裂缝

【关键词】水泥混凝土；裂缝；收缩与膨胀；防治对策

一、前言

混凝土作为目前用量最大的一种建筑材料，已广泛用于工业与民用建筑、水利、城市建设、农林、交通及海港等工程。混凝土中裂缝的存在不但影响混凝土承载力，而且引起混凝土渗漏及钢筋腐蚀，对混凝土整体质量造成一定的损害，有的甚至造成严重的工程质量事故。工程实践证明，从微观的角度看，混凝土裂缝是不可避免的。裂缝是人们可以接受的一种材料特性，但是必须将其有害程度控制在允许范围内，因此分析混凝土出现裂缝的成因和采取相应的措施，具有十分重要的现实意义。

二、墙体混凝土硬化前的裂缝成因

导致住宅墙体混凝土裂缝的具体原因有塑性收缩、塑性沉降、结构荷载、热收缩、干缩、冻融侵蚀、钢筋锈蚀、硫酸盐侵蚀、碱集料反应和延缓钙矾石生成等等。对住宅墙体混凝土产生的裂缝可分为混凝土硬化前和硬化后两个阶段加以分析。

（一）墙体塑性干缩裂缝成因

新拌混凝土在凝结过程中因表面水分蒸发而引起的干缩裂缝常见于浇筑后混凝土墙体构件的外露表面。当新浇墙体混凝土表面水分蒸发速度高于混凝土内部从里到外的泌水速度，表面就会干缩，这种收缩受到表面以下的混凝土约束，于是在表面形成塑性开裂。这种裂缝在混凝土浇筑后的几个小时内不断引发和扩展，裂缝数目增多，宽度、长度增大，一般持续至混凝土终凝时停止。常常发生在钢筋、预埋件周围及截面厚度突变处(如板肋交接处、梁板交接处)，裂缝形状宽且浅呈梭形，宽度约在1mm～4mm之间，深度通常达到钢筋的上表面。

（二）墙体塑性沉降裂缝成因

在混凝土拌合物中，粗细骨料颗粒、水泥浆体、水泥颗粒、水等各组分比重不同，会发生重组分沉降、轻组分上浮现象，即“沉降”与“泌水”现象。新拌墙体混凝土的内部沉降会造成塑性沉降裂缝。沉降裂缝可发生在初始振捣一直到表面抹光之后，此时的混凝土仍处于硬化前的可塑状态。当垂直下沉的固体颗粒遇到水平设置的钢筋或螺栓等预埋件，或受到侧模的摩擦阻力时，就会受到阻拦并与周围的混凝土形成沉降差，结果在墙体混凝土顶部表面处造成塑性沉降裂缝。此外，如果墙体与梁、板、柱同时浇筑，由于这些构件的深度不同，有着不同的沉降，从而在这些构件交界面处形成沉降差并产生沉降裂缝。墙体混凝土的坍落度越大，沉降开裂的可能性也越大。在接近表面的水平钢筋上方最容易形成沉降裂缝，并随钢筋直径加粗和保护层减薄而愈发严重。当保护层薄时，塑性沉降裂缝甚至会伸入钢筋表面并沿着钢筋通长发展。

三、墙体混凝土硬化后的裂缝成因

（一）墙体自生收缩裂缝成因

水泥水化失水引起的收缩。水泥水化后固相体积增加，但水泥-水体系的绝对体积减少，在已硬化的水泥浆体中，未水化的水泥继续水化是产生自生收缩的主要原因。水化使空隙尺寸减少并消耗水分，如无外界水分补给，就会引起毛细水负压使硬化水化产物受压产生体积变化，即自生收缩。墙体混凝土的自生收缩是与湿度交换、温度变化无关的一种宏观收缩，由于墙体养护较困难，有的在拆模后就会发生裂缝，有的在拆模后几天或几周出现裂缝，随后发展为纵向贯穿裂缝，这与墙体混凝土的自生收缩有关。对低水灰比混凝土，如目前较流行的高性能混凝土(HPC)，自生收缩比普通混凝土大。

（二）墙体混凝土的温度收缩裂缝成因

墙体混凝土结构的早期温度变化主要是由水化热和环境条件引起的。温度的变化造成墙体结构内应力过大而引起裂缝。一般发生在混凝土变硬的最初阶段，这时的混凝土水化热处

于高温或较高温度下。对于厚度较大(超过30～40cm)的墙板构件，应该视为大体积混凝土，在施工过程中进行混凝土温度控制，当混凝土内外温差超过25e时，就很有可能开裂。

（三）墙体混凝土的干燥收缩裂缝成因

由于墙体混凝土内固相水泥浆体体积会随含水量而改变，导致混凝土干燥时收缩(而产生裂缝)，受湿时膨胀。墙体混凝土干燥时首先失去的是较大孔径的毛细孔隙中的自由水分，但这几乎不会引起固相浆体体积的变化，只有很小孔径毛细孔隙水和凝胶体内的吸附水与胶体的层间孔隙水减少时才会引起明显的收缩。

（四）墙体混凝土的腐蚀裂缝与钢筋锈蚀裂缝成因

墙体混凝土的腐蚀裂缝是由于墙体混凝土受碱骨料反应或受硫酸盐、镁盐等化学物质侵蚀造成体积膨胀而引起的裂缝。这类裂缝多呈龟裂状，深而密，甚至出现块状崩裂。另外，对于早期热养护的预制墙板，或高水泥含量(500kg/m3)的现浇墙体，在一年或几年以后，水泥水化的钙矾石才有可能生成，这种延缓的钙矾石也会使墙体开裂。墙体混凝土的腐蚀也可能出于物理原因，例如墙体在潮湿情况下反复遭受冻融循环的侵害，逐渐形成密排的细裂缝。含游离氧化钙太多的劣质水泥在硬化后的混凝土遇水发生体积膨胀也容易使混凝土崩裂。

钢筋锈蚀裂缝是钢筋锈蚀后膨胀引起的，裂缝的方向与钢筋平行并沿钢筋长度发展，严重时造成混凝土保护层剥落。另一种情况是混凝土内含有两种不同金属时，就如同形成一个电池，可使其中一种金属快速腐蚀，发生膨胀，导致墙体开裂剥落。通常混凝土显碱性，在高碱性环境中的金属表面会形成一层氧化保护膜(钝化膜)，如墙体混凝土发生碳化，则混凝土中碱性降低，钢筋表面的钝化膜会被破坏，钢筋就有可能遭到锈蚀。因收缩、荷载的原因发生在钢筋横截面上的混凝土横向裂缝，通常不会导致钢筋连续锈蚀，这是由于横向裂缝处的钢筋暴露表面非常有限，因锈蚀或某种原因在钢筋与混凝土之间形成的纵向裂缝则危害较大，纵向裂缝可为氧气、水分或氯离子提供长驱直入的通道，锈蚀和裂缝会连续长期发展下去。

四、控制裂缝的措施

根据混凝土地下室墙出现收缩裂缝原因，只要措施得当，是可以避免或控制的。具体控制措施为：

（一）设计方面

1．伸缩缝是为了防止混凝土结构因温度变化而必须设计的一种构造缝。在没有充分依据时，不得任意突破设计规范关于伸缩缝最大间距的规定。同时还应注意满足《混凝土结构设计规范》(CBSOOIO-2002)第912条的要求:“位于气候干燥地区、夏季炎热且暴雨频繁地区的结构或经常处于高温作用下的结构，可按照使用经验适当减小伸缩缝间距”。

2．对墙体薄弱的地方，如墙中预留的大孔洞、墙高度突变的地方，可根据工程实际情况，设置后浇带，以减少混凝土的收缩应力。

3．加强水平钢筋的配置。应注意三个问题:第一，水平钢筋保护层应尽可能小些;第二，防开裂钢筋的间距不宜太大，可采用小直径钢筋小间距的配置方式;第三，考虑温度收缩应力因素配置钢筋。

4．取消墙体与柱子的固端连接，通过墙体与柱子的分离来减小墙体受到的约束应力，尽可能使墙体能够自由地收缩，从而避免裂缝的出现，但必须处理好墙体与柱子分离后之间的新老粘结成一个整体。

5．减小墙体水平钢筋的间距。大量的实例证明，钢筋水平间距为150～200mm的泵送混凝土墙体极易产生竖向裂缝。在两个构件配筋率相同的情况下，采用小直径钢筋可提高钢筋混凝土构件的极限抗拉变形能力，所以建议混凝土墙体中的水平钢筋间距由150～200mm改为100～120mm，同时控制混凝土保护厚度不得超厚。

（二）材料方面

1．正确选择水泥品种。在地下室墙板混凝土施工时，核心间题是如何防止混凝土浇筑时产生大量的水化热，即关键控制混凝土的绝热升温。大量试验证明，混凝土内部实际最高温升，主要取决于水泥用量和水泥品种。在保证混凝土强度的前题下，尽可能降低每立方米

混凝土的水泥用量。一般选用水化热较低的水泥、铝酸三钙含量低、细度不过细、矿渣含量不多的水泥。在保证混凝土强度和其他性能的前提下，通过优选硷配合比，尽量减少水泥的用量，一般情况下，每立方米混凝土中水泥用量每增减l0kg，内部温度要相应升降1℃。考虑到矿渣硅酸盐水泥比普通硅酸盐水泥的收缩量大25%，建议地下室墙板采用普通硅酸盐水泥掺粉煤灰为好。

2．严格控制集料质量。细集料宜选用中砂，细度模数控制在2.4～2.9，其含泥量不得大于3%;粗集料宜选用粒径较大的连续级配、级配良好、含泥量不得大于1%的碎石或破碎卵石。

3．掺加适宜、适量的减水剂，在满足施工和易性的条件下，以减少拌合混凝土的水泥浆数量，达到减少混凝土收缩的目的。

4．掺人适量的膨胀剂，配制成补偿收缩混凝土:这是因为产生体积增大1.5倍的硫铝酸钙纤维晶体可有效减少收缩内应力，增大抗裂性，并能地提高其密实性和抗渗性能，常用掺量为8%～10%UEA或8%左右的AEA。

5．掺用符合国家标准要求的粉煤灰或高性能磨细矿粉替代混凝土中的部分水泥，降低水化热、增加密实性、增强硅后期强度，以提高硅的抗渗性、抗裂性，减小温度应力。其掺量应根据水泥的品种、不同的工程对象、施工工艺，通过试验确定。

（三）施工方面

1．模板的选用。对外露面积较大的混凝土墙体、气温变化剧烈的季节以及冬季施工，均不宜选用钢模板。采用木模板时，地下室外墙应注意充分湿润，以利于保湿和散热。

2．严格控制坍落度，绝不允许现场加水，并控制好混凝土的施工浇筑质量，尽量防止出现不均匀性。为此，除控制好混凝土制备和运输中的质量外，还要注意混凝土浇筑时切实加强振捣，既不漏振又不过振，防止产生分层离析现象，确保混凝土均匀密实，以免墙内出现薄弱处而引发裂缝。

3．根据测温记录和气象预报确定拆模时间，保证混凝土内外温差不超过25℃，温度陡降不超过10℃，拆模后应注意覆盖和及时湿养护。

4．进行浇水养护。混凝土墙体应全面积覆盖麻袋，定人定时洒水养护，经常保持墙体处于湿润状态，养护时间不得少于施工规范中的规定，一般不得少于14d，建议尽可能延长拆模时间。

5．混凝土外墙施工后应及时进行回填，缩短墙体施工外露时间，减少露天温度剧烈变化和湿度小对墙体的影响，从而有利于防止温差裂缝的出现。

五、结论

住宅墙体混凝土的开裂往往是混凝土原材料选择不当、混凝土配合比不当、施工质量低劣的综合反应，裂缝的出现表示墙体混凝土在强度、渗透性等方面存在更大问题。为了提高墙体混凝土防裂性能而防止开裂，在确定混凝土的配比时应减少水泥用量、外掺粉煤灰，并使用适当的引气剂、缓凝剂、膨胀剂、纤维等，同时选择中水灰比，选用温度膨胀系数低的粗骨料和含泥量低的细骨料;在施工过程中应搅拌均匀、合理振捣并及时养护。

防止墙体混凝土硬化前的塑性开裂，关键在于控制混凝土表面水分的蒸发速度，并采取相应措施。

住宅墙体混凝土的早期硬化过程中的开裂，主要是温度应力引起的，而干燥收缩可以加剧温度裂缝的发展，所以对早期墙体混凝土的温度养护与湿度养护具有同样的重要性。

防止墙体混凝土早期硬化开裂，关键在于降低温度应力。墙体混凝土浇筑后的初期，表面在升温过程中保持冷却散热状态，但一旦温度下降，应立即采取覆盖保温措施。重要墙体工程施工前应进行温度和温度应力分析，同时在施工时实测监控实际温度，并采取相应防裂措施。

墙体混凝土出现裂缝受多种因素影响，裂缝的出现往往不是单一的和有序的，应根据具体情况进行分析，总结裂缝出现原因并加以控制。