摘要：在混凝土工程施工过程中，裂缝是混凝土工程建设中存在的质量通病，混凝土裂缝的出现给结构带来了一系列劣化作用。裂缝不仅严重的影响了桥梁建设的质量，而且裂缝导致桥梁坍塌的事故问题频发发生。如果我们了解了混凝土裂缝形成的原因，并采取了一系列有效的措施，将可以避免裂缝的产生，使裂缝对结构的危害降低到最低限度。
关键词：混凝土、裂缝、形成原因
1.混凝土与混凝土裂缝
混凝土，简称为“砼”，是当代最主要的土木工程材料之一。它是由胶凝材料，颗粒状集料（也称为骨料），水，以及必要时加入的外加剂和掺合料按一定比例配制，经均匀搅拌，密实成型，养护硬化而成的一种人工石材。
目前的土木建筑工程，以混凝土结构占主导地位，混凝土是一种多孔胶凝人造石材，属刚性体，主要特点抗压强度高、抗拉强度低、延伸率微小。大量的工程实践和理论分析表明，几乎所有的混凝土构件均是带裂缝工作的，只是有些裂缝很细，甚至肉眼看不见（＜0.05mm），一般对结构的使用无大的危害，可允许其存在，为无害裂缝。
无害裂缝的基本概念：
①裂缝的出现对结构耐久性、安全性、稳定性无影响；
②裂缝无渗漏水，且不贯通；
③裂缝宽度小于0.2mm，且不渗漏水；
④裂缝可自愈。
有些裂缝在使用荷载或外界物理、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，危害结构的正常使用，必须加以控制。
有害裂缝的基本概念：
①混凝土结构产生的裂缝对耐久性受到影响；
②裂缝有渗漏水；
③裂缝贯穿结构层；
④混凝土结构的冷缝明显且有渗漏水；
⑤裂缝的深度与构造钢筋相连，形成钢筋串水；
⑥裂缝的宽度大于0.2mm，且不能自愈；
⑦裂缝密度呈网状；
⑧裂缝对结构安全性、稳定性有危害程度。
裂缝是混凝土结构物承载能力、耐久性及防水性降低的主要原因。混凝土制作应有预防措施，防止产生有害裂缝的出现。出现有害裂缝后，应认真进行治理，清除有害裂缝，保证混凝土结构的安全性、稳定性、耐久性和无渗漏水。因此，对裂缝的控制和处理至关重要。
2.混凝土裂缝的形成原因
实际上，混凝土结构裂缝的成因复杂而繁多，甚至多种因素相互影响，但每一条裂缝均有其产生的一种或几种主要原因。
2.1 荷载引起的裂缝
混凝土结构在常规静、动荷载及次应力下产生的裂缝称荷载裂缝，归纳起来主要有直接应力裂缝、次应力裂缝两种。荷载裂缝特征依荷载不同而异呈现不同的特点。这类裂缝多出现在受拉区、受剪区或振动严重部位。
（1）直接应力裂缝：
直接应力裂缝是指外荷载引起的直接应力产生的裂缝。产生的原因有：
①设计计算阶段，结构计算时不计算或部分漏算；计算模型不合理；结构受力假设与实际受力不符；荷载少算或漏算；内力与配筋计算错误；结构安全系数不够。结构设计时不考虑施工的可能性；设计断面不足；钢筋设置偏少或布置错误；结构刚度不足；构造处理不当；设计图纸交代不清等。
②施工阶段，不加限制地堆放施工机具、材料；不了解预制结构结构受力特点，随意翻身、起吊、运输、安装；不按设计图纸施工，擅自更改结构施工顺序，改变结构受力模式；不对结构做机器振动下的疲劳强度验算等。
③使用阶段，超出设计载荷的重型车辆过桥；受车辆、船舶的接触、撞击；发生大风、大雪、地震、爆炸等。
（2）次应力裂缝：
次应力裂缝是指由外荷载引起的次生应力产生裂缝。产生的原因有：
①在设计外荷载作用下，由于结构物的实际工作状态同常规计算有出入或计算不考虑，从而在某些部位引起次应力导致结构开裂。
②桥梁结构中经常需要凿槽、开洞、设置牛腿等，在常规计算中难以用准确的图式进行模拟计算，一般根据经验设置受力钢筋。研究表明，受力构件挖孔后，力流将产生绕射现象，在孔洞附近密集，产生巨大的应力集中。在长跨预应力连续梁中，经常在跨内根据截面内力需要截断钢束，设置锚头，而在锚固断面附近经常可以看到裂缝。因此，若处理不当，在这些结构的转角处或构件形状突变处、受力钢筋截断处容易出现裂缝。
2.2 外加变形或约束变形引起的裂缝
外加变形一般有地基的不均匀沉降、混凝土的收缩及温度差等。约束变形越大，裂缝宽度也越大。
2.2.1 地基变形引起的裂缝
沉陷裂缝是由于结构地基土质不匀、松软或回填土不实或浸水而造成不均匀沉降所致，或者因为模板刚度模板支撑间距过大或支撑底部松动等导致，特别是在冬季，模板不足，支撑在冻土上，冻土化冻后产生不均匀沉降，致使混凝土结构产生裂缝。此类裂缝多为深进或贯穿性裂缝，裂缝呈梭形，其走向与沉陷情况有关，一般沿与地面垂直或呈30～45度角方向发展，较大的沉陷裂缝，往往有一定的错位，裂缝宽度往往与沉降量成正比关系。裂缝宽度宽度 0．3 ～ 0．4mm，受温度变化的影响较小。地基变形稳定之后，沉陷裂缝也基本趋于稳定。
2.2.2 混凝土收缩引起的裂缝
在实际工程中，混凝土因收缩所引起的裂缝是最常见的。塑性收缩和缩水收缩（干缩）是混凝土收缩种类中使凝土体积变形的主要原因。
塑性收缩是指在混凝土浇筑施工过程中水泥水化反应时，出现泌水和水分急剧蒸发，同时骨料因为自重开始下沉的一种混凝土失水收缩现象。混凝土出现塑性收缩大多是在浇筑完工后 5h左右时间发生，这是因为混凝土此时的水化反应比较强烈，其分子链也是在这一时间内形成的，同时混凝土水分迅速蒸发并产生泌水，从而导致了混凝土塑形收缩的问题。一般来讲，塑形收缩产生的量级可以达到１％左右。如果在骨料的下沉中遇到了钢筋的阻拦，便会在表面形成沿钢筋方向裂缝。
缩水收缩（干缩）。混凝土结硬以后，随着表层水分逐渐蒸发，湿度逐步降低，混凝土体积减小，称为缩水收缩（干缩）。干缩裂缝是指即混凝土长期暴露干不饱和的空气中由于物理的、化学的失水使混凝土体积缩小，当缩小受到约束时产生的裂缝。一般情况下干缩产生的混凝土应变速率是比较慢的，混泥土的徐变产生的松弛在一定程度上可以抵消部分干缩应变。在分布钢筋的布置、混泥土的配合比设计和混泥土环境的湿度等都会导致干缩裂缝。
2.2.3 温度变化引起的裂缝
混凝土受水泥水化放热、阳光照射、大气及周围温度、电弧焊接等因素影响，而出现冷热变化时，将发生收缩和膨胀，产生温度应力，温度应力超过混凝土强度时，即产生裂缝，称为温度裂缝。温度裂缝区别于其他裂缝的最主要特征是随温度变化而扩张或合拢。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
引起温度变化主要施工因素会有：
（1）水化热，是指出现在施工过程中水化放热。大体积混凝土（厚度超过2.0m）在凝结和硬化过程中，水泥与水产生化学反应，释放出大量的热量，成为“水化热”，导致混凝土块体温升高。当混凝土块体内部的温度与外部环境的温度相差很大以致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值时，就会产生裂缝。
（2）冬季施工时或养护施工的措施采取不当，混凝土骤冷骤热，导致内外温度变化不均易出现裂缝。
（3）日照，日照也是温度主粱或桥墩侧面等裂变的原因之一，由于桥面板、容易遭太阳曝晒，其温度会明显的高于桥梁的其它部位，整个桥梁的温度分布不均匀，再加上受到自身的影响，导致桥梁局部拉应力较大，进而导致产生裂缝。
（4）在预制梁或板的安装，一般发生在板焊接阶段，若焊接措施不当，铁件附近混凝土容易烧伤开裂。
在一些大跨径桥梁中，其中的温度应力可以达到甚至超过活载应力，所以在设计和施工中要格外重视。
2.3 钢筋锈蚀引起的裂缝
由于混凝土构件处于不利的环境，如容易碳化或渗入氯离子和氧（溶于海水中）的海洋环境，混凝土质量较差或保护层厚度不足，特别是混凝土的密实性不良时，埋在混凝土中的钢筋将生锈。锈蚀产物的体积比钢筋被侵蚀的体积大2~3倍，这种体积膨胀使外围混凝土产生相当大的拉应力，引起混凝土开裂，甚至保护层混凝土剥落。这种裂缝通常是“先锈后裂”，其走向是沿钢筋方向，称为“顺筋裂缝”，比较容易识别。“顺筋裂缝”发生后，更加速了钢筋腐蚀，最后导致混凝土保护层成片脱落。在锈蚀的作用下，钢筋有效截面面积不断减小，钢筋与混凝土之间的相互作用力不断削弱，导致整个结构的承载力下降，并将诱发其他形式的裂缝，加剧钢筋锈蚀，导致结构破坏。
因此，对于钢筋锈蚀引起的裂缝要严格的加以控制，避免施工中工程事故的发生。
2.4 施工材料引起的裂缝
混凝土主要由水泥，骨料、砂、拌和水及外加剂组成。配置混凝土所采用材料质量不合格，可能导致结构出现裂缝。一般是由于混凝土材料变形受约束而导致内应力超过材料抗拉强度的缘故。材料不合格的常见因素主要有水泥、骨料中的有害物质过量；水泥的水化热过高；外加剂使用不恰当等。比如水泥游离的氧化钙含景超标，氧化钙在凝结过程中水化很慢，在混凝上凝结后仍然继续起水化作用，破坏已产生固定强度的混凝土，使混凝上抗拉强度下降，当水泥中碱量较高时，遇到碱活性的骨料容易发生碱骨科反应。施工中如果采用的砂石粒径太小，级配不好，空隙率比较大，这会使水泥和拌和水的用量加大，水的增多肯定将影响混凝土的强度，影响整个结构的质量。拌和水及外加剂中氯化杂质含量较高时，钢筋锈蚀作用比较大，也将导致裂缝的产生。
2.5 施工工艺质量引起的裂缝
在混凝土结构浇筑、构件制作、起模、运输、堆放、拼装及吊装过程中，若施工工艺不合理、施工质量低劣，容易产生纵向的、横向的、斜向的、竖向的、水平的、表面的、深进的和贯穿的各种裂缝，特别是细长薄壁结构更容易出现。比如：
（1）混凝土保护层过厚，或乱踩已绑扎的上层钢筋，使承受负弯矩的受力筋保护层加厚，导致构件的有效高度减小，形成与受力钢筋垂直方向的裂缝。
（2）混凝土振捣不密实、不均匀，出现蜂窝、麻面、空洞，导致钢筋锈蚀或其他荷载裂缝的起源点。
（3）混凝土浇筑过快，混凝土流动性较低，在硬化前因混凝土沉实不足，硬化后沉实过大，容易在浇筑数小时后发生裂缝，既塑性收缩裂缝。
（4）混凝土搅拌、运输时间过长，使水分蒸发过多，引起混凝土塌落度过低。使得在混凝土体积上出现不规则的收缩裂缝。
（5）混凝土初期养护时急剧干燥，使得混凝土与大气接触的表面上出现不规则的收缩裂缝。
（6）用泵送混凝土施工时，为保证混凝土的流动性，增加水和水泥用量，或因其他原因加大了水灰比，导致混凝土凝结硬化时收缩量增加，使得混凝土体积上出现不规则裂缝。
（7）混凝土分层或分段浇筑时，接头部位处理不好，易在新旧混凝土和施工缝之间出现裂缝。如混凝土分层浇筑时，后浇混凝土因停电、下雨等原因未能在前浇混凝土初凝前浇筑，引起层面之间的水平裂缝；采用分段现浇时，先浇混凝土接触面凿毛、清洗不好，新旧混凝土之间黏结力小，或后浇混凝土养护不到位，导致混凝土收缩而引起裂缝。
（8）混凝土早期受冻，使构件表面出现裂纹，或局部剥落，或脱模后出现空鼓现象。
（9）施工时模板刚度不足，在浇筑混凝土时，由于侧向压力的作用使得模板变形，产生与模板变形一致的裂缝。
（10）施工时拆模过早，混凝土强度不足，使得构件在自重或施工荷载作用下产生裂缝。
（11）施工前对支架压实不足或支架刚度不足，浇筑混凝土后支架不均匀下沉，导致混凝土出现裂缝。
3.裂缝的防治措施
（1）混凝土配合比设计时，在保证混凝土具有良好工作性的情况下，应尽可能的降低混凝土的单位用水量。
（2）增配构造筋提高抗裂性能，配筋应采用小直径、小间距。全截面的配筋率应在0.3～0.5%之间。
（3）避免结构突变产生应力集中，在易产生应力集中的薄弱环节采取加强措施。
（4）在易裂的边缘部位设置暗粱，提高该部位的配筋率。提高混凝土的极限拉伸。
（5）在结构设计中应充分考虑施工时的气候特征，合理设置后浇缝，在正常施工条件下．后浇缝间距20-30m。保留时间一般不小于60天。如不能预测施工时的具体条件，也可临时根据具体情况作设计变更。
（6）严格控制混凝土原材料的的质量和技术标准，选用低水化热水泥，粗细骨料的含泥量应尽量减少（1～1.5%以下）。
（7）控制混凝土的水灰比，减少混凝土的坍落度，合理掺加塑化剂和减少剂。
（8）采用综合措施，控制混凝土初始温度、混凝土温度和温度变化。引起温差裂缝浇筑时间尽量安排在夜间，最大限度降低混凝土的初凝温度。白天施工时要求在沙、石堆场搭设简易遮阳装置，或用湿麻袋覆盖，必要时向骨料喷冷水。混凝土泵送时，在水平及垂直泵管上加盖草袋，并喷冷水。
（9）根据工程特点，可以利用混凝土后期强度，这样可以减少用水量，减少水化热和收缩。
4.结语
裂缝是混凝土结构中普遍存在的一种现象，它的出现不仅会降低建筑物的抗渗能力，影响建筑物的使用功能，而且会引起钢筋的锈蚀，混凝土的碳化，降低材料的耐久性，影响建筑物的承载能力。严格按照国家有关规范、技术标准进行设计、施工和监理，是保证结构安全耐用的前提和基础。在施工过程中，只要选择合格的材料，并改进现浇混凝土的施工工艺。根据现场条件，混凝土的技术指标，材料特点，气温等多种因素，采取合理的措施，就能有效地控制裂缝的产生，保证建筑物和构件安全、稳定地工作。
参考文献：
［1］王在亮，盖青.浅谈混凝土裂缝形成的原因与处理［J］.经营管理者，2012，（1）.
［2］崔进强.浅谈桥梁施工裂缝的形成原因［J］.科技咨询导报，2007，（13）.
［3］司亚敏.浅谈桥梁施工裂缝的形成原因及处理方法［J］.企业技术开发，2013，（3）.
［4］杨永红.浅谈桥梁施工裂缝的形成原因及防护措施［J］.城市道桥与防洪，2011，（4）.
［5］杨玉林.钢筋混凝土结构裂缝产生的原因及控制措施［J］.科技风，2014，（3）.
论文作者:何如皇
论文发表刊物:《基层建设》2017年第16期
论文发表时间:2017/10/11
标签：裂缝论文; 混凝土论文; 应力论文; 钢筋论文; 结构论文; 温度论文; 水化论文; 《基层建设》2017年第16期论文;