周赛霞，张伟强 （芜湖建瑞工程检测有限公司，安徽 芜湖 241000）

1 混凝土裂缝类型综述

1.1 混凝土裂缝的分类

混凝土裂缝是长期困扰混凝土工作者的一大难题。部分裂缝仅仅存在于混凝土的表面，影响混凝土的外观质量，对混凝土的结构安全影响较小，也有些裂缝造成建筑结构渗水、钢筋锈蚀，致使混凝土建筑结构受到不可逆的损害，从而引发重大工程事故。混凝土裂缝按照起因可概况为几种：一是结构裂缝，主要因设计、地基变形、结构受力等原因引起；二是温度裂缝，主要存在于大体积混凝土中，由混凝土浇筑过程中温度梯度过大，混凝土不均匀收缩引起；三是化学裂缝，主要因混凝土内部的化学反应混凝土自身体积显著变化而造成的，如碱骨料反应的ASR裂缝、钢筋锈蚀引起的裂缝、MgO和f-CaO引起的安定性不良裂缝和石灰爆裂裂缝等；四是混凝土干缩裂缝，是由混凝土长期干缩和化学减缩及混凝土徐变引起的裂缝。笔者在长期从事混凝土工作中发现，以上裂缝出现概率并不是很高，出现概率最高的还是混凝土塑性收缩裂缝。

1.2 混凝土塑性收缩裂缝的性质和现象

裂缝指的是固体材料的某种不连续，混凝土塑性收缩裂缝，ACI将其定义为“发生在水泥浆体、砂浆、灰浆或者混凝土凝结之前的收缩裂缝”，也有部分观点将其称为“终凝前裂缝”，指的是混凝土终凝前失水、干缩、水化收缩、沉降等原因造成混凝土的体积收缩，而混凝土由于本身条件的自约束和其他限制条件的约束，混凝土抗拉强度偏低，无力抵抗这种收缩，致使混凝土被拉裂而产生的裂缝，这种裂缝多数长短不一致、互不连贯呈无序状态，一般这种裂缝宽度为1mm左右，长度为几厘米至几十厘米，深度10mm左右，极严重情况下也会出现宽度3～5mm，长度超过5m并且是贯穿的裂缝。

1.3 混凝土塑性收缩裂缝的成因

混凝土的塑性收缩裂缝一般有两种，一种是结构性沉降裂缝，由于混凝土不同体积、不同密度、不同形状的颗粒在施工过程中运动速率不一致，又因钢筋和模板的约束作用，混凝土施工不合理，过震、漏振等混凝土浇筑后的不均匀致使局部剪切应力超过混凝土自身的抗拉应力而产生的裂缝，这种裂缝有一定方向性，常和配筋方向或者模板支撑方向一致，较容易识别；另一种是塑性收缩而产生的裂缝，也是我们通常说的塑性收缩裂缝，这种裂缝成因较为复杂，往往不是某一种单一原因引起的，而是多种原因共同作用而引起，在这些纷繁复杂的原因中找到引起裂缝发生的主要原因是我们需要解决的难题。

2 混凝土裂缝模型的建立

2.1 混凝土裂缝成因的复杂性

混凝土生产企业在建筑施工中完全处于乙方、丙方甚至丁方的位置，一般情况下很难要求施工等各方在混凝土浇筑过程中做到很完美，只能运用“抗”与“放”等理念配制并生产出具有“免疫力”的混凝土去满足建筑施工要求。在混凝土裂缝问题处理的讨论会上经常听到“用同样的工艺浇筑其他搅拌站的混凝土为什么没有开裂”“同一天供应其他施工单位的混凝土为什么一切正常”……这些问题致使许多混凝土工作者自己也很迷茫，这恰恰反应了混凝土裂缝成因复杂的问题。

2.2 建立混凝土裂缝的模型

混凝土塑性收缩裂缝发生有三个条件：一是混凝土水化水泥浆体变成水泥石收缩产生拉应力；二是混凝土的配筋、模板和混凝土自身在三维空间的约束作用使混凝土的拉应力得不到有效释放；三是混凝土自身粘结强度无法抵抗收缩产生的拉应力。

混凝土的收缩变形理论上是三维的体积变化，因混凝土凝结环境受到重力影响显著，现实遇到的裂缝多是单向变形起主导作用，许多混凝土工作者都认为线性变形主导着混凝土的收缩和开裂，韩素芬等学者也提出了混凝土开裂的假设模型，假定混凝土是长杆，在不受约束情况下，杆件自由收缩，不会发生开裂现象；当自由收缩产生的拉应力σ小于混凝土的抗拉强度f，也是说混凝土本身抗拉强度f能抵抗收缩应力σ混凝土是不会开裂的；如果抗拉强度f小于收缩应力σ混凝土就开裂了。翻阅很多学者的资料发现，在构建这个模型中，许多学者都忽略了一个非常重要的参数那就是“时间”，王铁梦教授也认为唯象理论以及极限理论的缺点是忽略了“时间t”参数，混凝土水化是一个在时间轴上的一个不断变化的模型，仅仅研究最终状态而不了解过程是无法全面解决混凝土裂缝问题的。我们知道混凝土强度和收缩一般都是时间的正函数，它们都随着时间增加而增长，如果我们在混凝土生产和施工过程能让混凝土强度大于收缩应力，混凝土的开裂就不会发生了。据此我们可以建立混凝土裂缝主要相关方抗拉强度f、收缩应力σ和时间t三者的模型，抓住混凝土开裂的主要原因从而更容易地找到解决问题的办法。下面列举几个混凝土开裂的实例以便更好地找到解决混凝土开裂的办法。

3 混凝土裂缝模型在实践中的运用

3.1 运用混凝土裂缝模型解决现浇楼板混凝土开裂问题

某高层住宅楼现浇楼板C35泵送混凝土夏季8月份施工时，单方配合比见表1（单位为kg/m3）。

C35泵送混凝土配合比 表1

施工出现较多不规则开裂，开裂在混凝土浇筑后1个小时后发生并不断发展，初凝前机械拉毛收光后表面可见裂缝消失，几十分钟后裂缝又大量出现，终凝后裂缝稳定。混凝土在泵送振捣密实后，作业面为高空楼面，高温大风使混凝土表面迅速失水，首先大孔和游离水蒸发，混凝土体积还没有大幅度收缩，这时由于该配方用水量过小，大孔水和游离水很快蒸发完，随后是毛细孔水分蒸发，从粗孔到细孔再到毛细的孔，虽然脱水量依次减小但收缩量却依次增大。这是由于毛细孔的张力引起，孔径愈细，水面曲率半径愈大，牵拉效应致收缩量依次增大，混凝土在1个小时左右大量失水显著收缩产生裂缝。该配方调整方向应以减小收缩应力为主要方向，所以根据Fullerton曲线优化胶凝材料的比例，充分发挥胶凝材料的微集料效应，缓解水泥粉磨过细收缩太大的缺点，同样方法优化集料的级配，掺入20%左右（5-16）mm连续级配的碎石，并在保证灰水比不变前提下，增加用水量减小外加剂用量，用以保证大孔水和游离水不能太早蒸发，并及时覆盖薄膜阻止水分继续挥发，通过以上调整后施工未出现开裂，施工质量得到了有效保证。

3.2 运用混凝土裂缝模型解决道路混凝土开裂问题

某厂区道路多次施工均未出现混凝土开裂问题，之后原材料、配方及施工工艺均没有调整或没有显著改变的情况下忽然出现大量开裂，其施工配合比如表2（单位为kg/m3）。

某厂区道路混凝土施工配合比 表2

经调查发现混凝土初凝之前没有发现明显异常，初凝后发生开裂，终凝时开裂最显著。分析认为是在混凝土初凝后这个时间点混凝土收缩应力σ小于混凝土抗拉强度f，因为原材料及配方均没有显著变化，继续调查发现当时天气忽然大幅度降温转冷，天气降温，厂区内风力不大，混凝土未大量失水收缩，所以考虑是混凝土本身抗拉强度f显著减小的缘故，判断是急剧降温达到15℃，外加剂还是夏季缓凝型，配合比还是用高掺多掺矿物掺合料的配方，混凝土凝结前后强度发展极为缓慢。根据以上分析结果将之后的生产配合比调整为使用52.5P·II硅酸盐水泥、减少矿粉和粉煤灰用量、外加剂换成非缓凝型早强减水剂的配方。配方调整后核算成本基本没变化，将调整后配方用于之后生产，混凝土开裂问题得到了解决。

3.3 运用混凝土裂缝模型解决条形基础混凝土开裂问题

某次条形基础冬季施工，发现混凝土终凝前后，大量裂缝呈筋向分布，四周凹陷，混凝土表面结块失去流动性，下面有较多泌水，脱模后有泌水留下的痕迹，顶部显著。施工的配方如表3（单位为kg/m3）。

条形基础冬季施工混凝土配合比 表3

分析认为该裂缝为塑性收缩裂缝和沉降裂缝，混凝土用水量较高，《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》（GB/T 1596-2017）对二级粉煤灰质量要求放得比较宽，二级灰吸水量大，收缩较高，减胶剂虽然能增加强度，但是不是通过减水来实现，对减小混凝土收缩无显著影响，混凝土初凝至终凝前后收缩太大，这时候混凝土没有足够强度抵御收缩，混凝土在横向和纵向都显著收缩导致产生了裂缝。找到原因后针对性地对配合比进行了调整，水泥用量不变，去掉了粉煤灰和减胶剂，增加了30kg/m3矿粉，增加了减水剂用量，这时混凝土单方水量为162kg/m3，水胶比从0.50调整到0.49。经过再次施工没有继续发现裂缝，混凝土强度也完全满足设计要求。

4 结论

文章参考并总结了王铁梦和韩素芳等学者关于混凝土收缩的理论，研读了大量混凝土工作者的论文和专著，将理论和实践相结合，得到以下结论：

①混凝土裂缝成因复杂，一般都是由多方面因素综合造成的，混凝土裂缝种类也很多，其中混凝土塑性收缩裂缝出现的概率最高；

②混凝土终凝前产生收缩主要体现在水化收缩、失水收缩及沉降变形收缩几个方面；

③混凝土粘结强度、抗拉强度及收缩应力都随时间不断变化，混凝土塑性收缩裂缝产生的原因是在某个时间里收缩产生的破坏应力大于混凝土自身的强度；

④建立混凝土强度、收缩应力和时间的三维模型，便可以在时间轴上分析混凝土内不同应力变化；

⑤在实践中根据混凝土收缩模型逐步分析，可以方便广大混凝土工作者找到混凝土产生塑性收缩裂缝的主要原因，从而解决混凝土的塑性收缩裂缝问题，生产出在抗裂方面具有“免疫力”的混凝土。