混凝土裂缝产生成因及防治

    张毅

    [摘要]随着我国基础设施建设领域的大力发展，2017年全国水泥产量23.2亿t，以水泥为主要添加材料的混凝土已经成为应用最为广泛的最主要的建筑材料之一。混凝土由于其自身未硬化前的可塑性和良好的抗压能力，稳定的耐久性以及相对经济的价格广泛应用于各种建筑结构工程。如何对混凝土裂缝进行控制是工程人员需要认真面对的事情。

    [关键词]混凝土;建筑材料;裂缝

    文章编号：2095-4085（2019）03-0003-01

    虽然混凝土有着诸多适用于工程领域的优点，但也有其自身的缺点。本文就混凝土裂缝的产生成因进行具体分析，以及根据成因，分别讨论其相应的防治措施。

    1混凝土裂缝原因分析

    想要分析混凝土裂缝产生原因，首先从微观方面谈起。

    （1）首先混凝土是一种混合物，它是由水泥作为胶凝材料，碎石和砂作为填充物的混合体，质量良好的碎石和砂具有很好的水稳定性，遇水后体积不发生变化，而水泥作为胶凝材，其主要成分是硅酸盐矿物C3S、C2S（一般占比75%），铝酸盐（一般占比22%）C3A、C4AF以及其他矿物（1%）组成，水泥水化机理则是C3S（硅酸三钙）、C2S（硅酸二钙），C3A（铝酸三钙）、C4AF（铁铝酸四钙）与水反应，生成如CaSIO3·nH2O的水化物，而这些水化物的宏观表现则是硬化的水泥。那么从微观上来说，一开始由多个硅酸盐分子和游离水分子构成的混合物，发生水化反应后合并成一个较大的分子，分子间距离缩短。体积自然收缩，产生裂缝。这种裂缝的特点是无明显方向性，不规则，内外都有，裂缝大小与水泥掺量有关（较小的掺量意味着较少的水化反应引起较小的体积收缩），与水泥种类有关。

    （2）如果配合比不当或现场任意加水，则混凝土中的游离水除了满足水化反应的需求外尚有剩余，剩余的游离水表面的直接蒸发，内部的游离水通过毛细孔道经过较长一段时间后也会蒸发而留下细小的空洞，如在混凝土硬化的过程中，表面浆液张力大于其强度，则表面张力将这些空洞拉扯贯通，在混凝土表面形成不规则的龟裂纹。在工程实践中浇筑完混凝土后，如果结构物表面有一层浮浆未及时清除，则待浮浆凝固后会产生网状裂纹就是因为上述原因。

    （3）水泥在水化反应过程中会放热，这里有一个热胀冷缩的过程，且在温度较高时，混凝土因为水化反应已经形成固体，因此温度回落时，混凝土体内部和表面会随着温度下降而产生的裂缝。这种裂缝的特点是无明显方向性，不规则，内外都有，且与混凝土温度变化密切相关。

    （4）从宏观上来看，混凝土浇筑分块较大也会产生裂纹，世界上没有理想的刚体，受力后发生变形是普遍存在的，无论是多高承载力的地基，弹性变形和非弹性变形总是客观存在的，因此，当浇筑混凝土对相应基础施加压力时，如果基础不均匀沉降和变形发生在部分混凝土已固结之后，由于这部分混凝土早期强度不足，往往局部应力超出当时混凝土的强度，则这部分混凝土会产生裂缝。这种裂缝的特点是大致方向垂直于基础，由一条或几条主裂缝构成，根据地基沉降及变形的大小，裂缝宽度不等。

    2主要应对措施

    下面就针对以上三点主要裂缝成因，分别对症下药提出几点预防措施。

    对于第一种裂缝产生的防治，可以通过以下几个途径改善：（1）合理调整配合比，减少水泥用量，适当的采用粉煤灰代替水泥的胶凝作用。使混凝土主要靠粗骨料之间的机械咬合和接触来提高承载力，水泥尽量只起到胶合作用，水化反应总量减少了，水化反应引起的干缩就会相应减少。以此来达到减小第一种裂缝的目的。（2）另外一方面可以通过掺加适量微膨胀剂使浇筑后的混凝土略微膨胀，以抵消部分收缩，工程实践中预应力管道注浆，箱梁顶板人洞的封口混凝土，连续刚构桥的合龙段混凝土都需要掺加部分微膨胀剂来抵消收缩变形。（3）选用安定性好的水泥作为胶凝材料。水泥安定性中重要的指标就是体积安定性，安定性好的水泥收缩较小。

    对于第二种裂缝产生的防治，主要是保持混凝土与环境温度尽量一致，减少温度引起的热胀冷缩。因此对于混凝土构件我们可以通过以下几点来实现。（1）减少水泥用量（水化反应少了，温度自然降低）;（2）混凝土内部布置冷却水管，通过冷却水管内通水，带走多余热量能显著降低混凝土内部温度，保证水化反应期间，结构物内部温度下降至接近环境温度。

    对于第三种裂缝产生的防治，主要注意地基的稳定性，虽然变形和沉降是不可避免的，但是稳固的基础可以减少不均匀沉降的发生使裂缝尽可能的减小。

    3总结

    混凝土作为常规建筑材料已经应用到建筑工程的方方面面，控制好混凝土裂缝，提高构件的耐久性是一个关系到结构安全和建设投资的大事，本文意在拋砖引玉，希望在将来能够看到更多的好的裂缝防治措施出現在工程实践中。