混凝土裂缝产生的原因和控制措施

1、混凝土裂缝产生的原因和控制措施通过多年的现场观察， 通过查阅有关混凝土内部应力方面的专著， 对混凝土温度裂缝产生的 原因、现场混凝土温度的控制和预防裂缝的措施进行等进行阐述。混凝土在现代工程建设中占有重要地位。 而在今天， 混凝土的裂缝较为普遍， 在建筑工程 中裂缝几乎无所不在。尽管我们在施工中采取各种措施，小心谨慎，但裂缝仍然时有出现。 究其原因，我们对混凝土温度应力的变化注意不够是其中之一。在大体积混凝土中， 温度应力及温度控制具有重要意义。 这主要是由于两方面的原因。 首 先，在施工中混凝土常常出现温度裂缝， 影响到结构的整体性和耐久性。其次，在运转过程 中，温度变化对结构的应力状态具有

2、显著的不容忽视的影响。 我们遇到的主要是施工中的温 度裂缝，因此本文仅对施工中混凝土裂缝的成因和处理措施做一探讨。1 裂缝的原因混凝土中产生裂缝有多种原因， 主要是温度和湿度的变化， 混凝土的脆性和不均匀性， 以 及结构不合理，原材料不合格（如碱骨料反应） ，模板变形，基础不均匀沉降等。混凝土硬化期间水泥放出大量水化热， 内部温度不断上升， 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上的约束， 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裂能力时， 即会出现裂缝。 许多混凝土的内部湿度变化很小或变化较慢， 但表面湿

3、度可能变化较大或发生剧烈变化。 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。混凝土是一 种脆性材料，抗拉强度是抗压强度的1 /10左右，短期加荷时的极限拉伸变形只有（0.61.0） X104,长期加荷时的极限位伸变形也只有（1.22.0） X104.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。 在钢筋混凝土中， 拉应力主要是由钢 筋承担， 混凝土只是承受压应力。 在素混凝土内或钢筋混凝上的边缘部位如果结构内出现了 拉应力， 则须依靠混凝土自身承担。 一

4、般设计中均要求不出现拉应力或者只出现很小的拉应 力。但是在施工中混凝土由最高温度冷却到运转时期的稳定温度，往往在混凝土内部引起相当大的拉应力。 有时温度应力可超过其它外荷载所引起的应力，因此掌握温度应力的变化规律对于进行合理的结构设计和施工极为重要。2 温度应力的分析根据温度应力的形成过程可分为以下三个阶段：1）早期： 自浇筑混凝土开始至水泥放热基本结束，一般约 30 天。这个阶段的两个特征，一是水泥放出大量的水化热，二是混凝上 弹性模量的急剧变化。由于弹性模量的变化，这一时期在混凝土内形成残余应力。（ 2）中期：自水泥放热作用基本结束时起至混凝土冷却到稳定温度时止，这个时期中， 温度应力主要

5、是由于混凝土的冷却及外界气温变化所引起， 这些应力与早期形成的残余应力 相叠加，在此期间混凝上的弹性模量变化不大。（ 3）晚期：混凝土完全冷却以后的运转时期。温度应力主要是外界气温变化所引起，这 些应力与前两种的残余应力相迭加。根据温度应力引起的原因可分为两类： （ 1）自生应力： 边界上没有任何约束或完全静止的 结构， 如果内部温度是非线性分布的，由于结构本身互相约束而出现的温度应力。 例如，桥 梁墩身，结构尺寸相对较大，混凝土冷却时表面温度低，内部温度高，在表面出现拉应力， 在中间出现压应力。（ 2）约束应力：结构的全部或部分边界受到外界的约束，不能自由变形而引起的应力。 如箱梁顶板混凝土

6、和护栏混凝土。这两种温度应力往往和混凝土的干缩所引起的应力共同作用。 要想根据已知的温度准确分析出温度应力的分布、 大小是一项比较复杂的工作。 在大多数 情况下， 需要依靠模型试验或数值计算。 混凝土的徐变使温度应力有相当大的松驰， 计算温 度应力时，必须考虑徐变的影响，具体计算这里就不再细述。3 温度的控制和防止裂缝的措施为了防止裂缝，减轻温度应力可以从控制温度和改善约束条件两个方面着手。控制温度的措施如下： （1）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； （2）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； （3）热天浇筑混

7、凝土时减少浇筑厚度，利用浇筑层面散热；（ 4）在混凝土中埋设水管，通入冷水降温； （ 5）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； （6）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；改善约束条件的措施是： （1）合理地分缝分块； （ 2）避免基础过大 起伏；（3）合理的安排施工工序，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对防止裂缝是十分 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

8、生为主。在混凝土的施工中， 为了提高模板的周转率， 往往要求新浇筑的混凝土尽早拆模。 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， 与水化热应力迭加， 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， 但如果在拆除模板后及时在表面覆盖一轻 型保温材料，如泡沫海棉等，对于防止混凝土表面产生过大的拉应力，具有显著的

9、效果。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 715 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100200kg/cm2 因此，在混凝土中想要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、 宽度与深度较小了。 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

10、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，但它对结构的强度和耐久性仍有一定的影响。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。例如使用减水防裂剂， 笔者在实践中总结出其主要作用为： （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六十年代就已被国际上 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量减少25。（3）水泥用

11、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）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）提高水泥浆与骨料的粘结力，提高的混凝土抗裂性能。（ 6）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。减水防裂剂可有效的提高的混凝土抗拉强度，大幅提高混凝土的抗裂性能。（7）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）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

12、加。（9）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，我们在工程实践中应多进行这方面 的实验对比和研究，比单纯的靠改善外部条件，可能会更加简捷、经济。4混凝土的早期养护实践证明，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。因此说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：1）防止混凝土内外温度差及混凝土表面梯度，防止表面裂缝。2）防止混凝土超冷，应该尽量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。3）防止

13、老混凝土过冷，以减少新老混凝土间的约束。混凝土的早期养护， 主要目的在于保持适宜的温湿条件，以达到两个方面的效果， 一方面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。一方面使水泥水化作用顺 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。混凝上的保温措施常常也有保湿的效果。从理论上分析，新浇混凝土中所含水分完全可以满足水泥水化的要求而有余。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起来。以上对混凝土的施工温度与裂缝之间的关系进行了理论和实践

14、上的初步探讨，虽然学术界对于混凝土裂缝的成因和计算方法有不同的理论，但对于具体的预防和改善措施意见还是比较统一，同时在实践中的应用效果也是比较好的，具体施工中要靠我们多观察、多比较，出现问题后多分析、多总结，结合多种预防处理措施，混凝土的裂缝是完全可以避免的危险房屋鉴定标准（5）JGJ125-99该标准中规定混凝土构件裂缝有下列现象之一者，应评定为危险点:1）梁、板产生超过L0/150的挠度，且受拉区裂缝宽度大于1mm;2）简支梁，连续梁跨中部位受拉区产生竖向裂缝，其一侧向上延伸达梁高的2/3以上，且缝宽大于0.5mm ,或在支座附近产生剪切斜裂缝，缝宽大于0.4mm。3）梁、板受力主筋处产生

15、横向水平裂缝和斜裂缝，缝宽大于1mm，板产生宽度大于0.4mm的受拉裂缝；4）梁、板因主筋锈蚀，产生沿主筋方向的裂缝，缝宽大于1mm，或构件混凝土严重缺损，或混凝土保护层厚度严重脱落、露筋；5）现浇板周边产生裂缝，或板底产生交叉裂缝；6）预应力梁、板产生竖向通长裂缝；或端部混凝土松散露筋，其长度达主筋直径的100倍以上；7）受压柱产生竖向裂缝，保护层脱落，主筋外露锈蚀；或一侧产生水平裂缝，缝宽大于1mm，另一侧混凝土被压碎，主筋外露锈蚀；8）墙中间部位产生交叉裂缝，缝宽大于0.4mm。建筑工程中，混凝土结构的裂缝较为普遍，裂缝的类型也很多， 但按成因基本可归结为由外荷和变形引起的两大类裂缝。

16、其中由混凝土收缩和温度变形引起的收缩裂缝和温度裂缝以及 由这两种变形共同引起的温度收缩裂缝则是兰州地区实际工程中最常见的裂缝。随着建筑向大型化和多功能发展，超长（即超过温度伸缩缝间距）高层或大柱网建筑不断出现，混凝土 强度等级的提高，施工中泵送混凝土工艺的应用，使超长混凝土结构易出现的温度收缩裂缝有逐渐增多的趋势。虽然这类裂缝属非结构性裂缝，一般不致影响构件承载力和结构安全， 但却会影响结构的耐久性和整体性。同时也会给使用者感官和心理上造成不良影响。另外由于我国幅员辽阔，不同地区气候环境、温湿度差异很大，现行规范对防止和减轻温度收缩裂 缝的设计措施制定的较为原则和局限。因此不少设计人员较重视强

17、度设计，而不太认真考虑抗裂的构造措施。这样一旦出现裂缝不仅影响工程质量，同时在进入住房商品化， 质量纠纷日趋增多的今天也不利于保护自己。基于以上原因，笔者感到有必要结合兰州地区温差大，气候干燥这一地区特点，根据多 年的工程设计实践和体会， 对防止和减轻超长混凝土结构温度收缩裂缝的设计措施提出一些 建议，供设计人员参考并能有所启发。2 温度收缩裂缝的基本特点混凝土在结硬的过程中发生收缩，温度变化时会热胀冷缩，当这两种变形受到约束后， 在结构内部就会产生收缩应力和温度应力， 这两种应力分别超过混凝土抗拉慷仁本突岬贾禄 炷量讯纬墒账趿逊旎蛭露攘逊臁3乜炷两峁怪薪隙嗉氖窃谑账跤 a臀露扔a餐饔孟滤奈露

18、仁账趿逊臁R 治鑫露仁账趿逊斓幕咎氐悖紫扔$莆帐账鹾臀露缺湫蔚囊恍匚 靖拍睢 ?br /> 2.1 收缩变形的特性及影响因素：一般混凝土最终收缩应变约 35X 10-4其特点是早期收缩快，半年可完成第一年收缩量的8090%, 年后仍发展但已不明显。其影响因素主要有混凝土强度等级，水泥品种，水灰 比，坍落度，养护（保温，保湿）和体表比。2.2 温度变形的特性及影响因素：混凝土温度线胀系数一般为 1.0 X 10/C °其变形随温差而变化， 一般发生在混凝土结硬一直 到房屋使用期间。其影响因素有季节温差，内外温差和日照温差。2.3 温度收缩裂缝的基本特点：该裂缝由收缩和温度变形共同

19、产生，其分布一般为收缩和温度两种裂缝的组合，随环境 湿度和温度而变化,随时间而发展,裂缝的开裂和危害程度往往较单一的收缩或温度裂缝严 重。 根据具体工程裂缝出现的时间、发展与变化、以及分布、形状、尺寸等特征。一般可分 为以收缩变形为主或以温度变形为主, 实际工程中较常见的是以收缩变形为主的温度收缩裂 缝,一般发生在混凝土浇筑后一年内,但多见半月至数月之内。主要影响的部位及构件是底层和顶部数层梁板构件以及基础梁、挑檐、栏板等外露构件。 梁板裂缝呈现不同分布和特征，梁缝一般垂直于纵向，分布在两侧面，两头细、 中间宽、枣核形。裂缝为表面,深进或贯通。单向板缝等间距平行于短边。 双向板缝较重于单向板缝

20、, 两个方向板缝纵横交错,不规则,缝多为贯通,板面缝一般宽于板底缝。3 防止和减轻超长混凝土结构温度收缩裂缝的设计建议3.1 设置后浇带以及控制和抵抗温度收缩应力的措施3.1.1 有效设置后浇带后浇带是列入高规中的一种目前设计人员常采用的方法,它利用了混凝土早期收缩量大 的特性，其设计思路是 “以放为主 ”。主要作用是释放早期混凝土收缩应力，减小以收缩为主的变形。高规虽然对后浇带的间距、宽度、钢筋处理、浇筑时间有较明确要求，不少资料对 此也有所介绍。 但是结合多年来对兰州地区几个较大型超长工程的设计实践， 深感对后浇带 的做法必须予以重视。如设计施工处理不好，不仅起不到予期的效果，还会留下结构

21、隐患。 因此就后浇带的具体做法提出以下建议和看法： 间距：高规规定为 30m40m。建议具体工程应结合建筑物长度、气候环境特点综合考虑，一般应控制在 30m 左右。 位置： 小跨梁开间或受力较小的部位，一般可在梁跨三分之一处。 平面布置时要注意梁的布置宜平行于后浇带以免梁截断太多。 视具体情况可沿平面曲折通过。 宽度：高规规定8001000mm。建议预留的宽度要考虑满足钢筋错开搭接要求。可允许大于 1000mm 。 钢筋：目前对后浇带内梁纵向钢筋处理有两种做法。第一种：梁板钢筋均断开后搭接 （高规要求 ），但由于梁钢筋搭、焊接处理困难，质量不易保 证，易给结构造成隐患。第二种：板钢筋断开，梁钢

22、筋直通不断。目前工程采用较多，但由于截断梁较多时，钢筋全部不断会约束混凝土收缩，达不到予期效果。建议：梁上部钢筋，腰筋及板墙钢筋断后错开搭接或必要时先搭后补焊。梁下部钢筋不断，可适当加大配筋。 这样即可大大减小梁钢筋全部不断对混凝土收缩形成的约束，又可避免梁钢筋全部断后造成的钢筋搭、焊接困难，这种处理方法笔者自93 年以来已在一些工程中较好的进行了使用。 浇筑时间：高规要求，宜在两个月后且浇筑时的温度宜低于主体混凝土浇筑时的温度。 由于混凝土早期收缩量大，相对一年的收缩量，半月约占3040%；1 个月约占 45 55%；2 个月约占 65 75%；半年约占 80 90%，故应按规范执行，一般应

23、保证两个月后浇筑。 后浇混凝土：采用无收缩或微膨胀混凝土，强度较主体混凝土提高C5 级。 设计时要特别交待以下请施工单位注意的问题： 后浇带两侧宜设钢筋网片，防止主体混凝土流入后浇带。 后浇带混凝土浇筑前应清理凿毛，浇筑时振捣密实，精心养护。 后浇带两侧支撑保证稳定可靠，后浇带混凝土达设计强度时方可拆除。3.1.2、针对性地采取控制和抵抗温度收缩应力的措施 加强屋面保温隔热措施，采用高效保温材料，严格满足建筑节能设计标准。 屋面板、外廊板，阳台板等外露室外现浇板（含施工期间主体暴露时间较长的室内现浇 板）以及板跨大于 4m 且采用泵送混凝土的双向连续板等温度收缩应力较大的板， 均应在板 面（即

24、板的受压区）配置不小于0 6200双向钢筋网片，或支座钢筋隔一全跨贯通，但间距不宜大于 200mm ，每一方向配筋率不宜小于0.1%。以上板在有受力钢筋处，实配钢筋尚应考虑温度收缩应力影响予以适当增大。 框架梁及所有现浇梁凡高度 >600者（外露梁高度 >500均设置不小于20 12腰筋。腰筋 宜细而密，间距不应大于 200mm，每侧腰筋配筋率不宜小于 0.1%。 檐口板，外露栏板应双面双向配筋，上下端头各配>20 1温度抵抗筋，并每隔 1520m设置一道 20mm 温度伸缩缝。 控制现浇板混凝土强度等级不宜大于 C35。 后浇带列入高层规程后已在大量工程中广泛使用。 前已述

25、及， 其主要作用是减小混凝土早期 以收缩为主的变形。 因此，超长混凝土结构温度收缩裂缝的预防不能仅靠设置后浇带来解决， 必须采取上述 “放”防“”抗“”相结合的综合措施。笔者已在兰州和西非热带地区一些较大型的 超长建筑中， 根据具体工程各自的特点多次采用了上述综合措施。 实践证明比较有效。 故认 为，防止和减轻兰州地区超长混凝土结构温度收缩裂缝目前仍然应首先或主要采用设置后浇 带以及控制和抵抗温度收缩应力的综合措施。 考虑目前混凝土温度收缩裂缝的趋于增多以及 超长混凝土结构的抗震性能。建议采用上述综合措施，房屋总长宜控制在120m 内。混凝土工程裂缝的分类及成因从微观上看，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、 微观构造以及所收外界影响的不同， 混凝土裂缝产生的原因也有很多种： 大