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1、1 引言 混凝土是目前用量最大的一种建筑材料,广泛应用于工业与民用建筑、农林与城 市建设、水利与海港工程。然而,许多混凝土结构在建设与使用过程中出现了不 同程度、不同形式的裂缝。这不仅影响建筑物的外观,更危及建筑物的正常使用 和结构的耐久性。因此,裂缝问题倍受人们关注。近年来,随着预拌混凝土的大力 推广应用以及结构形式日趋大型化、复杂化,使得这一问题变得更为突出。然而,混凝土结构的裂缝是一个相当普遍的现象,大量工程实践以及近代科学关于混凝 土强度的细观研究都表明结构物的裂缝是不可避免的,它是材料的一种特性。因 此,科学地对待裂缝问题是在对裂缝进行分类、研究的基础上,采取有效的措施,将裂缝的有害
2、程度控制在允许的范围内。本文将就混凝土结构中常见裂缝的成 因、控制措施以及修补方法作一些浅要分析。2 混凝土裂缝的分类 2 1 按裂缝的成因划分 根据混凝土裂缝产生的原因,可分为结构性裂缝与非结构性裂缝两大类。(1)结构性裂缝 由各种外荷载引起的裂缝,也称荷载裂缝。它包括由外荷载的直 接应力引起的裂缝和在外荷载作用下结构次应力引起的裂缝。(2)非结构性裂缝 由各种变形变化引起的裂缝。它包括温差,干缩湿胀和不均匀 沉降等因素引起的裂缝。这类裂缝是在结构的变形受到限制时引起的内应力造成 的。从国内外的研究资料以及大量的工程实践看,非结构性裂缝在工程中占了绝 大多数,约为 80%,其中以收缩裂缝为主
3、导 15。2 2 按裂缝产生的时间划分(1)施工期间出现的裂缝 2,4 包括塑性收缩裂缝、沉降收缩裂缝、干燥收缩裂缝、自身收缩裂缝、温度裂缝、施工操作不当出现的裂缝、早期冻胀作用引起的裂缝 以及一些不规则裂缝。(2)使用期间出现的裂缝 4 包括钢筋锈蚀膨胀产生的裂缝、盐碱类介质及酸性 侵蚀气液引起的裂缝、冻融循环造成的裂缝、碱骨料反应引起的裂缝以及循环动 荷载作用下损伤累积引起的裂缝等。2 3 按裂缝的形状划分 裂缝按形状可分为 4:纵向裂缝,平行于构件底面,顺筋分布,主要由钢筋锈蚀作 用引起:横向裂缝，垂直于构件底面，主要由荷载作用、温差作用引起；剪切裂缝,由于竖向荷载或震动位移引起；斜向裂
4、缝、八字形或倒八字形裂缝，常见于墙体 混凝土梁，主要因地基的不均匀沉降以及温差作用引起；X 形裂缝，常见于框架 梁、柱的端头以及墙面上，由于瞬间的撞击作用或者地震荷载作用引起：各种不 规则裂缝,如反复冻融或火灾等引起的裂缝。此外,还有因混凝土拌和或运输时间 过长引起的网状裂缝,现浇楼板四角出现的放射状裂缝或板面出现的十字形裂缝 等等。2 4 按裂缝的发展状态划分 根据裂缝所处的运动状态及其发展趋势,可分为以下两类:(1)稳定裂缝 这种裂缝不影响持久应用,包括两类。一类是在运动过程中可以自 愈合的裂缝,常见于一些新建的防水工程中,这是由于裂缝处水泥颗粒在渗漏过程 中与水进一步化合,析出 Ca(O
5、H)2 晶体且部分 Ca(OH)2 又与溶解在水中的 CO2 发生碳化反应形成 CaCO3 结晶,两者形成的凝胶物质将胶合裂缝封闭,从而渗漏 停止,裂缝达到自愈。另一类是处于稳定运动中的裂缝,如在周期性荷载作用下产 生的周期性扩展和闭合的裂缝。（2）不稳定裂缝 这种裂缝将产生不稳定性的扩展,影响结构物的持久使用,应视 其扩展部位,采取相应的措施。3 混凝土常见裂缝的成因与控制措施 3 1 收缩裂缝 收缩裂缝是由湿度变化引起的,它占混凝土非结构性裂缝中的主要部分。我们知 道,混凝土是以水泥为主要胶结材料,以天然砂、石为骨料加水拌合,经过浇筑成 型、凝结硬化形成的人工石材。在施工中,为保证其和易性
6、,往往加入比水泥水化 作用所需的水分多 45 倍的水。多出的这些水分以游离态形式存在,并在硬化过 程中逐步蒸发,从而在混凝土内部形成大量毛细孔、空隙甚至孔洞,造成混凝土 体积收缩。此外,混凝土硬化过程中水化作用和碳化作用也会引起混凝土体积收 缩。根据有关试验测定，混凝土最终收缩量约为 004%006%。可见，收缩是混 凝土固有的物理特性,一般来说,水灰比越大、水泥强度越高、骨料越少、环境温 度越高、表面失水越大,则其收缩值越大,也越易产生收缩裂缝。根据收缩裂缝的 形成机理与形成时间,工程中常见的收缩裂缝主要有塑性收缩裂缝、沉降收缩裂 缝和干燥收缩裂缝三类,此外,还有自身收缩（化学减缩）裂缝和碳
7、化收缩裂缝。3 1 1 塑性收缩裂缝 塑性收缩裂缝发生在混凝土塑性阶段,终凝之前。其形成原因是混凝土浆体中水 分流向表面并迅速蒸发,随着失水的增加,毛细负压产生的收缩力使混凝土表面产 生急剧的体积收缩。而此时混凝土尚未形成强度,从而致使混凝土表面开裂。这 种裂缝多出现在干热与刮风天气中,裂缝较浅,中间宽、两端细,长短不一,且互不连 贯。3 1 2 沉降收缩裂缝 沉降收缩裂缝约在混凝土浇筑后半小时发生,并在硬化时停止。其形成原因是浆 体在浇捣后发生不均匀沉落,粗骨料下沉,水泥净浆上浮,当沉降受抑制（如钢筋或 预埋件的阻挡）时，使混凝土因剪切而开裂。此外在表面形成的浮浆层也会因泌 水而开裂。这种裂
8、缝多出现在混凝土表面,且沿主筋或箍筋通长方向分布,中间宽 两端窄,是一种常见的早期裂缝,尤其在泵送施工中更常见。3 1 3 干燥收缩裂缝 干燥收缩裂缝在混凝土养护完以后才出现。其形成原因主要是由于混凝土硬化后 水分蒸发引起混凝土表面干缩,当干缩变形受到混凝土内部约束时,产生较大的拉 应力使混凝土表面被拉裂。干缩裂缝一般产生在表面很浅的位置,多沿构件短方 向分布,呈平行线状或网状,严重时可贯穿整个构件截面。3 1 4 自身收缩裂缝 自身收缩裂缝与外界湿度变化无关,而是由于水泥熟料在水化反应的过程中,反应 后生成物的平均密度变小而引起体系的体积收缩（称为化学减缩）所致。主要是由 于自由水转化为水化
9、产物的一部分，使它的比容降低 1/4（即 0 25cm3/g）。因此,化学减缩量的大小取决于水泥水化产物中化学结合水量的多少。3 1 5 碳化收缩裂缝 碳化收缩裂缝是碳化作用所产生的游离态水蒸发,引起浆体的收缩所致。碳化作 用是指大气中的 C02 在有水的条件下与水化产物作用生成 CaC03、铝胶、硅胶 以及游离态水,这部分水蒸发引起混凝土体积收缩（称为碳化收缩）,其实质是碳酸 对水泥石的腐蚀作用。一般水泥水化产物的碱度与空气中 C02 浓度越高且湿度 适中（50%左右）时,越易发生碳化作用。因此,这种裂缝易出现在干湿交替的环境 下,而干燥或水饱和环境下不易出现;且由于裂缝处析出的碳化产物将形
10、成凝胶,阻止 CO2 进入,故一般仅发生在表面 对以上收缩裂缝的防治可采取以下措施 58:(1)掺加高效减水剂、泵送剂以尽量降低用水量;施工时,下料不宜过快,并振捣密 实。(2)对于早期收缩裂缝的防治,除加强早期养护外,宜在混凝土终凝前进行二次抹 压,在材料上可掺加促凝剂,且宜采用早期强度高、保水性好的普通硅酸盐水泥;对于干缩裂缝的防治,可以适当延长养护时间,材料上宜选用粉煤灰水泥或中低热 水泥等干缩率小的品种。(3)尽可能降低水泥用量,增大粗骨料的含量,且宜选用石灰岩作为粗骨料,因为它 对收缩的抗裂性优于安山岩和砂岩;应严格控制骨料的含泥量,砂率不宜过大,骨 料应具有良好的级配。(4)降低自
11、身收缩裂缝的有效方法是尽量使用 C3A 含量低的水泥,因为硅酸盐水泥 熟料中 C3A 的化学减缩量最大，是 C2S 的 3 倍,C4AF 的 5 倍。(5)防止碳化收缩裂缝关键是降低生成物的碱度,对新浇混凝土做好湿水养护,而 对使用当中的混凝土结构要尽量保持干燥，在 CO2 等腐蚀性气体含量高的环境下 要做好防腐措施。(6)混凝土浇筑抹光后要及时用潮湿的草垫或塑料薄膜覆盖,风季施工时应设挡风 设施。3 2 温度裂缝 温度裂缝是由于混凝土内外温差或季节气温变化过大而形成的。在混凝土浇筑过 程中，水泥水化反应将放出大量的热(一般每克水泥可放出 502J 热量)，使混凝土内 部温度升高并在一定龄期出
12、现温峰,之后下降。由于混凝土内部散热慢而表面散 热快,必将在内外形成温差,为协调温度变形,混凝土表面将产生拉应力(即温度应 力),当超过混凝土抗拉强度后将使之开裂。这种裂缝多为贯穿性的,且较深,严重降 低结构的整体刚度;一般在施工结束几个月后出现。此外,在混凝土养护期间,若受 到寒流的侵袭,也会在混凝土表面引起裂缝,但较浅,危害性也较小。控制温度裂 缝的产生主要是从降低温差入手,可采取以下的防治措施:在材料方面,宜采用粉煤灰水泥或 C3A 和 C3S 含量低的低热水泥，尽量减少水 泥用量,可掺加缓凝高效减水剂;对大体积混凝土,可适当掺入块石;在拌和水中掺 冰屑并对骨料进行喷水冷却。(2)在施工
13、方面,应合理安排施工工序,改进施工工艺,如浇筑大体积混凝土时,在混 凝土中布设水管循环导热或分块分层浇筑;改善结构约束条件,如较长结构要设温 度缝或后浇带，在基岩上浇筑时，要铺 50100 mm 砂层以消除其嵌固作用。(3)在设计方面,主要是做好温度应力计算,根据可能产生的温度应力采取相应的 构造措施,如适当地配置温度钢筋,分担混凝土温度应力。(4)此外,尚需加强混凝土养护,做好表面保温措施(如蓄水养护或覆盖潮湿的草垫 等),适当延长拆模时间,以使混凝土表面缓慢散热;对于大体积混凝土,控制入模温 度，并进行测温跟踪，控制混凝土内外温度差在 25C以内。3 3 沉陷裂缝 沉陷裂缝是建筑物建成后各
14、部分发生不均匀沉降而引起的,多为贯穿性的,其位置 与沉陷方向一致。建筑物墙体的八字形或倒八字形的裂缝便是一种典型的沉陷裂 缝。回填土未经夯实处理,地层中含有软弱下卧层,建筑物在使用过程中地基被水(雨水、生活用水等)长期浸泡等原因都将引起建筑物的不均匀沉降,从而开裂。另 外在新建工程的地基施工中,若不做好必要的措施(如设挡土墙、地下连续墙)防止 土坡失稳或地下水倒灌,会削弱相邻老建筑物的地基承载力,从而导致建筑物沉陷 开裂。在混凝土施工中,因模板刚度不足、支撑间距过大、过早拆模等因素,也会 出现沉陷裂缝。沉陷裂缝往往严重影响建筑物的外观,并危及结构的耐久性,防止 其产生的控制措施有:(1)在基础
15、设计时确保持力层的承载力与地基的均匀受力,在层高不同的部位以及 新老建筑物连接处设置沉降缝。(2)在施工中,模板要有足够的强度和刚度,并支撑可靠;另外,注意施工顺序,如先高 层后低层,先主体后裙房。(3)施工前要做好地质勘测工作,尽量选择好的持力层,竣工后要避兔地基受到雨 水等浸泡。3 4 其他裂缝 除上述裂缝外,在结构的施工过程还会出现各种形式的施工裂缝;在结构使用过程 中也会出现不同类型的腐蚀裂缝。(1)施工裂缝 施工裂缝是由于施工中操作不当或构件本身的刚度不够等因素引 起的。如预应力工程中,张拉不当会使构件因尚末形成强度或强度不足而开裂;模 板工程中,若混凝土与模板粘结则拆模或提升模板时
16、易将混凝土拉裂;吊装工程中,会因构件侧向配筋少、刚度差或吊点不正确等因素而出现裂缝。防止这类裂缝的 关键是严格按照施工规范进行,如预应力张拉须在构件强度达到 75%以上时进行,模板与混凝土间涂刷隔离剂,拆模或滑升时,先均匀松动,再缓慢拆离或提升。(2)腐蚀裂缝 腐蚀裂缝是由于结构长期处于腐蚀性 气液的环境下引起的,它包括混凝土自身的腐蚀以及钢筋的锈蚀。这类裂缝往往 是由于混凝土不密实所导致的,它们通常与干缩裂缝、温度裂缝等共同作用,导致 裂缝不断扩展,最终削弱结构的耐久性。控制的措施主要是做好混凝土表面及钢 筋的防腐处理,出现裂缝,应及时修补。此外,若混凝土骨料中存在碱活性成分、水泥中 MgO
17、 含量过高(5%)或 UEA 等膨 胀剂掺量过多,则会因发生碱骨料反应或 MgO 的水化反应,生成膨胀性的凝胶,造 成混凝土膨胀开裂,形成的多为网状或不规则裂缝。此类裂缝往往在结构竣工几 年后才出现,因为上述化学反应极为缓慢。防治的关键是消除或降低混凝土中此 类物质的存在。4 裂缝的处理 混凝土结构一旦开裂应立即在鉴定的基础上采取相应的措施。目前,常用的修补 方法有表面封闭法、压力灌浆法及填堵法 1,8。4 1 表面封闭法 针对宽度小于 0 2mm 的微裂缝，可将聚合物水泥膏、弹性密封胶或渗透性防水 剂涂刷于裂缝表面,以恢复其防水性和耐久性。该法施工简单,但仅适用于浅裂缝。(1)工艺流程：表面
18、刷毛并冲洗一嵌补表面缺损(可用环氧胶泥或乳胶水泥)一选材 涂复。(2)施工要点;由于涂层较薄，应选用粘结力强且不宜老化的材料；对活动裂缝，应采用延伸率较大的弹性材料；涂复均匀，不得有气泡。4 2 压力灌浆法 针对宽度大于 03mm 且深度较大的裂缝，可将化学灌浆材料(如聚氨酯、环氧树 脂或水泥浆液)通过压力灌浆设备注入到裂缝深处,以恢复结构整体性、防水性及 耐久性。(1)工艺流程:凿槽T埋设浆嘴T封缝T密封检查T配制浆液T灌浆T封孔T灌浆 质量检查。(2)施工要点:灌浆材料宜选用粘结力强、可灌性好的树脂类材料，通常选用环氧 树脂;对于宽度大于 2mm 的特大裂缝可采用水泥类材料，对于活动性裂缝
19、宜采 用经稀释的环氧树脂或聚氨酯；化学灌浆压力控制在 0 20 4MPa 水泥浆灌 浆压力控制在 0 40 8MPa,增大压力并不提高灌浆速度，也不利于灌浆效果：灌浆后,待浆液初凝而不外渗时,方可拆下灌浆嘴(盒、管)。4 3 填堵法 针对宽度大于 0 5mm 的宽大裂缝或钢筋锈蚀裂缝，可沿裂缝将混凝土凿成“U”型或“V”型槽，然后嵌填修补材料，以恢复防水性、耐久性或部分恢复结构整体 性。(1)工艺流程:凿槽一基层处理(混凝土去污、钢筋除锈)一涂刷结合剂(环氧树脂浆 液)嵌填修补材料一面层处理。(2)施工要点:嵌填材料可视具体情况选用环氧树脂、环氧砂浆、聚合物水泥砂 浆、聚氯乙烯胶泥或沥青油膏：对于锈蚀裂缝，先对钢筋彻底除锈，再涂防锈涂 料。5 小结 混凝土裂缝问题是项技术难题,长期困扰工程界。近年来,随着高早强型水泥的大 量使用、商品混凝土泵送施工的大力推广、混凝土强度等级的提高、大体积混凝 土的涌现,在取得成效的同时也使裂缝问题更为突出,甚至成为混凝土质量问题的 焦点。而目前混凝土裂缝主要是收缩变形和温度变形所致,控制这些裂缝除了广 大工程建设人员在设计与施工方面采取相应措施外,也需要科研人员尽快地研制 出能减少水泥收缩和水化热的高效材料,从而将裂缝问题降低到最小限度。