混凝土結(jié)構(gòu)裂縫成因分析及控制措施

摘" 要：許多混凝土結(jié)構(gòu)在建設(shè)過程和使用過程中出現(xiàn)不同程度、不同形式的裂縫，鋼筋混凝土構(gòu)件基本上都是帶裂縫工作的，結(jié)構(gòu)的破壞也都是從裂縫的擴展開始的，因此對結(jié)構(gòu)裂縫必須加以控制，根據(jù)多年的工程實踐和體會，提出預防和減少混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的一些措施。

關(guān)鍵詞：混凝土結(jié)構(gòu)；裂縫；裂縫成因；裂縫類型；控制措施

中圖分類號：TU755.7" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2025）06-0142-05

Abstract： Many concrete structures have cracks of varying degrees and forms during the construction and use process. Reinforced concrete members basically work with cracks， and structural damage also starts from the expansion of cracks. Therefore， structural cracks must be controlled. Based on years of engineering practice and experience， some measures to prevent and mitigate cracks in concrete structures are proposed.

Keywords： concrete structure; crack; crack cause; crack type; control measure

在建筑工程中，混凝土結(jié)構(gòu)的建設(shè)及使用過程中出現(xiàn)裂縫是較為常見的現(xiàn)象，鋼筋混凝土構(gòu)件通常處于帶裂縫工作的狀態(tài)，裂縫的大小形態(tài)多種多樣，裂縫的擴展可能帶來結(jié)構(gòu)的損傷乃至破壞，我們經(jīng)常能看見混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫，引起裂縫的因素有很多，最常見的一般是由荷載作用引起結(jié)構(gòu)構(gòu)件的變形產(chǎn)生裂縫，這個荷載可以是外荷載，也可以是溫度等內(nèi)力，其次是施工期間沒按施工規(guī)范要求施工導致的混凝土裂縫，還有就是混凝土澆筑后養(yǎng)護期間本身的收縮也會產(chǎn)生裂縫。正常設(shè)計施工的工程會進行裂縫計算，只要外荷載不超過設(shè)計荷載，很少會有裂縫產(chǎn)生；所以最常見的裂般是施工不規(guī)范產(chǎn)生的混凝土收縮裂縫，再有因為溫差產(chǎn)生的溫度變形引起溫度縫，以及由這2種因素共同引起的裂縫。時間長了，裂縫會不斷開展，此時混凝土碳化深度就越來越深，裂縫開展大于0.4 mm時，穿過混凝土保護層，深入鋼筋表面，鋼筋外露引發(fā)銹蝕，導致鋼筋混凝土構(gòu)件的強度和剛度變小，滿足不了混凝土耐久性要求，影響正常使用，裂縫的開展可能導致構(gòu)件斷裂，如果不引起重視，任由其發(fā)展，嚴重時可能引起建構(gòu)筑物垮塌。本文從結(jié)構(gòu)設(shè)計與工程施工2方面，根據(jù)規(guī)范并研究修改資料，結(jié)合工程設(shè)計實踐，分析混凝土裂縫產(chǎn)生原因，提出預防和減少混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的一些建議和措施，供設(shè)計單位或施工單位及相關(guān)人員參考。

1" 混凝土施工中的早期裂縫

在實際工程中，關(guān)于混凝土結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生有很多因素，有時還可能是各種因素疊加和相互作用導致的，很多裂縫是在外荷載還沒作用或沒達到設(shè)計荷載就產(chǎn)生的，所以無法用外荷載的原因來解釋，當然每一條裂縫的產(chǎn)生一定是有原因的，其中混凝土早期裂縫是最為常見的，經(jīng)研究分析混凝土的早期裂縫一般有以下幾種。

1.1" 塑性收縮裂縫

在混凝土澆筑后，初凝階段水泥水化熱快速反應(yīng)，分子鏈開始形成，水分蒸發(fā)引起混凝土失水收縮，稱為凝縮。此時骨料和膠合料間因為受到阻礙（如鋼筋、模板等）也會產(chǎn)生不均勻的沉縮變形，這種變形發(fā)生時混凝土處于塑性階段，所以稱之為塑性收縮。塑性收縮的量級很大，可達1%左右，這種塑性收縮產(chǎn)生的裂縫通常到達鋼筋表面處。

預防措施：①減小混凝土塌落度，控制水灰比，寧可小一些。②保證混凝土均質(zhì)性，下料不應(yīng)太快。③振搗均勻，澆筑密實，在混凝土澆筑1～2 h后，對混凝土進行二次振搗，表面拍打振實。④施工過程中嚴禁隨意加水及在大雨中施工。

1.2" 干縮裂縫

混凝土的干縮情況非常復雜，在凝固時會發(fā)生多種情況的收縮變形，最大的收縮發(fā)生在第一次干燥之后。產(chǎn)生混凝土干縮的因素很多，有水泥的用量及強度、粗細骨料的種類、水灰比及混凝土振搗情況、養(yǎng)護和混凝土的配筋率等。

干縮裂縫是混凝土在塑性狀態(tài)變硬過程中依然存在一定的水分，混凝土表層結(jié)構(gòu)水分快速流失，而混凝土內(nèi)部水分流失較慢，引發(fā)表層干縮，主要原因是表面水分蒸發(fā)過快。水灰比越大，收縮越大，一般高強度混凝土的水灰比較小，對干燥收縮有利。

還有一種干縮裂縫是受吹風的影響，這個一般發(fā)生在高聳構(gòu)筑物表面，由于上部風速風壓都大，表面容易引起裂縫和開裂，在干燥地區(qū)，大風會導致干縮加劇。

預防措施：①要做好混凝土的養(yǎng)護工作，根據(jù)情況采取措施保證混凝土的溫濕度；不宜拆模過早，防止表面早期大量失水。②適當增加骨料的含量和最大粒徑，使用高效減水劑和引氣劑，以減少水泥用量和改善混凝土的工作性能。③采取措施保證養(yǎng)護條件，以避免混凝土表面水分的過多蒸發(fā)。

1.3" 溫度應(yīng)力裂縫

混凝土澆筑后，水泥和水發(fā)生化學反應(yīng)之后產(chǎn)生水化熱，結(jié)構(gòu)都不是絕熱的，在水化熱導致升溫的同時，混凝土也在散熱，水化熱升溫到峰值后，熱能耗盡，散熱仍在進行，溫度下降。但是由于升溫時間短，一般也就2～5 d，那時混凝土的彈性模量較小，混凝土抗拉強度也低，當混凝土表面溫差產(chǎn)生的拉應(yīng)力超過混凝土抗拉強度便會出現(xiàn)裂縫，其在混凝土表面表現(xiàn)的比較明顯。

預防措施：①降低水化熱。選用水化熱低、凝結(jié)時間長的水泥，控制水灰比，減少單位體積混凝土用水量。②采取措施或在早晚溫度不高時澆筑混凝土，以降低混凝土澆筑時的溫度。③分層分塊或跳倉施工。④加強養(yǎng)護，在混凝土表面保溫保濕。一般有蓄水養(yǎng)護和覆蓋灑水養(yǎng)護2種方式，養(yǎng)護時間不少于14 d。

1.4" 施工質(zhì)量引起的裂縫

混凝土構(gòu)件特別是裝配式建筑的混凝土預制構(gòu)件拆模后，在構(gòu)件的運輸堆放，以及現(xiàn)場進行拼裝及吊裝中，若不采取措施，施工不合理，也可能產(chǎn)生各種形式的裂縫，尤其是薄板或細長的構(gòu)件更容易出現(xiàn)裂縫。

預防措施：①施工中嚴格控制砂石含泥量及石子粒度，加強振搗，提高密實度和抗拉強度。②加強養(yǎng)護、遮蓋，脫模后繼續(xù)護蓋澆水，養(yǎng)護不少于14個晝夜。③控制拆模板時間，混凝土強度需達到設(shè)計允許值時才能拆模。④控制混凝土構(gòu)件在運輸及吊裝不當情況下引起的裂縫，在運輸及吊裝前應(yīng)做好施工管理及應(yīng)對措施。

1.5" 凍脹裂縫

混凝土在低溫條件下的施工是國內(nèi)外都重視的課題，混凝土處于負溫情況下，首先是拌合水出現(xiàn)反常。水凍成冰，體積增大9%，所以對混凝土工程，冬季的低溫條件是非常不利的因素，比如當混凝土剛澆筑完畢初凝后，此時遭受低溫緩慢受凍，混凝土中的水分在凍結(jié)期間已有部分轉(zhuǎn)移，引起混凝土內(nèi)部水分的重新分布，受凍后，在混凝土內(nèi)部形成冰聚體，對外部水分少、壓力小的部分產(chǎn)生很大的破壞推力，造成強度降低、裂縫等損害。

預防措施：①確?；炷翉姸冗_到5 MPa之前，不受負溫影響。②新老混凝土施工縫必須保證在0℃以上澆筑。③采用適宜的水灰比，一般控制在0.6～0.65。④做好養(yǎng)護，采取措施，比如蓄熱法、主動加熱法、暖棚法及加抗凍早強摻合劑的方法，來保溫保濕，養(yǎng)護對抗凍抗裂極為重要。

1.6" 大體積混凝土裂縫

大體積混凝土是指混凝土的各個邊長大于1 m的混凝土基礎(chǔ)或構(gòu)件，大體積混凝土澆筑后由水化熱引起的內(nèi)部溫度和外部溫度之間溫差產(chǎn)生的應(yīng)力劇烈變化，產(chǎn)生溫度和收縮應(yīng)力，從而導致混凝土裂縫的產(chǎn)生，影響到基礎(chǔ)的整體性或防水性等，從實際工程看，工業(yè)建筑設(shè)計中的大體積設(shè)備基礎(chǔ)較為常見，這種大塊式各種設(shè)備基礎(chǔ)的裂縫控制須認真對待。

預防措施：①大體積的塊體基礎(chǔ)一般采取設(shè)置水平或豎向施工縫，分塊、分層澆筑。②超長基礎(chǔ)一般在中間預留“后澆帶”，待兩側(cè)混凝土澆筑完畢42 d后，再用高一級混凝土澆筑。③采用“跳倉法”澆筑，比如將基礎(chǔ)分成3塊澆筑，先澆筑第一、三塊，養(yǎng)護時間不少于7 d后再澆筑中間的第二塊。④溫度控制法，在大體積混凝土內(nèi)布置溫度監(jiān)控點，在基礎(chǔ)施工過程中詳細測量溫度，計算降溫時混凝土累積拉應(yīng)力，再與混凝土抗拉強度比較，若小于抗拉強度，說明降溫或收縮不會產(chǎn)生混凝土貫穿裂縫。

2" 裂縫控制設(shè)計措施

隨著社會經(jīng)濟發(fā)展及建筑功能需要，大量的建筑向大型化方向發(fā)展，超長建筑越來越多，遠遠超過規(guī)范要求的溫度伸縮縫間距，還有大體積基礎(chǔ)的不斷出現(xiàn)，超限的建筑物和構(gòu)筑物越來越多，高強混凝土的大量應(yīng)用，超長混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)溫度裂縫日趨增多，雖然大多數(shù)情況下，裂縫并不會對結(jié)構(gòu)安全性造成太大的影響，但只要是裂縫，都會影響結(jié)構(gòu)的耐久性。所以超長建筑的裂縫控制應(yīng)引起設(shè)計人員的重視，一般在結(jié)構(gòu)設(shè)計中可采取以下設(shè)計措施。

2.1" 根據(jù)規(guī)定的混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計的基本原則，按環(huán)境類別和設(shè)計使用年限進行設(shè)計

首先按GB 50010—2010《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》確定混凝土的環(huán)境類別，再根據(jù)類別按規(guī)范要求確定混凝土的灰水比、強度、最大氯離子含量及最大含堿量等。

2.2" 加強施工管理，消除施工中的混凝土早期裂縫

混凝土早期養(yǎng)護非常重要，養(yǎng)護時間越長收縮越小，所以要采取保濕保溫養(yǎng)護措施。同時注意振搗，特別是在梁板（或墻板）交接處，但不得超振，以防離析和大量泌水。樓板澆筑后立即噴霧，二次壓光，覆蓋塑料薄膜，加強潮濕養(yǎng)護對控制早期塑性裂縫很有益處，切忌要求過短的施工工期，導致養(yǎng)護時間不足。

2.3" 設(shè)置后澆帶

結(jié)構(gòu)長度是影響溫度應(yīng)力的因素之一，后澆帶是列入規(guī)范中的超長建筑不設(shè)伸縮縫的常用方法，設(shè)計人員根據(jù)不同長度或建筑功能選用設(shè)置后澆帶。多年來的許多工程實踐表明：施工階段采取的措施對于早期防裂最為有效，后澆帶是避免施工期收縮裂縫的一種有效措施，設(shè)置后澆帶可有效增大伸縮縫間距。后澆帶可稱為“先放后抗”的原則，后澆帶已廣泛應(yīng)用于眾多工程，在實踐中獲得良好的效果。

2.4" 采取保溫隔熱及抵抗考慮溫度應(yīng)力措施

1）在超長混凝土框架外設(shè)置保溫隔熱層，減小溫差，以及加強并做好屋面保溫隔熱措施，滿足建筑節(jié)能設(shè)計標準的同時，有效地減少溫差溫度應(yīng)力。

2）建筑超長時，結(jié)構(gòu)設(shè)計中考慮溫度應(yīng)力組合，計算樓板梁的配筋，利用增加鋼筋來抵抗溫度應(yīng)力。

3）在滿足強度的前提下，盡量不采用過高強度等級的混凝土，混凝土強度一般不宜大于C35。

2.5" 采用補償收縮混凝土

補償收縮混凝土由于添加了膨脹劑，所以混凝土膨脹時會對約束體產(chǎn)生拉應(yīng)力，約束體會對它產(chǎn)生相應(yīng)的壓應(yīng)力，這是一種自應(yīng)力，用于補償混凝土收縮產(chǎn)生的拉應(yīng)力。按規(guī)范要求，補償收縮混凝土的限制膨脹率控制在0.020%～0.030%；每間隔40 m設(shè)置一條2 m寬膨脹加強帶，混凝土膨脹劑的限制膨脹率控制在0.030%～0.040%，膨脹加強帶技術(shù)已在許多工程中應(yīng)用。

2.6" 采用預應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)

利用張拉后預應(yīng)力筋對混凝土產(chǎn)生的預壓應(yīng)力，來抵消混凝土收縮產(chǎn)生的拉應(yīng)力，這樣能有效地減少混凝土裂縫。

2.7" 采用纖維增強混凝土

普通混凝土的抗壓強度高、抗拉強度低、延性差，為改善混凝土性能，在普通混凝土中摻入亂向分布的纖維，這些亂向分布的纖維顯著地改善了混凝土的抗拉、抗彎、抗沖擊及抗疲勞性能，具有較好的延性，有效地阻礙混凝土內(nèi)部微裂縫的擴展及宏觀裂縫的形成，控制因干燥或塑料收縮引起的開裂，并降低混凝土的滲透性，防止水滲出。

1）目前研究較多的有鋼纖維、耐堿玻璃纖維、碳纖維、玄武巖纖維、芳綸纖維、聚甲醛纖維和聚丙烯纖維混凝土等，用的最多的是鋼纖維，結(jié)構(gòu)型鋼纖維長度一般為30～65 mm，直徑為0.3～1.3 mm，長徑比宜為30～100。相關(guān)研究表明，當纖維摻量為1.5%時，鋼纖維混凝土的劈裂抗拉強度的增長率開始下降，由此推斷，纖維對混凝土劈裂抗拉強度的提高有一個極大值點，當纖維摻量高于該點時，混凝土的劈裂抗拉強度不再增加甚至會降低。這可能是因為纖維摻量過大時，纖維容易成團，無法發(fā)揮自身抗拉強度大的優(yōu)勢；另外，過多的纖維會影響混凝土骨料基相和漿體的界面黏接強度。

2）纖維按用途分有3種。第一種：僅用于混凝土早期塑性抗裂，這種纖維要求細度高（4～15 denier），摻量約為0.6 kg/m3。第二種：除塑性抗裂外，也用于抗混凝土硬化后溫度和收縮裂縫。這種纖維要求對混凝土有增韌作用，根據(jù)ASTM C1116/C1116M—10《纖維增強混凝土標準規(guī)范》的建議，其增韌指標I5≥2.6。第三種：最大程度地增加混凝土的抗彎韌性，其摻量高達20 kg/m3，這種纖維一般為粗纖維（5 000 denier），能完全代替鋼纖維應(yīng)用。

3" 工程實例

某大型科技館為單層多跨鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，屋面上做屋頂花園景觀設(shè)計，屋面平均覆土大于1 m，結(jié)構(gòu)平面尺寸為160 m×80 m，最大柱網(wǎng)為12 m×21 m，21 m跨為預應(yīng)力屋面梁，由于科技館的特殊性及建筑要求，建筑專業(yè)要求結(jié)構(gòu)設(shè)計不設(shè)伸縮縫，結(jié)構(gòu)在設(shè)計中采取以下措施，竣工投入使用未發(fā)現(xiàn)裂縫。

3.1" 理論分析結(jié)果

經(jīng)結(jié)構(gòu)軟件分析，該科技館框架結(jié)構(gòu)在溫度應(yīng)力和混凝土收縮作用下，框架中部的梁板溫度拉應(yīng)力較大，已經(jīng)超過混凝土的軸心抗拉標準值，同時發(fā)現(xiàn)框架柱周邊的溫度應(yīng)力也很大，顯然也是因為混凝土梁板的變形受到柱的約束，導致產(chǎn)生拉應(yīng)力。

3.2" 結(jié)構(gòu)設(shè)計措施

1）在框架結(jié)構(gòu)平面中間部位設(shè)置后澆帶，后澆帶800 mm寬，要求在兩側(cè)混凝土澆筑完成42 d后，采用高一等級的膨脹混凝土澆筑。

2）選用礦渣水泥和粉煤灰水泥，因為這種水泥具有凝結(jié)硬化慢，水化熱較小的特性。

3）摻加高效緩凝減水劑。

4）混凝土中摻入水泥用量25%的粉煤灰、礦渣粉等活性混合材，粉煤灰含碳量要求小于5%。

5）控制骨料的規(guī)格和質(zhì)量，粗、細骨料的級配要求良好，粗骨料的含泥量不大于3%，采用連續(xù)級配的石子，采用含泥量不大于1%的中、粗砂，水灰比采用0.4。

6）混凝土配合比，應(yīng)通過試配確定膨脹劑水泥及外加劑。除滿足設(shè)計強度等級，還應(yīng)達到GB 50119—2013《混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》中對補償收縮混凝土限制膨脹率的規(guī)定。

7）混凝土施工工程中加強振搗，在混凝土終凝以前，人工或機械多次抹壓，防止表面沉縮裂縫和塑性裂縫的產(chǎn)生。

8）注意膨脹混凝土的養(yǎng)護，要求7 d內(nèi)應(yīng)特別加強濕養(yǎng)護，模板拆除時間不少于7 d，拆除模板后繼續(xù)養(yǎng)護至15 d。

9）為抑制屋面混凝土塑性收縮裂縫，在屋面板混凝土中摻Fibermesh INFORCE（增強型纖維網(wǎng)），用量為每立方米摻0.9 kg。

10）縱向配筋率適當加大，構(gòu)造配筋應(yīng)細而密，樓板鋼筋宜采用Φ8～Φ12間距100～150 mm，雙向?qū)?。樓板中電纜線管置于截面中部，轉(zhuǎn)角區(qū)及應(yīng)力集中部位應(yīng)用鋼筋網(wǎng)片加強。

11）加強非預應(yīng)力配筋，應(yīng)發(fā)展部分預應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，中間大跨度梁采用預應(yīng)力結(jié)構(gòu)，有效地減少混凝土梁的裂縫。

4" 結(jié)論

建筑物混凝土的裂縫是不可避免的，但其有害程度是可以控制的，結(jié)構(gòu)設(shè)計和工程施工的重要目的就是把裂縫控制在規(guī)范容許的范圍內(nèi)，控制在無害的范圍內(nèi)。實際工程中混凝土的裂縫是混凝土施工質(zhì)量的一個主要問題，在設(shè)計中應(yīng)進行裂縫計算，控制裂縫寬度，采取合理的構(gòu)造措施，減少溫度應(yīng)力；同時施工過程中應(yīng)該有針對性地采取相應(yīng)的預防措施，盡可能地控制裂縫及裂縫的開展，使混凝土結(jié)構(gòu)盡量不出現(xiàn)肉眼看見的裂縫，控制混凝土裂縫開展，只要裂縫寬度不超過規(guī)范要求，就認為滿足正常使用要求，也就滿足混凝土的耐久性要求，采取各種有效措施，避免超過規(guī)范要求的裂縫出現(xiàn)。

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作者簡介：付博倫（1998-），男，碩士研究生。研究方向為混凝土結(jié)構(gòu)。