混凝土结构裂缝

混凝土结构裂缝

一、 概述

建筑物的破坏，特别是钢筋混凝土结构的破坏往往是从裂缝开始的。所以在建筑施工中，裂缝的预防和控制始终是一项重要的研究课题。混凝土结构、构件出现裂缝，不但影响建筑外观，而且有可能影响构件刚度和结构整体性。当裂缝宽度超出一定限度，有时会使钢筋锈蚀， 造成应力集中的隐患，影响结构构件的耐久性。因此，我们必须采取科学合理的方法，有效提高混凝土的施工质量，尽量减少混凝土裂缝的出现。

二、 裂缝控制的意义

在混凝土结构中，早期裂缝一般出现在一个月之内，中期裂缝约在6个月之内，其后1～2年或更长时间属于后期裂缝。虽然相当一部分裂缝对建筑物的受力及正常使用无太大的危害，但裂缝的存在会影响到建筑物的整体性、耐久性，会对钢筋产生腐蚀，是受力使用期应力集中的隐患，应当尽量在各方面给予重视，以避免裂缝的出现或把裂缝控制在许可的范围之内。

三、裂缝产生的原因

混凝土出现裂缝的原因是多方面的，主要有温度变化、徐变影响、应力作用和施工操作等因素。根据形成原因不同，裂缝可以分为沉降裂缝、收缩裂缝、温度裂缝、施工裂缝和钢筋锈蚀裂缝等。

混凝土裂缝原因主要归纳为以下几点： （1）混凝土的收缩

收缩是混凝土的一个主要特性，对混凝土的性能有很大影响。由于收缩而产生的微观裂缝一旦发展，则有可能引起结构物的开裂、变形甚至破坏。

（2）温度应力

由于聚积在内部的水泥水化热不易散发，导致混凝土的内部温度升高，而混凝土表面散热快，形成较大的内外温差，使混凝土内部产生压应力，表面产生拉应力。混凝土固化的龄期很短，抗拉强度很低，表面拉应力超过当时的混凝土极限抗拉强度，就会在混凝土表面产生表面裂缝。表面裂缝易产生应力集中，能促使裂缝进一步加大。

（3）配筋不足

实践中观察到，配筋间距大，配筋率小的混凝土结构开裂多，无筋混凝土比有筋混凝土开裂多。

（4）混凝土材料及配合比

混凝土原材料质量引起的裂缝，配合比设计不当直接影响混凝土的抗拉强度，是造成混凝土开裂不可忽视的原因。

（5）养护条件

养护条件对裂缝的出现有着关键的影响。在标准养护条件下，混凝土硬化正常，不会开裂，但只适用于试块或是工厂的预制件生产，现场施工中不可能拥有

这种条件。但是必须注意到，现场混凝土养护越接近标准条件，混凝土开裂可能性就越小。

（6）施工引起的裂缝

施工引起的裂缝多种多样。如果混凝土在施工前期受到了冰冻的影响，混凝土构件的表面就会出现裂缝。在对混凝土振捣时，如果振捣的次数不够，会导致混凝土结构不严密，受力时容易破损，产生较大的裂缝；振捣的次数过多，会导致混凝土中的水泥浆与骨料上下分离，浮浆很容易产生干缩裂缝。

四、温度裂缝简要概述

（1）温度裂缝产生的主要原因：

1、由混凝土结构内外温差大造成。在混凝土结构硬化期间，水泥释放大量的水化热，如果散热不及时，内部温度就会不断上升，使混凝土表面和内部温差变大。混凝土内部膨胀高于外部，此时混凝土表面将受到很大的拉应力，而混凝土的早期抗拉强度很低，因而出现温度裂缝。这种温度应力一般在表面处较大，离开表面就很快减弱，因此裂缝只在接近表面的范围内发生，表面层以下结构仍保持完整。

2、由结构温差大而受到外界的约束引起。当大体积混凝土浇筑在约束地基（例如桩基）上，又没有采取特殊措施来降低、放松或取消约束时，就容易产生深度、甚至是贯穿的温度裂缝。

在大体积混凝土中，裂缝主要由温度应力造成，而温差是产生温度应力的根本原因。且水泥水化是一个放热的化学反应过程，其间产生一定的水化热。每克水泥放出502J的热量，如果以水泥用量300～550kg/m3来计算，每1m3混凝土将放出15500～27500KJ的热量，且大部分水泥水化热在3d内释放出来。混凝土是热的不良导体，特别是大体积混凝土，其产生的大量水化热不容易散发，导致内部温度不断上升，而混凝土表面散热快，使混凝土内外截面产生温度梯度，特别是昼夜温差大时，内外温度差别更大，内部混凝土热胀变形产生压力，外部混凝土冷缩变形产生拉力，由于此时混凝土拉抗强度较低，当混凝土内部拉应力超过其抗拉强度时，混凝土便产生裂缝。这种裂缝的特点是裂缝出现在混凝土浇筑后的3～5d，初期出现的裂缝很细，随着时间的发展而继续扩大，甚至达到贯穿的情况。

（2）温度裂缝形成的过程：一般分为三个时期。

1、初期裂缝—混凝土浇筑的升温期。由于水化热，混凝土浇筑后2~3天内温度急剧上升，内热外冷引起的“约束力”超过混凝土抗拉强度引起裂缝。

2、中期裂缝—水化热降温期。当水化热温升到达峰值后逐渐下降，水化热散尽时结构物的温度接近环境温度，此间结构物温度引起“外约束力”，超过混凝土抗拉强度引起裂缝。

3、后期裂缝。当混凝土接近周围环境条件之后保持相对稳定，而当环境条件剧变时，由于混凝土为不良导体，形成温度梯度，当温度梯度较大时，混凝土产生裂缝。

（3）温度裂缝的控制措施：混凝土内部的温度与混凝土厚度及水泥品种、水泥用量有关。

混凝土越厚、水泥用量越大、水泥水化热越高的结构，其内部温度越高，形成的温度应力越大，产生裂缝的可能性越大。对于大体积混凝土，其温度应力与其结构尺寸相关，在一定尺寸范围内，混凝土结构尺寸越大，温度应力也越大，因而引起裂缝的危险性也越大，这就是大体积混凝土易产生温度裂缝的主要原因。故而，防止大体积混凝土出现裂缝最根本的措施就是控制混凝土内部和表面的温度差。减少温差的措施是选用中热硅酸盐水泥或低热矿渣硅酸盐水泥，在掺加泵送剂或粉煤灰时，也可选用矿渣硅酸盐水泥。此外，可充分利用混凝土后期强度，以减少水泥用量。

另外，为更好的控制水化热所造成的温度升高、减少温度应力，可以根据工程结构实际承受荷载的情况，对工程结构的强度和刚度进行复核与验算，并取得设计单位的同意后，可用56d或90d抗压强度代替28d抗压强度作为设计强度。由于过去土木建筑物层数不多、跨度不大，且多为现场搅拌，施工工期短，混凝土标准试验龄期定为28d，但对于具有大体积钢筋混凝土基础的高层建筑，大多数的施工期限很长，少则1～2年，多则4～5年，28d的混凝土标准试验龄期是不合理的，特别是对于大体积钢筋混凝土基础而言，因此将试验混凝土标准强度的龄期推迟到56d或90d则较为合理的。正是基于这点，国内外许多专家均提出这样建议：如果充分利用混凝土的后期强度，则可使每1m3混凝土的水泥用量减少40～70kg左右，则混凝土温度相应降低4～7℃。

另一方面，应当严格控制混凝土的出机温度和浇筑温度。对于出机温度和浇筑温度的控制，《混凝土质量控制标准》（GB50164-92）中明确规定：高温季节施工时，混凝土最高浇筑温度，不宜超过35℃。为了降低混凝土的出机温度和浇筑温度，可以采取下面的办法：

1、降低原料温度，每1m3混凝土中集料所占重量最大，所以最有效的办法是降低集料温度。在气温较高时，为了防止太阳直接照射，可以在砂石堆场搭设简易遮阳棚，必要时可向集料喷淋雾状水，或者在使用前用冷水冲洗集料；

2、在搅拌混凝土时加冰块冷却； 3、生产混凝土时避开当天高段；

4、对搅拌运输车罐体、泵送管道采取保温、冷却措施。

温度控制：一般的，温度裂缝的产生是不可避免的，重要的是如何把其控制在规范允许的范围之内。要进行有效的控制，就必须进行科学预测，以保证控制的准确性。在施工现场，对温度应力的控制主要是进行温控。在浇筑混凝土时，采用温度传感片和测温仪，从浇筑一开始就开始测温（包括入模温度，环境温度），并及时抹面压光和养护（保温保湿）。混凝土浇筑完后根据温控指标，及时调整保温保湿养护条件。

温度影响系数受多种因素影响，其中温度、湿度、散热界面（土、空气等），初凝时间、风速、温差等影响较大，特别是风速和温差较大时，温度影响系数大大降低，最高温升将降低，这与我们的实测结果是相吻合的。但为防止降温过快，形成大的温度梯度，夏季选用蓄水养护，秋冬季加盖草袋、海绵如果工地气候风大、干燥特征拆模后及时采取防风，保温措施，并及时回填土，结果证明这些方法对温度影响系数的改变是非常有用的，事实表明控制也是非常成功的。

主要参考文献：

[1] 赵军辉 《混凝土裂缝的成因与控制》

[2] 中国学术期刊网 《混凝土论文:混凝土裂缝种类及防治措施》 [3] 中国建材网 《混凝土裂缝产生的原因及预防措施》 [4] 百度文库 《解析建筑施工裂缝控制措施》 [5] 梁兴文 《混凝土结构设计原理》（第三版）