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土木工程专业本科毕业论文

混凝土裂缝影响因素的分析探讨

Analysisanddiscussionofinfluencingfactorsofconcretecracks

学生姓名：

金喜超

指导教师：

XX

所在院系：

网络教育学院

所学专业：

土木工程

研究方向：

工程质量因素

东北农业大学

中国·哈尔滨

2017年09月

摘要

混凝土因其取材广泛、价格低廉、抗压强度高、可浇筑成各种形状，并耐火性好、不易风化、养护费用低，成为当今世界建筑结构中使用最广泛的建筑材料。

但是混凝土抗拉能力差、脆性大、容易开裂。

一般对结构的使用无大的危害，可允许其存在；但是这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。

关键词：

混凝土;裂缝;成因;控制措施

Abstract

Becauseoftheirextensiveconcretematerial,lowprice,highcompressivestrength,castintovariousshapes,andgoodfireresistance,noteasyweathering,lowmaintenancecosts,hasbecomethemostwidelyusedbuildingmaterialstructureintheworldtoday.Buttheconcretehaspoortensilestrength,brittlenessandeasycracking.Generallynobigharmtotheuseofthestructure,canbeallowedtoexist;butthesecracksintheuseofloadorthephysicalandchemicalfactors,andcontinuousexpansion,causedbycarbonizationofconcrete,spalling,corrosionofsteel,concretestrengthandstiffnesstoweaken,reducingthedurability,seriousevencollapseaccidentoccurred,affectingthenormaluse,mustbecontrolled.

Keywords:

concrete;crack;causeofformation;controlmeasures

第一章前言……………………………………………………………………2

第二章混凝土裂缝产生的原因…………………………………………………3

2.1混凝土施工造成的裂缝………………………………………………………3

2.1.1混凝土浇筑时模板洒水造成的裂缝…………………………………………………3

…………………………………………………………3

…………………………………………………………3

…………………………………………………………3

………………………………………………………3

………………………………………………………………4

2.2混凝土本身原因造成的裂缝…………………………………………………4

……………………………………………………4

…………………………………………………………5

…………………………………………………………5

…………………………………………………………5

…………………………………………………………5

………………………………………………………………6

…………………………………………………………6

2.3混凝土外界因素造成的裂缝…………………………………………………7

第三章混凝土裂缝的控制措施…………………………………………………7

3.1混凝土结构设计方面的控制措施……………………………………………7

3.2施工方面的控制措施…………………………………………………………9

3.3混凝土施工温度方面的控制…………………………………………………12

3.4原材料及施工配合比方面的控制措施………………………………………12

第四章混凝土裂缝控制案例…………………………………………………13

4.1工程概况……………………………………………………………………13

4.2裂缝的出现部位和表现形式………………………………………………14

4.3裂缝产生的原因及危害……………………………………………………14

4.4此实例混凝土裂缝的处理措施……………………………………………15

4.5以后混凝土施工裂缝的防治措施…………………………………………15

结束语……………………………………………………………………17

参考文献…………………………………………………………………………18

致谢…………………………………………………………………………19

第一章前言

混凝土结构裂缝在我们施工过程中都要产生，为了避免砼有害裂缝的出现，为了确保工程质量符合国家规范要求，在工程施工中应尽可能采取必要的技术和施工措施来控制裂缝的出现，使我们所施工的混凝土结构裂缝的数量和宽度尽量减少到国家规范要求以内。

混凝土裂缝也是社会各界可以接受的一种现象，只是我们如何将有害程度控制在规范要求以内。

正因为混凝土是多种材料组成的一种混合体，它又是一种脆性材料，它在受到不同压力、温度和外力的作用下，都有可能出现裂缝。

混凝土构件通常都是带缝工作的，由于混凝土裂缝的存在和发展往往会使其内部的钢筋等材料产生腐蚀，造成混凝土结构的承载能力、耐久性及抗渗能力降低，直接影响建筑物的外观、使用寿命。

很多工程结构的失事都是由于混凝土裂缝造成的。

混凝土规范也明确规定：

结构构件在所处的不同条件下，允许存在一定宽度的裂缝。

但是在施工中应尽量采取有效措施控制裂缝产生，使其结构尽可能不出现裂缝或尽量减少裂缝的数量和宽度，尤其要避免有害裂缝的出现，从而确保工程质量和结构安全。

本文结合的现场施工经验，并大量资料，分析了混凝土裂缝产生的原因，并提出了防治对策和控制措施。

第二章混凝土裂缝产生的原因

混凝土裂缝形成的原因有多个方面的因素造成的,大致可分为混凝土施工、本身特性、外界因素等三大类。

在此,我们就按此分类来谈谈混凝土裂缝形成的成因。

2.1混凝土施工造成的裂缝

混凝土浇筑时施工模板洒水不当，过于干燥，或因模板本身吸水量过大，造成混凝土的塑性收缩变形产生裂缝。

2.1.2混凝土振捣施工造成的裂缝

混凝土振捣不到位，或者振捣时间过短，造成混凝土没有达到密实状态；如果使混凝土振捣时间过长，造成石子下沉砂浆上浮，容易形成混凝土干缩变形量大，因此造成混凝土收缩不均匀产生裂缝。

模板支设和拆除施工过程中由于工人施工不规范、模板支设体系不牢固，或者工人过早拆除梁板底模板和支撑钢管等原因造成的裂缝；项目部对施工班组在施工过程中控制不严，造成局部施工荷载过大而导致出现的裂缝。

混凝土表面过度的收面压光会使表面砂浆过多，并形成含水量很大的水泥浆层，使水泥浆中的氢氧化钙与空气中二氧化碳产生化学作用生成碳酸钙，引起混凝土表面体积碳水化收缩，并使混凝土表面产生龟裂裂缝。

为了更好的解决钢筋混凝土收缩变形和温度应力变形，国家规范要求我们采用后浇带施工法，但是有些施工后浇带不能按设计规范要求施工，例如后浇带未留企口缝、板面的后浇带不支设模板而造成斜坡槎；还有疏松混凝土未彻底凿除干净，施工时未提前洒水等造成混凝土板面的裂缝。

混凝土过早洒水养护会影响混凝土的胶结能力；过迟洒水养护，如混凝土表面干燥过快，则通常在其表面上形成宽度大小不一且不规则的收缩裂缝。

混凝土开始养护的时间应该综合考虑气温、湿度、风速等等各种因素，一般情况下，在混凝土达到初凝时，就要开始洒水养护。

混凝土养护措施要合理，可采用麻袋覆盖洒水养护，以保证混凝土表面达到充分的湿润，保证养护时间至少7天以上。

如果混凝土养护不好则对混凝土整体质量产生显着影响，将直接影响到混凝土本身的抗裂能力。

在冬季和夏季施工期间，我们更要预先制定施工方案，施工时按照施工方案实施，特别要对混凝土内外温差和湿度的控制。

2.2混凝土本身原因造成的裂缝

混凝土中的钢筋锈蚀形成的裂缝和碱骨料之间起化学作用形成的裂缝是钢筋混凝土结构中最常见的裂缝。

在混凝土中的钢筋腐蚀是电化学作用反应的过程。

总之决定钢筋腐蚀的基本因素是电位差、水和氧,但是钢筋实际的腐蚀速度大多不是受制于氧的供应。

而是clˉ离子，它是钢筋腐蚀反应的活化剂,因为clˉ能破坏钢筋表面钝化膜从而引发钢筋腐蚀,并且能增大溶液导电性、增大电位差、加速腐蚀反应等;所以我们在混凝土中掺有氯盐或掺入clˉ离子时就会引发钢筋锈蚀,因此现实施工中的钢筋锈蚀病害大多由它引起的。

如果混凝土中钢筋表层腐蚀或铁锈后,其体积可增加好几倍,并且挤压其外侧混凝土并使之产生垂直于外的拉应力,当其拉应力超过混凝土的承耐的拉力时就会形成混凝土的保护层上顺沿钢筋的纵向方向裂缝。

因为在混凝土拌和时会产生一些碱性离子，而这些离子在与某些活性骨料会产生化学反应并吸收周围环境中的水而使其体积增大，并造成混凝土膨胀开裂。

如果这种裂缝出现在混凝土结构使用期间将会很难补救，因此我们在施工中应采取有效措施进行控制和预防。

由于在混凝土浇筑、振捣不当或者是钢筋保护层较少,会使有害物质进入混凝土内部使钢筋产生锈蚀,当锈蚀的钢筋体积膨胀过大,会导致混凝土膨胀裂缝,因此此种裂缝多为纵向裂缝,沿钢筋的布置位置出现。

当混凝土裂缝出现后,外面的水、气（氧）可顺着裂缝渗入并进一步加快钢筋的腐蚀,如果使裂缝长期发展下去,裂缝将会增宽、增长,甚至会使混凝土保护层大片脱落。

也会造成钢筋截面随着锈蚀发展而减小,导致钢筋锈断并对工程结构的耐久性、安全性产生严重的影响。

塑性收缩定义是指混凝土在凝固之前，因混凝土表面失水过快而产生的收缩变形。

塑性收缩裂缝一般发生在干燥大风或高温天气时出现，其裂缝多呈现中间宽两端细且大小长短不一、互不连通的状态。

造成的主要原因有如下：

混凝土在终凝之前几乎没有抗拉压强度或者强度很小，当混凝土刚刚终凝时抗拉压强度小，此时受到干燥大风或高温天气的影响，会使混凝土表面失水过快．造成混凝土内部体积急剧收缩，而此时混凝土的抗拉压强度又无法抵抗其本身收缩变形，导致龟裂裂缝的出现。

混凝土塑性收缩开裂的主要影响因素有混凝土的凝结时间、水灰比、风速、环境温度、相对湿度等因素。

由于混凝土中水和水泥作用反应后生成物体积,会比反应之前水和水泥的体积减小，又因水化作用时,其绝对体积也会减少,即混凝土产生水化收缩。

干燥收缩是由于混凝土的脱水干燥时,其体积或长度会有所减少的过程。

干燥收缩变形主要是由于水泥浆的干缩造成的;水泥浆的收缩量比混凝土大,如果以普通混凝土的1d的龄期为基准,环境的相对湿度70%左右的情况下,与其收缩变形量一致。

混凝土干缩变形的主要影响原因有如下两个方面原因:

内因涉及单方水灰比、水泥用量、骨料用量和构件大小（厚度）、用水量;外因则涉及干燥时间、环境相对湿度等。

混凝土自身收缩是指在外部无水分供应时,在水泥浆的骨架形成后,当伴随着水泥浆水化作用的逐步完成,水泥浆中的水会被消耗完时,混凝土会产成弯液面而发生负压,此时会出现的收缩变形。

混凝土结构硬化后虽然是稳定的,但时高湿度环境或者水中的地方,将会由于混凝土吸水而产生膨胀,故称之为润湿膨胀。

其膨胀变形的主要影响原因有:

混凝土中单方用水量、混凝土浸水前的干燥状态、水灰比、、水中存放期限水泥用量以及骨料以及构件的大小（厚度）等。

温度裂缝主要是由于混凝土内部温度差或由于外界温度的变化通过混凝土热胀冷缩效应而引起混凝土开裂的裂缝。

因此温度裂缝可分为二类。

一类温度裂缝并不是混凝土本身内部有温度差引起的，而是出在整个混凝土结构中局部混凝土结构构件受环境温度的变化，通过混凝土热胀冷缩效应，对与其有相关的结构构件产生拉应力。

当混凝土抗拉强度小于这个来自外部的拉应力时，混凝土就会产生裂缝。

此类裂缝出现的时间比较晚，一般会在混凝土硬化后1.5～2.5年内出现，如果出现通常是贯穿的裂缝，宽度一般≤0．2mm，但是局部位置也会超过0．2mm。

例如在建筑物的东西两端墙角混凝土结构楼板处，由于墙角两侧的混凝土结构墙体受太阳的照射，温度差大，容易产生膨胀，从而对与之相连的混凝土结构楼板会有来之两个垂直方向的拉应力，其合力为45o方向的力，若这个拉应力大于混凝土楼板的抗拉强度时，则在墙角处的混凝土结构楼板会在与外界45o拉应力合力方向相正交的方向产生45o的斜向裂缝。

由于对混凝土结构楼板来讲这个温度变化而产生拉应力来自外界和结构内部，因而，这里对这一类温度裂缝的预防、控制不展开讨论。

一类为由于混凝土本身内部存在一个温度差，从而使其本身内部产生温度应力而导致混凝土开裂的。

这主要发生在厚度宽度≥lm的大体积混凝土中，出现的时间一般在混凝土硬化早期和硬化过程中，混凝土温度变化主要来源于水泥水化过程中所释放的水化热，如果混凝土内部由于热量散发比混凝土表面较慢时，在混凝土内部和表面形成一个温度差，从而产生混凝土温度应力，当混凝土抗拉强度小于温度应力时，混凝土就会开裂，此类裂缝宽度一般情况下不会超过0．2mm，但若施工过程中温差过大，控制不当，有时会使局部部位裂缝超过0．3mm。

此类裂缝有不贯穿的，也有贯穿的。

但是对于对大体积混凝土,温差引起的膨胀是极其可怕的。

由于大体积混凝土,其聚积在内部的热量不易散发,容易导致混凝土内部温度显着升高;而且混凝土表面温度散热较快,因此形成较大的内表温差,导致混凝土内部产生压应力,其表面产生拉应力。

当混凝土的极限抗拉强度小于此时表面拉应力时,就会使混凝土表面产生表面裂缝。

同时,随着混凝土水化反应的减弱,混凝土将渐渐降温,但是这个降温过程也会引起混凝土的收缩变形;再加上混凝土的多余水分蒸发也会引起的体积变化,当它们受到结构边界和地基的约束,会产生很大的收缩应力（拉应力）,当该混凝土抗拉应力小于收缩应力时,混凝土将会产生整个截面的贯穿裂缝。

温度裂缝的主要影响因素有:

构件形状、水泥浆量、水泥品种、外界气温、混凝土浇注时温度及断面尺寸等。

2.3混凝土外界因素造成的裂缝

结构受外界产生裂缝的因素有很多，施工中和使用工程中都可能出现裂缝。

例如拆模过早或方法不当、构件堆放、早期受震、吊装时的垫块或吊点位置不当、运输、施工超载、张拉应力值过大等均可能产生裂缝。

而施工最常见的是钢筋混凝土梁、板等受弯构件，在使用荷载作用下往往会出现不同程度的裂缝。

普通钢筋混凝土结构构件在承受了35%—40%的设计荷载，就有可能出现裂缝，我们的肉眼一般不能察觉，而混凝土结构构件的极限破坏值往往都在设计荷载的1.5倍以上。

所以在一般情况下钢筋混凝土结构构件是允许带裂缝工作的（通常称之为无害裂缝）。

在钢筋混凝土结构设计规范中，分别对不同情况的裂缝规定为最大宽度为0.2—0.3mm，但是对那些宽度长度超过规范规定的裂缝，以及在不允许开裂的构件上出现裂缝则应认为有害裂缝，需加以认真分析和正确的处理，确保工程质量和安全。

第三章混凝土裂缝的控制措施

3.1混凝土结构设计方面的控制措施

3.1.1

当在混凝土中，应特别重视的配置，应该符合国家建筑设计规范内容；特别对于楼面、等薄壁构件更应注意构造钢筋的直径和数量的选用。

例如混凝土设计规范上规定当混凝土保护层大于40mm时应设置?

6@150的抗裂构造网片；如果按双向板配筋：

为使楼板计算简图与实际受力情况一致，现浇楼板应按双向连续板计算配筋。

为了减少开裂，宜采用双面配筋，增加表面配筋量。

楼板最小配筋率，应采用细直径螺纹钢筋。

例如在单向板满足受力情况下选用直径较小的钢筋，双面配筋，可减小间距，加大配筋率，来满足受力要求。

3.1.2

当设计中结构界面突变带来的应力集中时，如果无法回避时，应当部处理，如转角处做圆角，突变处做成渐变过渡，同时加强构造配筋，转角处增配斜向钢筋等措施。

3.1.3

当增加楼板厚度时，应考虑到楼板双面配筋，并且楼板内暗敷电线管线较多，再加上楼面上30mm细石混凝土地坪常被取消等因素，现浇楼板厚度应采用120mm。

3.1.4

合理的留设施工后浇带将可以使混凝土自由的收缩，从而大大减少收缩应力，使混凝土的抗拉强度可以大部分用来抵抗温度应力，从而提高混凝土抵抗温度变化的能力。

3.1.5

当加强构造配筋时，为了克服墙角45°斜裂缝，将在墙角配置放射筋（特别在建筑物端部），长度大于1/3跨（不少于1.0～2.0m）。

且在上部支座处负弯矩钢筋宜每隔1根设置1根通长筋，以抵抗板中裂缝及端头裂缝。

除受力筋满足要求以外，分布筋间距应适当加密，间距150～200mm。

使楼板受力均匀，增强混凝土抵抗温度、干缩变形能力。

当选用冷轧扭钢筋时，最小配筋率应符合规范要求。

3.1.6

设计中如何处理好柔性和刚性的关系特别重要。

因为结构中所有构件都是被约束与约束的关系。

当所受约束越强，产生足够变形的余地就越小，就越容易开裂。

所以，设计过程中应重视结构中相连构件的约束关系。

不能一味的追求柔性或刚性，应当灵活运用，达到柔性和刚性并重。

3.1.7

对于结构薄弱部位、易开裂部位的处理要特别重视，如深基础与浅基础结合处、高低跨处、高层与底层结合处以及不同结构形式结合处等。

3.1.8

设计中可根据实际情况推广使用新型混凝土材料：

补偿收缩混凝土，是混凝土中掺入适量膨胀剂或用膨胀水泥配制的混凝土膨胀剂依靠本身的化学反应或与水泥其他成分反应，在混凝土硬化过程中产生一定的限制膨胀补偿混凝土硬化过程中的收缩（以干缩、冷缩为主），以此来减少混凝土裂缝的效果。

3.1.9

当管线敷设时，应将预埋电线管位置设置在楼板上下两皮钢筋当中，严禁两根管线交错叠放，也可采用接线盒方式。

当楼板厚度较薄时，也可在管线外侧增加钢丝网。

3.2施工方面的控制措施

3.2.1

应浇筑大方量混凝土之前制定具有可操作性的施工方案，并在经有关方面批准后实施。

在土施工方案中要明确混凝土的初凝时间、浇筑方向、一次浇筑的方量、施工缝的留设位置以及处理办法等，避免形成冷缝和因新、旧混凝土未完全咬合而形成局部薄弱界面，造成混凝土的强度降低。

因为一般大体积混凝土使用商品泵送混凝土，所以还要制定相关的泵送混凝，另外还必须进行混凝土的测温工作。

从已有施工经验的测温情况看，混凝土内部温升的高峰值一般在7d内产生，3d内温度可上升到或接近最大温升，内外温差值在20℃左右，将温度差控制在规范规定范围内。

3.2.2

必须制定详细的混凝土施工方案。

施工方案是确定浇筑量、施工缝间距、施工工艺、位置及构造、浇筑时间、运输及振捣等。

因为一次浇筑长度是由垂直施工缝分割，所以施工缝应设置在变截面处或承受拉、剪、弯应力较小的部位。

除非是控制一次浇筑厚度外，分层位置即水平施工缝留设位置也应加以注意，一般来说，因尽量留在变截面处，或远离受拉钢筋部位而设在砼的受压区，确定浇筑时间的原则应避开炎热天气和昼夜温差大的日子，应当选择在当天气温较低时浇筑。

当在夏季施工，则应采取材料降温措施来控制混凝土入模温度（应当低于周围环境温度）。

3.2.3

根据规范合理的调整施工方案。

如调整水平钢筋配筋方案，将水平钢筋置于竖向钢筋外侧，有效减少了混凝土保护层厚度。

增强了剪力墙表层混凝土的抗裂性。

3.2.4

楼板混凝土浇捣完毕后，应当根据当时室外气温，确定养护方案。

冬、夏季节，应采取混凝土表面加盖草包、塑料薄膜等养护措施。

应在混凝土在浇筑完成后12h内，进行浇水养护。

对于采用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥或矿渣硅酸盐水泥拌制的混凝土，浇水养护不得少于7d；对于掺用缓凝剂或有抗渗要求的混凝土，浇水养护不得少于14d。

3.2.5

为消除商品混凝土的浅表收缩裂缝，在混凝土表面终凝前的收水时，要求进行两次或三次压实收光，对掺加活性掺和料的混凝土更应增加收光次数等措施，严禁在表面撒纯水泥进行压实收光，避免收缩裂缝的产生。

3.2.6

模板的周转配置，应考虑到规定的拆模时间，如跨度在大于2m，小于8m的现浇楼板和混凝土梁，其拆模混凝土强度必须达到标准值的75%，如跨度在大于8m的现浇楼板和混凝土梁，其拆模混凝土强度必须达到标准值的100%，防止过早拆模引起的混凝土裂缝。

同时，应将模板支撑立杆下部与楼面接触部位应设楔子顶紧，防止混凝土在浇捣过程中变形产生沉降。

3.2.7

当楼板混凝土浇捣完成后，如果强度未达到1.2N/mm2，任何施工人员不得在楼面操作及堆载材料。

3.2.8

采用合理的分缝分块；避开基础过大起伏；合理地安排施工工序，避开过大的高差和侧面长期暴露；提高混凝土的性能，提高抗裂能力，加强养护，防止表面干缩，注意贯穿裂缝。

3.2.9

在混凝土的施工中，为提高模板的周转率，一般规定尽早拆模。

当混凝土温度高于气温时应考虑拆模时间，以免造成混凝土表面的早期裂缝，当避免新浇筑砼早期拆模时，在表面引起很大的拉应力，将出现“温度冲击”现象。

在混凝土浇筑初期时，由于水化热的散发，将造成表面引起相当大的拉应力，此时表面温度亦较气温为高，如果此时拆除模板，表面温度骤降，必然引起温度突变，从而在表面附加一拉应力，与水化热应力迭加，再加上混凝土干缩，表面的拉应力达到很大的数值，将导致裂缝的危险，但是如果在拆除模板后及时在表面覆盖一轻型保温材料，如泡沫海棉等，将对于防止混凝土表面产生过大的拉应力，具有明显的效果。

在温度不太高及应力低于屈服极限的条件下，钢筋的各项性能是稳定的，而与应力状态、时间及温度无关。

因为钢的线膨胀系数与混凝土线膨胀系数相差很小，所以在温度变化时两者间只发生很小的内应力。

因为钢的弹性模量为混凝土弹性模量的7～15倍，当内混凝土应力达到抗拉强度而开裂时，钢筋的应力将不超过100～200kg/cm2。

所以，在混凝土中想要利用钢筋来防止细小裂缝的出现很困难，但是加筋后结构内的裂缝一般就变得数目多、间距小、宽度与深度较小了。

3.3混凝土施工温度方面的控制措施

3.3.1

如果拌合混凝土时加水或用水将碎石冷却来降低混凝土的浇筑温度。

3.3.2

在混凝土中埋设水管，通入冷水来达到混凝土降温。

3.3.3

如果在合理的拆模时间，当气温骤降时进行表面保温，以免造成混凝土表面发生急剧的温度变化。

3.3.4

当采用改善骨料级配，且使用干硬性混凝土，掺混合料，加引气剂或塑化剂等措施来减少混凝土中的水泥用量。

3.3.5

如果在施工中长期暴露的混凝土浇筑块表面或薄壁结构，在寒冷季节来临之前采取保温措施。

3.3.6

当热天浇筑混凝土时减少浇筑厚度，以此利用浇筑层面散热等措施。

3.4原材料及施工配合比方面的控制措施。

3.4.1

原材料检验试验要严格检测，在拌制混凝土之前，必须按规定对水泥、粗细骨料、外加剂等进行检验复试，不得使用不合格的材料。

3.4.2

要正确确定混凝土的配合比和坍落度，在混凝土配合比设计时，应全盘考虑，多用骨料、少用粉料，以减少裂缝产生。

对坍落度应适当控制，不宜过大，多层和小高层小于160mm，高层宜小于200mm，尽可能较少混凝土的流动性。

如采用高等级低水化热的矿渣水泥，以此来减少水泥用量和水化热。

3.4.3

混凝土连续浇捣时，在配备混凝土运输车辆时，应充分考虑交通路况的影响，确保混凝土浇捣的连续性，减少施工冷缝。

当混凝土浇捣中停歇时