1、裂缝对混凝土结构耐久性的影响摘要：在钢筋混凝土结构的建设和使用过程中,出现裂缝而影响工程质量屡见不鲜。混凝土裂缝是影响混凝土结构耐久性的重要因素之一，当混凝土结构裂缝宽度超过一定数值后，将会影响到结构承载力。所以，在施工过程中、施工完成后，都必须对裂缝加以防治、严格控制。 关键词：裂缝；混凝土结构；耐久性；控制 中图分类号：TU375 文献标识码：A 文章编号： 1 绪论 钢筋混凝土结构在工业与民用建筑、桥梁隧道、高速公路、水工大坝、海洋平台等工程项目中，得到了广泛的应用。然而，在实际工程中, 在现浇钢筋混凝土工程中，模板、钢筋、混凝土的施工，钢筋混凝土结构的裂缝经常可见。裂缝的存在一方面影响
2、了结构的美观和正常使用；另一方面削弱了结构的刚度和整体性,导致工程事故的发生。 混凝土的耐久性、强度、工作性和经济性被人们称为优质混凝土的四个要素。混凝土的耐久性随着科学技术和经济的发展越来越被人们重视了，而影响混凝土耐久性的最主要因素之一就是混凝土的裂缝。如今是高速铁路发展时代，混凝土结构耐久性是高速铁路客专工程质量的关键所在，而裂缝将会导致混凝土构件承载力降低，影响混凝土的抗渗性和耐久性。钢筋混凝土结构物一旦产生裂缝，对本身会产生安全上及使用上的影响。外部环境的有害成分侵入，会使裂缝部分持续扩大及激化，造成使用性能的降低，而导致使用寿命的缩短，甚至会影响结构物的安全性。 裂缝形成的原因多样
3、而复杂，裂缝的出现有一时间过程，出现的形式、所在部位、其深浅宽窄程度也是多种多样的，当宽度超过允许值（如一般结构构件，在室内处于正常工作条件下，允许宽度值为 0.3mm）的裂缝长期存在时，将会降低结构构件的持久强度、承载力及耐久性，有可能使结构破坏。在本文中将从施工过程中，施工完成后的裂缝对混凝土结构耐久性的影响进行分析阐述。 2 混凝土的裂缝 施工过程中的裂缝 干缩裂缝 在混凝土尚未处于完全硬化状态时，表面出现没有规则、分布不均的细小裂缝，裂缝的宽、深有可能随温度的变化有所发展 沉缩裂缝 常在预埋件附近、沿结构构件上表面钢筋通长方向、箍筋上方或靠近模板处出现两端粗中间细的裂缝，裂缝深度不大，
4、至钢筋为止，且混凝土硬化后不再发展。 水泥水化、硬化时的裂缝（温差裂缝） 一般结构的表面出现无一定规律走向的裂缝，长度尺寸较大的结构裂缝多平行于短边，进深和贯穿裂缝会沿结构全长分段出现，端部少、中部密，大体积混凝土结构则会出现纵横交错裂缝。 模板支撑不牢、拆模不当引起裂缝 梁、板同时浇筑时，裂缝沿梁长方向在板上出现；梁、板下部出现裂缝；结构构件边角部位出现不规则裂缝。 冻胀裂缝 冬期施工时，未掺加防冻剂，未进行保温，综合蓄热养护不好，致使混凝土早期受冻。结构表面沿着主筋、箍筋方向出现宽窄不一的裂缝，裂缝深度当钢筋，周围混凝土酥松、剥落。 施工完成后的裂缝 钢筋混凝土结构构件施工完成并承受荷载后
5、出现裂缝。这些裂缝有的出现较早，有的出现较晚，有的甚至在交付使用 12 年后出现；有的裂缝规则分布，有的无规则分布。在梁的跨中底部出现上窄下宽、数条略为平行的裂缝；在梁的负弯矩处出现上宽下窄的裂缝；在梁高截面中部出现两端窄、中间宽的垂直裂缝。柱的侧面会出现横向及竖向裂缝。 裂缝产生的原因 混凝土中产生裂缝有多种原因，主要有温度和湿度变化的影响，混凝土本身的脆性和不均匀性、建造结构的不合理性、原材料不合格（如碱骨料反应） ，模板的变形、基础产生的不均匀沉降等。混凝土硬化期间水泥释放大量水化热，内部温度不断上升，体积增大，在表面引起拉应力；在后期降温过程中，由于受到基础或老混凝土的约束，又会在混凝
6、土内部出现拉应力；气温的降低也会在混凝土表面引起很大的拉应力。当这些拉应力超出混凝土的抗裂能力时，即会在表面出现裂缝。许多混凝土的内部湿度变化很小或变化较慢，但表面湿度可能变化较大或发生剧烈变化，如养护不周、时干时湿，表面干缩形变受到内部混凝土的约束而产生裂缝。 水泥水化热 结构构件的混凝土浇筑完成后，水泥在水化反应及硬化过程中产生大量水化热，使混凝土结构内部温度不断上升，与表面产生较大温差。当产生非均匀的降温时，表面因温度的急剧变化而产生较大的降温收缩，此时表面受到内部约束，而早期混凝土抗拉强度很低，因而出现表面裂缝。当结构温差幅度较大、受到外界约束时，产生进深和贯穿裂缝。 外界气温变化 大
7、体积混凝土在施工期间，外界气温的变化对大体积混凝土的开裂有重大影响。混凝土内部温度是由浇筑温度、水泥水化热的绝热温度和混凝土的散热温度三者的叠加。外界温度越高，混凝土的浇筑温度也越高;外界温度下降，尤其是骤降，大大增加外层混凝土与混凝土内部的温度梯度，产生温差应力，造成大体积混凝土出现裂缝。 混凝土的收缩变形 混凝土中约 20%的水分是水泥硬化所必须的，而约 80%的水分要蒸发。多余水分的蒸发会引起混凝土体积的收缩。这种收缩变形不受约束条件的影响，若存在约束，就会产生收缩应力而出现裂缝。在混凝土浇筑完成后，其表面（包括侧面）未能及时覆盖养护，水分散失过快导致表面收缩大，而内部则收缩小，表面的收
8、缩变形受到内部的约束，引起表面裂缝。 影响混凝土收缩，主要是水泥品种、混凝土配合比、外加剂和掺合料的品种以及施工工艺（特别是养护条件） ，浇筑过程中振捣过快、不实，或过度振捣等原因。 外荷载及碱骨料反应 混凝土裂缝的成因还有由外荷载（包括静、动荷载）的应力引起的裂缝，以及由变形引起的裂缝。此外，尚有碱骨料反应、钢筋锈蚀等引起的裂缝。根据国内外有关文献和调查资料，工程施工中混凝土结构物的裂缝原因，由于变形引起的约占 80%，由于荷载引起的约占 20%。 其他原因 拆模过早，混凝土强度低，导致出现沿钢筋方向的裂缝；拆模过迟，附着力过大时强硬拆模，产生裂缝；拆模方法不当，用力过猛或撞击，使结构构件受
9、力不均匀或剧烈振动而产生裂缝。 裂缝对混凝土结构的影响 裂缝对混凝土的影响 混凝土机构的劣化破坏过程，多是由于各种有害物质从外部向内部的渗透或迁移作用，因而混凝土结构的抗渗性是反应其耐久性的一个综合指标。裂缝的存在将直接影响到混凝土的抗渗性与耐久性，并且由于碳化能够通过裂缝较快的渗入到混凝土内部，因而裂缝处混凝土的碳化速度要大于无裂缝处。混凝土结构设计规范中允许混凝土结构带裂缝工作，但对裂缝宽度有一定的限制，当混凝土结构裂缝宽度超过一定数值后，环境中的水、氧气、二氧化碳以及氯离子等通过裂缝渗入混凝土内使钢筋锈蚀，最终影响到结构承载力能力。不同环境条件下裂缝对结构耐久性的危害程度是不同的。特别是
10、处于露天、潮湿或有害气体条件下的混凝土构件，当裂缝宽度0.2mm,深度超过好、保护层厚度，就会引起混凝土构件的钢筋锈蚀。 裂缝对钢筋锈蚀的影响 混凝土结构的裂缝与钢筋的锈蚀相互作用，可以加剧混凝土结构中钢筋的腐蚀破坏。一方面，混凝土结构的裂缝会增加混凝土的渗透性，加速混凝土的碳化和侵蚀介质的侵蚀，使钢筋的腐蚀加重；另一方面，钢筋的腐蚀膨胀又会造成混凝土的进一步开裂，从而进一步加重钢筋的电化学腐蚀。以上过程循环作用，使混凝土结构的耐久性大大降低。 裂缝的形式对钢筋腐蚀有重要的影响，相对而言，平行于主筋的纵向裂缝，对于结构耐久性的影响，要比垂直于主筋的横向裂缝严重的多，构件破坏常由混凝土沿纵向顺筋
11、开裂引起。当保护层过薄或密实性很差时，混凝土中得钢筋就会发生全面锈蚀，引起体积膨胀，使得混凝土保护层顺着钢筋方向胀裂。顺筋裂缝发生后，钢筋锈蚀速度加快，最终导致保护层大片剥落，钢筋直径大幅度变细甚至断裂。钢筋混凝土结构中一旦由于钢筋腐蚀而引起混凝土出现顺筋开裂，会严重降低结构的使用寿命。 3 工程实例 新建铁路京石客专永定河特大桥大体积混凝土施工工程量大，工艺复杂。经现场实际检查，已施工的承台结构中，出现了不同程度的混凝土表面裂缝，具体见调查表。 承台混凝土表面裂缝宽度统计表 将承台混凝土表面裂缝最大宽度控制在 0.2mm 及以下（客运专线铁路桥涵工程施工质量验收暂行标准)。 混凝土表面最大裂
12、缝宽度 由上表可以看出：我项目所施工的墩台结构混凝土表面最大裂缝宽度明显超出客运专线铁路桥涵工程质量验收暂行标准。 原因分析 4 裂缝控制措施 设计方面 除对混凝土结构进行常规计算外，还要考虑混凝土结构所处的位置、施工期的温度，必要时进行温度裂缝计算，采取隔热设计和良好的构造措施；进行沉降验算，控制沉降量，选择合理的混凝土强度等级、钢筋截面和配筋率；选择合理的结构形式和计算模式，从结构形式的选择方面及材料性能方面采取综合措施。 施工方面 选择合理的施工工艺，严格按照设计混凝土强度等级及设计要求施工，正确选择施工水泥、粗细骨料粒径及含泥量，控制水泥用量及水灰比。重视混凝土振捣，掌握好拆模时间。选
13、用影响收缩和水化热较小的外加剂和掺合料。选择温度较低时间浇灌混凝土，无法避开高温时采用井水拌制混凝土，降低混凝土搅拌和浇筑温度。 原材料的选择 水泥类材料的强度和工作性能，是通过水泥砂浆的凝结、硬化形成的，水泥石一旦受损，混凝土的耐久性就被破坏，因此水泥的选择需注意水泥品种的具体性能。选择碱含量小，水化热低，干缩性小，耐热性，抗水性，抗腐蚀性，抗冻性能好的水泥，并结合具体情况进行选择。集料的选择应考虑其碱活性，耐蚀性和吸水性，同时选择合理的级配，改善混凝土拌合物的和易性，提高混凝土密实度；掺混合材混凝土，是提高混凝土耐久性的有效措施，即高性能混凝土配制的一大特点。 严格配合比，特别是水泥用量、
14、水灰比，使用级别良好的骨料，骨料中含泥量不得超过 5%。 温度控制 控制温度的措施包括： 采用改善骨料级配，用干硬性混凝土，参合外加剂，如：加引气剂或塑化剂等措施以减混凝土中的水泥用量; 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；热天浇筑混凝土时减少浇筑厚度，利用浇筑层面散热；在混凝土中埋设水管，通入冷水降温；规定合理的拆模时间 气温骤降时进行表面保温，以免混凝土表面发生急剧的温度梯度；施工中长期暴露的混凝土浇筑表面或薄壁结构，在寒冷季节采取保温措施。 控制施工质量 控制施工质量主要从混凝土结构保护层的厚度控制、混凝土结构各种孔隙的控制以及水灰比控制等几个方面进行。针对不同的腐蚀
15、环境应设计不同的保护层厚度。如本梁场生产的预应力箱梁，设计使用年限为100 年，采用混凝土保护层垫块来保证保护层的厚度，保护层厚度为35mm。混凝土结构及构件宜整体浇筑，浇筑时采用一次性浇筑不留施工缝。并通过掺加高效减水剂，在保证混凝土拌和物所需流动性的同时，降低用水量，减小水灰比，使混凝土的总孔隙率大幅度降低。 改善约束 改善约束条件的措施包括：合理地分缝分块；避免构件尺寸过大；合理安排施工工序，避免过大是时差、层差和侧面长期暴露。 养护使用方面 根据不同的施工工艺和浇筑混凝土时的温度，采用不同的养护方法。采取保温保暖的养护技术，尽量利用混凝土后期强度，使用时对重要的混凝土结构做好保温隔热工
16、作，在混凝土未达设计强度前不准其承受荷载，在混凝土达设计强度后避免其承受冲击荷载或超载使用。 其他措施 改善混凝土的品质、提高抗裂能力、加强养护，特别是保证混凝土质量对防止裂缝十分重要，裂缝出现后要恢复其结构的整体性事十分困难的。因此，施工中应预防贯穿性裂缝的发生。 为提高模板周转率，施工中往往追求新浇筑混凝土尽早拆模。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。新浇筑混凝土早期拆模，在表面引起拉应力，出现“温度冲击”现象。因此，应及时在浇筑初期混凝土的表面覆盖轻型保温材料，如泡沫海绵等，防止混凝土表面产生过大的温度拉应力。 为保证混凝土工程外观质量，防止开裂，提
17、高混凝土耐久性，正确使用外加剂也是减少开裂的措施之一。水灰比时影响混凝土收缩的重要因素，使用高效减水剂可使混凝土用水量减少 25%以上；水泥用量也是影响混凝土收缩率的重要因素，掺加高效减水剂的混凝土在保证混凝土强度的同时可减少 15%的水泥用量，其体积用增加骨料用量来补充；另外，高效减水剂可以改善水泥浆的稠度，减少混凝土泌水，减少收缩变形，提高水泥浆与骨料的粘结力，提高混凝土抗裂性能。许多外加剂都有缓凝、增加和易性、改善塑性的功能。 要重视对混凝土的早期养护。混凝土的早期养护，主要目的在于保持适宜的温湿条件，已达到两个方面的效果。一方面使混凝土减少不利温湿度变形的侵袭，防止有害的冷缩和干缩。另
18、一方面使水泥水化顺利进行，以期达到设计强度和抗裂能力。适宜的温度、湿度天条件是相互关联的。保温措施常常也有保温的效果。从理论上分析，现浇混凝土中所含水分完全可以满足水泥水化要求，但由于蒸发等原因常引起水分损失，从而影响水泥的内部水化，表面混凝土最容易而且直接受影响。因此，混凝土浇注后的最初几天是养护的关键时期。 5 结语 以上对混凝土的裂缝对混凝土结构耐久性的各种影响关系进行了理论和实践上的初步探讨，虽然学术界对于混凝土裂缝的成因和计算方法有不同的理论，但对于具体的预防和改善措施意见比较统一，同时在实践中的应用效果也较好，具体施工中要靠我们多观察、多比较，出现问题后多分析、多总结，结合多种预防处理措施，混凝土的裂缝是完全可以避免的。
