浅谈混凝土裂缝成因及施工质量控制要点

浅谈混凝土裂缝成因及施工质量控制要点

【摘要】随着我国经济的高速发展，混凝土结构以其造价低、设计理论成熟、施工技术成熟、抗震性能好等优点，在桥梁、隧道、房屋建筑等建筑工程等领域发挥着极其重要作用。但是伴随这类材料的生产研究与应用，混凝土裂缝是在现有施工技术条件下较难克服的质量通病之一，轻者影响建筑物美观，造成渗漏水，重者降低建筑结构的承载力、稳定性和整体性，甚至还会导致整体倒塌的重大质量事故。因此，正确分析裂缝产生原因，在施工过程中切实加以防治十分必要。现从混凝土的施工过程包括原材料的计量，混凝土的搅拌、运输、浇筑和混凝土的养护等方面着重阐述钢筋混凝土裂缝的原因及综合防治措施。

【关键词】混凝土；裂缝；施工；质量；控制；原材料；搅拌；运输；浇筑；养护。

一、混凝土裂缝的分类

（一）根据混凝土出现的裂缝按深度的不同

分为表面裂缝、贯穿性裂缝、深层裂缝。（1）表面裂缝主要是温度裂缝，一般危害较小，但影响外观质量；（2）深层裂缝部分地切断了结构断面，对结构耐久性产生一定危害；（3）贯穿性裂缝是由混凝土表面裂缝发展为深层裂缝，最终形成贯穿裂缝；他切断了结构断面，可能破坏结构的整体性和稳定性，其危害是较严重的。

（二）根据混凝土表面形状的不同

就其在结构表面形状分为网状裂缝、爆裂状裂缝、不规则短裂缝、纵向裂缝、横向裂缝、斜裂缝等。

（三）根据稳定程度的不同

按其发展情况分为稳定裂缝和不稳定裂缝、能闭合裂缝和不能闭合的裂缝。

（四）根据尺寸大小的不同

按其尺寸大小分为微观裂缝和宏观裂缝两类，微观裂缝是混凝土内部固有的一种裂缝，它是不连贯的，一般存在于混凝土结构内部，尺寸较小裂缝宽度通常情况下不超过0.5mm，宏观裂缝是指尺寸较大的裂缝，裂缝宽度通常情况下大于0.5mm，可存在于混凝土内部，也可存在于混凝土表面。

（五）根据形成时间的不同

按混凝土裂缝产生时间可分为施工期间形成的裂缝和使用期间产生的裂缝。

（六）根据形成因素的不同

可分为设计因素裂缝、材料因素裂缝、施工因素裂缝、使用因素裂缝、温度因素裂缝，不均匀变形因素裂缝、钢筋锈蚀裂缝等几大类。现就施工中常见的混凝土裂缝，对工程质量危害较严重裂缝产生原因及施工质量控制要点做以下阐述。

二、混凝土裂缝发生的原因

（一）水泥水化热的影响

水泥在水化热过程中产生大量的热量，因而是混凝土内部的温度升高，当混凝土内部与表面温差过大时，就会产生温度应力和温度变形。温度应力与温度差成正比，温差越大，温度应力越大，当温度应力超过混凝土内外的约束力是，就会产生裂缝。混凝土内的的温度与混凝土的厚度及水泥用量有关，混凝土越厚，水泥用量越大，内部温度越高。

（二）内外约束条件的影响

混凝土早期温度上升时，产生的膨胀受到约束，形成内应力。当温度下降，则产生较大的拉力。另外，混凝土内部由于水泥水化热而形成中心温度高，热膨胀大，因而在中心区产生压应力，在表面产生拉应力。若拉应力超过混凝土的抗拉强度，混凝土将会产生裂缝。

（三）外界气温变化的影响

大体积混凝土在施工阶段，常受外界气温的影响。混凝土内部温度是由水泥水化热引起的绝热温度，浇注温度和散热温度三者的叠加。当外界气温下降，特别是气温骤降，由于混凝土具有热胀冷缩的性质，当环境温度发生变化时就会产生温度变形，由此产生附加应力，当这种应力超过混凝土的抗拉强度时就会产生裂缝。在工程中，这种裂缝比较常见，譬如现浇屋面板上的裂缝、大体积混凝土的裂缝。温度裂缝大多发生在施工的中后期，缝宽受温度变化影响较明显。表面温度裂缝多缘于较大温差。大体积混凝土基础在浇灌混凝土后，在硬化期间放出大量水化热，内部的温度不断上升，使混凝土表面和内部温差很大。当温差出现非均匀变化时，如施工中过早拆除模板，冬季施工过早拆除保温层，或受到寒潮袭击，都会导致混凝土表面急剧的温度变化，使其因降温而收缩。此时，表面受到内部混凝土的约束，将产生很大的拉应力，而混凝土早期抗拉强度又很低，因此出现裂缝。但这种温差仅在表面处较大，离开表面就很快减弱。因此，这种裂缝只在接近表面较浅的范围内出现。深入和贯穿性的温度裂缝多缘于结构温差大。如大体积混凝土凝结和硬化过程中，水泥和水产生化学反应，释放出大量的热量，成为“水热化”，导致混凝土块体温度升高，当混凝土块体内部的温度与外部的温度相差

很大，以致所形成的温度应力或温度变形超过混凝土当时的抗拉强度或极限拉伸应变，就会形成裂缝。

（四）混凝土干缩变形引起的裂缝

混凝土中的80%水分要蒸发，约20%的水分是水泥水化硬化所必需的。而最初失去的30%自由水分几乎不引起收缩，随着混凝土的陆续干燥而使20%的吸附水逸出，就会出现干燥收缩，而表面干燥收缩快，中心干燥收缩慢。由于表面的干缩收到中心部位混凝土的约束，因而在表面出现拉应力而出现裂缝。干缩裂缝处在结构的表面，较细，走向纵横交错，没有规律性。这类裂缝一般在混凝土露天养护完毕一段时间后，在表层或侧面出现，并随湿度和温度变化逐渐增大。如混凝土成型后，因养护不当，受到风吹日晒，使得表面水散发快，体积收缩大，而内部湿度变化小，收缩也小，因而表面的收缩变形受到内部混凝土的约束，产生拉应力，引起混凝土表面裂缝；或者构件因水分蒸发产生体积收缩，受到地基或垫层的约束而出现干缩裂缝。此外，混凝土构件长期露天堆放，表面湿度经常发生剧烈变化；采用含泥量大的粉砂配制混凝土；混凝土过度振捣，表面形成水泥含量较多的砂浆层；用后张法预应力制成的构件，露天生产后长久不张拉等等，都会产生这种裂缝。

（五）结构基础不均匀沉降引起的裂缝

当支撑、支架变形下沉，基础发生不均匀沉降时，结构构件受到强迫变形，导致结构物中构件与构件之间产生斜拉和剪切作用，从而使得结构构件开裂，随着不均匀沉降的进一步发展，裂缝会进一步扩大。这类裂缝的大小、形状、方向取决于地基变形的情况。由于地基变形造成的应力一般较大，因此裂缝宽度较大、多呈45°，通常是贯穿性的。

（六）荷载作用引起的裂缝

构件承受不同性质的荷载作用，其裂缝形状也不同，通常裂缝方向大致是与主拉应力的方向正交。结构受载后产生裂缝的因素很多，在施工中和使用中都可能出现裂缝。例如早期受地震，脱模过早或方法不当，构件堆放、运输、吊装时垫块或吊点位置不当，施工超载，张拉预应力值过大等均可能产生裂缝。

三、常见混凝土结构裂缝的危害

混凝土结构是多组分复合材料，在各种条件变化和各种材料变形不一致的情况下,微观裂缝的产生几乎是不可避免的，这种细微裂缝如果不扩展或在一定范围内扩展的话，它对一般的工业与民用建筑的正常使用是不会造成危害的，有害与无害的界限由结构使用功能决定的。对混凝土，特别是有充分构造配筋的钢筋混凝土出现一定程度的裂缝，不会迅速导致破坏，只是限制裂缝宽度的问题，使其达不到有害程度。但实际使用过程中，钢筋混凝土结构在荷载作用下或是进一步温差和干缩的情况下，细微裂缝会开始开展并相互贯通，从而发展成较大裂缝,对结构造成极大的影响，形成危害。常见危害有：

(一)影响钢筋混凝土结构的承载能力；

(二)引起钢筋锈蚀，使保护层崩落；

(三)影响钢筋混凝土结构的正常使用；

(四)降低结构刚度，影响建筑物的整体性；

(五)影响钢筋混凝土结构的耐久性和使用寿命；

(六)影响建筑物的美观；

(七)裂缝大的可能使结构或构件彻底报废、造成工程返工、材料浪

费、延迟工期以及较大的经济损失。

四、混凝土裂缝的质量控制要点

（一）材料要求

（1）粗骨料（石子）应重点检查其质地、级配、针片状颗粒含量、含量泥量及最大粒径。一般采用1cm-3cm的碎石，严禁混有煅烧过的石灰石块或白云石块。细骨料（砂）要重点检查其质地、级配、细度模数、含泥量和有害物质含量。粗细骨料重点是含泥量和有害物质含量，这两项对于混凝土强度的影响较大。用于拌制混凝土的细度模数应在3.7-1.6之间。结构用砂含泥量一般不应超过3%，有害物用质（云母、有机物、硫酸盐等）含量不应超过2%。粗细集料含泥量过大，造成混凝土收缩增大；集料颗粒级配不良容易增大混凝土收缩，使混凝土产生裂缝。

（2）骨料粒径越细，针片含量越大，混凝土用灰量、用水量增多，收缩量增大。

（3）混凝土外加剂、掺和料选择不当，或掺量不当，严重增加混凝土收缩。

（4）水泥品种原因，矿渣硅酸盐水泥收缩比普通硅酸盐水泥收缩大、粉煤灰及矾土水泥收缩值较小、快硬水泥收缩大。

（5）水泥等级及混凝土强度等级原因：水泥等级越高、细度越细、早强越高对混凝土开裂影响很大。混凝土设计强度等级越高，混凝土脆性越大、越易开裂。

（6）钢筋品种、规格、数量的改变、代用，必须考虑对构件抗裂性能的影响；钢筋的位置要正确，绑扎位置要正确，保护层厚度要尽量准确，不要超出规范规定；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。保护层过大或过小都可能导致混凝土开裂，钢筋间距过大，易引起钢筋之间的混凝土开裂。

（二）配合比设计

混凝土应根据实际采用的原材料进行配合比设计，并按普通混凝土拌和物性能试验方法等标准进行试验、试配，以满足混凝土强度、耐久性和工作性能（坍落度等）的要求，不得采用经验配合比。同时，应符合经济、合理的原则。混凝土生产时，砂、石的实际含水率可能与配合比设计存在差异，因此在混凝土拌制前应测定砂、石含水率并根据测试结果调整材料用量，所设计的混凝土配合比能够满足工程的各项要求后，方可允许进行混凝土的搅拌和浇筑工作。在此基础上还可以优化配合比，具体做法有：

（1）对于混凝土因其水泥水化热的大量聚集，易使混凝土内外形成较大的温差，而产生温差应力，大体积混凝土的温差应力更为明显。因此应选用水化热较低的水泥，以降低水泥水化热所产生的热量，从而控制大体积混凝土的温度升高。

（2）充分利用混凝土的中后期强度，尽可能降低水泥用量。

（3）严格控制集料的级配及含泥量。如果含泥量大的话，不仅会增加混凝土的收缩，而且会引起混凝土抗拉强度的降低，对混凝土抗裂不利。

（4）选用合适的缓凝、减水等外加剂，以改善混凝土的性能。加入外加剂后，可延长混凝土的凝结时间。

（5）控制好混凝土塌落度，不宜过大，对于大体积混凝土一般在120±20mm即可。

（三）支架模板及支撑搭设与拆除的稳定性、安全性措施

（1）模板、支架和支撑的设计和验算

模板、支架和支撑应结构简单、制造和拆除方便，应具有足够的承载能力（强度）、刚度和稳定性，并应根据工程结构形式、设计跨径、荷载、地基类别、施工准备和材料供应等条件及有关的设计、施工规范进行施工设计。钢、木模板、支撑的设计应符合国家现行标准，设计模板、支架和支撑时应考虑以下荷载的组合:a、模板、支架及支撑的自重；b、新浇混凝土、钢筋混凝土的自重力；c、施工人员及施工材料机具等行走运输或堆放的荷载；d、振捣混凝土时的荷载；e、新浇混凝土对侧面模板的压力；f、倾倒混凝土时产生的水平向冲击荷载；g、其他可能产生的荷载，如风雪荷载、冬季保温设施的荷载等。验算模板、支架及支撑的抗倾覆稳定时，各施工阶段的稳定系数均不得小于1.3。验算刚度时其变形不得超过下列规定：a、结构表面外露的模板挠度为模板跨件跨度的1/400；b、结构表面隐蔽的模板挠度为模板跨件跨度的1/250；c、受载后挠曲的杆件，其弹性挠度应为相应结构跨度的1/400；d、钢模板的变形值为1.5mm；e、钢模板的钢楞、柱箍变形值为L/500及B/500(L-计算跨度，B-柱宽度)。支架柱在排架平面内应设水平横撑。立柱高度在5m 以内时，水平横撑不得少于两道，立柱高于5m时，水平撑间距不得大于2m，并应在两横撑之间加双向剪力撑。在排架平面外应设斜撑，斜撑和水平角宜为45°。

（2）模板、支架和支撑的拆除

混凝土终凝后应及时养护，垫层混凝土养护期不得少于7d，结构混凝土养护期不得少于14d，有特殊要求的按照要求养护。结构拆模时间：

非承重侧墙模板，在混凝土强度达到2.5MPa时方可拆除；承重结构顶板和梁，跨度在2m及其以下的混凝土强度达到设计强度50%，跨度在2m-8m 的结构混凝土强度达到设计强度75%，跨度在8m以上的混凝土强度达到100%设计强度方可拆除。

（四）混凝土的搅拌、运输、浇筑和养护措施

（1）混凝土的搅拌，混凝土拌合物应均用，颜色一致，不得有离析和泌水现象。搅拌时间是混凝土拌合时重要的控制参数，使用机械拌合时，自全部材料装入搅拌机开始搅拌起，至开始卸料时止，延续搅拌的最短时间应符合相关规范。当掺入外加剂时，外加剂应调成适当浓度的溶解再掺入，搅拌时间宜延长。混凝土拌合物的塌落度应在搅拌地点和浇筑地点分别随机取样检测，每一工作班或每一单元结构物不应少于两次。评定时应以浇筑地点的测值为准。如混凝土拌合物从搅拌机出料起至浇注入模时间不超过15min时，其塌落度可仅在搅拌地点检测。在检测塌落度时，还应观察混凝土的拌合物的黏聚性和保水性。

（2）混凝土的运输：a、混凝土的运输能力应满足混凝土凝结速度和浇筑速度的要求，使浇筑工作不间断。b、运送混凝土拌合物的容器或管道应不漏浆、不吸水，内壁光滑平整，能保证卸料及输送畅通。c、混凝土拌合物运输在过程中，应保持均匀性，不产生分层、离析等现象，如出现分层、离析现象，则应对混凝土拌合物进行二次快速搅拌。d、混凝土拌合物运输到浇筑地点后，应按规定检测其坍落度，坍落度应符合设计要求和施工工艺要求。e、预拌混凝土在卸料前需要掺加外加剂时，外加剂的掺量应按配合比通知书执行。掺入外加剂后，应快速搅拌，搅拌时间应根据试验确定。f、严禁在运输过程中向混凝土拌合物中加水。

g、采用泵送混凝土时，应保证混凝土泵连续工作，受料斗应有足够韵混凝土。泵送间歇时间不宜超过15min。

（3）混凝土的浇筑：a、浇筑前的检查，浇筑混凝土前，应检查模板、支架的承载力、刚度、稳定性，检查钢筋及预埋件的位置、规格，并做好记录，符合设计要求后方可浇筑。在原混凝土面上浇筑新混凝土时，相接面应凿毛，并清洗干净，表面湿润但不得有积水。b、混凝土浇筑：①混凝土一次浇筑量要适应各施工环节的实际能力，以保证混凝土的连续浇筑。对于大方量混凝土浇筑，应事先制定浇筑方案。②混凝土运输、浇筑及间歇的全部时间不应超过混凝土的初凝时间。同一施工段的混凝土应连续浇筑，并应在底层混凝土初凝之前将上一层混凝土浇筑完毕。③采用振捣器振捣混凝土时，每一振点的振捣延续时间，应以使混凝土表面呈现浮浆、不出现气泡和不再沉落为准。c、对于大体积混凝土，应采取分层浇筑混凝土，利用浇筑面散热，以大大减少施工中出现裂缝的可能性。选择浇筑方案时，除应满足每一处混凝土在初凝以前就被上一层新混凝土覆盖并捣实完毕外，还应考虑结构大小、钢筋疏密、预埋管道和地脚螺栓的留设、混凝土供应情况以及水化热等因素的影响，分层浇筑时常采用以下几种方法：①全面分层：即在第一层全面浇筑完毕后，再回头浇筑第二层，此时应使第一层混凝土还未初凝，如此逐层连续浇筑，直至完工为止。采用这种方案，适用于结构的平面尺寸不宜太大，施工时从短边开始，沿长边方向推进比较合适。必要时可分成两段，从中间向两端或从两端向中间同时进行浇筑。②分段分层：混凝土浇筑时，先从底层开始，浇筑至一定距离后浇筑第二层，如此依次向前浇筑其他各层。由于总的层数较多，所以浇筑到顶后，第一层末端的混

凝土还未初凝，又可以从第二段依次分层浇筑。这种方案适用于单位时间内要求供应的混凝土较少，结构物厚度不太大而面积或长度较大的工程。③斜面分层：要求斜面的坡度不大于1/3，适用于结构的长度大大超过厚度3倍的情况。混凝土从浇筑层下端开始，逐渐上移。混凝土的振捣也要适应斜面分层浇筑工艺，一般在每个斜面层的上、下各布置一道振动器。上面的一道布置在混凝土卸料处，保证上部混凝土的捣实。下面一道振动器布置在近坡脚处，确保下部混凝土密实。随着混凝土浇筑的向前推进，振动器也相应跟上。

（五）温度控制，包括混凝土的测温和降温措施

混凝土养护的关键是保持适宜的温度和湿度，以便控制混凝土内外温差，促进混凝土强度的正常发展的同时防止混凝土裂缝的产生和发展。对于大体积混凝土的养护，不仅要满足强度增长的需要，还应通过温度控制，防止因温度变形引起混凝土开裂。

(1)混凝土的中心温度与表面温度之间、混凝土表面温度与室外最低气温之间的差值均应小于20℃；当结构混凝土具有足够的抗裂能力时，不大于25～30℃。

(2)混凝土拆模时，混凝土的表面温度与中心温度之间、表面温度与外界气温之间的温差不超过20℃。

(3)采用内部降温法来降低混凝土内外温差。内部降温法是在混凝土内部预埋水管，通入冷却水，降低混凝土内部最高温度。冷却在混凝土刚浇筑完时就开始进行。还有常见的投毛石法，也可以有效控制混凝土开裂。

(4)保温法是在结构外露的混凝土表面以及模板外侧覆盖保温材料

（如草袋、锯木、湿砂等）．在缓慢的散热过程中，保持制混凝土的内外温差小于20℃。根据工程的具体情况，尽可能延长养护时间，拆模后立即回填或再覆盖保护，同时预防近期骤冷气候影响，防止混凝土早期和中期裂缝。

（六）养护措施

（1）一般混凝土浇筑完成后，应在收浆后尽快予以覆盖和洒水养护。对干硬性混凝土、炎热天气浇筑的混凝土、大面积裸露的混凝土，有条件的可在浇筑完成后立即加设棚罩，待收浆后再予以覆盖和养护。

（2）洒水养护的时间，采用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥或矿渣硅酸盐水泥的混凝土，不得少于7d。掺用缓凝型外加剂或有抗渗等要求以及高强度混凝土，不少于14d。使用真空吸水的混凝土，可在保证强度条件下适当缩短养护时间。采用涂刷薄膜养护剂养护时，养护剂应通过试验确定，并制定操作工艺。采用塑料膜覆盖养护时，应在混凝土浇筑完成后及时覆盖严密，保证膜内有足够的凝结水。

（3）当气温低于5℃时，应采取保温措施，不得对混凝土洒水养护。

（4）大体积混凝土湿润养护时间应符合下表规定

注：高温期湿润养护时间均不得少于28d。

五、结束语

混凝土结构裂缝是影响建筑物满足安全性、适用性和耐久性的一个非常重要的方面，建筑物的结构或构件常常由于各种不同的原因导致各种裂缝出现，是不可避免的，其有害程度是可以控制的，有害与无害的

界限是由结构使用功能决定的。因此加强钢筋混凝土结构出现裂缝原因的分析是非常重要的。作为施工技术管理人员，应在施工过程中对钢筋混凝土结构开裂的因素因全面考虑，从裂缝的分类入手，弄清裂缝出现的原因，对施工过程中产生裂缝的原因采取措施加以正确的处理，能够有效避免钢筋混凝土结构裂缝的产生或者使裂缝尽可能将其有害程度控制在允许范围之内,并在施工中采取各种有效的预防措施来预防裂缝的出现和发展，混凝土结构裂缝问题将会逐渐得到圆满的解决。

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