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混凝土构件裂缝成因及预防
作者：刘永宏
来源：《城市建设理论研究》2013年第15期
摘要：混凝土构件应用广泛、价格低廉、成为当今世界建筑结构中应用最广泛的建筑材料，尤其在公路、铁路、桥梁中占据着较大的领空。但混凝土也存在着许多的缺点，主要有抗拉能力差、易开裂、沉陷、错台等缺陷，本文就混凝土构件裂缝的成因及预防进行一些探讨。 关键词：混凝土；裂缝；预防
中图分类号： TU528 文献标识码： A 文章编号：
前言：在大量的工程实践和理论分析中表明，几乎所有的混凝土构件均是带着裂缝工作的，只是有些裂缝很细，甚至肉眼看不见可允许其存在的，有些裂缝在荷载或外界物理、化学因素的作用下不断产生和扩展引起混凝土碳化、保护层剥落、钢筋腐蚀，使混凝土的强度和刚度受到削弱、耐久性降低，严重时甚至发生垮塌事故，所以，为了延长混凝土构件的使用寿命达到预期的使用效果，就必须对混凝土裂缝加以控制。 一、;混凝土构件裂缝产生的原因
在混凝土构件中产生裂缝的原因有多种，主要是温度、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、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土的约束，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，但表面湿度可能变化较大或发生剧烈变化。如养护不良时表面干缩形变受到内部混凝土的约束，也会导致裂缝。
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（0.6～1.0）×104，长期加荷时的极限拉伸变形也只有（1.2～2.0）×104.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很不均匀，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，混凝土只承受压应力。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。
1、温度应力的分析
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根据温度应力的形成过程可分为以下三个阶段：
⑴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，二是混凝土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。
⑵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，在此期间混凝土的弹性模量变化不大。
⑶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叠加。 2、温度的控制措施
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：
⑴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。
⑵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。 ⑶热天浇筑混凝土时减少浇筑厚度，利用浇筑层面散热。 ⑷在混凝土中埋设水管，通入冷水降温。
⑸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。
⑹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。 3、改善约束条件措施 ⑴合理地分缝分块。 ⑵避免基础过大起伏。 ⑶合理的安排施工工序。
⑷避免过大的高差和侧面长期暴露。
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4、正确使用外加剂
为了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。
外加剂的主要作用有：
⑴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。
⑵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％。 ⑶水泥用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。
⑷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。 ⑸提高水泥浆与骨料的粘结力，提高的混凝土抗裂性能。
⑹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，大幅度提高混凝土的抗裂性能。
⑺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。 ⑻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加。
⑼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。 二、混凝土结构裂缝的预防
1.材料方面。⑴水泥：根据工程条件不同，尽量选用水化热较低、强度较高的水泥，严禁使用安定性不合格的水泥：⑵骨料应选用粒径适当、级配合理、无碱性反应、有害物质及含泥量符合规定的砂、石材料；⑶外掺料宜掺入适量粉煤灰和减水剂等外加剂，超长建筑物或构筑物可加入微膨胀剂，以改善混凝土工作性能，降低水泥用量和用水量，减少收缩。
2.工艺方面。⑴配合比设计应尽量采有低水灰比、低水泥用量、低用水量。投料计量应准确，搅拌时间应保证；⑵浇筑分层应合理，振捣应均匀、适度，不得随意留置施工缝。 3.设计方面。⑴建筑平面造型在满足使用要求的前提下，力求简单；控制建筑物的长高比，增强整体刚度和调整不均匀沉降的能力；⑵正确设置沉降缝、变形缝，位置和宽度选择要
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适当，构造要合理；⑶砖混结构底层窗台下应采用加筋砌体，洞口较宽的窗台下宜设置钢筋混凝土梁，以防止窗台因地基沉降产生竖向裂缝；⑷构件配筋要合理，间距要适当。断面较大的梁应设置腰筋。大跨度、较厚的现浇板，上面中心部位宜配置构造钢筋。主梁在集中应力处，宜加设抗剪钢筋。
4.施工方面。⑴加强地基的检查与验收，复杂地基，应做补充勘探。异常地基处理必须谨慎，尽可能使其处理后的承载力与本工程正常地基承载力相同或相近；⑵合理设置后浇带，较长的墙、板、基础等结构和主楼与裙房之间等高低层错落处，均应设置后浇带。具体要求可由设计单位确定；⑶加强混凝土的早期养护，并适当延长养护时间，当柱、墙等构件浇水养护有困难或不能保证其表面湿润时，应采用覆盖保温材料等做法，以减少混凝土的收缩变形；⑷大体积混凝土施工，应做好温度测控工作，采取有效的保温措施，保证构件内外温差不超过规定（25℃）；⑸钢筋绑扎位置要正确，保护层厚度准确，钢筋表面应洁净，钢筋代换必须考虑对构件抗裂性能的影响 结束语
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，在混凝土构件、混凝土路面、桥梁工程中裂缝几乎无所不在。所以要求我们在施工中必须采取各种相应措施，而在结构构件的使用过程中更要严密注意观察其裂缝的发生和发展，用相应的保护、防治措施保证结构构件正常工作。 参考文献：
铁道出版社出版《混凝土结构设计原理》、《基础工程》及《工程材料》
