洽談混凝土裂縫機理與控制措施

洽談混凝土裂縫機理與控制措施

摘 要

混凝土是以水泥、水、沙子、石子、需要時摻入外加劑和礦物摻合料，按一定的比例配合，經過攪拌機均勻拌制、密實成型及養護硬化而成的人工石材。目前為止，土木工程，以框架、剪力牆等形式的混凝土結構占主導地位。混凝土結構由於濕度、風乾、熱脹冷縮等外在因素的作用，不可避免地存在裂縫。經常發現混凝土結構在成型後，出現各種類型的裂縫。國內發展趨勢表明，建築物維修、改造業已成為當今土木工程的主要內容。其中重要的內容就是控制和處理建築裂縫，因此，現在研究裂縫的控制和處理是發現方向。

關鍵詞：混凝土裂縫措施

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

洽談混凝土裂縫機理與控制措施

目錄

聲明.........................................................................Ⅰ

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

ABSTRAACT

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

第一章 裂縫的允許限度............................................. ..... ....3

第一節 有限度的裂縫是允許的...............................................3

第二節 裂縫的自行癒合........................................... .... ....3

第二章 裂縫形成原因.............................. ..... ...... ..... .........4

第一節 混凝土的收縮和温差.................................................4

第二節 影響混凝土開裂的原因...............................................4

第三節 裂縫控制是設計和施工單位共同考慮的問提.............................5

第三章 一般裂縫產生的原因及預防措施.........................................7

第一節 塑性收縮裂縫.......................................................7

第二節 幹縮裂縫...........................................................7

第三節 温度裂縫...........................................................8

第四節 不均勻沉陷裂縫.....................................................8

第四章 工程實例分析........................................................10

第五章 結論................................................................12

第六章 參考文獻............................................................13

第七章致謝.................................................................14

前 言

在當今的整個社會的建設中，不論什麼樣的建築，鋼筋混凝土的應用面可以説是無處不在。但是，在使用混凝土的同時，由於對混凝土的性能運用不恰當，在工程完畢後的十幾天，一個月或者更長一點的時間，混凝土結構物出現了裂縫或其他不良反映，造成建築物不達標，給使用的人們心中造成擔憂，有害怕的感覺。由於從近代科學關於混凝土工作的研究及大量的混凝土工程實踐證明，混凝土結構裂縫是不可避免的。所以本文針對大體積混凝土的裂縫成因做了訴論，並提出了減少裂縫的措施。

第一章裂縫的允許限度

第一節有限制的裂縫是允許的

一般來説混凝土出現裂縫在採取一定的修補措施後通常也不至於造成明顯的損失，據美國公路研究的一項調查，在美國和加拿大的所有公路路橋結構中，混凝土的收縮並不構成耐久性的主要原因或唯一原因。

世界各國對混凝土都有一個允許裂縫寬度的限值，如新西蘭規定對乾燥環境下的允許裂縫寬度為0.4mm，在我國為0.2~0.3mm，美國ACI224委員會規定的裂縫允許寬度為：乾燥空氣中0.4mm；潮濕空氣或土中0.3mm；有處冰鹽作用時0.175mm；受海水濺射、乾濕交替時，0.15mm；擋水結構（不包括無壓力管道）0.1mm。

第二節裂縫的自行癒合

裂縫又是可以自行癒合的，其機理是硬化水泥漿體中的氫氧化鈣可與周圍空氣或水分中的二氧化碳結合（碳化）生出碳酸鈣，碳酸鈣與氫氧化鈣結合沉澱並積聚於裂縫內，這些結晶相互交織，產生力學粘結效應，同時在相鄰結晶、結晶與水泥漿體、結晶骨料表面之間還有化學粘結作用，結果使裂縫得到密封。但是過寬的或還在發展的裂縫特別是裂縫還有水的流動就很難自癒合了，一般認為寬度小於0.15~0.20mm的裂縫是可以自癒合的。

對於人流比較頻繁的地下結構，例如地鐵車站有時對裂縫的限制反而要嚴格一些，首先是破壞了結構的自防水性能，特別是我國南方降雨量大的地區，地下水位高，地下水日以繼夜地內滲，既影響觀瞻，更影響地下空間的正常使用，這樣的裂縫就不能容許。所以減少和防止混凝土結構土的開裂特別是防止大的裂縫具有提別重要的意義。

第二章裂縫形成原因

第一節混凝土的收縮和温差

混凝土是由水泥、砂、石子、水做為主要成分配置而成的建築材料，其容重大於每一種單體的材料，見表1.

表1. 混凝土及其材料的容重

容重的增大説明混凝土硬化後其單位體積的重量加大了，原因首先是混凝土較任何單位一介質的級配更為合理，孔隙得到了填充，因而更為密實；其次就是混凝土凝結硬化過程的收縮，收縮使混凝土更加密實，從這個意義上説收縮不一定是壞事，它是導致混凝土容重變大、密實度增加和強度提高的原因之一。這種收縮因發生的時段，機理及條件的不同又分塑性收、自生收縮和乾燥收縮，統稱為混凝土乾硬化收縮。由於約束的存在收縮一旦超過混凝土那一時刻的極限應變就開裂了。混凝土在凝結硬化過程它的極限拉應變是個變量，直到28天強度以後才逐漸趨於穩定，此值約為（0.5~2.7）×10^-4不等，平均值可取1×10^-4.收縮問題還在於水化過程要釋放出相當可觀的水化熱。

水化後除生成水化硅酸鈣和氫氧化鈣外，每公斤水泥還要釋放500kj的熱量，熱量導致混凝土的温升，在大體積混凝土內部可高達80°C以上，這個温度總要降至環境温度才能穩定，於是在一段時間內至少在驗收以前混凝土結構大都存在兩個温差：一個是混凝土結構本事內部與表面的温差：一個是混凝土與環境的温差，温差是導致温度應力的根源，温差越大温度拉應力越大，一旦超過混凝土那一時刻的極限拉應力混凝土就開裂了。這種由於温度升降引起的收縮稱之為温度收縮。

第二節影響混凝土開裂的原因

影響混凝土開裂的原因有：⑴收縮；⑵約束；⑶彈性模量；⑷徐變；⑸抗拉變形或抗拉強度。見圖2.

圖2. 混凝土結構約束無處不在方塊圖

第三節裂縫控制是設計和施工單位共同考慮的問題

對於混凝土結構來説，裂縫是多種多樣的，如果荷載超過設計允許荷載而產生的結果裂縫。地址勘探不詳，發生不均勻沉降而引起的沉降裂縫，發生地震所造成的地震裂縫等等，這些由於原因比較明確和單一，解決和預防也都有比較明確的措施。

混凝土裂縫大多數都發生施工階段活着説在工程交付正式使用以前，對於工期較長的大型工程尤其如此。這些裂縫主要是硬化前混凝土塑性開裂和硬化早起發生的收縮（温度變化和乾燥引起）開裂。混凝土在使用過程中產生的種種裂縫，其中有許多也源處於設計施工階段，如施工時的原材料用了活性骨料、劣質水泥、或有害的氯化鈣摻合料，混凝土配比中的用水量過大，這些都為混凝土後期開裂埋下了禍根。

按照這個界定，有人講這類裂縫歸結為施工階段砼的裂縫，這是按裂縫出現的時段來定義的，並不意味着裂縫的責任全由施工方來承擔，恰恰相反，設計一方關於混凝土標號的確定構造配筋的多寡婦、、温度收縮和温度應力分析以及連接縫（包括伸縮縫控制縫等）的位置等等都）的位置等等都應在設計中給出。這個問題在國外一般來説是不成問題的，國際上大多都同性設計施工由一個承包公司同意負責，一旦出現裂縫不存在單位之間相互扯皮，根據我國目前的現狀，在控制裂縫方面，設計單位至少應對下列問題予以考慮。

①降低約束。主要是採用結構措施，設置各種連接（伸縮縫，控制縫，後澆帶，施工縫）以及在約束界面上設置滑動層、緩衝層等。並混定具體的構造細節。

②降低混凝土的收縮量與收縮差包括乾燥收縮和温度收縮。設計單位應提出混凝土施工温度控制的具體規定以及混凝土施工養護和現場温度監控基本要求。

③提高混凝土的抗裂性能。除規定構造配筋的數量和佈置方法外，設計單位應在施工圖或施工文件中提出對混凝土配比的具體要求，必要時在某些區段採用膨脹混凝土火纖維混凝土。

此外，設計單位應該對結構的温度場和收縮應力進行必要的估算，以確定所採取的裂縫控制措施是適宜，並要求施工單位結合具體情況進行相應的驗算。設計單位還應提出必需的實驗內容，以確認所採用的材料抗裂性能是合乎要求的。

第三章一般收縮縫的產生原因及預防措施

混凝土裂縫一般分為三種裂縫：塑性收縮裂縫、幹縮裂縫、温度裂縫、不均勻沉陷裂縫。

第一節塑性收縮裂縫

裂紋的現象：混凝土構件暴露在空氣中，表面上的混凝土塑性收縮，在混凝土凝結之前，因失水速度快，產生的收縮。塑性收縮裂縫在數以千計的熱或強風，裂縫中間寬，兩根細而長，相干態，短裂紋可以長20～30釐米長，長裂縫可達是2～3m，寬1～5mm。

產生原因：混凝土在終凝前幾乎沒有強度或強度很小，或者混凝土剛剛終凝而強度很小時，受高温或較大風力的影響，混凝土表面失水過快，造成毛細管中產生較大的負壓而使混凝土體積急劇收縮，而此時混凝土的強度又無法抵抗其本身收縮，因此產生龜裂。影響混凝土塑性收縮開裂的主要因素有水灰比、混凝土的凝結時間，環境温度、風速、相對濕度等等。

預防措施：在混凝土的配製時，要嚴格的控制水泥用量和水灰比，選擇使用級配比較良好的石子，減小混凝土之間的砂率和空隙率；在此同時，要振動攪拌要密實，使其降低收縮量，可以提高混凝土的抗裂強度。在氣温比較高、濕度比較低或風速很大的天氣中施工時，混凝土澆築完畢後，要及早的對其噴水，養護，讓混凝土保持住一定程度的濕度；大體積混凝土應該適合澆築一部分，然後再養護一部分。澆築混凝土之前，將混凝土基層、模板澆上水使其有一定的濕潤效果。澆築完混凝土後，對裸露空氣中的混凝土要及時的使用濕的材料進行覆蓋，好好的養護。與此同時，也要加大混凝土表面的抹壓養護工作。混凝土養護又可採用在其表面噴上氯偏乳液的養護劑，也可以覆蓋潮濕的草袋和塑料布；如果其表面出現細小的裂縫時，要馬上進行抹壓，並且覆蓋上草袋、塑料袋養護　　

第二節 幹縮裂縫

裂縫現象：表面的裂縫，寬度比較細。設置在一個交錯縱橫，規律沒有。薄壁樑，板構件，以及短期的分佈；整體結構發生結構變截面；平面斷裂延長伸展到變截面或塊邊緣，體積較大的混凝土的平表是更常見的，但也經常顯現，並同濕度的變化、温度的變化而漸漸發展。

產生原因：成型的混凝土，養護的不當，陽光照射和風吹，表面失水迅速，體積的收縮比較大，而內部濕度的變化較小，收縮率小，所以表面混凝土收縮而變形的內部制約，顯現拉應力，造成混凝土表面的出現裂縫，或部分水分被蒸發，產生的基礎或體積的收縮墊約束，形成幹縮裂縫。混凝土長時間堆放暴露在空氣中，表面上的濕度時常劇烈的變化，通過振動，表面形成的水泥砂漿層含量多，構件暴露產生很久以後的伸展。

預防措施：混凝土的水泥使用量，水灰比率，砂的比率率不能太大；嚴格的泥沙含量，避免過度使用粉砂；混凝土振動，並注重表面抹壓，在混凝土初凝後，最終凝固前抹壓，以提高混凝土的抗拉的強度，減少混凝土的收縮。對混凝土的早期養護加強，延長固化時間。長期露天堆放時，覆蓋稻草，稻草袋，避免日曬，並定期進行適當的灑上，保持其一定的潮濕。薄壁構件在涼爽的地方堆積和覆蓋，避免過度的濕度變化。

第三節温度裂縫

裂紋現象：温度裂縫發生在體積較大的混凝土表面或温差變化比較大的混凝土結構上。後澆混凝土在硬化的過程中，水泥水化，產生大量的水化熱量，（當水泥用量的350-550kg /立方米，每立方米混凝土會釋放出一個17500-27500kj熱，使混凝土的內部温度升高到70℃或更高）。

產生原因：由於大體積的混凝土，大量的水化熱量積累在混凝土內，不容易散發出來，導致其內部的温度急劇上升，同事混凝土的表面迅速的冷卻，使形成很大的內外温差，温差過大造成的內部和外部的熱膨脹冷縮程度不相同，混凝土表面產生一定的拉應力。當應力超過了混凝土自身的抗拉強度極限，混凝土表面就會跟着產生裂縫，這種裂縫一般發生在混凝土施工期間斷。

預防措施：使用低或中等熱水泥，如礦渣水泥，粉煤灰水泥。減少水泥的用量，降低其水灰比，改善骨料級配，摻粉煤灰和高效減水劑，減少水泥的用量，降低水化熱。提高混凝土攪拌的過程，在傳統的三冷卻技術的基礎上使用的空氣新技術，降低混凝土的澆築温度。在混凝土中摻加一定量的具有減水外加劑，增塑劑，阻燃效果，提高混凝土的流動性，保水性，降低水化熱，熱峯值出現時間延遲。在高温季節澆築時可以使用的安裝遮陽板和其他輔助措施控制混凝土温度上升，降低混凝土的温度。大體積混凝土的温度應力和結構尺寸，合理安排施工工序，分層，分塊澆築，以方便散熱，減少約束。在大體積混凝土內部冷卻管，通過冷水或冷空氣冷卻，降低混凝土內外温差。加固混凝土温度監測，及時冷卻，保護措施。貯藏温度收縮裂縫。減少約束混凝土澆築之前，基巖老混凝土鋪設砂層或使用瀝青等材料塗。加強混凝土的養護，混凝土澆築，及時用濕稻草，麻，覆蓋，並注意節約用水，固化時間延長。在寒冷的季節，混凝土表面應採取保温措施防止寒冬襲擊。混凝土是由幾條或混合纖維材料，混凝土温度裂縫控制在一定的範圍內。

第四節 不均勻沉陷裂縫

裂紋現象：不均勻沉陷裂縫穿透裂紋，其趨勢與沉降條件下，一些在上部，一些在較低，一般垂直於地面或是30°~ 45°角方向。不均勻沉降裂縫，往往在一定的差距，裂縫寬度的影響較小的温度變化，由於負載的大小不同，和不均勻沉降值成正比。

產生原因：結構，成分低於地面沒有壓實和必要的加固，混凝土澆築，基因不是水造成的不均勻沉降。橫卧預製構件生產（如屋頂桁架，樑），由於橫向剛度差，字符串，腹杆或樑側常。剛性不足的模板，模板支撐間距太大或支持的鬆動，以及過早去除，也往往造成不均勻沉陷裂縫。

預防措施：在軟土，填地基夯實加固。避免直接在軟土或填寫預製構件生產，或通過強夯處理後的預製場。模板應支撐牢固，保證了足夠的強度和剛度，並使基礎受力均勻。剝離的時間不早了，應按規定執行。組件生產現場周圍應做好排水措施，要時刻注意到水泄漏和水浸泡地面維修。

第四章工程實例分析

（一）工程簡述

寧波濱海新區的一八層磚混結構建築，建築面積4000平方米，坡屋頂屋面，建築砌體砂漿層1 ~ 3類7.5級複合砂漿，4層以上的M級混合砂漿，粘土磚MU 10。每個樓層，樓梯，環樑及混凝土結構構件類C 25。

完成後，居民使用一段時間後，逐漸發現地板，門楣，梯樑開裂，其中樓板裂縫寬度為0.1～0.3毫米，不等長，主要從45度角斜裂縫的地板，地板中央平行裂縫（平行於長邊）和穿線管裂紋。經權威部門檢測，裂紋的非受力裂縫的工程實例，即非荷載裂縫，裂縫不影響結構安全，但影響結構耐久性和正常使用，必須處理。

（二）裂縫形成原因

1．本工程採用水泥混凝土C 25，施工單位片面，高標號水泥，水泥更保險，水泥劑量超過重量為350千克/立方米，水灰比達到0.63。此外，製備混凝土骨料級配不良，泥質含量高，分級的不連續，部分粒度細砂代替石頭。眾所周知，混凝土收縮變形引起的乾燥，毛管孔隙度增加，導致毛細血管表面張力增加，導致出現混凝土收縮。如果內部混凝土水灰比，水泥用量的增加，生長速度，提高水泥質量的砂，將大大提高混凝土骨料表面面積，增加其吸附水分的能力，吸附的水大大超過了水泥水化所需的水分，導致凝血土壤毛管孔隙度大大增加，使收縮混凝土大大增加。這是由於混凝土的收縮變形較大的根本原因。

2．該項目位於沿海地區，年平均風速較大，樓板混凝土澆築在九月～之間，環境温度比較高，最高温度30℃～35oc，水養護不少於3天，在較高的温度和日照時間和風的影響，地板表面脱水率，改善混凝土的早期收縮。由於混凝土抗拉強度低早在中世紀，地板在外圍的限制，容易產生細裂紋。同時，在地上投下後四個月內的温度大大下降以及高標號水泥，導致減少温差較大，從而提高混凝土的收縮。這些早期塑性開裂的混凝土硬化後期收縮。蠕變温度變化，逐漸開始形成較大的裂紋，甚至通過地板。

3．工程鋼筋混凝土樓板和樑，壁環樑，樑的變形，收縮變形，不到地板，地板變形約束，產生較大的拉應力。當板內的應力與混凝土的極限抗拉強度時，就會在裂縫。這是樓板裂縫是另一個主要因素。

4．測試一個層（地下室）骨折多於上部樓層嚴重骨折，形狀不規則，分析發現原因是一個樓板底模支撐基礎固結，不均勻，每個模板之間的大變形和樓板產生不規則裂縫。

（三）建議

通過以上分析，本工程出現的裂縫主要是由於混凝土收縮引起，所以要特別重視。為了有效地減小混凝土收縮裂縫的，對於裂縫的預防，建議從材料、施工、設計三方面的控制，採取適當的措施。

第五章結論

裂縫是混凝土結構中普遍存在的一種現象。因此我們需要對混凝土裂縫進行認真研究、區別對待，採用合理的方法進行處理。在施工中，採取有效的預防措施來預防裂縫的出現和發展，保證建築物和構件安全、穩定地工作。