混凝土裂缝的成因和预防

混凝土裂缝的成因和预防

邹钱铁

中国华西企业西安分公司陕西西安市710016

摘要：混凝土由于具有很多优点在现代建筑行业中使用非常广泛，但是砼本身有许多缺点，其中砼裂缝问题尤为突出。本文详细阐述了砼裂缝产生的原因以及裂缝的预防措施。

关键词：混凝土；裂缝；成因；预防

混凝土由于其具有原材料丰富、成本低、良好的可塑性、可模型好、抗压强度高、耐久性好、防水性、可以与钢筋协同工作的特点，混凝土在工程建设中的应用非常的广泛。但是砼也有相应的缺点：自重大，脆性材料，抗拉强度低，易开裂。当混凝土受到的拉力大于砼的抗拉强度的时候，砼就会产生裂缝。混凝土的裂缝是土木工程中非常普遍存在的问题，当混凝土产生裂缝后就会对混凝土产生不良的影响。

一、对混凝土裂缝的认识以及分类

混凝土的裂缝不可避免，混凝土的微观裂缝是本身物理性质决定的，但混凝土的裂缝有害程度的标准是根据使用条件决定的，有害程度是可以控制的。有些裂缝不断发展加强混凝土的碳化、保护层剥落、钢筋锈蚀、渗水、漏水等使混凝土的强度和刚度受到影响，抗渗性、耐久性降低，危及结构的正常使用，必须加以控制。目前各国对裂缝的规定不完全一致，但大致相同。如从结构耐久性要求、承载力要求及正常使用要求，最严格的允许裂缝宽度为0.1mm，近年来，许多国家已根据大量试验与泵送混凝土的经验将其放宽到0.2mm。当结构所处的环境正常，保护层厚度满足设计要求，无侵蚀介质，钢筋混凝土裂缝宽度可放宽至0.4mm；在湿气及土中为0.3mm；在海水及干湿交替中为0.15mm。沿钢筋的顺筋裂缝有害程度高，必须处理。近年来预应力混凝土应用范围逐渐推广到更多的结构领域，其混凝土强度等级必须提高至C50。在采用泵送条件下，其收缩与水化热大大增加，约束应力裂缝很难避免，张拉前开裂，张拉后又不闭合，裂缝控制的难度更加困难。预应力结构裂缝允许宽度是严格的，预应力筋腐蚀属“应力腐蚀”并有可能脆性断裂，预兆性较小，裂缝扩展速度快。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。

钢筋混凝土结构裂缝就其裂缝深度h与结构厚度H的关系可以分为：表面裂缝h≤0.1H，浅层裂缝0.1H＜h＜0.5H，纵深裂缝0.5H≤h＜1.0H，贯穿裂缝h=H。根据裂缝表面形状可分为：网状裂缝、爆裂裂缝、不规则裂缝、纵向裂缝、横向裂缝、斜裂缝等；按照裂缝发展情况分为：稳定裂缝和不稳定裂缝、能闭合裂缝和不能闭合裂缝。按裂缝尺寸大小分为：微观裂缝和宏观裂缝，微观裂缝是混凝土内部的固有的一种裂缝，它是不连贯的，一般存在于混凝土结构内部，尺寸较小裂缝宽度通常情况下不大于0.5mm，可存在于混凝土内部，也可以存在于混凝土表面。按裂缝形成的时间可分为：施工期间形成的裂缝和使用期间形成的裂缝。按其影响因素可以分为：设计因素裂缝、材料因素裂缝、施工因素裂缝、使用因素裂缝、温度因素裂缝、不均匀变形因素裂缝、钢筋锈蚀裂缝等几大类。

二、混凝土裂缝的危害

混凝土结构是多组分符合材料，在各种条件和各种材料变形不一致的情况下，微观裂缝的产生几乎是不可避免的，这种细微裂缝如果不扩展或在一定范围内扩展的话，它对一般的工程来说是没有危害的，有害与无害的界限由结构使用功能决定。对钢筋混凝土，特别是有充分构造配筋的钢筋混凝土出现一定程度的裂缝，不会迅速导致破坏，只是限制裂缝宽度的问题，让其达不到有害程度。但实际使用过程中，钢筋混凝土结构在荷载作用下或是进一步温差和干缩的情况下，细微裂缝会开始开展并相互贯通，从而发展成较大裂缝，对结构造成极大的影响，形成危害。混凝土裂缝常见危害有：

（一）影响结构的承载能力；

（二）影响结构的正常使用，比如漏水，破坏装修层等；

（三）降低结构刚度，影响建筑物的整体性；

（四）影响钢筋混凝土结构的耐久性能和使用寿命，如加深碳化深度，引起钢筋锈蚀；

（五）影响建筑物的美观；

（六）最坏影响可能使结构或构件彻底报废、造成工程返工、材料浪费、延迟工期以及较大的经济损失。

三、混凝土裂缝的原因

要解决和减弱混凝土裂缝问题，必须从裂缝形成原因入手，裂缝的形式很多，正确判断和分析裂缝成因是采取有效措施控制裂缝形成和发展以及对建筑物造成危害的基础。

质量的形成过程有两部分组成：质量的设计和质量的实施。现在我们从混凝土的特性，质量的设计和实施，后期使用及施工管理五个方面来分析混凝土裂缝的形成原因。

（一）混凝土收缩特性形成的裂缝

从微观上看，混凝土是由水泥、砂、石、空气、水组成的多相结合体，由于混凝土的组成材料、微观构造以及所受影响的不同，混凝土裂缝产生的原因也有很多种：

1．混凝土塑性收缩形成的裂缝，由于混凝土在终凝前没有强度，表面失水快，造成毛细管中产生较大的负压力而使混凝土体积急剧收缩，此时混凝土强度低，而产生裂缝。

2．干缩裂缝是不可逆的，主要由于水泥砂浆中水分蒸发程度不同而导致水泥砂浆变形不同的结果。

3．混凝土温度变化引起的裂缝，混凝土浇筑后温度变化不一致而产生裂。（二）、设计方面因素形成的裂缝

1.设计计算模型选择不合理，计算时钢筋配置不当容易导致裂缝。由于简化计算处理不当，在构件受到约束处没有配置钢筋或配置钢筋过少，而导致构件受力后在受力处产生裂缝。

2.结构设计中出现较大应力集中现象的构造，例如截面突变，开槽、开洞等地方出现裂缝。

3.钢筋配置在满足计算配筋的时候要没有考虑到构造配筋的要求而产生裂缝。此种裂缝在板上常见。

4.结构设计中在考虑结构构件间的约束和被约束关系时，一味的追求柔性或刚性，构件所受的约束越强，产生足够变形的余地就越小，就越容易开裂。应该灵活运用达到柔性和刚性并重；

5.设计时对使用环境情况考虑不全导致裂缝出现。对酸、碱、盐腐蚀性介质对结构产生影响，考虑不全，极易导致钢筋混凝土产生裂缝。

6.结构设计时只是考虑地基的承载力而忽视基础的变形，因地基不均匀沉降而引起上部结构产生裂缝。

7.设计中未考虑现场实际施工情况而引起裂缝。如楼板中管子多，形成薄弱环节而出现裂缝，钢筋过密砼难以浇筑而出现裂缝。

8.混凝土配合比设计设计不当引起的裂缝。

9.施工方案设计中，对质量风险的识别不到位，特别是大体积混凝土施工方案未考虑到各种影响因素和采取正确的计算方法而导致裂缝的出现。

（三）实施方面的原因

1．材料方面的原因

（1）混凝土原材料：水、砂、石、水泥、掺合料、外加剂等原材料选用不符合规范要求，从而引起混凝土出现裂缝。如砂子含泥量过大引起裂缝。

（2）骨料颗粒级配不当或采用不恰当的间断级配，使混凝土的收缩增到，从而引起混凝土出现裂缝。

2．施工方面的原因

（1）混凝土搅拌的原因引起的裂缝。如混凝土搅拌时的投料顺序不对，搅拌时间不够，混凝土没有混合均匀而成为不合格的混凝土，而形成裂缝。

（2）混凝土搅拌好后到浇筑时的等待时间过长引起砼可操作性降低，导致砼出现裂缝。

（3）混凝土浇筑工艺不符合要求引起裂缝。如没有按照设计要求和有关规范进行施工，浇筑振捣不密实引起裂缝。

（4）施工现场保护措施不到位引起的裂缝。如混凝浇筑过程中钢筋被踩踏后使板负弯矩钢筋下沉，导致混凝土保护层过大；混凝土早期脱水引起收缩裂缝，混凝土浇筑后环境温差过大是混凝土产生温度裂缝，冬季升温措施不到位引起冻胀裂缝；混凝土没有达到一定的强度就上人施工和堆放较大的荷载引起裂缝；养护不符合要求等。

（5）现场模板拆除不当引起的裂缝。如模板拆除时间过早等引起的裂缝。

（四）后期使用方面的原因

1．使用荷载超过结构设计导致砼出现裂缝。

2．使用过程中结构形式或受力状态发生改变。如随意拆除承重墙或打洞等致使钢筋混凝土结构产生裂缝；

3．周围环境因素的改变，如酸、碱、盐对结构的侵蚀引起的裂缝。

4．偶然因素如地震、火灾、爆炸引起的裂缝。

（五）管理的原因

1．组织的原因：组织不合理，责任不明确，落实不到位。

2．人的因素：如施工管理人员和实际操作工人的专业技术能力不足，责任心不强。

3．方法的因素：即技术的因素

4．机械的原因：计量不准导致混凝土配料没有按照配合比进行。

5．环境的因素：自然环境和社会环境。

四、混凝土裂缝的预防措施

（一）混凝土特性引起的裂缝预防措施主要通过设计、施工的具体措施来减弱和消除。

（二）设计方面的控制措施

1.采用正确的理论计算模型，使计算结果和实际情况接近。要进行正确的荷载计算，选择合适的结构构件断面，钢筋排列既要满足构件产生抗力的需要又要便于施工，在满足受力和施工的情况下，可以配置细密钢筋。

2.结构设计中要尽量避免出现较大应力集中现象的构造，例如截面突变，刻槽、开洞等，若因建筑结构或者其他方面原因必须做时，应充分考虑采取措施予以加强。

3.在满足计算的前提下要考虑到构造的要求，比如在现浇混凝土板中：支座上部的钢筋不应在跨中全部切断，跨中上部的贯通钢筋不应小于相应制作钢筋面积的30%；位于板角的地方，往往是各种应力互相叠加的区域，应予以加强，上部角部加附加钢筋，建议在设计中对此类部位除图纸配筋外，还应增加45度斜向钢筋予以补强。板钢筋应相对细一点、密一点，采用连续式配筋，以抵抗结构产生的收缩应力。混凝土板的强度不要过大，以不超过C30为宜。

4.设计中处理好柔性和刚性的关系。结构中所有的构件都是约束和别约束的关系，构件所受的约束越强，产生足够变形余地就越小，就越容易开裂。所以应重视结构中相连构件的约束关系，不能一味追求柔性或刚性，应灵活运用，达到柔性和刚性并重。

5.设计中应充分考虑到使用环境的影响，酸、碱、盐等腐蚀性介质对结构产生影响，根据不同的环境采取相应的措施减弱环境的影响。

6.结构设计中要同时充分考虑地基的承载能力和变形情况，要采用合理的基础构造形式，调整基础各部位的刚度。要根据工程实际情况，采用“放”、“抗”、“调”的形式进行基础设计，避免应基础的不均匀沉降引起上部结构产生裂缝。

7.结构设计的时候要考虑到现场实际的操作情况，根据情况进行处理。比如梁柱节点的地方，钢筋容易非常密集，钢筋间缺少足够的混凝土包裹而沿着钢筋混凝土发生开裂，在设计计算配置钢筋的时候要满足钢筋最小间距；在安装管子过多的板容易开裂的地方，设计的时候应适当加厚楼板厚度，或设计要求在管子上面加铺设一层抗裂钢丝网。

8.对于混凝土配合比的设计要全盘考虑多用骨料，少用粉料，以减少裂缝产生；严格控制掺合料的参量：混凝土参合量的比例要适中，以保证混凝土的早期强度，提高混凝土的抗拉性能；严格控制水灰比例，在满足混凝土强度和和易性的情况下，尽可能减少混凝土的水灰比，减小塌落度；尽量减少收缩量大，需水量多的水泥使用，建议采用需水量小，与混凝土外加剂适应性好的水泥；优先采用连续级配的粗骨料配置混凝土，因为此级配的混凝土具有较好的和易性、较少的用水量以及较高的混凝土强度；采用级配良好的中砂，以减少水泥用量，减少裂缝；大体积的混凝土要采用水化热小的水泥。

9.制定良好的施工方案是混凝土浇筑质量保证的前提，在施工方案中要考虑到各种影响混凝土质量实现的各种风险因素。混凝土的搅拌要按照规范要求进行。混凝土浇筑的时候主要应确定一定的浇筑量，浇筑顺序，施工缝间距、位置及构造、浇筑时间、运输及振捣养护以及模板拆除时间等。一层浇筑长度以及分层情况由混凝土的凝结时间确定，施工缝的具体位置最好是设置在变截面处或承受剪力较小的部位。

（三）实施方面的控制措施

1.原材料方面的控制措施

（1）建筑材料的质量直接关系到混凝土的质量，对进场材料一定要严把质量关。在选择水泥、砂子、石子、外加剂、参合料的时候，应根据结构的要求选择符合规范要求的材料，材料到场后要按照规范要求取样送检，合格后才可以使用。骨料中含泥量越大，混凝土的收缩就越大，因为泥弱化了骨料与水泥之间的粘结强度，也降低了混泥土的抗裂强度。骨料不要选用碱性骨料，避免碱骨料反应。

（2）优先选用连续级配的骨料配置混凝土，因为此级配的混凝土具有较好的和易性、较少的用水量以及较高的抗压强度，根据情况选用合适的骨料粒径，石子采用5mm-25mm的石子，每立方米混凝土可以减少用水量15kg左右，在相同水灰比的情况下，水泥的用量可减少20kg左右。骨料中的针片状颗粒对混凝土的质量有有较大影响，其含量不应超过15%。细骨料中也要以粗、中砂为宜，细度模数应在2.5-3.2之间。

2.施工方面的控制措施

（1）混凝土原材料堆场要干净，分类堆放，要有防雨措施；混凝土搅拌要选择合适的搅拌机械；搅拌机的计量仪器要准确；混凝土搅拌时要按照规范的投料顺序进行投料，并按照规定的搅拌时间进行搅拌，这样搅拌出来的混凝土的质量才能满足要去。

（2）混凝土从搅拌机出来后其运输时间受到混凝土温度高低限制，应采取措施减少混凝土的运输时间，混凝土从卸料到输送泵泵送完毕的时间不得超过1.5h。

（3）混凝土的浇筑要满足施工工艺的要求。混凝土浇筑前要将基层清理干净，并用水润湿模板。混凝土自由倾落高度不宜超过2米，否则用串桶、谢槽、溜管下落。混凝土每层浇筑厚度按下列规定：用插入式振动棒时，为振动器部分的1.25倍；用表面振动器为200mm。振捣的质量对混凝土的浇筑质量的影响相当的大，要采用正确的振捣方法：插入式振捣棒应与混凝土表面垂直或成45-60度倾向振捣，插入点应均匀排列，可以行列式或交错式移动；每层移动距离不大于振捣棒作用半径的1.5倍，且操作时应快插慢拔，并插入下层尚未凝结的混凝土中50cm，以促进上下结合形成整体。振捣棒在每一点振捣时间约20-30s，以混凝土表面呈现水平并出现浮浆和不再有气泡、不再沉落为度，禁止振捣棒触及钢筋、模板、预埋件等。对钢筋密集处要采用细石混凝土适当增大混凝土的塌落度，采用片式或针式振捣器配合人工振捣。对于墩、柱、墙与梁板等一起浇筑的结构：应在其浇筑后停歇1-1.5h后，再浇筑梁板或突出部分的混凝土，避免水平与垂直构件交接处产生裂缝。对于浇筑竖向结构或大体积结构时，底部应先填以5-10cm厚与所用混凝土成分相同的水泥砂浆，以免形成隔离层。混凝土应尽可能的连续浇筑，必须间歇的时间应尽量缩短，不超过2小时，在前层混凝土凝结前必须将此层混凝土浇筑完成；如若必须留置施工缝，必须按照要求留设，同时要严格按照施工缝的处理办法，在混凝土达到一定强度后，将接缝处松动的石子清理干净，清除浮浆，用水润湿，铺一层与混凝土成分相同的水泥砂浆一层，才能浇筑混凝土。

（4）施工现场混凝土浇筑时要采取适当的保护措。对于板上部没有贯通的负弯矩钢筋，垫设马凳要绑扎牢固，浇筑混凝土时要架设马道，防止钢筋被踩踏，同时派专人跟上，发现钢筋被破坏后立即处理恢复。混凝土没有达到一定的强度就上人施工和堆放较大的荷载引起裂缝等。混凝土浇筑后发现面层开裂，要及时二次收光，混凝土达到一定强度后要及时养护，保持混凝土表面的湿润状态，养护时间要满足要求。大体积混凝土要控制内外温差不大于25度，应根据情况采用低水化热的水泥，和内部降温措施或者外部保温措施；冬季施工要有冬季专项施工方案，保证混凝土不受冻。混凝土浇筑完成后要等到其达到一定的强度后才可以上人施工和堆放材料，否则容易在脚板印处和材料集中堆放的地方形成裂缝；混凝土中大部分水分都要蒸发，如果养护不符合要求，混凝土在达到一定强度前，没有足够的水分，就会形成干裂。

（5）模板拆除要等混凝土达到一定的强度后才可以拆除，对于不同的构件的规定要满足表1的要求；侧面模板要保证不缺棱掉角即可。混凝土要留设同条件试块，试块强度满足要求后才能在同意后拆除模板。

表1底模及支架拆除时混凝土强度要求

（四）使用方面的控制措施

1．后期的使用，要按照使用要求，不能超过结构设计的最大限值，让结构处于安全的受力范围。

2．在后期的使用中如果需要对结构进行改动，如拆除承重墙，打洞等，需要经过设计院的同意，并根据设计院的处理方案进行施工，且由有资质的施工单位进行施工。

3．结构设计是在一定的环境条件下为前提的。如果使用环境改变，比