摘要：本文通过对水泥混凝土产生裂缝问题的原因进行了归纳总结，提出了影响裂缝的21种因素。为研究裂缝问题提供了参考依据。
关键词：水泥混凝土裂缝成因
概述
水泥混凝土收缩裂纹问题已成为混凝土工程常见的病害之一。其危害不仅影响混凝土强度和外观，而且对混凝土结构的安全性和耐久性构成严重威胁，根据笔者多年施工经验认为：造成混凝土裂缝的原因是复杂和多方面的，至今我们还没有找到合适根治这一顽症的方法。近些年来我国对混凝土裂缝问题研究较多，许多专家学者也都发表了许多很有见解的文章。自己不敢奢望能解决这一问题。但关于对裂缝产生原因的论述，总感到不很全面，这将不利于这一“顽症”的消除和解决。笔者在自己参加施工的工地进行了较长时间的观察分析，对产生裂缝的原因进行了归纳总结，并对裂缝影响的大小因素进行排序，以供研究解决裂缝问题的专家学者参考。
笔者认为，混凝土在硬化初期，表面和内部短时间内失水过快是造成收缩裂缝的主要原因。而混凝土终凝后出现裂缝一般是由强度和外部应力造成的，而后期的裂缝是以前期裂缝为基础的，如果把裂缝划分为两个阶段的话，前期的内外裂缝已经对混凝土造成了“损”伤，形成了混凝土承受抗拉应力的“薄弱面”，在混凝土后期的温度应力、收缩应力作用下，使“薄弱面”形成的裂缝更大，若要解决混凝土的裂缝问题：笔者认为首先是要解决混凝土终凝前出现的裂缝，即混凝土的“外伤”和“内伤”问题；其二是要解决温度和混凝土收缩产生的应力问题，这样才有可能较全面解决混凝土的裂缝问题。
综上所述，水泥混凝土终凝前产生裂缝的是“短时间内失水过快”造成的。但造成混凝土“短时间失水过快”的原因是多方面的。如果将其原因分为内因和外因。那么，内因就是水灰比、水泥、粗细集料、配合比等；外因就是大风、高温、湿度、温差、工艺等。笔者根据自己在施工现场多年的亲身感受按影响裂缝因素的大小排序如下：
1.1 结构尺寸
设计结构尺寸越大或越长，产生温度裂缝的可能性就越大，现在，设计上超静定结构过多，现浇面积过大而引起的温度应力使混凝土产生大的裂缝的机率增多，这也是目前混凝土产生裂缝的另一主要原因。
1.2 水灰比
在混凝土浇注过程中，水灰比偏大，就会造成混凝土终凝前，抵抗拉应力的能力降低。再由于大风、高温及混凝土内部水泥水化等原因，使混凝土表面失水过快，收缩增加，从而容易引起裂缝。就笔者所施工的工程，在同等条件下，干硬性混凝土（水灰比一般小于0.45）明显比流动性混凝土产生的收缩裂缝少，并且在相同条件下，干硬性混凝土产生的裂缝宽度一般在1mm左右，深度也一般在1mm左右，而流动性大的混凝土（水灰比一般大于0.5）产生的裂缝一般宽度和深度大于1mm的较多。
1.3 水泥本身化学成分中的C3A含量
由于C3A水化速度快，产生热量高，如果采用水泥的C3A含量过大，使混凝土初、终凝时间缩短，混凝土失水就会加快，在混凝土终凝前抗拉强度还相对较低情况下，就容易产生收缩裂缝。就笔者所用过的国产大厂水泥其C3A的含量在1～9%之间，很明显，C3A含量过高的水泥更容易产生收缩裂缝。
1.4 水泥中的C3S含量
同样水泥中的C3S含量过大，就会使混凝土终凝前放出的热量越大，使混凝土的收缩和温度上升越快，在其抗拉强度较低的情况下，就容易出现收缩裂缝。
1.5 水泥的粗细程度（也就是比表面积）
水泥颗粒越细，比表面积越大，水化速度就越快，水化热就越大、需水量也就越大（因为水泥的水化速度与其比表面积成正比例关系），产生收缩裂缝的机会就越高。我国国营大厂水泥的比表面积，高的达400㎡/Kg以上，低的在330㎡/Kg左右。根据笔者的施工经验，当使用水泥的比表面积小于350㎡/Kg以下，一般出现泌水现象的较多。当比表面积在400㎡/Kg左右时，混凝土表面产生收缩裂缝的可能性就非常大。
1.6 水泥品种
目前水泥矿物掺和料有硅灰、矿渣、火山灰、粉煤灰等活性材，还有其它非活性材，矿渣水泥一般比表面积较大，颗粒较细。特别是高标号矿渣水泥，其比表面积一般在400㎡/Kg以上，使用这样的水泥就会使混凝土早期自身收缩大，极易出现早期裂缝。
1.7 水泥标号
目前我国水泥与混凝土分属两个行业，水泥生产者不了解水泥的性能如何与混凝土技术相适应，往往只将高标号水泥认为是优质水泥，结果就发生水泥颗粒越来越细，温度应力过高、收缩量大，早期强度过高，使混凝土越易产生裂缝。根据笔者的施工经验认为宜选用低标号水泥，水泥反应较慢、温度应力较低、前期收缩小，出现裂缝的机会少。反之，选用高标号水泥则易出现裂缝。
1.8 水泥的颗粒级配
目前我国的高标号水泥颗粒较细，绝大部分颗粒在50?m以下，这样致使混凝土的微观结构密实度较差，使混凝土的微观抗拉性能降低，容易出现微观裂缝。
1.9 水泥用量
水泥用量越大，混凝土中水泥的水化热越高，使混凝土失水加快，收缩加大，就容易产生收缩裂纹。
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1.10 粗细集料的用量及级配
混凝土在水灰比一定的情况下，就影响裂缝大小和多少而言，一般集料采用连续级配好于间断级配，并且各粒级的最大最小含量必须符合有关规范规定。一般粗骨料在满足坍落度的情况下尽可能用到最大限度，这样有利于提高混凝土在终凝前的抗拉能力，也就减少了裂缝出现的可能。砂率的选取一定要合理，过大会破坏混凝土内粗骨料的骨架作用。过少会造成混凝土内存在一些大的有害孔隙。所以粗细骨料的搭配一定要合理。另外合理的级配可以提高混凝土的密实度，并可将混凝土空隙中的多余水置换出来，从而减少了用水量，缩小了空隙率，提高了混凝土的强度，减少裂缝出现的可能性。相反粗骨料级配选用不合理，砂率的选取不合理，较小或较大都会造成混凝土内部的薄弱面和空隙增大，在温度等其他应力的作用下，容易引起薄弱面开裂，产生裂缝。
1.11 水泥混凝土配合比
水泥混凝土配合比选用不当也是引起混凝土容易裂缝的直接原因之一。混凝土混合料在浇注振捣过程中，粗骨料、细骨料、水泥在振动力作用下，重新组合排序，寻找各自最佳位置。在适当的水灰比条件下，混凝土中各种混合料的不同颗粒组成级配越合理，也就是级配越接近最佳密度范围（Fuller曲线），这样振捣越密实，其空隙越小，混凝土的密度越大，强度也就越高，在水泥品质、施工环境、工艺和养护都适宜的情况下，出现裂缝的机会就会越少，抗渗性和耐久性也就越好。反之，不良的集料级配，可造成混凝土的离析，粗细集料聚集不均，形成的薄弱界面，在其收缩变形应力作用下，就可能引起薄弱面开裂产生裂缝。
1.12 配合比中的矿物掺合料
通过大量试验资料证明，混凝土中矿物掺合料掺配不当，也容易引起混凝土出现裂缝。如硅灰，掺量从5%增加到10%时，混凝土表面出现裂纹的时间缩短，掺硅灰混凝土比不掺硅灰混凝土更容易发生早期干缩裂缝[2]，
1.13 外加剂
在保证设计强度和施工情况下，掺外加剂如缓凝减水剂，会降低混凝土用水量，降低水化温度，提高混凝土的密实度，减少裂缝出现的机会。缓慢水泥水化的温峰时间和降低高温，就会使混凝土短时间失水过快的机会降低，并增加了混凝土的和易性，也就降低了混凝土表面出现裂缝的机会。但在夏季施工中（30℃左右），采用高效减水剂，混凝土极易出现弹簧“被子”现象，而容易产生收缩裂缝。
1.14 风速
当施工现场的风力超过4级以上，混凝土表面失水速度极快，从而容易引起混凝土表面因失水过快而出现塑性裂缝。
1.15 施工现场环境、温度
施工环境温度过高时，会使空气流动速度加快，特别当现场温度超过30℃时，混凝土表面失水速度加快，也就使混凝土表面收缩加快，产生裂缝的可能性就会急剧增加。
1.16 施工现场环境相对温差
施工现场环境相对温差过大时，混凝土受温度应力产生的变形也越大，特别是新浇注的混凝土强度较低，在大的温度应力作用下，出现裂缝机率也越大。当施工现场的昼夜温差高达15℃左右以上时，白天浇注的混凝土到晚上，出现裂缝的可能性就非常大。
1.17 施工现场的空气相对湿度
空气相对湿度低，就会使混凝土表面蒸发速度加快，就容易产生干缩裂缝，相反，空气相对湿度高，混凝土表面蒸发缓慢，产生干缩裂缝的可能性就减少。在我国北方地区，晴天时空气相对湿度一般在40%左右，而南方一般大于40%。所以，在同等条件下，北方地区更容易出现干缩裂缝。
1.18 混凝土振捣
就混凝土振捣而言，施工现场欠振和过振问题还较普遍：欠振则会造成混凝土密实度差、空隙率大，降低混凝土抗拉强度，容易产生裂缝。过振又会使粗集料下沉，面层浮浆过厚，形成混凝土表面收缩不均，尤其是高温大风时，失水较快极易造成干缩裂缝。笔者经过多年的施工经验认为振捣密实合理的概念应以细骨料产生液化、粗骨料产生共振为宜。
1.19 施工及工艺
混凝土浇注后到终凝前，抹面时间掌握不好或抹面次数不够，就会造成面层浆体密实度和强度降低，尤其在夏季高温气候条件下大面积混凝土容易出现无规则的干缩裂缝。另外，由于施工操作不当，会使混凝土表面砂浆薄厚不均，形成所谓的“砂浆窝”，这些砂浆窝前期容易泌水，后期其抗拉强度低于周围混凝土表面，形成了薄弱环节，尤其在夏季高温施工，失水干缩加快，产生收缩应力超过混凝土薄弱面极限抗拉强度时便引起变形开裂，形成裂缝。还有拌合机的拌合时间不够、运输中的离析等现象都会影响混凝土的质量引起裂缝现象发生。根据笔者施工经验，采用多次抹面工艺，可以减少或消除混凝土表面的裂缝。
1.20 混凝土养生
混凝土浇筑终凝后的1—8小时是混凝土水化反应热量释放高峰时间。由于水化作用失水较快需水也较大，尤其在干燥的气候最为明显，倘若得不到及时的水分补充，其面层失水较快、收缩增大、极易产生表面裂缝。
1.21 基层下沉
由于基层出现不均匀沉降，尤其在高填方地区，和盐碱土地区，由于盐胀、盐溶引发的胀鼓塌陷等原因造成混凝土裂缝，一般后果都比较严重。
结束语
总之使混凝土产生裂缝的因素比较多也比较复杂，以上是21个影响裂缝的主要原因。但还有其他的轻微或间接原因造成的裂缝（如水泥温度过高、施工缝接槎、钢筋腐蚀膨胀、钢筋保护层、模板变形等），由于笔者施工经验的有限，也不可能把裂缝的原因全部查清，但作为一名施工一线的技术人员，我坚信只要坚持实事求是的踏实学风、不断进取、不断创新、兢兢业业地对待工作，相信不远的将来一定能够把混凝土产生裂缝的原因全部理清，以便为彻底消除这一病害创造条件。
参考文献
[1]杨文科《对泌水问题的研究探讨》（内部交流资料）
[2]巴静恒，高小健《混凝土》2002第五期《约束条件下高性能混凝土早期开裂》
论文作者:刘彦敏
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第4期
论文发表时间:2018/6/14
标签：混凝土论文; 裂缝论文; 水泥论文; 应力论文; 水化论文; 水灰比论文; 骨料论文; 《建筑学研究前沿》2018年第4期论文;