混凝土結構裂縫原因分析與控制

混凝土裂縫是施工中具有較普遍性的質量問題。混凝土結構、構件出現裂縫，不但影響建筑外觀，而且有可能影響構件剛度和結構整體性。當裂縫寬度超出一定限度，有時會造成鋼筋銹蝕，影響結構構件的耐久性，因此，為裂縫的出現，應給予應有的重視。
　　混凝土出現裂縫的原因是多方面的，主要有濕度變化、溫度變化、徐變影響、應力作用和施工操作等因素。
　　1、幾種常見裂縫的原因分析與控制方法
　　收縮（塑性、干縮）裂縫的控制。收縮（塑性、干縮）裂縫的控制主要在于控制濕度的變化，使結構、構件具有相對穩定的濕度。
　　1.1塑性收縮裂縫。此種裂縫多發生于新澆混凝土的基礎、梁板或具有較大面積的構件表面，接近直線，裂縫形狀長短不一，互不連貫，裂縫較淺，產生這類裂縫的原因主要是混凝土多為室外露天澆筑。澆筑后混凝土表面受到日曬、風吹的影響，使新澆混凝土表面水分蒸發過快，即蒸發速度大于泌水速度，表面混凝土的收縮受到底層混凝土的約束，使正在硬化的混凝土產生拉應力，從而導致混凝土表面裂縫。塑性裂縫一般在混凝土澆筑后4h左右形成，開始不很明顯。
　　控制產生這種裂縫的有效方法是，盡可能減少混凝土表面與內部的相對體積變化的差異。混凝土澆筑后振搗要密實；水、水泥、砂、石子用量要嚴格控制且配合比要合理；對裸露表面應及時覆蓋，加強養護；對高溫、大風天氣施工的混凝土應及時抹壓，防止裂縫繼續發生。
　　1.2干縮裂縫。這種裂縫多發生于混凝土終凝前后，也有表面裂縫，寬度一般為0.05～0.2mm，個別情況也有大于0.2mm的。終凝前出現裂縫，較薄的梁、板類構件多沿短方向分布；凝固后期的裂縫一般較寬較深，此時出現的干縮裂縫一般均勻地分布于相鄰兩鋼筋之間并與鋼筋平行。產生這種裂縫的原因主要是混凝土在硬化過程中，由于環境氣候條件的影響，混凝土表面的水分蒸發，水泥石中的凝膠體逐漸干縮產生初始應力，引起混凝土干縮裂縫。
　　控制和減少這種裂縫的有效方法應覆蓋草袋或草簾，避免暴曬。
　　1.3加強混凝土的早期養護，混凝土澆筑完后，裸露表面應及時用草墊、草袋或塑料薄膜覆蓋，并灑水濕潤養護。在氣溫高、濕度低、風速大的天氣及早覆蓋、噴水霧養護，并適當延長養護時間。
　　1.4加強混凝土表面的抹壓，但應注意避免過分抹壓。
　　1.5采用密封保水方法，如在混凝土表面噴養護劑或覆蓋塑料薄膜，使水分不易蒸發，或采用其他減少空氣流動（如設擋風墻、罩），延緩表面水分蒸發的辦法。
　　1.6預應力構件應及時張拉，避免長期堆放。
　　1.7適當選擇配合比，避免水灰比、水泥用量、砂率過大，嚴格控制砂、石的含泥量，避免使用粉砂，以提高混凝土抗拉強度。
　　1.8構件長期露天堆放時，應繼續適當灑水或覆蓋養護，以便有較長的保濕養護時間，特別是薄壁構件，應放在陰涼地方覆蓋堆放。
　　2、溫度裂縫的控制
　　2.1溫度裂縫的原因。混凝土受水泥水化熱作用，大氣及周圍溫度、電氣焊接等因素影響而冷熱變化時，發生收縮和膨脹，產生溫度裂縫。由于水泥水化熱引起的裂縫一般產生于大體積混凝土，裂縫多平行于結構的短邊，由于環境溫度變化而產生的溫度裂縫可能貫穿整個桿件截面。
　　2.2施工期間裂縫。大體積混凝土澆筑后，在硬化期間水泥放出大量的水化熱，內部溫度不斷上升，使混凝土外部和內部形成較大的溫差，而施工又未采取有效的技術措施時，將導致混凝土內外溫度急劇變化而產生溫度裂縫。
　　防止混凝土產生的裂縫關鍵時期：
　　2.2.1混凝土的溫度變化產生溫差，對混凝土結構產生作用，該作用可分為時間溫差作用和截面溫差作用兩種。而大體積混凝土溫度變化開裂，主要由截面內外溫差作引起，由于混凝土體量大，澆筑后水泥水化熱在內部不易散發，引起混凝土內部溫度顯著升高，使凝膠體積膨脹。
　　2.2.2混凝土傳熱性較差，散熱慢，在澆筑過程中其內部的溫度會很快升高，對于厚度超過800mm的大體積混凝土內部絕對溫升可達35～50℃，甚至更高。筆者曾對2m厚澆筑混凝土板進行實測，最高溫度達到81.3℃。水泥水化放熱是一個早期快后期慢的過程，其混凝土內部的溫升一般在2～3d可達最高溫度，持續一段時間以后才開始緩慢降溫，約21d后降溫至大氣溫度。
　　2.2.3混凝土在降溫階段從熱膨脹的最大變形開始降溫收縮，此時，混凝土的彈性模量也已增大，故降溫收縮產生一定的拉應力，當拉應力超過混凝土的變形能力時，就會產生收縮裂縫。
　　2.2.4防止大體積混凝土產生裂縫的關鍵時期是在降溫階段，從實踐經驗來看，混凝土澆搗后7d左右的降溫時最容易產生裂縫，此時是施工保養中容易被忽視、也是防止產生裂縫的關鍵時候，這一點施工中應該更為重視。
　　2.3施工時溫度控制。為防止水化熱引起的溫度裂縫，施工時溫度控制是關鍵。施工溫度控制包括以下兩個方面：
　　2.3.1構件內外溫差控制。即內部與外表以及外表與大氣環境的溫差控制。由溫差引起的變形和應力值可按式（1）和（2）計算：
　　△L=L（t2－t1）α（1）
　　δt=EC△L/L=EC（t2－t1）α（2）
　　式中：△L——鋼筋混凝土構件的變形值；
　　L——構件的長度；
　　t2－t1——溫差，即溫度變化值；
　　α——溫度膨脹系數；
　　δt——混凝土溫度應力；
　　EC——混凝土彈性模量。
　　混凝土降溫時，熱量從內向外傳遞擴散，表面散熱快，溫度低，從而形成內外溫差，由上面理論公式計算出允許混凝土內外溫差應是5～10℃。但由于結構構件不可能受到絕對約束，混凝土也不可能完全沒有徐變和塑型變形，多數工程混凝土的內外溫差在10～25℃尚未開裂。因此，我國有關施工規范對這類大體積混凝土澆筑時規定內外溫差宜控制在25℃內。另外，環境溫度越低，產生內外溫差也越大，引起混凝土開裂的幾率增加，這種情況下可采取表面覆蓋等措施進行溫差控制以防止混凝土表面散熱過快。