生，特别是在冬季，模板支撑在冻土上，冻土化冻后产生不均匀沉降，致使混凝土结构产生裂缝。 1.4 温度裂缝及预防 温度裂缝多发
8、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，由于外界温度变化，使混凝土产生胀缩变形。当混凝土内部的拉应力超过混凝土抗拉强度极限值时，混凝土便产生温度裂缝。 温度裂缝的走向通常无一定规律，大面积结构裂缝常纵横交错；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是通常中间粗两端细，而冷缩裂缝的粗细变化不太明显。此种裂缝的出现会引起钢筋的锈蚀，混凝土的碳化，降低混凝土的抗冻融、抗疲劳及抗渗能力等。 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，或者混凝土在养生期间受到寒潮的袭击等，会导致混凝土表面温度急剧下降，而产生收缩，表面
9、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。大体积混凝土浇筑后,在硬化过程中,水泥水化产生大量的水化热，从而使混凝土内部温度升达 70左右甚至更高。由于混凝土的体积较大，大量的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，这样就形成内外的较大温差，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， 1.5 化学反应引起的裂缝及预防 碱骨料反应裂缝和钢筋锈蚀引起的裂缝是钢筋混凝土结构中最常见的由于化学反应而引起的裂缝。 碱骨料反应
10、裂缝是由于混凝土中原材料的水泥、外加剂、混合材料及水中的碱性物质与骨料中的活性物质发生膨胀性化学反应，并吸收周围环境中的水份而体积增大，使混凝土产生内部应力而开裂。碱骨料反应裂缝通常在混凝土结构使用期间，一旦出现很难补救，因此应在施工中采取有效措施进行预防。 钢筋锈蚀引起的裂缝是由于混凝土中使用外加剂不当（如使用了超量氯离子的外加剂）或混凝土结构处于有腐蚀性气体（或液体）的环境中，混凝土浇筑、振捣不良或者是钢筋保护层较薄，致使混凝土中钢筋生锈膨胀而产生裂缝。此外，当混凝土碳化深度超过钢筋保护层时，也会导致钢筋锈蚀膨胀，使混凝土产生裂缝。钢筋锈蚀导致混凝土产生的裂缝，多为纵向顺筋开展，这种裂缝严
11、重时将会破坏钢筋与混凝土之间的黏结力， 1.6 应力集中裂缝 一般多在主体结构建成后出现。混凝土结构应力集中裂缝主要分布在平面或立面突出凹进，以及结构刚度突变及集中荷载等处；对于预应力钢筋混凝土结构，一般在张拉钢筋锚固端产生的局部压应力集中处产生裂缝；在集中荷载较大的部位，易产生劈裂状的裂缝；在预应力结构锚固端的局部承压处，有时出现一条或数条裂缝，并呈放射形状。 1.7 冻融裂缝 在寒冷或严寒地区，由于混凝土受潮并遭受多次冻融，造成混凝土裂缝；也可能是由于土体冻胀，使混凝土产生裂缝。冻融裂缝的特点是在裂缝附近的混凝土酥松、剥皮、脱落甚至露筋，导致钢筋锈蚀。随着时间的推移，这种裂缝会继续发展并不
12、断恶化。 1.8 构造裂缝 由于混凝土构造措施不当，产生裂缝。例如：1、预应力空心板由于板与板间接缝构造措施和施工处理不当，导致板间接缝出现裂缝；2、跨度较大的梁，设计按简支计算，但未充分考虑支座实际嵌固负弯矩的作用，而导致梁端顶部出现裂缝；3、对于某些截面高度较大的梁，由于腰筋间距较大，导致混凝土梁两侧出现枣核形裂缝；4、在混凝土结构与砌体结构交界处，由于未考虑两种结构体在温度及收缩作用下变形的不协调性，造成两种结构体系交界处出现裂缝等。 2、混凝土裂缝的预防措施 2.1 干缩裂缝的预防 主要预防措施：一是选用收缩量较小的水泥，一般采用中低热水泥和粉煤灰水泥，降低水泥的用量。二是混凝土的干缩
13、受水灰比的影响较大，水灰比越大,干缩越大，因此在混凝土配合比设计中应尽量控制好水灰比的选用，同时掺加合适的减水剂。三是严格控制混凝土施工中的配合比，混凝土的用水量绝对不能大于配合比设计所给定的用水量。四是加强混凝土的早期养护，并适当延长混凝土的养护时间。冬季施工时要适当延长混凝土保温覆盖时间，并涂刷养护剂养护。五是在混凝土结构中设置合适的收缩缝。 干缩裂缝 2.2 塑性收缩裂缝的预防 主要预防措施：一是选用干缩值较小早期强度较高的硅酸盐或普通硅酸盐水泥。二是严格控制水灰比，掺加高效减水剂来增加混凝土的坍落度和和易性，减少水泥及水的用量。三是浇筑混凝土之前，将基层和模板浇水均匀湿透。四是及时覆盖
14、塑料薄膜或者潮湿的草垫、麻片等，保持混凝土终凝前表面湿润，或者在混凝土表面喷洒养护剂等进行养护。五是在高温和大风天气要设置遮阳和挡风设施，及时养护。 2.3 沉陷裂缝的预防 主要预防措施：一是对松软土、填土地基在上部结构施工前应进行必要的夯实和加固。二是保证模板有足够的强度和刚度，且支撑牢固，并使地基受力均匀。三是防止混凝土浇灌过程中地基被水浸泡。四是模板拆除的时间不能太早，且要注意拆模的先后次序。五是在冻土上搭设模板时要注意采取一定的预防措施。2.4 温度裂缝的预防 控制温度的措施如下： （1）采用改善骨料级配，用干硬性混凝土，掺粉煤灰等混合料，加高效减水剂等措施以减少混凝土中的水泥用量，降
15、低水化热；控制水泥用量，尽量控制在 450kg/m3 以下。 （2）是降低水灰比，一般混凝土的水灰比控制在 0.6 以下。 （3）拌合混凝土时加水或用水将碎石冷却以降低混凝土的浇筑温度。（4）高温季节浇筑混凝土时减少浇筑厚度，利用浇筑层面散热或浇筑时可以采用搭设遮阳板等辅助措施控制混凝土的温升，降低浇筑混凝土的温度 （5）大体积混凝土的温度应力与结构尺寸相关，混凝土结构尺寸越大，温度应力越大，因此要合理安排施工工序，分层、分块浇筑，以利于散热，减小约束。 （6）是在大体积混凝土内部设置冷却管道，通入冷水降温，减小混凝土的内外温差。 （7）规定合理的拆模时间，气温骤降时进行表面保温，以免混凝土表
16、面发生急剧的温度梯度。 （8）加强混凝土养护，混凝土浇筑后，及时用湿润的草帘、麻片等覆盖，并注意洒水养护，适当延长养护时间，保证混凝土表面缓慢冷却。（9）在寒冷季节混凝土表面应设置保温措施，以防止寒潮袭击 2.5 化学反应引起的裂缝的预防 预防措施：一是选用碱活性小的砂石骨料。二是选用低碱水泥和低碱或无碱的外加剂。三是选用合适的掺和料抑制碱骨料反应。 由于混凝土浇筑、振捣不良或者是钢筋保护层较薄，有害物质进入混凝土使钢筋产生锈蚀，锈蚀的钢筋体积膨胀，导致混凝土胀裂，此种类型的裂缝多为纵向裂缝，沿钢筋的位置出现。通常的预防措施有：一是保证钢筋保护层的厚度。二是混凝土级配要良好。三是混凝土浇注要振
17、捣密实。四是钢筋表层涂刷防腐涂料。 2.6 控制拆模时间、工艺 合理的安排施工工序，避免过大的高差和侧面长期暴露。改善混凝土的性能，提高抗裂能力，加强养护，防止表面干缩，特别是保证混凝土的质量对防止裂缝是十分重要，应特别注意避免产生贯穿裂缝，出现后要恢复其结构的整体性是十分困难的，因此施工中应以预防贯穿性裂缝的发生为主。 在混凝土的施工中，为了提高模板的周转率，往往要求新浇筑的混凝土尽早拆模。当混凝土温度高于气温时应适当考虑拆模时间，以免引起混凝土表面的早期裂缝。新浇筑早期拆模，在表面引起很大的拉应力，出现“温度冲击”现象。在混凝土浇筑初期，由于水化热的散发，表面引起相当大的拉应力，此时表面温
18、度亦较气温为高，此时拆除模板，表面温度骤降，必然引起温度梯度，从而在表面附加一拉应力，与水化热应力迭加，再加上混凝土干缩，表面的拉应力达到很大的数值，就有导致裂缝的危险，但如果在拆除模板后及时在表面覆盖一轻型保温保湿材料，如泡沫、海棉等，对于防止混凝土表面产生过大的拉应力，具有显著的效果。 2.7 钢筋的控制 加筋对大体积混凝土的温度应力影响很小，因为大体积混凝土的含筋率极低。只是对一般钢筋混凝土有影响。在温度不太高及应力低于屈服极限的条件下，钢的各项性能是稳定的，而与应力状态、时间及温度无关。钢的线胀系数与混凝土线胀系数相差很小，在温度变化时两者间只发生很小的内应力。由于钢的弹性模量为混凝土
19、弹性模量的 715 倍，当内混凝土应力达到抗拉强度而开裂时，钢筋的应力将不超过100200kgcm2.因此，在混凝土中想要利用钢筋来防止细小裂缝的出现很困难。但加筋后结构内的裂缝一般就变得数目多、间距小、宽度与深度较小了。而且如果钢筋的直径细而间距密时，对提高混凝土抗裂性的效果较好。混凝土和钢筋混凝土结构的表面常常会发生细而浅的裂缝，其中大多数属于干缩裂缝。虽然这种裂缝一般都较浅，但它对结构的强度和耐久性仍有一定的影响。 2.8 正确使用外加剂 为保证混凝土工程质量，防止开裂，提高混凝土的耐久性，正确使用外加剂也是减少开裂的措施之一。例如使用减水防裂剂的主要作用为：（1）水灰比是影响混凝土收缩的重要因素，使用减水剂可使混凝土
