混凝土材料裂缝的成因和控制

论文摘要

现在工程中砼裂缝问题是个普遍存在、但是又不够被重视的问题，本论文从设计、材料、施工现场养护及其他方面对混砼常见的一些裂缝的成因进行了分析。从控制的角度来避免混凝土裂缝的产生，如还是产生裂缝则需采用适当方式来修补开裂的混凝土，以下论文为参考相关文献和本人从事工程经验提出相应的裂缝产生的原因、控制及处理方法。

关键词：混凝土，裂缝，成因，控制，处理方法。

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目录

一、概述 (1)

（一）混凝土裂缝的定义 (1)

二、混凝土裂缝的成因 (1)

（一）设计原因 (1)

（二）材料原因 (1)

（三）配合比原因 (1)

（四）施工及现场养护原因 (1)

（五）其他原因（温度、湿度、环境等） (2)

三、裂缝的控制措施 (2)

（一）减轻温度应力 (2)

（二）改善约束条件 (2)

（三）拆模时机适当、注意养护 (2)

（四）适当加筋 (3)

（五）适当外加剂 (3)

（六）混凝土的早期养护 (4)

(七) 环境影响 (4)

四、混凝土裂缝的处理 (4)

（一）表面修补法 (4)

（二）灌浆、嵌缝封堵法 (4)

（三）结构加固法 (5)

（四）混凝土置换法 (5)

五、案例分析 (5)

（一）案例概述 (5)

（二）裂缝的表现形式 (5)

（三）产生裂缝的原因和危害 (5)

（四）处理措施 (6)

（五）以后施工过程中裂缝的防治措施 (6)

六、结论 (6)

（一）混凝土裂缝产生的主要原因 (6)

（二）混凝土裂缝主要控制措施 (7)

（三）混凝土裂缝主要处理措施 (7)

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混凝土材料裂缝的成因和控制

一、概述

（一）混凝土裂缝定义

混凝土结构工程的裂缝，是一个技术难点，他的定义就是由于混凝土的收缩或温度变形等原因引起裂缝的或是由荷载引起的受力裂缝。对于裂缝应需从设计、材料、配合比、施工、环境、养护等方面采取措施加以控制。

二、混凝土裂缝的成因

（一）设计原因

1、设计中构造钢筋配置过少或过大、过多等引起构件裂缝。

2、设计中采用的混凝土等级过高，造成用灰量过大，对收缩不利。

（二）材料原因

1、混凝土是一种脆性材料,抗拉强度比抗压强度小的多,由于原材料不均匀,水灰比不稳定,及运输和浇筑过程中的离析现象,在同一块混凝土中其抗拉强度又是不均匀的,存在着许多抗拉能力很低、易于出现裂缝的薄弱部位。

2、水泥品种对混凝土的收缩影响较大，对纯熟料水泥，水泥净浆收缩主要取决于C3A、SO

3、石膏的含量及水泥细度等， C3A 含量大，细度较细的水泥收缩较大；石膏的含水量不足的水泥，具有较大的收缩；水泥中SO3 的含量对混凝土收缩也具有显着的影响。

在工程中，要根据混凝土工程特点或所处环境条件，应优先选用哪种水泥，从而尽可能避免裂缝的产生。

3、骨料也是影响混凝土干缩的主要因素之一。粗骨料体积含量越大，混凝土收缩越小，就商品混凝土而言，在保证混凝土性能的情况下，增加粗骨料的含量，选用连续级配好，针片状颗粒含量不宜大于10％，含泥量少的骨料，可以减小混凝土收缩，预防混凝土裂缝的产生。

细骨料应质地坚硬、清洁、级配良好，并采取脱水、排水、遮盖和加强管理等综合措施，保证含水率稳定，人工砂饱和面干的含水率不已超过6 ％。（三）配合比原因

在商品混凝土原材料一定的情况下，配合比对混凝土收缩裂缝产生有重要影响，主要是单位水泥用量，水灰比，砂率等。以我们现在使用的最常见商品混凝土为例，水灰比宜为0.4~0.6，砂率宜为 3 8 ％~ 4 5 ％，最小水泥用量宜为300kg/m3。因此，不良原配合比会产生混凝土收缩加大，引起开裂。（四）施工及现场养护原因

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1、现场浇捣砼时，振捣或插入不当，漏振、过振或振捣棒抽撤过快，均会影响混凝土的密实性和均匀性，导致裂缝的产生。

2、拌和不均匀（特别是掺用掺合料的混凝土），搅拌时间不足或过长，拌和后到浇筑时间间隔过长，易产生裂缝。

3、连续浇筑时间过长，接茬处理不当，易产生裂缝。

4、高空浇注混凝土，风速过大、烈日暴晒，混凝土收缩值大。

5、对大体积混凝土工程，缺少两次抹面，易产生表面收缩裂缝。

6、大体积混凝土浇注，对水化计算不准、现场混凝土降温及保温工作不到位，引起混凝土内部温度过高或内外温差过大，混凝土产生温度裂缝。

7、现场养护措施不到位，混凝土早期脱水，引起收缩裂缝。

8、现场模板拆除不当，引起拆模裂缝或拆模过早。

9、现场预应力张拉不当(超张、偏心)，引起混凝土张拉裂缝。

（五）其他原因(温度、湿度、环境等)

1、温度因素：混凝土硬化期间内部温度会上升,在表面引起拉应力。后期在降温过程中,由于受到基础或老混凝土的约束,又会在混凝土内部出现拉应力。气温的降低也会在混凝土表面引起很大的拉应力。当这些拉应力超出混凝土的抗啦能力时,即会出现裂缝。

2、湿度因素：许多混凝土的内部湿度变化很小或较慢,但表面湿度可能变化较大或剧烈。如养护不周、时干时湿,表面干缩形变受到内部混凝土的约束,也往往导致裂缝。

3、环境因素：在标准养护条件下，砼硬化正常，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，现场砼养护越接近标准条件，砼开裂可能性就越小。

三、裂缝的控制措施

（一）减轻温度应力

为了防止裂缝,减轻温度应力可以从控制温度和改善约束条件方面着手。一是控制温度。措施如下:采用改善骨料级配,用干硬性混凝土、掺混合料、加引气剂或塑化剂等措施,以减少混凝土中的水泥用量;拌合混凝土时加水或用水将碎石冷却,以降低混凝土的浇筑温度;热天浇筑混凝土时减少浇筑厚度,利用浇筑层面散热;在混凝土中埋设水管,通入冷水降温;规定合理的拆模时间,气温骤降时进行表面保温,以免混凝土表面发生急剧的温度梯度;施工中长期暴露的混凝土浇筑块表面或薄壁结构,在寒冷季节采取保温措施。

（二）改善约束条件

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合理地分缝、分块;避免基础过大起伏;合理地安排施工工序,避免过大的高差和侧面长期暴露;此外,改善混凝土的性能,提高抗裂能力,加强养护,防止表面干缩,特别是保证混凝土的质量十分重要,应特别注意避免产生贯穿裂缝,出现后要恢复其结构的整体性是十分困难的,因此施工中应以预防贯穿性裂缝的发生为主。

（三）拆模时机适当,注意防护

在混凝土的施工中,为了增加模板的周转率减少模板使用周期,往往要求尽早拆模。当混凝土温度高于气温时应适当考虑拆模时间,以免引起混凝土表面的早期裂缝。新浇筑早期拆模,在表面引起很大的拉应力,出现“温度冲击”现象。在混凝土浇筑初期,由于水化热的散发,表面引起相当大的拉应力,此时表面温度亦较气温为高,此时拆除模板,表面温度骤降,必然引起温度梯度,从而在表面附加一拉应力,与水化热应力叠加,再加上混凝土干缩,表面的拉应力达到很大的数值,就有导致裂缝的危险。

（四）适当加筋

1、加筋对大体积混凝土的温度应力影响很小,因为大体积混凝土的含筋率极低,只是对一般钢筋混凝土有影响。在温度不太高及应力低于屈服极限的条件下,钢的各项性能是稳定的,而与应力状态、时间及温度无关。钢的线胀系数与混凝土线胀系数相差很小,在温度变化时两者间只发生很小的内应力。由于钢的弹性模量为混凝土弹性模量的7~15倍,当内混凝土应力达到抗拉强度而开裂时,钢筋的应力将不超过100~200 kg/cm2。因此,在混凝土中要想利用钢筋来防止细小裂缝的出现很困难。但加筋后结构内的裂缝一般就变得数目多、间距小、宽度与深度较小,而且如果钢筋的直径细而间距密时,对提高混凝土抗裂性的效果较好。混凝土和钢筋混凝土结构的表面常常会发生细而浅的裂缝,其中大多数属于干缩裂缝。虽然这种裂缝一般都较浅,但其对结构的强度和耐久性仍有一定的影响。

（五）使用外加剂

1、为保证混凝土工程质量,防止开裂,提高混凝土的耐久性,正确使用外加剂也是减少开裂的措施之一。

2、主要作用:

①混凝土中存在大量毛细孔道,水蒸发后毛细管中产生毛细管张力,使混凝土干缩变形。增大毛细孔径,可降低毛细管表面张力,但会使混凝土强度降低。这个表面张力理论早在20世纪60年代就已被国际上所确认。

②水灰比是影响混凝土收缩的重要因素,使用减水防裂剂可使混凝土用水

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量减少25%。

③水泥用量也是混凝土收缩率的重要因素,掺加减水防裂剂的混凝土在保持混凝土强度的条件下可减少15%的水泥用量,其体积用增加骨料用量来补充

④是减水防裂剂可以改善水泥浆的稠度,减少混凝土泌水,减少沉缩变形

⑤是提高水泥浆与骨料的粘结力,提高混凝土抗裂性能。

⑥是混凝土在收缩时受到约束产生拉应力,当拉应力大于混凝土抗拉强度时裂缝就会产生。减水防裂剂可有效提高混凝土抗拉强度,大幅提高混凝土的抗裂性能。

⑦是掺加外加剂可使混凝土密实性好,可有效地提高混凝土的抗碳化性,减少碳化收缩。

⑧是掺减水防裂剂后混凝土缓凝时间适当,在有效防止水泥迅速水化放热基础上,避免因水泥长期不凝而带来的塑性收缩增加。

⑨是掺外加剂混凝土和易性好,表面易摸平,形成微膜,减少水分蒸发,减少干燥收缩。许多外加剂都有缓凝、增加和易性、改善塑性的功能,在工程实践中应多进行这方面的试验,比单纯地靠改善外部条件,会更加简捷、经济。

（六）混凝土的早期养护

1、主要目的在于保持适宜的温湿条件,以达到如下效果

①使混凝土免受不利温、湿度变形的侵袭,防止有害的冷缩和干缩;实践证明,混凝土常见的裂缝,大多数是不同深度的表面裂缝,其主要原因是温度梯度造成寒冷地区的温度骤降也容易形成裂缝。混凝土的保温对防止表面早期裂缝尤其重要。从温度应力观点出发,保温应达到下述要求:防止混凝土内外温度差及混凝土表面梯度,防止表面裂缝;防止混凝土超冷,应该设法使混凝土的施工期最低温度不低于混凝土使用期的稳定温度;防止老混凝土过冷,以减少新老混凝土间的约束。

②使水泥水化作用顺利进行,以期达到设计的强度和抗裂能力。适宜的温湿度条件是相互关联的,混凝土的保温措施常常也有保湿的效果。新浇混凝土中所含水分完全可以满足水泥水化的要求。但由于蒸发等原因常引起水分损失,从而推迟或防碍水泥的水化,表面混凝土最容易而且直接受到这种不利的影响。因此,混凝土浇筑后的最初几天是养护的关键时期,在施工中应切实重视该时期的养护。

（七）环境影响

注意施工的季节，环境的温湿度及气象变化对混凝土变形性能的影响，严

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格控制现场坍落度、防风、及时和气象站保持紧密联系，应当尽可能在较低的温度环境中开始浇灌混凝土，中间特别注意急剧降温、急剧干燥对混凝土的不利影响。注意暴雨中不能浇灌混凝土。

四、混凝土裂缝的处理

前面已列举了裂缝的成因、控制，但如果还是出现裂缝，那么必须采取事后的修补处理，常见的有以下几种：

（一）表面修补法

表面修补法是一种简单、常见的修补方法，它主要适用于稳定和对结构承载能力没有影响的表面裂缝以及深进裂缝的处理。通常的处理措施是在裂缝的表面涂抹水泥浆、环氧胶泥或在混凝土表面涂刷油漆、沥青等防腐材料，在防护的同时为了防止混凝土受各种作用的影响继续开裂，通常可以采用在裂缝的表面粘贴玻璃纤维布等措施。

（二）灌浆、嵌缝封堵法

灌浆法主要适用于对结构整体性有影响或有防渗要求的混凝土裂缝的修补，它是利用压力设备将胶结材料压入混凝土的裂缝中，胶结材料硬化后与混凝土形成一个整体，从而起到封堵加固的目的。常用的胶结材料有水泥浆、环氧树脂、甲基丙烯酸酯、聚氨酯等化学材料。

嵌缝法是裂缝封堵中最常用的一种方法，它通常是沿裂缝凿槽，在槽中嵌填塑性或刚性止水材料，以达到封闭裂缝的目的。

常用的塑性材料有聚氯乙烯胶泥、塑料油膏、丁基橡胶等等；常用的刚性止水材料为聚合物水泥砂浆。

（三）结构加固法

当裂缝影响到混凝土结构的性能时，就要考虑采取加固法对混凝土结构进行处理。结构加固中常用的主要有以下几种方法：加大混凝土结构的截面面积，在构件的角部外包型钢、采用预应力法加固、粘贴钢板加固、增设支点加固以及喷射混凝土补强加固。

（四）混凝土置换法

混凝土置换法是处理混凝土严重损坏的一种有效方法，此方法是先将损坏的混凝土剔除，然后再置换新的混凝土或其他材料。

常用的置换材料有：普通混凝土或水泥砂浆、聚合物或改性聚合物混凝土或砂浆。

五、案例分析

（一）、案例概况

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金茂阳光花园位于淮南市四药厂、六药厂北侧，原五交化公司陈家岗仓库位置，由淮南市金茂房地产开发公司开发的，淮南市第五建筑公司承建的住宅小区。该小区一期工程拟建九棟住宅楼，而其中的楼便在一期工程之列。

2#楼为六层砖混结构，在砌砖基础前用商品混凝土做300mm厚垫层，其中商品混凝土的配比及相关参数如下：

该商品混凝土强度等级为C15，塌落度为110-130mm，水泥强度等级为425#,细骨料的细度模数为2.5,粗骨料最大粒径为31.5mm,,减水剂掺量为1.6%,掺平电ì级粉煤灰.混凝土的配合比为: 水泥:细骨料:水:掺合料:外掺剂=257:739:1156:180:64:4.0(单位每m3)。

混凝土浇筑完毕后，又按照要求对其进行了规定时间的养护。但是，在垫层的某些部位还是出现了不少一定程度的裂缝。

（二）、裂缝的表现形式

经现场检查发现，裂缝大部分属表面裂缝，长短不等，尺寸在20mm -400mm 之间，多出现在拐角等部位，形状没有任何规律。

（三）、产生裂缝的原因及危害

任何混凝土结构出现裂缝，不仅有损外观，而且影响整体性，降低刚度，使建筑物达不到设计的使用耐久年限。而多数裂缝是在施工期间未达到设计强度的早期出现的。本工程裂缝产生的原因有如下几点：

1、在混凝土施工过程中，为保证混凝土浇捣的和易性，混凝土中加入的水分往往比水泥水化作用需要的水分要多4-5倍。这部分游离水蒸发后，在混凝土内部留下许多毛细孔，因此，混凝土会产生体积收缩，一般称为游离水蒸发收缩。如潮湿条件下养护的混凝土，其收缩值比干燥条件下养护的混凝土收缩值减少6%-8%。

2、由于混凝土在塑性状态时，刚开始终凝，如遇到炎热，阳光直射，刮大风，使混凝土表面水分蒸发太快，混凝土表面产生急剧的体积收缩，此时混凝土尚未有强度，而使混凝土表面出现龟裂，而水分蒸发速度取决于混凝土表面的空气温度、风速、相对湿度和混凝土自身的表面温度。

3、结构落在未经处理的回填土或松软地基上，混凝土浇注后，因地基浸水起不均匀沉降而导致裂缝。

4、混凝土具有热胀冷缩性质，当外部环境或结构内部温度发生变化，混凝土将发生变形，若变形遭到约束，则在结构内部将产生应力，当应力超过混凝土抗拉强度时即产生温度裂缝。

（四）、处理措施

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金茂阳关花园项目部接到工程质量监督意见通知书后，立即组织监理、设计、施工相关技术人员进行了现场相关技术勘察，做出处理方案如下：基础混凝土垫层存在部分严重收缩缝，经勘察为表面收缩裂缝。对于基础混凝土垫层存在部分收缩裂缝问题，采用人工沿裂缝每边各50mm凿除，用水冲洗干净后，用C20细石混凝土重新浇筑，待终凝后浇水养护。完毕后使聚合砂浆保持一定时间的湿润状态，初凝后养护7天以上。

实践结果证明，对于混凝土垫层，该加固处理方法能取得良好的效果。（五）、以后施工过程中裂缝的防治措施

为防止混凝土施工过程裂缝的产生，采取以下防治措施；

1、混凝土收缩值的大小和水泥品种、用量、拌和用水量、骨料规格、振捣密实性和养护好坏有关，应严格控制混凝土配合比、水灰比和砂率。

2、为保证混凝土工程质量，防止开裂，提高混凝土的耐久性，正确使用外加剂也是减少开裂的措施之一，可掺加高效减水剂来增加混凝土的坍落度和和易性。

3、在炎热环境中降低混凝土表面温度，如用冷水拌合、覆盖模板及底板、避开一日中最热时间施工等。

4、合理的安排施工工序。混凝土浇筑后要及时覆盖，终凝后尽早进行养护，应遮挡太阳直射或洒湿周围场地等。如遇风季，需设置挡风设施，适当延长养护时间。

5、在浇筑混凝土时，如确实需要，必须经务实处理后再作预制场地，还要保证模板有足够的强度和刚度，支撑牢固，并使地基受力均匀，防止混凝土浇筑过程中模板和地基被水浸泡。

六、结论

（一）混凝土裂缝产生的主要原因：

设计方面存在断面突变、施加预应力不当、钢筋配置过少或过粗、未充分考虑混凝土构件的收缩变形、混凝土等级过高、菏载收缩的原因。

材料选择方面存在粗细集料含泥量过大、骨料粒径太细、混凝土外加剂和掺和料选择不当、水泥品种原因、水泥等级及混凝土强度等级的原因。

混凝土配合比设计方面存在水泥等级或品种选用不当、水灰比过大、水泥用量越大和用水量越高、砂率和水灰比选择不当、混凝土膨胀剂掺量选择不当。

（二）混凝土裂缝的主要控制措施：

1、设计方面从设计中的抗与放相结合，避免结构断面突变带来应力集中、

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采用补偿收缩混凝土技术、重视构造钢筋等控制措施。

2、材料选择从选择合适的混凝土强度等级及水泥品种、等级和级配优良的砂、石原材料，积极采用掺合料和混凝土外加剂等控制措施。

3、混凝土配合比设计从干缩率、坍落度、用水量、水泥用量、水胶比、砂率的配制，采用引气剂或引气减水剂等控制措施。

4、施工方面从模板的安装及拆除，混凝土的制备、运输、浇筑和养护等进行控制。

5、管理方面应当确定科学的控制裂缝标准，合理的选择施工进度。并且在环境方面应注意施工的季节，环境的温湿度，严格控制现场坍落度、防风、及时和气象站保持紧密联系。

（三）混凝土裂缝的主要处理措施：

1、表面处理法：通常可以采用在裂缝的表面粘贴玻璃纤维布等措施来事后补救。

2、灌浆、嵌缝封堵法：通常是沿裂缝凿槽，在槽中嵌填塑性或刚性止水材料，以达到封闭裂缝的目的。

3、结构加固法：通常采用加大混凝土结构的截面面积，在构件的角部外包型钢、采用预应力法加固、粘贴钢板加固、增设支点加固以及喷射混凝土补强等方式达到加固的目的。

4、混凝土置换法：对于严重开裂的混凝土采用置换法是一种比较有效的方法，此方法是先将损坏的混凝土剔除，然后再置换新的混凝土或其他材料。

参考文献

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