浅析混凝土裂缝产生机理及防治措施

浅析混凝土裂缝产生机理及防治措施

钱涛

武汉市汉阳市政建设集团公司湖北武汉430000

摘要：本文以混凝土裂缝的产生原因为基础，运用混凝土裂缝产生机理等相关理论进行阐述、分析，为工程实例提供参考。

关键词：裂缝产生机理；温度裂缝；收缩裂缝；防治措施

前言

目前，中国正处于城市化加速和工业化时期，建筑业将在较长时期内保持快速发展。混凝土作为建筑材料的一种，具备原材料来源广泛、抗压强度较高、耐久性良好、可塑性及浇筑性好等优势，广泛运用于土木、水利、桥梁、隧道工程中。但是，作为影响混凝土结构的适用性、安全性和耐久性的重要因素之一——混凝土裂缝，当裂缝数量和尺寸达到一定程度时，其性能指标都会相应的降低，从而影响混凝土的安全和使用，所以混凝土材料防裂问题需要加强足够的重视。

针对混凝土裂缝的研究，也有不少研究成果：许多科研人员已经对混凝土裂缝分类、产生的机理及成因有了完善系统的总结[1-4]，同时，对于裂缝发展的稳定性及建筑物结构安全影响、查找裂缝的方法、预防及处理裂缝的措施等方面研究较为深入[5-7]。大量工程实践表明，混凝土材料的裂缝主要由温度、干缩及不均沉降所引起的变形引起的，以下将从这几方面对混凝土变形裂缝的产生机理进行探讨，并提出相应的防治措施，提高混凝土施工的质量。

1.混凝土裂缝分类

（1）按裂缝形成形状划分

纵向裂缝、横向裂缝、斜裂缝、网状裂缝以及不规则裂缝等。

（2）按裂缝形成深度划分

表面裂缝、深层裂缝和贯通裂缝。表面裂缝是指混凝土表面形成较浅且细微的裂缝，这类裂缝对结构的承载力影响不大，但影响其外观质量；深层裂缝是指混凝土表层形成深而长的裂缝，并易扩展为贯穿裂缝；贯通裂缝是指裂缝穿透了整个结构断面，结构整体性收到破坏，后两类裂缝严重影响到混凝土结构的安全及使用性能。

（3）按裂缝表现形式划分

静止裂缝、发展中裂缝和活动裂缝，静止裂缝是指对于其尺寸大小、形态和数量的发展趋势保持不变，发展中裂缝是指其形态、尺寸和数量还在发展，活动裂缝是指其形态、尺寸和数量易受到荷载和非荷载因素影响，而始终不能达到稳定状态。

（4）按裂缝形成原因划分

荷载裂缝和变形裂缝，荷载裂缝是指由于混凝土材料的非均质性，在荷载作用下，在某些部位产生大于材料所能承受的拉应力并逐渐有裂缝的产生。直接应力裂缝和次应力裂缝作为两种主要的荷载裂缝形式。同时，由于施加在混凝土的荷载可形成直接和次生应力，在此两种应力作用下所产生的裂缝分别称为直接应力裂缝和次应力裂缝。变形裂缝的种类有自身变形裂缝和结构变形裂缝，变形裂缝是由于温度变化、收缩变形、不均匀沉降等引起的裂缝。

2.混凝土裂缝的产生机理

在实际工程中，变形裂缝是混凝土裂缝中较为常见的一类裂缝，变形裂缝的形成机率相对于荷载裂缝更高，为了更好地采取适宜的预防措施，下文将对温度、干缩、不均匀沉降三种变形裂缝的产生机理进行分析。

2.1温度引起的变形裂缝分析

温度引起的变形裂缝是由于混凝土随着温度的变化而产生的膨胀或收缩，并受到自身或者外部约束，当混凝土的抗拉强度低于其内部产生的温度应力时，便有温度裂缝的形成。水泥的水化热、比热容、导温系数、导热系数等热性能参数，和环境介质的温度可决定混凝土的温度变化情况。作为引起大体积混凝土结构温度改变的重要因素——水泥水化热，由于混凝土材料在凝结硬化过程中，伴随着水化反应所产生的大量水化热量快速提高混凝土内部的温度。由于材料本身较低的导热系数及体积较大，水化热量短时间内无法全部释放，因此混凝土内外温度差异变得较大，形成温度应力和温度变形裂缝。

2.2收缩引起的变形裂缝分析

混凝土的收缩主要由干缩和凝缩两部分组成。凝缩是指混凝土在初凝前，其表面水分蒸发导致内部水分由内向外逐渐转移，形成体积收缩变形，该变形发生在混凝土的塑形阶段，因此称作塑形收缩。在高温度及低湿度的施工条件下，内部向外转移的水分不足以抵抗外界的蒸发，混凝土表面就会因失水干缩形成收缩裂缝。干燥收缩是指水泥水化产生具有大量的微细孔隙的硅酸钙胶体，混凝土内部孔隙水消耗时引起的毛细管引力，毛细孔内由于外部水供给不到位形成负压现象，受压缩的孔隙使混凝土的干燥收缩加重，形成干燥裂缝。

2.3不均匀沉降引起的变形裂缝分析

当地基基础承载力不均匀或混凝土结构在不同部位的荷载悬殊时，就会导致混凝土结构不均匀沉降，从而引起其约束变形，一旦内部拉应力超过允许抗拉应力时，就会形成不均匀沉降裂缝。不均匀沉降裂缝多为深层或贯穿裂缝，呈现宽度大、数量少的形态。

3.混凝土裂缝的预防和治理措施

3.1混凝土裂缝的预防

（1）合理选择混凝土原材料。依据设计要求，尽可能选择高标号水泥，减少水泥用量，选取中热、低热水泥，达到减少干燥收缩和降低水化热效果；按需选择适当减水剂、膨胀剂等外加剂，减少水泥用量和用水量；选择粉煤灰、矿渣等掺合料取代部分水泥用量，从而降低水泥用量，减少水化热。

（2）优化混凝土材料的配合比设计。骨料（粗、细）及砂率的选择要合理；由于混凝土的干燥收缩在相同的水泥用量下正比于水的用量，因此在施工中，混凝土用水量要降低。

（3）控制混凝土入模温度。水泥存放于通风阴凉处；骨料使用前，预先对粗、细骨料进行冷却处理，粗骨料采取高压冷水喷淋，细骨料可选择阴凉处存放，达到降低原材料温度；混凝土浇筑前用冷水冲洗模板和钢筋，尽量选择夜间浇筑，控制混凝土入模温度。

（4）调整混凝土浇筑顺序和减少结构内部的温度。对浇筑面采用分块、分层的方式进行，合理的浇筑方式可预防相对集中、过大的水化热现象，便于散热；通过采取预埋水管通水冷却的措施，达到加速降低混凝土内部温度的效果。

（5）混凝土的养护工作要及时开展。浇筑完混凝土后，采取保温、保湿养护措施。及时采用塑料薄膜覆盖，防止热量散失，并洒水保湿。

3.2混凝土裂缝的治理措施

（1）表面修补法

表面细微裂缝（宽度窄、深度浅）较为适用，刷毛并清洗表面裂缝后进行表面缺损的修补工作。该种方法虽然简易，且运用广泛，但也存在一定的弊端，对于一些发展中的裂缝和活动裂缝不能有效深入修补，通常采取粘贴玻璃纤维布等措施来改善裂缝的扩展。

（2）低压注浆法

适用于宽度较小（0.2mm~0.3mm）的混凝土裂缝，刷毛并清洗裂缝后将水泥浆、环氧树脂、聚氨酯等注浆液由压力设备压进裂缝中，从而达到修补裂缝的功效，若注浆后，若裂缝浆体不饱满，可进行二次注浆，最后清理裂缝表面。

（3）开槽修补法

适合于宽度大于0.5mm的混凝土裂缝，首先对混凝土裂缝进行开凿成槽，并清理干净，然后将修补材料嵌入修补材料，进行裂缝的修补，聚合物类水泥浆、丁基橡胶等为常用的修补材料，此方法能够更好地使修补材料与混凝土材料粘结，修补效果较好。

（4）结构加固法

适用于一些贯穿性、深层的混凝土裂缝，此类裂缝将影响到混凝土结构安全和使用功能，应采用结构加固的方法进行有效处理，采取结构加固法可采用以下几个措施：扩大结构的截面积、外包结构角部型钢、粘贴钢板、预应力加固及喷射混凝土补强等措施。

（5）置换法

置换法是针对混凝土材料出现严重损坏而采取的方法，通常情况下，先剔除和清洗已损坏的混凝土，采用置换材料进行二次修补。

（6）仿生自愈合法

此方法的提出是基于生物组织的创伤部位自身愈合原理，并运用和推广于混凝土裂缝处理领域。混凝土内部仿生自愈合神经网络系统的形成是由于某些特殊材料（液芯纤维或胶囊）的添加，特殊材料在出现裂缝后便自动分泌出部分液芯纤维以达到愈合裂缝的效果，即修补了裂缝。

4.结语

本文对混凝土裂缝的产生机理进行分析，基于裂缝的形成原因，提出了对应的预防、解决措施，并综述了目前混凝土裂缝的治理措施。在实际工程中，混凝土结构中存在裂缝这一现象普遍存在，对待不同种类的混凝土裂缝，我们应该采取预防为主、治理为辅的措施，有效地控制混凝土裂缝，提高混凝土的施工质量。

参考文献：

[1]赵英策，高鹏，徐嵩基.混凝土裂缝产生机理、分类与成因综述[J].工程与建设，2006，05：407-409.

[2]吴高飞.建筑结构裂缝的成因及防治措施[J].科技资讯，2006，33：174.

[3]钟进章.混凝土裂缝成因及控制措施[J].混凝土，2004，10：14-17.

[4]宋伟.浅析混凝土开裂机理及防治对策[J].太原科技，2005，03：48-49.

[5]刘静.混凝土裂缝的产生机理与预防措施[J].黑龙江交通科技，2009，32（2）：55-56.

[6]石彬彬.混凝土裂缝的产生原因及防治措施探究[J].工程建设与设计，2018（11）.

[7]赵英策，高鹏，徐嵩基.混凝土裂缝产生机理、分类与成因综述[J].工程与建设，2006，20（5）：407-409.