混凝土裂缝产生的原因及防治方法研究.pdf

84混凝土裂缝产生的原因及防治方法研究郭顺明（福建大舟建设集团有限公司，福建 漳州 363005）2023 年第 4 期（总第 225 期）散 装 水 泥Bulk Cement作者简介：郭顺明（1984-），男，福建漳州人，本科，工程师，研究方向：混凝土渗漏的预防和治理。摘 要：随着我国建筑业的快速发展，混凝土工程的数量日益增多，结构越来越复杂，如何有效地解决混凝土裂缝问题，保证施工质量，已成为政府及社会各界普遍关注的焦点。基于此，文章介绍了混凝土裂缝的分类和它所造成的危害，分析了混凝土裂缝产生的主要原因，并提出了几种混凝土裂缝防治措施，以供相关人员交流和参考。关键词：混凝土裂缝；产生原因；防治方法中图分类号：TU755文献标识码：B文章编号：1007-3922（2023）-04-0084-031 混凝土裂缝分类混凝土裂缝主要有 3 种：第一种是根据其产生的时间长短分为早期裂缝和后期裂缝。浇筑完成后 37d 内出现的裂缝称为混凝土早期裂缝，在混凝土养护完成后出现的裂缝称为后期裂缝。第二种是根据受力情况划分为受压开裂和未受压开裂，由于外部荷载和自身重量的作用，混凝土构件在承受荷载作用下会产生超出其承受能力的混凝土开裂，称之为受力裂缝，而在非受力状态下出现的裂缝则叫未受力裂缝。第三种是根据混凝土的环境状况分为温度裂缝、干缩裂缝和徐变裂缝。微观裂缝是混凝土内部一种不连续的裂纹，在混凝土中宽度一般小于 0.05mm，混凝土自身产生的微裂纹在荷载未超出设计要求时，通常被认为是无害的。宏观裂缝宽度大于 0.05mm，而宽度小于 0.20.3mm 的裂缝被认为是没有危害的，但前提是裂纹不会继续扩大。2 混凝土裂缝产生的危害混凝土是一种非均质的脆性物质，由水泥、水和其他添加剂混合而成。由于混凝土施工产生的变形等原因，在混凝土变硬后其中会产生大量的微小孔隙、气穴和裂纹，从而导致了混凝土的某些非均匀性质。微裂缝是一种对混凝土承重及其他应用功能无害的裂缝，钢筋混凝土规范中还明确指出，实际情况下，在一定的范围内，混凝土结构可以出现裂缝，但要对其进行合理处理，限制其危险程度的范围。然而，混凝土在受到荷载、温差等因素的作用下，其微观裂缝会继续扩大、相互连接，最后形成了我们所熟知的混凝土结构中的“大裂缝”，贯通和深裂会导致结构的完整性和受力状况发生变化，导致楼板渗漏或局部、整体结构的损坏，对工程质量产生很大影响。3 混凝土裂缝产生的主要原因3.1 水造成的裂缝在混凝土成型、固化过程中，水是混凝土中不可缺少的一种中间物质，而在混凝土中，自由水的存在是造成混凝土裂缝的重要因素。所以，在施工中经常使用干、半干硬混凝土，但大部分仍是流态混凝土。相关的试验数据表明：在相同的用量下，每提高 10%的水泥用量，混凝土的收缩将提高 5%；在相同的水泥用量下，每提高 10%的水用量，混凝土强度下降 20%，而混凝土与钢筋之间的结合强度下降 10%。3.2 外加剂造成的裂缝目前，在普通混凝土中加入了多种添加剂，一般采用抗渗剂、减水剂、缓凝剂、速凝剂、抗折剂、膨胀剂等，其主要作用是提高混凝土的流动性、减小水泥的水灰比、方便机械化施工，达到高强、密实、抗折、抗渗等多种用途。虽然外加剂在混凝土中所占的比重很小，但如果它不能在混凝土中均匀分布，则会造成混凝土裂缝。所以，为了No.4,2023Serial.No.22585改善混合料的均匀性，应采取水溶性外掺、强化搅拌、延长搅拌时间等措施，以提高混合料的均匀度。在大型工程及市政工程中，混凝土均为集中搅拌、远距离输送、延迟浇筑或采用泵送浇筑。为了便于机械化施工，经常在混凝土中加入缓凝剂，或通过加大水泥的用量来改善其易用性。在浇筑过程中，由于多次机械振动，导致集料沉降，剩余的水泥和部分自由水上升，在混凝土中聚集，从而形成了一种具有较高水分、较大收缩率的浮浆层，而且在长距离的运输中，由于混凝土中加入缓凝剂，其初凝时间明显加长，但终凝时间相对缩短，后期随着混凝土中游离水的积累，混凝土的水灰比增大，强度下降，初期的强度增长要慢于收缩速率，从而造成浮浆层的瞬间破裂。国外已有使用高效的泵送式减水剂来减少水泥用量的例子，在混凝土搅拌过程中，外掺剂仅掺入一小部分，其余部分通过搅拌运输车在运输途中分次添加，直到抵达工地时才会全部加满，以确保混凝土进入模具时的新鲜性。3.3 温度造成的裂缝由于温度的作用，混凝土的早裂是一种常见的质量问题。在养护加固阶段，由于水泥粒子与水分子发生水化作用产生了大量的热能，从而加速了混凝土的水化反应，缩短了养护期。如今大量的混凝土浇筑都是在自然条件下进行，当混凝土的掺入量为 350550kg/m3时，混凝土会产生17 50027 500kJ 的热量，因此，混凝土的内部温度可达到 70或更高，由于混凝土的外部热量太大，导致混凝土的内外温差超过 40，由于混凝土的内部温度升高、外部温度下降，导致混凝土的表面强度增长比收缩速率慢，从而产生了浅层开裂和裂缝，如果采取的措施不当，会加快裂缝的发展。降低混凝土内外温差、降低混凝土的早期收缩速率、加快混凝土早期强度生长速率是防止混凝土温度开裂的关键，可以在混凝土凝结后洒一层薄薄的水，然后用塑料纸包住，再用一层土工织物覆盖，用水湿润或砂石压实，增加重量，防止风吹。在高温、干燥、多风的条件下进行浇筑，会导致混凝土的表层水分流失和干燥收缩。混凝土在凝固强化期，要使其保持潮湿并增加其强度，使其水化作用得以正常进行。在这种条件下，搅拌后的混凝土在接触到空气时，因水分的快速蒸发，会使混凝土过早凝固、收缩，出现干燥开裂等问题，使混凝土内水分的蒸发速率加快，使裂缝向纵深方向扩展。3.4 收缩产生的裂缝由于徐变收缩引起的裂缝，较短的裂缝一般长 2030cm，较长的裂缝可达 23m，宽 15mm，一般比较整齐并且深，此类裂缝在路面工程中经常出现，造成路面返修。这一现象的主要原因是混凝土的坍落度太大，导致路面出现了大量的水泥浮浆，或是基础顶面不平整，混凝土粘结，限制混凝土的徐变收缩，从而造成断裂。应采取降低坍落度、半干化强度、加入缓凝性减水剂等方法，以提高混凝土初凝期，并对基础的压实度、平整程度进行严格控制。3.5 钢筋锈蚀引起的裂缝混凝土保护层因混凝土品质不佳或保护层厚度不够，二氧化碳腐蚀钢筋表面，造成混凝土碱性下降，或因氯化物的加入，钢筋周围的氯离子浓度过高，造成混凝土氧化膜损坏，铁离子会与渗透到混凝土中的氧、水发生腐蚀作用，腐蚀物质的量是原来的 24 倍，由此形成混凝土的膨胀应力，造成混凝土保护层开裂、剥离，沿钢筋纵向出现裂纹，并渗入混凝土表面，锈蚀会造成钢筋有效截面积减少，钢筋对混凝土的夹持力减弱，从而引起其他类型的裂缝，造成钢筋腐蚀，甚至结构失效。4 混凝土裂缝防治措施4.1 温度控制在高温天气下，浇筑混凝土时可设置遮阳板进行降温，对于断面厚度大于 0.8m 的混凝土可适当分层浇筑，可在混凝土内设置通冷水或冷气的冷却管道降温，控制内外温差。加强混凝土养护，混凝土浇筑完成后要及时覆盖薄膜保湿养护或用湿草帘、麻片等材料进行覆盖，同时要注意喷水养护，适当延长养护期，以使混凝土表层降温。长时间裸露的混凝土砌块或薄壁建筑应在冬季进行保温，以防寒潮侵袭。水泥配制宜选择矿渣水泥、粉煤灰水泥等低热或中温水泥，并最大限度地减少水泥用量，将水泥用量控制在 450kg/m3以内，并适当地降低水灰比，普通水泥的水灰比应小于0.6。设定合适的模具拆卸时间，在温度突然下降的情况下，对混凝土进行表面保温处理，避免温差过大。4.2 采用合理的施工方法搅拌混凝土时，必须严格控制配料的计量和搅拌机的坍落度，并尽可能地降低搅拌头的温度。控制混凝土浇筑工艺的质量。浇筑时要压实，搅拌次数、间隔时间要均匀，表面要有一层浆液，86浇筑完成后，将表面压实、抹平，以防表面开裂。此外，避免在阳光照射强烈时浇筑，如施工需要在夏季进行，则要避免在中午施工，尽量将浇筑工作安排在晚上。4.3 原料选择水泥品种选择的原则是：既要达到施工部位的技术指标，又要考虑环境因素。例如，在大体积混凝土中，水泥的种类要选择低水化热、凝结时间长的水泥，尽量避免使用硅酸盐水泥，以降低水泥的水化热。在耐磨性、防冻性等方面，硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥是最好的选择。当混合水含有硫酸盐时，应根据需要选择抗硫酸盐水泥。水泥的种类、强度等级和用量直接影响混凝土的水化热，因此，在选择混凝土时，要考虑强度等级、使用部位、体积等方面的要求，选择合适的品种和等级。4.4 施工控制及养护（1）施工控制。严格按照实验室发放的配料表进行配料，水、水泥、砂、石子均按重量计算，误差不超过容许值。运输过程中对运输车辆进行保温处理。浇筑时要注意遮阴，并注意以下几点：不合格的混凝土不能用，并且不能在制好的混凝土中加入水；振捣混凝土时，应以混凝土不再明显沉降、无气泡、起泡、起浆为标准，防止漏振、过振，防止混凝土离析或不密实而造成裂缝；降低混凝土的浇筑温度，可以进行遮阳、防晒、洒水降温、冰块搅拌等操作；由于意外原因而停止浇筑的间隔时间不得超出允许的间隔时间；混凝土浇筑完成后，再进行碾压。在混凝土初期，对混凝土进行二次抹压，以消除由于干燥收缩引起的开裂。在施工过程中，混凝土浇筑要避免在炎热的气候条件下进行，要在晚上或者温度比较低时进行。（2）混凝土养护。浇筑完成后 12h 就可以进行养护，养护期要大于 7d，在高温季节和重点部位要适当延长养护期，并用保水性材料进行保护，避免太阳直接照射到新浇筑的混凝土表面，对其进行适当养护是预防干燥开裂的关键。在冬季，混凝土浇筑不能太久，通常为 5d，模具拆除后要及时对混凝土表面进行保温处理。冬季施工时禁止在混凝土面上喷洒水，并采用覆盖保水的方法。在 24d 平均温度持续降低 6 9的情况下，28d 以下的混凝土必须进行保温处理，以避免温度急剧下降而产生开裂。在混凝土结构早期，要尽量避免过水，否则会使混凝土环境温度急剧下降，容易产生温度裂缝。5 混凝土裂缝处理5.1 表面修补法表面修补法是一种最简单、常见的修补方法。通常的处理措施是在裂缝的表面涂抹水泥浆等物质，或在其表面涂刷防腐材料。在防护的同时，为了防止混凝土受各种作用的影响而继续开裂，通常可采取在裂缝表面粘贴玻璃纤维布等措施。5.2 填充法采用补强材料对裂缝进行直接填充，通常用于大裂缝修复，操作简单、成本低廉。对于宽度不超过 0.3mm、浅层裂缝，或裂缝中有充填物，用注浆法难以取得效果的裂缝以及小型裂缝的简单处理。5.3 结构补强法对结构强度的影响可采用结构补强方法，如由于超荷载引起的裂缝，长时间不进行治理而造成的混凝土耐久性下降，火灾造成裂缝等。主要有截面加固、锚固加固、预应力加固等。对混凝土裂缝治理的影响主要有修补材料试验、钻心取样试验、压水或压空气试验等。5.4 灌浆法主要用于对建筑物整体或有防渗要求的混凝土裂缝进行修复，通过压力装置将胶结材料压进裂缝，使其与混凝土结合，达到封闭和加固的效果。水泥、环氧树脂、甲基丙烯酸酯、聚氨酯等是目前广泛使用的粘结剂。该方法适用范围广，从小裂缝到大裂缝都有较好的处理效果。6 结语混凝土是基建施工的主要材料，每年由于开裂而造成的经济损失难以估算，完工后的修复、结构寿命的减少等又会带来更大的损失。由于材料的性质，混凝土开裂只能预防，并不能从根本上解决，因此，需要全行业齐心协力，争取更好地解决这个问题。参考文献：1 刘晋成.建筑施工中混凝土裂缝产生的原因及其预防措施 J.中国厨卫,2021(02):86-87.2 张济聪.浅谈混凝土裂缝产生原因及预防措施 J.建材与装饰,2020(18):20-21.3 张卫卫.建筑工程混凝土裂缝的产生原因及控制措施 J.新材料新装饰,2021,3(17):123-124.4 朱丽梅.建筑混凝土裂缝的类型、成因及预防措施 J.四川水泥,2022(05):61-63.