洽谈混凝土裂缝机理与控制措施（共8286字）

洽谈混凝土裂缝机理与控制措施

摘 要

混凝土是以水泥、水、沙子、石子、需要时掺入外加剂和矿物掺合料，按一定的比例配合，经过搅拌机均匀拌制、密实成型及养护硬化而成的人工石材。目前为止，土木工程，以框架、剪力墙等形式的混凝土结构占主导地位。混凝土结构由于湿度、风干、热胀冷缩等外在因素的作用，不可避免地存在裂缝。经常发现混凝土结构在成型后，出现各种类型的裂缝。国内发展趋势表明，建筑物维修、改造业已成为当今土木工程的主要内容。其中重要的内容就是控制和处理建筑裂缝，因此，现在研究裂缝的控制和处理是发现方向。

关键词：混凝土裂缝措施

Water information and engineering management information system applications were discussed

ABSTRACT

Concrete with cement, water, sand, gravel, need incorporation admixtures and mineral admixtures, according to a certain proportion, through uniform mixing mixer, compacting and maintaining the hardened into artificial stone. So far, civil engineering, frame, shear wall in the form of concrete structure dominated. Concrete structure due to humidity, drying, heat expansion and cold contraction external factors, inevitably there are cracks. Often found in concrete structure after molding, various types of cracks. Development trend of domestic shows, building repair, renovation has become the main content of civil engineering. One of the important contents is the control and treatment of building crack, therefore, now on the crack control and treatment is to find direction.

KEY WORDS:concretecrack measures

洽谈混凝土裂缝机理与控制措施

目录

声明.........................................................................Ⅰ

摘要..........................................................................I

ABSTRAACT..........................................................II

前言........................................................................2

第一章 裂缝的允许限度............................................. ..... ....3

第一节 有限度的裂缝是允许的...............................................3

第二节 裂缝的自行愈合........................................... .... ....3

第二章 裂缝形成原因.............................. ..... ...... ..... .........4

第一节 混凝土的收缩和温差.................................................4

第二节 影响混凝土开裂的原因...............................................4

第三节 裂缝控制是设计和施工单位共同考虑的问提.............................5

第三章 一般裂缝产生的原因及预防措施.........................................7

第一节 塑性收缩裂缝.......................................................7

第二节 干缩裂缝...........................................................7

第三节 温度裂缝...........................................................8

第四节 不均匀沉陷裂缝.....................................................8

第四章 工程实例分析........................................................10

第五章 结论................................................................12

第六章 参考文献............................................................13

第七章致谢.................................................................14

前 言

在当今的整个社会的建设中，不论什么样的建筑，钢筋混凝土的应用面可以说是无处不在。但是，在使用混凝土的同时，由于对混凝土的性能运用不恰当，在工程完毕后的十几天，一个月或者更长一点的时间，混凝土结构物出现了裂缝或其他不良反映，造成建筑物不达标，给使用的人们心中造成担忧，有害怕的感觉。由于从近代科学关于混凝土工作的研究及大量的混凝土工程实践证明，混凝土结构裂缝是不可避免的。所以本文针对大体积混凝土的裂缝成因做了诉论，并提出了减少裂缝的措施。

第一章裂缝的允许限度

第一节有限制的裂缝是允许的

一般来说混凝土出现裂缝在采取一定的修补措施后通常也不至于造成明显的损失，据美国公路研究的一项调查，在美国和加拿大的所有公路路桥结构中，混凝土的收缩并不构成耐久性的主要原因或唯一原因。

世界各国对混凝土都有一个允许裂缝宽度的限值，如新西兰规定对干燥环境下的允许裂缝宽度为0.4mm，在我国为0.2~0.3mm，美国ACI224委员会规定的裂缝允许宽度为：干燥空气中0.4mm；潮湿空气或土中0.3mm；有处冰盐作用时0.175mm；受海水溅射、干湿交替时，0.15mm；挡水结构（不包括无压力管道）0.1mm。

第二节裂缝的自行愈合

裂缝又是可以自行愈合的，其机理是硬化水泥浆体中的氢氧化钙可与周围空气或水分中的二氧化碳结合（碳化）生出碳酸钙，碳酸钙与氢氧化钙结合沉淀并积聚于裂缝内，这些结晶相互交织，产生力学粘结效应，同时在相邻结晶、结晶与水泥浆体、结晶骨料表面之间还有化学粘结作用，结果使裂缝得到密封。但是过宽的或还在发展的裂缝特别是裂缝还有水的流动就很难自愈合了，一般认为宽度小于0.15~0.20mm的裂缝是可以自愈合的。

对于人流比较频繁的地下结构，例如地铁车站有时对裂缝的限制反而要严格一些，首先是破坏了结构的自防水性能，特别是我国南方降雨量大的地区，地下水位高，地下水日以继夜地内渗，既影响观瞻，更影响地下空间的正常使用，这样的裂缝就不能容许。所以减少和防止混凝土结构土的开裂特别是防止大的裂缝具有提别重要的意义。

第二章裂缝形成原因

第一节混凝土的收缩和温差

混凝土是由水泥、砂、石子、水做为主要成分配置而成的建筑材料，其容重大于每一种单体的材料，见表1.

表1. 混凝土及其材料的容重

容重的增大说明混凝土硬化后其单位体积的重量加大了，原因首先是混凝土较任何单位一介质的级配更为合理，孔隙得到了填充，因而更为密实；其次就是混凝土凝结硬化过程的收缩，收缩使混凝土更加密实，从这个意义上说收缩不一定是坏事，它是导致混凝土容重变大、密实度增加和强度提高的原因之一。这种收缩因发生的时段，机理及条件的不同又分塑性收、自生收缩和干燥收缩，统称为混凝土干硬化收缩。由于约束的存在收缩一旦超过混凝土那一时刻的极限应变就开裂了。混凝土在凝结硬化过程它的极限拉应变是个变量，直到28天强度以后才逐渐趋于稳定，此值约为（0.5~2.7）×10^-4不等，平均值可取1×10^-4.收缩问题还在于水化过程要释放出相当可观的水化热。

水化后除生成水化硅酸钙和氢氧化钙外，每公斤水泥还要释放500kj的热量，热量导致混凝土的温升，在大体积混凝土内部可高达80°C以上，这个温度总要降至环境温度才能稳定，于是在一段时间内至少在验收以前混凝土结构大都存在两个温差：一个是混凝土结构本事内部与表面的温差：一个是混凝土与环境的温差，温差是导致温度应力的根源，温差越大温度拉应力越大，一旦超过混凝土那一时刻的极限拉应力混凝土就开裂了。这种由于温度升降引起的收缩称之为温度收缩。

第二节影响混凝土开裂的原因

影响混凝土开裂的原因有：⑴收缩；⑵约束；⑶弹性模量；⑷徐变；⑸抗拉变形或抗拉强度。见图2.

图2. 混凝土结构约束无处不在方块图

第三节裂缝控制是设计和施工单位共同考虑的问题

对于混凝土结构来说，裂缝是多种多样的，如果荷载超过设计允许荷载而产生的结果裂缝。地址勘探不详，发生不均匀沉降而引起的沉降裂缝，发生地震所造成的地震裂缝等等，这些由于原因比较明确和单一，解决和预防也都有比较明确的措施。

混凝土裂缝大多数都发生施工阶段活着说在工程交付正式使用以前，对于工期较长的大型工程尤其如此。这些裂缝主要是硬化前混凝土塑性开裂和硬化早起发生的收缩（温度变化和干燥引起）开裂。混凝土在使用过程中产生的种种裂缝，其中有许多也源处于设计施工阶段，如施工时的原材料用了活性骨料、劣质水泥、或有害的氯化钙掺合料，混凝土配比中的用水量过大，这些都为混凝土后期开裂埋下了祸根。

按照这个界定，有人讲这类裂缝归结为施工阶段砼的裂缝，这是按裂缝出现的时段来定义的，并不意味着裂缝的责任全由施工方来承担，恰恰相反，设计一方关于混凝土标号的确定构造配筋的多寡妇、、温度收缩和温度应力分析以及连接缝（包括伸缩缝控制缝等）的位置等等都）的位置等等都应在设计中给出。这个问题在国外一般来说是不成问题的，国际上大多都同性设计施工由一个承包公司同意负责，一旦出现裂缝不存在单位之间相互扯皮，根据我国目前的现状，在控制裂缝方面，设计单位至少应对下列问题予以考虑。

①降低约束。主要是采用结构措施，设置各种连接（伸缩缝，控制缝，后浇带，施工缝）以及在约束界面上设置滑动层、缓冲层等。并混定具体的构造细节。

②降低混凝土的收缩量与收缩差包括干燥收缩和温度收缩。设计单位应提出混凝土施工温度控制的具体规定以及混凝土施工养护和现场温度监控基本要求。

③提高混凝土的抗裂性能。除规定构造配筋的数量和布置方法外，设计单位应在施工图或施工文件中提出对混凝土配比的具体要求，必要时在某些区段采用膨胀混凝土火纤维混凝土。

此外，设计单位应该对结构的温度场和收缩应力进行必要的估算，以确定所采取的裂缝控制措施是适宜，并要求施工单位结合具体情况进行相应的验算。设计单位还应提出必需的实验内容，以确认所采用的材料抗裂性能是合乎要求的。

第三章一般收缩缝的产生原因及预防措施

混凝土裂缝一般分为三种裂缝：塑性收缩裂缝、干缩裂缝、温度裂缝、不均匀沉陷裂缝。

第一节塑性收缩裂缝

裂纹的现象：混凝土构件暴露在空气中，表面上的混凝土塑性收缩，在混凝土凝结之前，因失水速度快，产生的收缩。塑性收缩裂缝在数以千计的热或强风，裂缝中间宽，两根细而长，相干态，短裂纹可以长20～30厘米长，长裂缝可达是2～3m，宽1～5mm。

产生原因：混凝土在终凝前几乎没有强度或强度很小，或者混凝土刚刚终凝而强度很小时，受高温或较大风力的影响，混凝土表面失水过快，造成毛细管中产生较大的负压而使混凝土体积急剧收缩，而此时混凝土的强度又无法抵抗其本身收缩，因此产生龟裂。影响混凝土塑性收缩开裂的主要因素有水灰比、混凝土的凝结时间，环境温度、风速、相对湿度等等。

预防措施：在混凝土的配制时，要严格的控制水泥用量和水灰比，选择使用级配比较良好的石子，减小混凝土之间的砂率和空隙率；在此同时，要振动搅拌要密实，使其降低收缩量，可以提高混凝土的抗裂强度。在气温比较高、湿度比较低或风速很大的天气中施工时，混凝土浇筑完毕后，要及早的对其喷水，养护，让混凝土保持住一定程度的湿度；大体积混凝土应该适合浇筑一部分，然后再养护一部分。浇筑混凝土之前，将混凝土基层、模板浇上水使其有一定的湿润效果。浇筑完混凝土后，对裸露空气中的混凝土要及时的使用湿的材料进行覆盖，好好的养护。与此同时，也要加大混凝土表面的抹压养护工作。混凝土养护又可采用在其表面喷上氯偏乳液的养护剂，也可以覆盖潮湿的草袋和塑料布；如果其表面出现细小的裂缝时，要马上进行抹压，并且覆盖上草袋、塑料袋养护　　

第二节 干缩裂缝

裂缝现象：表面的裂缝，宽度比较细。设置在一个交错纵横，规律没有。薄壁梁，板构件，以及短期的分布；整体结构发生结构变截面；平面断裂延长伸展到变截面或块边缘，体积较大的混凝土的平表是更常见的，但也经常显现，并同湿度的变化、温度的变化而渐渐发展。

产生原因：成型的混凝土，养护的不当，阳光照射和风吹，表面失水迅速，体积的收缩比较大，而内部湿度的变化较小，收缩率小，所以表面混凝土收缩而变形的内部制约，显现拉应力，造成混凝土表面的出现裂缝，或部分水分被蒸发，产生的基础或体积的收缩垫约束，形成干缩裂缝。混凝土长时间堆放暴露在空气中，表面上的湿度时常剧烈的变化，通过振动，表面形成的水泥砂浆层含量多，构件暴露产生很久以后的伸展。

预防措施：混凝土的水泥使用量，水灰比率，砂的比率率不能太大；严格的泥沙含量，避免过度使用粉砂；混凝土振动，并注重表面抹压，在混凝土初凝后，最终凝固前抹压，以提高混凝土的抗拉的强度，减少混凝土的收缩。对混凝土的早期养护加强，延长固化时间。长期露天堆放时，覆盖稻草，稻草袋，避免日晒，并定期进行适当的洒上，保持其一定的潮湿。薄壁构件在凉爽的地方堆积和覆盖，避免过度的湿度变化。

第三节温度裂缝

裂纹现象：温度裂缝发生在体积较大的混凝土表面或温差变化比较大的混凝土结构上。后浇混凝土在硬化的过程中，水泥水化，产生大量的水化热量，（当水泥用量的350-550kg /立方米，每立方米混凝土会释放出一个17500-27500kj热，使混凝土的内部温度升高到70℃或更高）。

产生原因：由于大体积的混凝土，大量的水化热量积累在混凝土内，不容易散发出来，导致其内部的温度急剧上升，同事混凝土的表面迅速的冷却，使形成很大的内外温差，温差过大造成的内部和外部的热膨胀冷缩程度不相同，混凝土表面产生一定的拉应力。当应力超过了混凝土自身的抗拉强度极限，混凝土表面就会跟着产生裂缝，这种裂缝一般发生在混凝土施工期间断。

预防措施：使用低或中等热水泥，如矿渣水泥，粉煤灰水泥。减少水泥的用量，降低其水灰比，改善骨料级配，掺粉煤灰和高效减水剂，减少水泥的用量，降低水化热。提高混凝土搅拌的过程，在传统的三冷却技术的基础上使用的空气新技术，降低混凝土的浇筑温度。在混凝土中掺加一定量的具有减水外加剂，增塑剂，阻燃效果，提高混凝土的流动性，保水性，降低水化热，热峰值出现时间延迟。在高温季节浇筑时可以使用的安装遮阳板和其他辅助措施控制混凝土温度上升，降低混凝土的温度。大体积混凝土的温度应力和结构尺寸，合理安排施工工序，分层，分块浇筑，以方便散热，减少约束。在大体积混凝土内部冷却管，通过冷水或冷空气冷却，降低混凝土内外温差。加固混凝土温度监测，及时冷却，保护措施。贮藏温度收缩裂缝。减少约束混凝土浇筑之前，基岩老混凝土铺设砂层或使用沥青等材料涂。加强混凝土的养护，混凝土浇筑，及时用湿稻草，麻，覆盖，并注意节约用水，固化时间延长。在寒冷的季节，混凝土表面应采取保温措施防止寒冬袭击。混凝土是由几条或混合纤维材料，混凝土温度裂缝控制在一定的范围内。

第四节 不均匀沉陷裂缝

裂纹现象：不均匀沉陷裂缝穿透裂纹，其趋势与沉降条件下，一些在上部，一些在较低，一般垂直于地面或是30°~ 45°角方向。不均匀沉降裂缝，往往在一定的差距，裂缝宽度的影响较小的温度变化，由于负载的大小不同，和不均匀沉降值成正比。

产生原因：结构，成分低于地面没有压实和必要的加固，混凝土浇筑，基因不是水造成的不均匀沉降。横卧预制构件生产（如屋顶桁架，梁），由于横向刚度差，字符串，腹杆或梁侧常。刚性不足的模板，模板支撑间距太大或支持的松动，以及过早去除，也往往造成不均匀沉陷裂缝。

预防措施：在软土，填地基夯实加固。避免直接在软土或填写预制构件生产，或通过强夯处理后的预制场。模板应支撑牢固，保证了足够的强度和刚度，并使基础受力均匀。剥离的时间不早了，应按规定执行。组件生产现场周围应做好排水措施，要时刻注意到水泄漏和水浸泡地面维修。

第四章工程实例分析

（一）工程简述

宁波滨海新区的一八层砖混结构建筑，建筑面积4000平方米，坡屋顶屋面，建筑砌体砂浆层1 ~ 3类7.5级复合砂浆，4层以上的M级混合砂浆，粘土砖MU 10。每个楼层，楼梯，环梁及混凝土结构构件类C 25。

完成后，居民使用一段时间后，逐渐发现地板，门楣，梯梁开裂，其中楼板裂缝宽度为0.1～0.3毫米，不等长，主要从45度角斜裂缝的地板，地板中央平行裂缝（平行于长边）和穿线管裂纹。经权威部门检测，裂纹的非受力裂缝的工程实例，即非荷载裂缝，裂缝不影响结构安全，但影响结构耐久性和正常使用，必须处理。

（二）裂缝形成原因

1．本工程采用水泥混凝土C 25，施工单位片面，高标号水泥，水泥更保险，水泥剂量超过重量为350千克/立方米，水灰比达到0.63。此外，制备混凝土骨料级配不良，泥质含量高，分级的不连续，部分粒度细砂代替石头。众所周知，混凝土收缩变形引起的干燥，毛管孔隙度增加，导致毛细血管表面张力增加，导致出现混凝土收缩。如果内部混凝土水灰比，水泥用量的增加，生长速度，提高水泥质量的砂，将大大提高混凝土骨料表面面积，增加其吸附水分的能力，吸附的水大大超过了水泥水化所需的水分，导致凝血土壤毛管孔隙度大大增加，使收缩混凝土大大增加。这是由于混凝土的收缩变形较大的根本原因。

2．该项目位于沿海地区，年平均风速较大，楼板混凝土浇筑在九月～之间，环境温度比较高，最高温度30℃～35oc，水养护不少于3天，在较高的温度和日照时间和风的影响，地板表面脱水率，改善混凝土的早期收缩。由于混凝土抗拉强度低早在中世纪，地板在外围的限制，容易产生细裂纹。同时，在地上投下后四个月内的温度大大下降以及高标号水泥，导致减少温差较大，从而提高混凝土的收缩。这些早期塑性开裂的混凝土硬化后期收缩。蠕变温度变化，逐渐开始形成较大的裂纹，甚至通过地板。

3．工程钢筋混凝土楼板和梁，壁环梁，梁的变形，收缩变形，不到地板，地板变形约束，产生较大的拉应力。当板内的应力与混凝土的极限抗拉强度时，就会在裂缝。这是楼板裂缝是另一个主要因素。

4．测试一个层（地下室）骨折多于上部楼层严重骨折，形状不规则，分析发现原因是一个楼板底模支撑基础固结，不均匀，每个模板之间的大变形和楼板产生不规则裂缝。

（三）建议

通过以上分析，本工程出现的裂缝主要是由于混凝土收缩引起，所以要特别重视。为了有效地减小混凝土收缩裂缝的，对于裂缝的预防，建议从材料、施工、设计三方面的控制，采取适当的措施。

第五章结论

裂缝是混凝土结构中普遍存在的一种现象。因此我们需要对混凝土裂缝进行认真研究、区别对待，采用合理的方法进行处理。在施工中，采取有效的预防措施来预防裂缝的出现和发展，保证建筑物和构件安全、稳定地工作。