浅议混凝土结构裂缝成因、预防与修复措施

浅议混凝土结构裂缝成因、预防与修复措施

张水1 ,张赟2

1济南市长清区孝里街道办事处 山东 济南 250302 2济南市长清区城乡水务局 山东 济南 250302

摘要：本文主要对混凝土工程中常见裂缝分类、成因进行了探讨分析，并提出了一些预防、处理措施。以便在施工中采取各种有效的预防措施，减小温差和湿差，预防裂缝的出现，有针对性地采取合理的方法进行修复处理，阻断裂缝继续恶化发展，确保水工建筑物安全运行、发挥效益。

关键词：混凝土 裂缝 成因  预防  修复

混凝土是一种由水泥、水、砂石骨料及其他外加材料混合而成的非均质脆性材料。混凝土配料来源丰富、造价低廉，可塑性好、适应性强，承压防渗、耐久抗火，与钢筋配筋、压拉配合、扬长避短、相得益彰，在房建、市政、水利、交通等建筑物上，得到了广泛应用。

由于混凝土设计、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裂缝，由于裂缝的存在和发展，通常会加速混凝土的碳化，影响结构的整体性和刚度，使内部的钢筋等材料产生腐蚀，降低钢筋混凝土材料的承载能力，抗渗、抗冻融、抗疲劳能力和耐久性，影响建筑物的外观、使用功能及寿命，一旦失修破坏，将严重威胁到人民生命财产安全。

一、混凝土结构裂缝类型

混凝土裂缝按裂缝部位、尺寸和影响范围，可分为表面、浅层、深层和贯穿四类裂缝。

二、混凝土结构裂缝成因

混凝土裂缝产生的原因很多，如混凝土形成机理、材料构成，温度、干湿变化等原因引起的裂缝；有养护环境不当和化学作用引起的裂缝；有运行过程中外载、超载作用及不均匀沉陷引起的裂缝等。由于混凝土的抗拉强度远低于抗压强度，当实际受到的拉应力作用超过抗拉强度时，而产生裂缝。

1、化学裂缝。化学裂缝指混凝土集料及杂质因化学反应引起的裂缝，包括水化凝结固化过程和正常使用后碱骨料反应、钢筋锈蚀。

混凝土集料中含碱矿物及玻璃体中的Na2O和K2O碱性离子，与某些活性骨料产生化学反应并吸收周围环境中的水而体积增大，造成混凝土酥松、膨胀开裂。

而混凝土蜂窝麻面露筋质量缺陷，或者钢筋保护层较薄，使钢筋产生锈蚀，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。

2.温度裂缝。混凝土体积热胀冷缩，当混凝土内、外以及环境温差较大时，会大大增加外层混凝土与混凝土内部的温度梯度，产生温差和温度应力，一般内部温高膨胀受压，外周温低被动受拉，若拉应力超过混凝土的抗拉强度，混凝土将会产生裂缝称为温度裂缝。温度裂缝又可分为热缝合冷缝。

混凝土内部温度是由水泥水化热引起的绝热温度、浇筑温度和散热温度三者的叠加。水泥在水化过程中，每立方米混凝土将释放出17500～27500kJ的热量，使混凝土内部温度升高，可达到70℃左右甚至更高，当混凝土内部与表面温差过大时，就会产生温度应力和温度变形，在中心区产生压应力，在表面产生拉应力。当混凝土本身温差达到25℃时，便会产生大约10MPa的拉应力，就会产生裂缝，称为热缝。混凝土内部的温度与混凝土的厚度及水泥用量有关，水泥用量越大，内部温度越高。

混凝土施工和养护阶段，常受外界气温的影响。当气温下降，特别是气温骤降，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，称为冷缝，一般只在混凝土表面较浅的范围内产生。

梁板类长度尺寸较大的结构，裂缝多平行或接近平行于短边，裂缝沿着长边分段出现，中间较密；裂缝宽度，受内外温差影响较为明显，冬季较宽，夏季较窄。混凝土热胀裂缝通常中间粗两端细，而冷缩裂缝的粗细变化不大。温度裂缝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特别明显。
   3.干湿裂缝。混凝土体积湿胀干缩，混凝土中的水可分为吸附水、毛细管水和自由水，混凝土中80%的水分要蒸发，只有约20%的水分是水泥硬化所必需的，而最初失去的30%自由水分几乎不引起收缩，其次，随着混凝土的凝结成型，而使20%的毛细管水、吸附水开始逸出，就会出现塑形和干燥收缩。

由于混凝土内外水分蒸发程度不同，表面干燥收缩快，中心干燥收缩慢，表面的干缩受到中心部位混凝土的约束，因而会在表面产生拉应力并导致裂缝。

塑性收缩是指混凝土在终凝之前，混凝土几乎没有强度或强度很小，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，因此产生龟裂。塑性收缩裂缝一般在干热或大风天气出现，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20~30cm，较长的裂缝可达2~3ｍ，宽1~5mm。影响塑性收缩开裂的主要因素有水灰比、凝结时间、环境温度、湿度及风速等。

    干缩裂缝大多出现在混凝土终凝后的养护期内，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0.05~0.2mm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。混凝土干缩主要和水灰比、水泥的成分及用量、集料的性质和用量、外加剂用量等有关。

4.沉陷裂缝。沉陷裂缝的产生是由于结构地基不实或浸水，支架、支撑变形下沉引发结构裂缝，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，过早拆除模板支架易使未达到强度的混凝土结构发生裂缝和破损。此类裂缝多为深层或贯穿性裂缝，其走向与沉陷情况有关，一般沿与地面垂直或呈30°~45°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。
    5.荷载裂缝。混凝土构件，在未达到设计强度前，提前受荷，或在使用过程中，运用超设计荷载，在外力及荷载作用下，产生变形裂缝。

三、混凝土结构裂缝预防措施

1、根据工程功能合理设置三缝：伸缩缝、沉陷缝、地震缝；

2、材料要求和配合比设计；(1)选用水化热较低、收缩量较小、低碱的水泥；(2)尽可能降低水泥用量；(3)严格控制集料的级配及其含泥量，选用碱活性小的砂石骨料；(4)选用合适的缓凝、减水等外加剂，以改善混凝土的性能； (5) 控制水灰比，控制好混凝土坍落度，不宜过大，一般在120±20mm即可。

3、支架模板及支撑搭设与拆除的稳定性、安全性措施，保证模板有足够的强度和刚度；

4、混凝土的搅拌、运输和浇筑方案，分层分块浇捣措施；采用 (1)全面分层： (2)分段分层： (3)斜面分层。浇筑混凝土之前，将基层和模板浇水均匀湿透。改善混凝土的搅拌加工工艺，在传统的"三冷技术"的基础上采用"二次风冷"新工艺，降低混凝土的浇筑温度。

5、温度控制，包括混凝土的测温和降温等措施；

6、湿度控制，施工中的水量控制和养护期保湿；

7、养护措施；根据工程的具体情况，尽可能延长养护时间，拆模后立即回填或再覆盖保护，同时预防近期骤冷气候影响，防止混凝土早期和中期裂缝。

8、正常运行维护，严禁超载、超标准运行。

四、混凝土结构裂缝修复处理方法

裂缝一旦形成，应根据成因和表现状况，采取必要的工程技术措施，予以修复处理。常用的修复方法有：1.表面修补法； 2.嵌缝封堵法； 3.混凝土置换法；   4.灌浆法； 5结构加固法； 6.电化学防护法； 7.仿生自愈合法等。

五、结 论
裂缝是混凝土质量通病和普遍存在的一种现象，它的出现不仅会降低建筑物的抗渗能力，影响建筑物的使用功能，因此要对混凝土裂缝进行高度重视、认真研究，贯彻落实“预防为主、防修结合”的方针，在施工中采取各种有效的预防措施，减小温差和湿差，以预防裂缝的出现，有针对性地采取合理的方法进行修复处理，阻断裂缝继续恶化发展，确保建筑物安全运行、发挥效益。

参考文献：
1 郭仕万，肖欣，赵和平.混凝土施工中的裂缝控制.山西水利科技，2000.11.
2 鞠丽艳.混凝土裂缝抑制措施的研究进展.混凝土，2002. 5.
作者简介：张水，（1965—）济南市长清区孝里街道办事处，助理工程师，大专，主要从事基层水利等工程的建设、管理工作。

张赟，（1964—）济南市长清区城乡水务局，正高级工程师，大学，主要从事水资源及水利工程规划、建设、管理工作。

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